ANÁLISE E DESENVOLVIMENTO DE SIMULADORES NA FÍSICA DAS RADIAÇÕES

## ANÁLISE E DESENVOLVIMENTO DE SIMULADORES NA FÍSICA DAS RADIAÇÕES

## Ariadne Nascimento Matos 1 , Hebert Costa Vaz Santana , Thiago Nascimento 2 Barbosa 3

1 IFBA - Campus Ilhéus, Ariadne\_nascimento@hotmail.com 2 IFBA - Campus Ilhéus, hebert.santana@ifba.edu.br 3 IFBA - Campus Ilhéus, thiagonb@ifba.edu.br

## Resumo

O conhecimento e o aprendizado, sempre se faz necessário do emprego de novas metodologias que viabilizem a compreensão de determinado conteúdo, sobretudo, no campo das exatas, onde se exige uma melhor abstração por parte dos assuntos. Visando uma prática diferenciada, de modo que o seguinte projeto teve como base o emprego de uma metodologia voltada para a criação de um simulador com ênfase em Física das Radiações, tendo em vista uma junção de conhecimentos específicos que levassem a uma melhor compreensão do quem vem a ser a radioatividade, seus tipos de decaimento, fissão e fusão nuclear, explorando em suma aplicações voltadas para as mesmas. A análise e desenvolvimento do simulador fundamentaram-se, sobretudo, na clareza da temática, com a finalidade de que pessoas que não entendam do assunto possam compreender, por meio de explicações leves e demonstrações específicas e simples, com o intuito de que se tenha um melhor conhecimento sobre a área, sem demasiadas complicações.

Palavras-chave : Nuclear, Radiação, Decaimento, Fissão, Simuladores.

## Introdução

Ao longo dos anos tem-se ampliado a busca por novas formas de ensino e aprendizagem na área da Física das radiações. A inserção de simuladores como instrumento educacional, torna-se uma importante ferramenta na aplicação do conteúdo e na compreensão do mesmo (PCN, 2000; PCN+, 2012). Partindo dessa perspectiva, o presente trabalho mostra como ocorreu à criação do simulador voltado para Física das Radiações, que tem como intuito explanar a temática com demonstrações simples e objetivas, a priori para alunos do Ensino Médio.

- O simulador computacional foi construído objetivando o despertar do interesse pela disciplina de Física (VEIT, 2002; PhEt, 2013), vista ainda como algo difícil de ser encarado, fruto de uma educação que ainda se baseia em métodos de ensino tradicionais, que visam que os alunos reproduzam tudo o que aprenderam de maneira idêntica, desvinculando, portanto, o aprendizado da criatividade. Sendo assim, a criação de um simulador, além de ter envolvido uma apurada análise, unindo duas disciplinas de grande importância, Física e Lógica da Programação, trouxe à tona discussões sobre como tal ferramenta poderia ser utilizada, ponto tão importante quanto adotá-la na prática.

## Ferramentas Utilizadas

Para construção do simulador computacional, foi realizado um levantamento bibliográfico sobre a Física Nuclear (CHUNG, 2001; OKUNO et al , 2010; OKUNO 2013; TAUHATA et al , 2013), sobretudo como ocorrem os tipos de decaimento, fissão e fusão. A partir destas fontes literárias, sobretudo a utilização da apostila Tauhata (TAUHATA et al , 2013), que agrega uma grande quantidade de assuntos sobre Física das Radiações, foi possível um maior aprofundamento e compreensão. Um aspecto muito importante foi como o simulador deveria ser desenvolvido, uma vez que, faz-se necessário, como em toda aplicação que envolve ensino, a imposição de uma forma didática e também objetiva. Sendo assim, aplicou-se o uso de UML (Unified Modeling Language , uma unidade unificada de modelagem que ) tem como objetivo a criação de diagramas que especifiquem as funcionalidades do programa.

Em totalidade, a criação de um simulador, além de ter envolvido uma apurada análise, unindo duas disciplinas de grande importância, a Lógica de Programação e a Física, trouxe à tona discussões sobre como tal ferramenta poderia ser utilizada, ponto tão importante quanto adotá-la na prática. Para a criação deste simulador, além da análise realizada por meio de diagramas, estudou-se como o simulador poderia ser construído de maneira didática.

Dentre os procedimentos realizados, foi efetivada a busca por plataformas para construção do simulador computacional e quais as linguagens de programação necessárias. Foram utilizadas como teste, ao todo, cinco plataformas: Unity, Blender, Construct 2, Adobe After Effects e Adobe Edge Animate.

## Unity

Inicialmente foi realizada uma pesquisa com a utilização de vídeos, tutoriais e apostilas sobre plataformas para construção de jogos. A primeira plataforma a ser utilizada foi o Unity, um programa que permite a criação de jogos tanto em 2D quanto em 3D com inserção de imagens e também áudio. Apresenta diversas APIs, que são uma interface de programação de aplicativos, permitindo a construção dos mesmos, além de fornecer suporte para mapeamento de colisão dos objetos criados, reflexão, montagem de recursos como cenas, ambientes entre outros.

Dentre as primeiras dificuldades encontradas, foi simplesmente o difícil manuseio do programa, pois a interface contém muitas ferramentas que exigem um domínio específico para poder utilizá-la, além de ser uma plataforma que exige um excelente processador e, sobretudo memória, para poder renderizar o que viria a ser feito. Com isso, viu-se a necessidade de utilizar outra plataforma.

## Blender

- O Blender, bem semelhante ao Unity, é uma ferramenta utilizada na construção de jogos, oferecendo funcionalidades como modelagem de objetos e personagens, animações, além de ser utilizado na criação de espaços tridimensionais.

A primeira parte do projeto foi desenvolvida no Blender, sendo criada uma partícula com movimentos específicos e renderizada, que consiste no tratamento visual de uma determinada imagem. Apesar de apresentar efeitos bem interessantes e que permitiam uma aproximação com algo mais real, consumia muita memória e era necessário um processador potente para criar um executável da aplicação. Após várias tentativas, não foi possível englobar os tipos de decaimento, fissão e fusão e, além disso, era preciso uma placa de vídeo capacitada para trabalhar com grandes manipulações de software, como é o caso da construção de jogos.

## Construct 2

O Construct 2 foi à terceira plataforma a ser utilizada e que não requer conhecimento em programação, permitindo uma criação rápida de jogos que rodam pelo navegador. Inicialmente foi feito o decaimento alfa, com base, na sequência de imagens utilizando o Sprite sheet, na qual, transforma a imagem em um objeto manipulável. Um dos problemas encontrados foram os efeitos da imagem que não ficavam tão interessantes, além da dificuldade para criar a parte de event sheet, que gere toda a movimentação do objeto/imagem.

## Adobe After Effects

Como sugestão foi pesquisado sobre o funcionamento do Adobe After Effects que é um programa para criação de animações e produção de filmes, vídeo, DVD entre outros semelhantes e assim como nas plataformas anteriores, utilizou-se vídeos, tutoriais e apostilas. A interface é um pouco semelhante à do Blender, contudo, mais simplificada e objetiva e assim como em outros recursos de criação de animações e vídeos. Utiliza uma linha do tempo ou timeline para composição dos mesmos, que trabalha juntamente com o painel de composição onde a timeline é exibida. Além desses existem outros painéis, tendo como principal o de projeto que serve para importar pastas e demais arquivos a serem utilizados.

Primeiramente teve como problema específico quanto à instalação, uma vez que, só funciona em 64 bits e o notebook tinha somente 32 bits, tais termos se referem à arquitetura tanto do processador quanto do sistema. A diferença consiste que no de 32 bits a capacidade de processar 'palavras' ou sequências é menor que o de 64 bits que consegue trabalhar com o dobro de informações, possibilitando o melhor desempenho da plataforma. Além disso, fez-se necessário uma quantidade de memória maior para que não ocorresse o mesmo problema com o Blender, por isso foi realizada a formatação do mesmo e passou a ser utilizado também, o computador da sala de pesquisa que apresentava uma capacidade maior para programas de renderização, animação entre outros. Sanado esse problema, a plataforma passou a ser utilizada, sendo e em primeiro lugar realizou-se a criação do decaimento alfa, com efeitos disponíveis na plataforma que permitiam um realce na execução.

Embora, tenha sido de fácil uso, era difícil realizar o link de páginas e animações e, além disso, fazia-se necessário a utilização de outro programa para a criação de menus, o Adobe Encore, uma vez que, os programas do Adobe conversam entre si, ou seja, ao mesmo tempo em que se utiliza o After Effects, pode-se abrir o mesmo arquivo para abrir no encore e vice-versa. Porém, o Adobe

Encore, não estava instalando corretamente e por isso não pode ser executado, para criação de menus, portanto outro programa passou a ser utilizado.

## Adobe Edge Animate cc 2014

O Adobe Edge Animate é bem semelhante ao Adobe After Effects, contudo, propício para criação de jogos, sendo uma ferramenta voltada para desenvolvimento web que utiliza HTML 5, uma linguagem de programação que tem como característica principal a inserção de 'tags' para comandos e números. Tem-se também o CSS, que consiste na definição de estilos para páginas web, como por exemplo, cores e imagens, além desse tem o Javascript, que também é uma linguagem de programação fundamentada em scripts e utilizada para controlar tanto o HTML quanto o CSS.

Essa plataforma está substituindo o Adobe Flash, porque atualmente, as maiorias dos navegadores estão abertos para os padrões citados acima. Em decorrência disso, tal plataforma passou a ser utilizada, por propiciar a construção de menus, links, efeitos, timeline e acima de tudo ser mais fácil para execução do que os programas anteriores.

## Simulador Computacional de Física Nuclear

Com ênfase nas metodologias utilizadas em questão foi possível, chegar aos resultados, sobretudo a construção do simulador computacional. Foram levados em consideração, aspectos importantes como, por exemplo, como as informações deveriam ser apresentadas aos usuários, com a finalidade de que as mesmas fossem expostas de maneira clara e concisa. Após ter sido analisada tais considerações, foi utilizado o programa Adobe Edge Animate cc 2014.

Figura 01: Plataforma Adobe Edge Animate cc 2014

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A partir do objetivo propostos no projeto, buscou-se além de empregar uma nova metodologia para o ensino da temática em questão, visou-se propor meios alternativos para que o usuário viesse a compreender melhor, para isso, a construção do simulador foi dividido em duas vertentes, sendo que uma deveria atender ao que era decaimento radioativo, tipos de decaimento, definições dos mesmos, fissão e fusão e o outro lado, propor aplicações voltadas para o conteúdo, bem como, também o contexto histórico. No início da aplicação encontra-se um menu, na qual, pode-se escolher entre os tópicos que seguem como: decaimento, fissão, fusão e extras.

Figura 02: Menu

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Logo após a escolha de um respectivo tópico, a pessoa é direcionada a uma página que contém a definição, ou seja, caso a escolha tenha sido decaimento, então será exibida a definição desta e assim com as demais, com exceção de extras que tem a função de complementar os anteriores. As definições visaram uma explicação concisa do que viria a ser simulado, sendo assim, utilizou-se uma linguagem mais leve e menos rebuscada, uma vez que, um dos objetivos é fazer com que aqueles que não conheçam sobre o assunto se interessem pelo mesmo.

Figura 03 -Definição de Decaimento radioativo

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Figura 04 Simulação Decaimento Alfa

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Figura 05 Simulação Fissão Nuclear

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Figura 06 Simulação Fusão

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Em virtude, de um melhor esclarecimento do que ocorre nos dois tipos de decaimento beta, foi colocado um botão extras, que oferece acesso ao menu extras, podendo por meio disso, sanar algumas dúvidas, sobretudo acerca do beta mais. Além disso, é possível explorar e conhecer o que é o tempo meia vida, na qual o usuário escolhe o elemento e simula-se a partir de então, o tempo de desintegração do mesmo .

Figura 07 -Extras

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## A proposta

O presente projeto teve como principal objetivo, propor uma atividade interdisciplinar entre duas disciplinas, Física e Lógica de programação, esta última presente no curso Técnico Integrado em Informática do Instituto Federal da Bahia IFBA campus Ilhéus. Disciplinas estas que como demonstrado podem facilmente se comunicar, inclusive para uma proposta de reeestruturação em suas ementas.

No ponto de vista para o Ensino de Física temos duas vertentes: a do(s) programador(es) e dos usuários do simulador. Para quem for programar é necessário o conhecimento prévio do assunto e criar uma metodologia para montar e executar as animações, como por exemplo a sequência e apresentação dos assuntos para prender a atenção dos usuários. Para o usuário do simulador, o simples fato de usar-lo, já vai despertando a curiosidade para o tema. E com as animações, o usuário compreende de forma mais simples o fenômeno físico relacionado com o assunto.

Cabe ressaltar, que para as turmas de Quarto ano no IFBA campus Ilhéus, a parte de Física das Radiações são ministradas em um tempo maior que para os cursos de ensino médio onde em muitos casos a temática nem sequer é abordada.

Acrescentamos ainda, que para turmas de graduação em Física, esta pode ser uma ferramenta poderosíssima de atividade interdisciplinar e preparatória para futuros docentes e pesquisadores, sendo inclusive para todas as áreas da Física.

A construção deste simulador, demonstrou que qualquer aluno com conhecimentos mínimos em programação podem construir suas respectivas metodologias, como demonstrado para as cinco plataformas.

## Considerações Finais

O desenvolvimento do projeto trouxe em totalidade, além do conhecimento, uma visão mais ampla do que vem a ser o desenvolvimento de um projeto e da importância de analisar, pesquisar e buscar novas formas ou maneiras de aprender. Atentar para novas metodologias de ensino é sempre uma variável em questão a ser usada com criatividade e o desenvolvimento de simuladores propõe isso de maneira bem perspicaz, uma vez que, contribui para o enriquecimento do aprendizado de maneira interativa e complementar. O projeto permitiu não somente um maior conhecimento no que tange o desenvolvimento de simuladores em plataformas diversificadas, mas também, permitiu um maior estudo sobre a Física das Radiações em diversos aspectos, permitindo assim transmitir a Física, muito abrangente para os demais.

Dentre as perspectivas futuras encontram-se a utilização do aplicativo em celulares por meio da plataforma Android, a aplicação do simulador em sala de aula e disponibilizar o simulador em um subdomínio na internet. Em síntese, o projeto permitiu uma enriquecedora interdisciplinaridade, que é sem dúvida alguma, crucial no processo de aprendizagem tanto da física quanto da programação.

## Referências

- 1. Tauhata, L., Salati I. P. A., PRINZIO, R., PRINZIO, A. RADIOPROTEÇÃO E DOSIMETRIA: FUNDAMENTOS. 5ª Edição 2013, Rio de Janeiro -IRD/CNEN.
- 2. Okuno, E., Shimura, E. M. Y. FÍSICA DAS RADIAÇÕES . 2010. Editora oficina de Textos.
- 3. Chung, K. C. INTRODUÇÃO A FÍSICA NUCLEAR . 2001. Editora UERJ.
- 4. VEIT, E. A.; Teodoro, V.D. Modelagem no Ensino/Aprendizagem de Física e os Novos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio -Rev.Bras. Ens.Fis. 24, 87-90(2002).
- 5. BRASIL. Parâmetros Curriculares Nacionais (Ensino Médio): Parte III Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias . Brasília: Ministério da Educação e Cultura, 2000.
- 6. PhEt. Simulações Interativas de Ciências. 2013.Disponível em: http://phet.colorado.edu/pt\_BR/. Acesso em: 23/04/2014.
- 7. BRASIL. PCN+: Orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais Física . Brasília: Ministério de Educação e Cultura, 2002. Disponível em: &lt;http://www.sbfisica.org.br/arqquivos/PCN\_FIS.pdf&gt; .Acesso em: 29 de janeiro de 2012.
- 8. OKUNO, Emico. Efeitos biológicos das radiações ionizantes. Estudos Avançados , 2013.