DUALIDADE CONSOLIDADOR/ORGANIZADOR PRÉVIO: UMA UEPS SOBRE A QUANTIZAÇÃO DA ENERGIA

## DUALIDADE CONSOLIDADOR/ORGANIZADOR PRÉVIO: UMA UEPS SOBRE A QUANTIZAÇÃO DA ENERGIA

## Rodrigo Guimarães Soares 1 , Marinês Domingues Cordeiro 2

1 UFSC/Licenciatura em Física, rodrigosoares.rgs@gmail.com 2 UFSC/Dep. Física/marines.cordeiro@ufsc.br

Palavras-chave

: corpo negro; aprendizagem significativa; história da ciência.

## Resumo expandido

O problema do corpo negro é geralmente associado à quantização da energia e, por consequência, a Max Planck. A história do nascimento da teoria quântica, entretanto, mostra que a consolidação da quantização de energia foi um processo mais longo que o postulado do quantum de ação. Efetivamente, o conceito manifestou-se como uma universalidade a partir da compreensão do efeito fotoelétrico, e sua aplicação como fundamento do átomo de um elétron trouxe a robustez essencial para a fundação de uma intrigante física.

Dentro da ciência, a construção de um novo conceito é fato difícil de se compreender, sobretudo desde um olhar concomitante a esse fato. Após a consolidação, contudo, é possível notar, pelas narrativas dos cientistas - por mais racionalizadas que sejam - períodos em que valores cognitivos como a coerência entre corpos de conhecimento e a fertilidade e o alcance desse novo conceito parecem atestar fortemente para o seu significado físico.

Um processo bastante simbólico de uma aprendizagem significativa é a reconciliação integrativa. Quando a desenvolve, o aluno tece relações entre variados conhecimentos, corrige discrepâncias, aproxima temas aparentemente desconexos, dá sentido a uma nova visão de mundo (MOREIRA, 1979). Guardadas as diferenças entre teorias de aprendizagem e de conhecimento, é possível denotar a esse processo a capacidade do aluno de vislumbrar a coerência, a fertilidade e o alcance de determinado conceito ou teoria.

Assim, este trabalho apresenta um ensaio de unidade de ensino potencialmente significativa histórica, destinada ao final do segundo ano do ensino médio. Essa escolha se dá por sua capacidade de reconciliar variados saberes estudados nesse nível de ensino - osciladores harmônicos, termodinâmica e mecânica estatística. Ademais, pode funcionar também como um organizador prévio, já que demanda introduzir conceitos do eletromagnetismo, geralmente estudados no ano subsequente. Ainda, é uma unidade que permite conhecer também sobre a ciência e aprender um pouco mais sobre física moderna, uma antiga demanda (TERRAZAN, 1994).

Para iniciar, uma etapa de situação-problema capaz de fomentar a oralização dos subsunçores dos alunos envolveria a apresentação de vídeos de materiais incandescentes. O professor pode questionar os alunos sobre que tipo de radiação aquele corpo está emitindo, se acham que o material está trocando energia com o

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19 a 30 de julho de 2021 - Online

ambiente e por que razão acham isso. O que é luz? Luz e calor estão relacionados? Se sim, como? Com essa etapa, ele poderá compreender se os alunos lembram o fenômeno de irradiação e pode começar a construir uma associação entre radiação eletromagnética e calor.

Passando para uma etapa de maior complexidade, o professor retoma os conceitos de reflexão, absorção e emissão, inclusive invocando os conhecimentos de ótica, em geral também estudados no segundo ano, e apresenta o problema do corpo negro de maneira histórica, considerando como era vista a teoria eletromagnética e a termodinâmica, relembrando que o átomo não era consensual na física e tampouco a mecânica estatística, consequentemente. Uma cavidade aproximadamente adiatérmica pode ser construída pelo professor e abordada em graus de crescente sofisticação para mostrar que ela pode ser um modelo de corpo negro. O simulador da emissão do corpo negro disponibilizado pelo PhET 1 vai ajudar os alunos a compreender as variações da radiação espectral. Também é essencial abordar que outros objetos no universo têm o mesmo comportamento. A música Livros , de Caetano Veloso, pode ser um objeto organizador/problematizador neste momento. Retoricamente, levanta-se: o que quer dizer ' Mas os livros que em nossa vida entraram/São como a radiação do corpo negro/Apontando pra a expansão do Universo '?

Passa-se a uma etapa de diferenciação progressiva, em que os conceitos de calor, luz e energia, assim como o de osciladores e a segunda lei da termodinâmica, considerada a partir da mecânica estatística, podem ser trabalhados simultânea e qualitativamente, com a leitura dialógica de parte da Conferência Nobel de Planck. Como resultado, pode-se explicar qualitativamente as soluções parciais de Wien e Rayleigh, a interpolação de Planck e a busca pela sua explicação física, da qual nasce o quantum de ação.

Depois desta etapa, é possível propor uma atividade de teatro, em que alguns alunos representarão os personagens no artigo 'Entrevista com Einstein' (MEDEIROS, 2005), em que fica claro que o quantum de ação é algo ontologicamente diferente da quantização de energia. É o início de uma etapa de reconciliação, em que a revisão da ideia de energia permitiu compreender a emissão do corpo negro, o efeito fotoelétrico e o átomo de um elétron. A música Livros pode ser efetivamente discutida e algumas questões relativas à cosmologia podem ser abordadas, (STUDART, 2001).

Por fim, para a etapa de consolidação, pode-se ler conjuntamente mais um trecho da Conferência de Planck, quando ele desenvolve as potencialidades do quantum de ação em outras investigações e demonstra sua aceitação como emblema da quantização da energia. Para reforçar, é possível propor uma atividade de simulação computacional do efeito fotoelétrico, a partir da simulação do PhET 2 , inclusive com o cálculo da constante de Planck. Além disso, para finalizar, o vídeo 'O átomo de Bohr explicado' 3 , do canal Ciência Todo dia, pode ser usado para enfatizar a importância da quantização de energia para o nascimento de uma nova física.

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Enfatiza-se, enfim, que as narrativas usadas nesta UEPS (como a entrevista e a Conferência Nobel) demonstram alguns paralelismos com os processos de aprendizagem significativa - uma situação-problema, o problema do corpo negro, que demandou a revisão dos conceitos da termodinâmica e do eletromagnetismo à luz da mecânica estatística (uma espécie de diferenciação progressiva) seguida de uma resolução capaz de reconciliar todos esses campos dentro de um novo paradigma, com a quantização de energia e, por fim, seu papel fundamental em variados fenômenos que não eram do domínio clássico. Assim, ela parece cumprir algumas demandas antigas da área, como a abordagem de e sobre ciência e a atualização curricular para a física moderna.

## Referências

TERRAZZAN, E. A. Perspectivas para a inserção de física moderna na escola média . 1994, 241f. Tese (Doutorado em Educação) - Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, São Paulo.

MEDEIROS, A. Entrevista com Einstein: dos Mistérios da Física Clássica ao Nascimento da Teoria Quântica. Física na Escola , v. 6, n. 1, 2005.

MOREIRA, M. A. A Teoria de Aprendizagem de David Ausubel como Sistema de Referência para a Organização de Conteúdo de Física. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 9, n. 1, 1979.

STUDART, N. Caetano, o quantum de Planck e a expansão do universo. Física na Escola , v. 2, n. 1, 2001.

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