A FÍSICA DO IMPOSSÍVEL: NANOTECNOLOGIA, METAMATERIAIS E INVISIBILIDADE NA SALA DE AULA

## A FÍSICA DO IMPOSSÍVEL: NANOTECNOLOGIA, METAMATERIAIS E INVISIBILIDADE NA SALA DE AULA

## Fabiana Gozze Soares 1 , Carolina Arrufo de Almeida , João Ricardo Neves da 2 Silva 3

1 UNIFEI/Mestrado em Educação em Ciências/fabi.gozze@gmail.com

2 IFSP/SPO/carol.arrufo@gmail.com

3 UNIFEI/Instituto de Física e Química/jricardo.fisica@unifei.edu.br

## Resumo

Com intuito de trazer para sala de aula um assunto que desperte nos alunos o interesse com relação aos conceitos de física pertencente a ótica e ao ato de reflexão sobre questões acerca da ciência como ética e não neutralidade, este trabalho foi realizado com alunos do segundo ano do EM. A proposta foi montar atividades experimentais e didáticas, com textos adaptados, para 4 aulas, relacionando a refração da luz, nanomaterias e metamaterias trabalhando de uma maneira geral a ideia de Invisibilidade. Esse assunto foi escolhido por ser um estudo atual no meio cientifico e que está presente no cotidiano dos alunos através de livros que abordam histórias da mitologia e fantasia como as de Perseu e Harry Potter além de outros com abordagem de ficção cientifica. A abordagem desse gênero literário nos deixa a ideia de que esse assunto só poderia ser visto como algo presente na literatura, e não como algo que realmente possa fazer parte da nossa realidade. Utilizar a leitura como estratégia no ensino de óptica de modo a causar uma reflexão nos alunos sobre a construção do conhecimento científico, bem como, suas causas na sociedade foi o principal ponto deste trabalho.

Palavras-chave : Ensino de Ciência, Ensino de Física, Nanotecnologia Metamaterial - Invisibilidade

## Introdução

O desejo de ser invisível tem sido o anseio da humanidade desde os tempos mitológicos até a atualidade (KAKU, 2010). Na era mitológica temos como exemplo a história de Perseu, um semideus filho da mortal Danae e do deus grego Zeus, rei do Olimpo. Perseu, para defender a honra de sua mãe contra as investidas do rei da ilha onde habitava, aceita o desafio de cortar a cabeça da Górgona Medusa. Para realizar tal feito, os deuses do Olimpo em sua defesa lhes dão presentes para que consiga sair vitorioso, e dentre os presentes havia um capacete oferecido por Hades, rei do submundo, que o faria se tornar invisível. Com o auxílio de uma espada e um escudo dados por Atena ele consegue cortar a cabeça da Medusa sem olhar diretamente para ela, de forma que não pudesse se tornar uma pedra (BULFINCH, 2006).

Narrativas fascinantes como esta se repetem ao longo da história através da literatura. Tomemos outro exemplo, o mito do anel de Giges narrado pelo filósofo Platão (séc. VI a.C.). Este nos conta sobre um anel poderoso que torna quem o usa

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23 a 27 de janeiro de 2017

invisível (BINI, 2014). Há quem diga que este mito pode ter sido inspiração para o autor J.R.R. Tolkien, em suas obras O Hobbit (TOLKIEN, 2013) e posteriormente, no O Senhor dos Anéis (TOLKIEN, 2000) no qual O Anel do Poder (O Um) é forjado pelo personagem Sauron para dominar Os Sete e Os Nove (anéis dados as casas dos elfos e anões), dando a quem o usasse o poder da invisibilidade, assim como no mito de Platão. Podemos citar ainda Harry Potter personagem que dá seu nome aos sete livros da série, que utiliza uma capa que o torna invisível, o auxiliando em suas aventuras (ROWLING, 2000).

Até alguns anos atrás acreditava-se que a invisibilidade só era possível no mundo mítico, da fantasia e ficção, pois ela viola as leis da óptica e não se encaixa em nenhuma das propriedades conhecidas da matéria.

Entretanto, a ciência tem avançado bastante, a ponto de o que vimos na literatura passa a se tornar possível com o advento da nanotecnologia que criou os metamateriais, no qual estes vieram para nos fazer rever os manuais de óptica. Desta forma, a literatura fantástica e de ficção podem ser um grande recurso nas práticas do docente, visto que, as leituras destes textos provocam no aluno curiosidade, contribuem para que ocorra o hábito da leitura, além de mostrar que a Ciência, a Física especificamente, é capaz de ser apresentada de distintas maneiras (PIASSI, 2011).

Sendo assim, nosso objetivo foi de ao introduzir o conteúdo da disciplina, apresentar e discutir com os alunos novas aplicações na óptica fazendo comparações as predições do surgimento da invisibilidade apontadas em várias obras da literatura.

## Os Nanomateriais

Os nanomateriais são constituídos por nanopartículas, sendo esta possuidora de características diferentes de seu material de origem (KAKU, 2010).

Os nanomateriais, por apresentarem como unidade de medida um bilionésimo de metro (10 -9 ), não podem ser vistos a olho nu. Além disso, por possuírem características distintas, devido ao seu tamanho, as leis da física clássica não se aplicam a eles, mas sim, as leis da física quântica. Essas características podem ser eletrônicas, químicas, mecânicas, ópticas ou magnéticas; eles têm sua fabricação realizada sobre processos mecânicos de agregação do material estando em forma de pó (KAKU, 2010).

## Os Metamateriais

Quando um feixe de luz incide em um determinado material, sua velocidade será proporcional à a densidade deste material, ou seja, quanto mais denso for o material, menor a sua velocidade de propagação no interior deste. E quando a luz incidente passa por dois meios, sua velocidade será diferente para cada um dos meios no qual ela se propaga. Este fenômeno é chamado de refração da luz (PIETROCOLA, 2010).

A definição de refração acima citada foi até algum tempo atrás a única definição aceita pela academia, até surgirem os metamateriais. Esses materiais são aqueles que quando a luz incide sobre eles, não o atravessa, e tampouco muda sua

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velocidade por conta da mudança do meio de propagação. Desta forma, sua refração é negativa.

Figura 01: O copo da esquerda ilustra a refração positiva, e o copo da direita a refração negativa.

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O que acontece é que, nesse tipo de material, a luz é bloqueada e desviada para o sentido oposto de sua trajetória. O metamaterial funciona como uma blindagem para o objeto que se deseja ocultar (KAKU, 2010), e por conta desse avanço tecnológico, atualmente alguns livros vem sofrendo reformulação ao se referir às leis de refração.

Figura 02: Raios de luz curvados em torno de um objeto escondido.

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Com base no desenvolvimento dessas novas tecnologias, propomos a utilização deste tema o usando como estratégia de ensino, tendo em vista a importância da inserção de vivência experimental em disciplinas científicas ao tratar os conteúdos abordados em sala de aula, que são destacadas por pesquisadores da área de Ensino de Ciências (CARVALHO,1992; GIORDAN, 1999; SERÉ, 2001; SERÉ et al. 2003; PIETROCOLA, 2005, entre outros), além de serem apontadas pelos documentos oficiais.

No caso particular da Física, as Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares (PCN+), ao destacarem as competências relacionadas principalmente com a investigação e a compreensão dos fenômenos físicos, evidenciam que, frente a uma situação ou problema concreto, é fundamental que o aluno consiga

Compreender a Física como parte integrante da cultura contemporânea, identificando sua presença em diferentes âmbitos e setores, como, por exemplo, nas manifestações artísticas ou literárias, em peças de teatro,

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letras de músicas etc, estando atento à contribuição da ciência para a cultura humana. (BRASIL, 2002, p.68)

## Bem como

Compreender formas pelas quais a Física e a tecnologia influenciam nossa interpretação do mundo atual, condicionando formas de pensar e interagir. Por exemplo, como a relatividade ou as ideias quânticas povoam o imaginário e a cultura contemporânea, conduzindo à extrapolação de seus conceitos para diversas áreas, como para a Economia ou Biologia. (BRASIL, 2002, p.68)

Norteados por essas premissas e orientações, desenvolvemos o presente trabalho em uma escola particular da cidade de São Paulo (SP), visando conciliar Experimentação e Divulgação Científica, cujo detalhamento será apresentado nas próximas seções.

## Materiais e Métodos

A atividade foi desenvolvida em uma escola da rede privada localizada na zona norte da cidade de São Paulo. Trabalhando com os segundos anos do EM a proposta foi montar atividades relacionadas com a grade curricular da escola. Sendo assim, a pesquisa da atividade foi direcionada para Óptica, pensando no currículo já especificado na forma de sequência de ensino.

Quadro 01: Sequência de ensino.

Na primeira aula realizou-se experimentos demonstrativos com a finalidade de explicar efeitos da refração. Um experimento foi feito utilizando um laser e uma garrafa pet cortada na parte superior, de forma que ficasse parecido com uma jarra e na parte inferior foi feito um pequeno furo; o segundo experimento foi realizado com um recipiente de vidro e uma moeda.

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Figura 03: experimento 1 de refração.

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Figura 04: experimento 2 de refração.

Na segunda aula, foi explicado o que são o nanomateriais e metamateriais, além de seu comportamento distinto da refração que conhecemos. E para complementar empregamos uma terceira demonstração com um béquer contendo glicerina e um bastão de vidro. Aqui discutimos a refração negativa.

Figura 05: experimento 3 de refração.

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Na terceira aula adaptamos alguns textos que abrangiam a invisibilidade na literatura, a tecnologia na ficção científica e por fim a pesquisa a respeito da invisibilidade. Após a leitura discutimos quais os efeitos que essa tecnologia traria para nossa sociedade.

A avaliação foi realizada por meio de um questionário contendo cinco questões, nas quais abrangia o conteúdo das três aulas aplicadas.

## Questões aplicadas

- 1Explique por que enxergamos.
- 2O que você entende por refração da luz? Explique como ela ocorre.
- 3Você conhece algum equipamento ou material que depende de um feixe de luz para funcionar?

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- 4H. G. Wells foi um escritor inglês, pioneiro da ficção científica que escreveu a obra 'O homem invisível'. Discuta a possibilidade de este personagem imaginário poder ser visualizado.
- 5O que você considera como benefício e malefício na inserção da invisibilidade em nossa sociedade?

## Análise dos dados

As questões acerca dos fenômenos ópticos foram respondidas pelos alunos de forma similar a uma extração de um livro texto, entretanto, a última questão que pedia uma opinião do aluno sobre os prós e contras de se utilizar a tecnologia dos nanomaterias, foram bem distintas

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'(...) terroristas, ladrões, criminosos e alunos poderiam usar para o mal (...)' '(...) a invisibilidade pode trazer vantagens para as pessoas desenvolverem diversos estudos para melhorar a nossa vida, mas também pode trazer guerras (...) '(...) alunos podem colar na prova (...)' '(...) podemos ver a irmã do' amigo' tomando banho (...)
```

Segundo os alunos essa é uma tecnologia dispendiosa e desnecessária, pois pode acarretar em falta de privacidade, aumento da criminalidade e construção de armamento bélico poderoso, embora eles entendam que essa é uma grande descoberta e que pode abrir caminho para novas tecnologias.

## Conclusões

Desenvolvemos um trabalho que tratou da utilização pontual de uma abordagem de ensino de física baseada na utilização de literatura de ficção e de fenômenos da física contemporânea (metamateriais) como mote para uma aula sobre o assunto 'refração da luz ' .

Com a leitura das respostas dos estudantes ao questionário teórico sobre o tema, foi possível observar que os alunos conseguiram relacionar as três aulas e seus conteúdos como foi proposto, além de refletir questões acerca da ciência como a não neutralidade.

Eles conseguiram explicitar sua preocupação com o fazer ciência e suas implicações e consequências diante do mundo moderno no qual estamos inseridos.

Além disso, a fomentação da discussão acerca de questões ética e morais serviram de base para futuras discussões sobre o papel da ciência em todas as esferas de conhecimento.

Não podemos deixar de salientar que a utilização deste recurso serviu para que a aula se tornasse diferenciada das aulas tradicionais, incorporando novos elementos de estudo com a finalidade de refletir como a ciência nos é apresentada e como podemos fazer uso dela no mundo real e imaginário.

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## Referências

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCN+ Ensino Médio: orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais - ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. Brasília: Ministério da Educação, 2002.

BINI, Edson. A república (ou Da Justiça) /Platão - tradução, textos complementares e notas - 2 ed. - São Paulo: EDIPRO, 2014. (Clássicos Edipro)

BULFINCH, Thomas. O livro de ouro da mitologia: história de deuses e heróis - 34 ed. - Rio de Janeiro: Ediouro, 2006.

CARVALHO, Anna Maria P. de. História da ciência: investigando como usá-la num curso de segundo grau. USP. São Paulo, 1992.

GIL-PÉREZ, Daniel. Contribuición de la Historia y de la Filosofía de las Ciencias al desarrollo de un modelo de enseñanza/aprendizaje como investigación. Enseñanza de las Ciencias, v. 11, n. 2, p. 197-212, 1993.

GIORDAN, Marcelo. O papel da experimentação no ensino de ciências. Química Nova na Escola, n. 10, p. 43-49, 1999.

KAKU, Michio. Física do Impossível. Uma exploração pelo mundo de phasers, campos de força, teletransporte e viagens no tempo . Rocco: Rio de Janeiro, 2010.

PIASSI, Luís Paulo; RAMOS, João E. F. 'Os limpadores de estrelas': o conto de literatura fantástica no ensino de astronomia. I Simpósio Nacional de Educação em Astronomia - Rio de Janeiro - 2011

PIETROCOLA, Maurício. (Org.). Ensino de Física: conteúdo, metodologia e epistemologia em uma concepção integradora. 2ª. ed. Florianópolis: Editora da UFSC, 2005. v. 1. 235 p.

PIETROCOLA, Maurício; POGIBIN, Alexander; OLIVEIRA, Renata C. de A. Física em contextos: pessoal, social, histórico: energia, calor, imagem e som -1 ed. - São Paulo: FTD, 2010.

ROWLING, Joanne K. Harry Potter e a pedra filosofal - Rio de Janeiro: Rocco, 2000.

SÉRÉ, Marie-Geneviève. A Imagem das Ciências Experimentais e a Formação para a Cidadania e a Pesquisa. Educação, Porto Alegre, v. XXIV, n. 44, p. 57-81, 2001.

SÉRÉ, Marie-Geneviève; COELHO, Suzana M. C.; NUNES, Antônio D. O papel da experimentação no ensino de física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 20, n. 1, 2003.

TOLKIEN, J.R.R. O senhor dos anéis: primeira parte: a sociedade do anel - 2 ed. São Paulo: Martins Fontes, 2000.

TOLKIEN, J.R.R. O Hobbit - 8 ed. - São Paulo: Martins Fontes, 2013.

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