O ELÉTRON COMO ONDA: EXPERIMENTO VIRTUAL DE DIFRAÇÃO DE ELÉTRONS COM O USO DO SOFTWARE LIVRE TRACKER

## O ELÉTRON COMO ONDA: EXPERIMENTO VIRTUAL DE DIFRAÇÃO DE ELÉTRONS COM O USO DO SOFTWARE LIVRE TRACKER

## Cristóvão Renato Morais Rincoski 1 , Marcos Antonio Florczak 2 , Arandi Ginane Bezerra Júnior 3

- 1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná/Departamento Acadêmico de Física/PPGFCET, rincoski@utfpr.edu.br
- 2 Universidade Tecnológica Federal do Paraná/Departamento Acadêmico de Física/PPGFCET, florczak@utfpr.edu.br
- 3 Universidade Tecnológica Federal do Paraná/Departamento Acadêmico de Física/PPGFCET, arandi@utfpr.edu.br

Palavras-chave : Experiência Virtual, Videoanálise, Tracker, Ensino de Física.

## Resumo expandido

Na tentativa de mantermos viva a esperança de ensinar Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio (EM), iniciada por volta da década de 1990 aqui no Brasil, apresentamos um experimento clássico, realmente aplicado em sala de aula de forma virtual. Trata-se do experimento de Difração de Elétrons, de 1927, realizado independentemente por C. J. Davisson e L. H. Germer, nos EUA, e por Sir G. P. Thomson, na Inglaterra. O experimento contribui para a compreensão do elétron como fenômeno ondulatório, trazendo assim à luz a dualidade onda-partícula do elétron. Na sequência, mostramos como utilizamos um processo de videoanálise, sendo que este experimento foi previamente filmado num ambiente real de laboratório (PERES, 2016), com uma posterior utilização do software livre Tracker para realizar a coleta e subsequente análise de dados. Este projeto consistiu na realização do experimento virtual por alunos do Curso Técnico Integrado (CTI, equivalente ao EM) e do Curso de Licenciatura em Física (CLF), ambos da UTFPR, num trabalho totalmente em home office , que se deu no período pandêmico, quando das restrições de atividades presenciais. Destaca-se que o experimento também pode ser ressignificado e aplicado em outras circunstâncias, a critério do professor. Do exposto fica claro que este trabalho dialoga com o uso de Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação (TDIC) no ensino de FMC. Pensando a pesquisa, podemos dizer se trata de pesquisa qualitativa, aplicada, exploratória (estudo de caso), com instrumentos de coleta: relatório dos alunos, questionário e diário de campo. Os participantes da pesquisa são 31 alunos do CTI, enquanto na turma do CLF havia 7 alunos participantes.

Esta experiência seguiu um plano de aula composto de seis etapas. Primeiro, foi apresentado o vídeo da experiência do site Ciência Curiosa (https://youtu.be/42iSu7M\_ghA). Este site fez parte do Recurso Educacional Aberto (REA) associado à Dissertação de Mestrado de S. A. H. Conceição (2014), que está no Repositório Institucional da UTFPR (RIUT), mostrando os materiais utilizados e o funcionamento geral da experiência; segundo, foi mostrado o filme da experiência, que fez parte dos REA(s) associado à Dissertação de Mestrado de M. V. Peres (2016), também disponíveis no RIUT, com o intuito de mostrar como trabalharíamos o experimento; terceiro, foi apresentado o software livre Tracker , onde encontrá-lo

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(http://physlets.org/Tracker/) e como instalá-lo, familiarizando os alunos com o software de coleta de dados que iríamos utilizar; quarto, seguindo o roteiro do experimento, proposto por Peres (2016), mostramos o tutorial da experiência, permitindo posterior conferência e elucidação de dúvidas pelos alunos; quinto, com o reforço da etapa anterior, efetivamente realizamos a videoanálise usando o Tracker , em aula síncrona, coletando pontos experimentais e mostrando como fazer cálculos e gráficos; sexto, nesta etapa os alunos realizaram a coleta e análise dos dados e confeccionaram um relatório das experiências, em home office , seguindo orientações para a confecção de relatório postadas no Google Classroom , bem como o vídeo gravado das lives do professor. Como base teórica foi fornecido um livro, o Produto Educacional (PE), em construção, 'Tópicos de Física Moderna e Contemporânea para o Ensino Médio' (RINCOSKI). O relatório solicitado, além de produzir uma nota parcial para os alunos, também serviu para validação dos dois REA mencionados e, também, do PE, o livro citado, ?), por sua vez associado a um projeto de doutorado profissional.

Na quinta etapa, como um incentivo, o professor fez uma apresentação do resultado de Davisson (1937) e na sequência mostrou a forma de usar o Tracker para coletar os dados necessários para reproduzir aquele resultado, em aula síncrona ( online ). Então, este foi um reforço extra, para os alunos produzirem um resultado que simula o proposto por um laureado com o Prêmio Nobel, conforme se observa na palestra de recebimento do Prêmio, com o gráfico que reproduzimos na Figura 01. Por contraste, na Figura 02, temos um dos resultados apresentados pelos alunos do CTI, seguindo as instruções apresentadas pelos materiais didáticos utilizados no presente projeto.

Figura 01: Resultado apresentado por Davisson em 1937.

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No gráfico da Figura 2, os eixos são funções de  e p , ou seja, = ( r r  ), onde  é o comprimento de onda de de Broglie e V -1/2 = V -1/2 ( p ), onde p é o momento linear. Note-se que esta Equipe 5 do CTI (Figura 02) fez o gráfico corretamente e, inclusive, os alunos apresentaram o ajuste de curva (regressão linear), ainda que com três pontos. As demais equipes, por sua vez, apresentaram resultados com mais pontos, mas confundiram os eixos (ao invés de r colocaram diretamente  ), fizeram fora de escala e combinações destes dois últimos. Já os alunos do CLF não fizeram o gráfico alegando 'não saber usar uma Planilha de Dados para fazer

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gráfico', mas fizeram todas as contas, mostrando que entenderam a proposta. Aqui sugere que, aparentemente, os alunos do CTI estão mais familiarizados com Planilhas de Dados do que os alunos do CLF, talvez devido ao forte apelo tecnológico da formação dos primeiros na instituição em questão.

Figura 02: Resultado da Equipe 5 do CTI.

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Como conclusão, podemos ressaltar: os alunos, tanto do CTI quanto do CLF, entenderam o experimento e apresentaram em suas conclusões que o elétron, mesmo sendo visto como partícula até então, pode se comportar como onda. Os padrões de difração medidos, de forma visível, comprovariam isto. Do questionário que responderam os participantes e do diário de campo do professor, foi possível mostrar que o fornecimento dos REA(s) de Conceição e Peres, bem como o PE (livro) foram de grande ajuda para a compreensão, o entendimento e confecção dos relatórios, o que pode ser entendido como um processo de validação desses PE(s). Nossos resultados demonstram ser possível apresentar este Experimento de Difração de Elétrons no EM. Ainda, aos alunos do CLF, o experimento serviu também para mostrar um possível uso de TDIC para apresentar FMC no EM.

## Referências

CONCEIÇÃO, Sam Adam Hoffmann. Portal de Divulgação Científica Ciência Curiosa : um Estudo de Caso. Dissertação de Mestrado Apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Formação Científica, Educacional e Tecnológica (PPGFCET), da Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR. Curitiba, 2014.

DAVISSON, Clinton Joseph. The discovery of electron waves . Nobel Lecture, dec. 13, 1937.

PERES, Marcus Vinicius. Ensino de Física Moderna e Contemporânea Baseado em Atividades de Laboratório Mediadas pela Utilização de um Software de Videoanálise e Modelagem . Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Formação Científica, Educacional e Tecnológica) -Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2016.

RINCOSKI, Cristóvão Renato Morais. Tópicos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio . Produto Educacional em estágio de elaboração.

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