Setor de Educação de Jovens e Adultos
SEQUÊNCIA DIDÁTICA PODCAST
ÁREA CIÊNCIAS DA NATUREZA – FÍSICA - ENSINO MÉDIO
Título do
Podcast
Área
Segmento
Duração
Quarks
Ciências da Natureza – Física
Ensino médio
6min40seg
Habilidades
H105. Comparar diferentes modelos atômicos.
Tempo Estimado: 30 minutos
Materiais e recursos necessários: cópia do roteiro do podcast: Quarks.
Conteúdos: Estrutura atômica
Evolução no tempo dos modelos explicativos da matéria
Desenvolvimento:
Antes de desenvolver essa atividade, ouça atentamente o podcast “Quarks”. O áudio desse
podcast está disponível no Portal Eja. Você pode gravá-lo no seu telefone celular. Se não
conseguir localizá-lo no Portal Eja, peça o auxílio do seu orientador de aprendizagem.
Julgando conveniente, ouça-o novamente para eliminar possíveis dúvidas que, porventura,
apareceram enquanto você o escutava.
Depois de ouvi-lo, realize as atividades propostas a seguir.
Iniciando a atividade
No início do podcast, os comentaristas argumentam que tratarão de assuntos relacionados à
Física Moderna.
A Física Moderna é a parte da Física que se desenvolveu a partir do no início do século XX.
Entre os cientistas que ajudaram a construí-la, o mais conhecido é Albert Einstein. Mas muitas
contribuições vieram com outros cientistas que não são tão conhecidos do grande público.
Entre eles podemos citar Marie Curie, Max Planck, Werner Heisenberg, Enrico Fermi, Niels
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Bohr, Erwin Schrödinger, Louis de Broglie, Wolfgang Pauli, Paul Dirac e também brasileiros
como Mário Schemberg e César Lattes, dentre muitos outros. As pesquisas desses cientistas
possibilitaram grandes avanços na Física Moderna a partir de questionamentos como: “É
possível o universo ter se formado a partir de uma explosao?”; “O tempo passa de forma
diferente em lugares diferentes?”.
Dentre esses novos cenários de pesquisas, uma grande parte dos cientistas volta o olhar para
o mundo microscópico e estuda os fenomenos subatômicos que, posteriormente, irão
possibilitar avanços tecnológicos na área das telecomunicações, na eletrônica e também nos
estudos sobre a evolução do universo. Abre-se então um amplo leque de pesquisas
propiciados pela Física Moderna que inluirá a Teoria da Relativadade, a Mecânica Quântica, a
Radioatividade, a Cosmologia, a Física Nuclear e tambem a Física das Partículas.
Exercício 1
No quadro a seguir associe as definiçoes de algumas das áreas de estudo da Fisica (Clássica e
Moderna), apresentadas na coluna da direita, com os respectivo nomes dessas áreas, à
esquerda.
A – Mecânica
( ) Estudo dos fenômenos térmicos.
B –Termodinâmica
()
C – Óptica
D – Ondulatória
E – Eletromagnetismo
F – Física Moderna
Estudo das propriedades das ondas que se propagam em
meios materiais.
Dentre os seus estudos, incluem-se os fenômenos
()
elétricos e magnéticos.
Estudo dos fenômenos relacionados aos movimentos dos
()
corpos.
Trata das descobertas da Física desde o final do século XIX
()
até os dias de hoje.
( ) Estudo dos fenômenos relacionados à luz.
Um grande passo no desenvolvimento da Física Moderno ocorreu já no início do século XX
com uma série de congressos científicos que ficaram conhecidos como Congressos da Solvay.
Os Congressos da Solvay correspondem a uma série de conferências científicas que ocorrem
desde 1911. No começo do século XX, essas conferências reuniram os mais consagrados
cientistas da época, e proporcionaram avanços fundamentais na Física Moderna. Elas são
realizadas, ainda hoje, no Instituto Internacional da Solvay de Física e Química, localizado em
Bruxelas e fundado pelo químico industrial belga Ernest Solvay. Na figura 1, é apresentada a
foto oficial dos participantes do 5º congresso cujo tema foi “Elétrons e fótons”.
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2
Figura 1 - 5º Congresso de Solvay (1927).
Disponível em: <http://esquadraodoconhecimento.wordpress.com/2012/09/09/conferencia-de-solvay/>.
Acesso em: 05 set. 2014. 10h21min.
1 – Peter Debye
2 – Irving Langmuir
3 – Martin Knudsen
4 – Auguste Piccard
5 – Max Planck
6 – William Lawrence Bragg
7 – Émile Henriot
8 – Paul Ehrenfest
9 – Marie Curie
10 – Hendrik Anthony Kramers
11 – Edouard Herzen
12 – Hendrik Anton Lorentz
13 – Théophile de Donder
14 – Paul Dirac
15 – Albert Einstein
16 – Erwin Schrödinger
17 – Arthur Compton
18 – Jules-Émile Verschaffelt
19 – Paul Langevin
20 – Louis de Broglie
21 – Charles-Eugène Guye
22 – Wolfgang Pauli
23 – Werner Heisenberg
24 – Max Born
25 – Charles Thomson Rees Wilson
26 – Ralph Howard Fowler
27 – Léon Brillouin
28 – Niels Bohr
29 – Owen Willians Richardson
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Exercício 2
Identifique, na figura 1 os seguintes cientistas:
Marie Curie – Seus trabalhos na área da Radioatividade foram apresentados nas aulas 47 e
48 do Novo Telecurso.
Albert Einstein – Suas pesquisas sobre o efeito fotoelétrico e a Teoria da Relatividade
aparecerem nas aulas 35 e 50 respectivamente.
Niels Bohr – Seu modelo atômico foi estudado na aula 47 do Novo Telecurso.
Depois das reflexões iniciais sobre a Física Moderna, os comentaristas refletem sobre o longo
caminho percorrido pelos cientistas para chegar até a ideia aceita nos dias atuais sobre os
constituintes do átomo.
Mas, para chegarmos na concepção aceita atualmente, apareceram, ao longo dos séculos,
outros modelos atômicos que procuravam identificar os componentes do átomo. Um dos
mais conhecidos é o modelo atômico de Rutherford.
Exercício 3
Pesquise em seu livro de Física, e utilize o espaço a seguir, para escrever um breve resumo
das principais ideias do modelo atômico de Rutherford.
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___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
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___________________________________________________________________________
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Como as pesquisas em Ciências nunca param, depois do modelo de Rutherford, vieram outros
modelos que possibilitaram compreender cada vez mais o interior do átomo. Essas pesquisas
e os modelos nos levaram aos quarks que são o principal assunto do podcast.
Os comentaristas argumentam que:
No século passado, a partir da década de 1960 e com altos investimentos financeiros e
tecnológicos, foram construídos aparelhos chamados de aceleradores de partículas.
Com os resultados dos experimentos nesses aceleradores, chegou-se aos quarks.
Exercício 4
Quais são os seis tipos de quarks apresentados no podcast?
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Exercício 5
Dos seis tipos de quarks, quais deles constituem, e em que quantidades prótons, nêutrons e
elétrons?
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Exercício 6
Leia atentamente o texto e observe as ilustrações que mostram um esquema representativo
do núcleo do átomo.
O átomo já foi aceito como a menor unidade de matéria. Sabe-se, contudo, que há partes
ainda menores da matéria. Ele é composto de elétrons, núcleo e uma ampla região com
espaços vazios. O núcleo, por sua vez, contém dois tipos de núcleons: os prótons e os
nêutrons, que são compostos de partículas ainda menores denominadas quarks. Existem seis
tipos de quark que foram representados pelos símbolos abaixo:
Legenda
strange
charm
bottom
top
quark down
quark up
A partir das informações acima podemos afirmar que um átomo do elemento químico lítio
(presente na bateria dos celulares) que possui 3 prótons e 4 nêutrons é formado por um total
de
a) 3 quarks up e 6 quarks down.
b) 4 quarks up e 2 quarks down.
c) 4 quarks up e 8 quarks down.
d) 8 quarks up e 8 quarks down.
e) 10 quarks up e 11 quarks down.
Exercício 7
(Fuvest) O próton é formado por:
a) um pósitron e dois neutrinos
b) dois quarks up e um quark down
c) um quark up e dois quarks down
d) um pósitron, um quark up e um quark top
e) dois quarks top e um quark bottom
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Exercício 8
(UERJ) Prótons e nêutrons são constituídos de partículas chamadas quarks: os quarks u e d.
O próton é formado de 2 quarks do tipo u e 1 quark do tipo d, enquanto o nêutron e formado
de 2 quarks do tipo d e 1 do tipo u. Se a carga elétrica do próton é igual a 1 unidade de carga
e a do nêutron é igual a zero, as cargas de u e d valem, respectivamente:
a) 2/3 e 1/3
b) -2/3 e 1/3
c) -2/3 e -1/3
d) 2/3 e -1/3
Exercício 9
(Vunesp) De acordo com o modelo atômico atual, os prótons e nêutrons não são mais
considerados partículas elementares. Eles seriam formados de três partículas ainda menores,
os quarks. Admite-se a existência de 12 quarks na natureza, mas só dois tipos formam os
prótons e nêutrons, o quark up (u), de carga elétrica positiva, igual a 2/3 do valor da carga do
elétron, e o quark down (d), de carga elétrica negativa, igual a 1/3 do valor da carga do elétron.
A partir dessas informações, assinale a alternativa que apresenta corretamente a composição
do próton e a do nêutron.
Próton
Nêutron
a)
d, d, d,
u, u, u
b)
d, d, u,
u, u, d
c)
d, u, u,
u, d, d
d)
u, u, u,
d, d, d
e)
d, d, d,
d, d, d
Sugestões de estudos complementares
Artigo da revista Física na Escola intitulado “Sobre o discreto charme das partículas
elementares”.
O
texto
se
encontra
disponível
em:
<http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol6/Num1/charme.pdf>. Acesso em: 08 set. 2014.
11h22min.
Vídeo “O discreto charme das partículas elementares”. Produção da TV Cultura a partir do
livro “O discreto charme das partículas elementares”, de Maria Cristina Batoni Abdalla.
Editora
da
Unesp,
São
Paulo:
200.
Disponível
em:
<http://www.youtube.com/watch?v=FAISMNkR_WM>. Acesso em 09 set. 2014. 13h05min.
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Artigo do blog Mensageiro Sideral intitulado “Querida, destruí o Universo”. Disponível em:
<http://mensageirosideral.blogfolha.uol.com.br/2014/09/11/querida-destrui-o-universo/>.
Acesso em: 11 set. 2014. 09h12min.
Anexo 1
Gabarito comentado.
Exercício 1
A – Mecânica
(B)
B –Termodinâmica
(D)
C – Óptica
(E)
D – Ondulatória
(A)
E – Eletromagnetismo
(F)
F – Física Moderna
(C)
Estudo dos fenômenos térmicos.
Estudo das propriedades das ondas que se propagam
em meios materiais.
Dentre os seus estudos, incluem-se os fenômenos
elétricos e magnéticos.
Estudo de fenômenos relacionados aos movimentos
dos corpos.
Trata das descobertas da Física desde o final do século
XIX até os dias de hoje.
Estudo dos fenômenos relacionados à luz.
Exercício 2
Exercício 3
De acordo com o modelo de Rutherford, o átomo é formado por um núcleo muito pequeno
onde se concentra praticamente toda a sua massa. No núcleo existem cargas positivas. Na
região ao redor do núcleo, denominada eletrosfera, encontram-se os elétrons que giram em
órbitas circulares. Os elétrons possuem carga elétrica negativa.
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Exercício 4
Quarks up, down, strange, charm, bottom e top.
Exercício 5
O elétron é uma partícula elementar e não é constituído de quarks.
Os prótons são formados de 2 quarks up e 1 quark down.
Os nêutrons são formados de 2 quarks down e 1 quark up.
Exercício 6
Alternativa E
1 próton possui 2 quarks up e 1 quark down. Teremos em 3 prótons: 6 quarks up e 3 quarks
down
1 nêutron possui 1 quark up e 2 quarks down. Teremos em 4 nêutrons: 4 quarks up e 8 quarks
down.
Dessa maneira, o total de quarks up do elemento lítio será:
6 provenientes do próton
4 provenientes do nêutron
Total: 10 quarks up.
O total de quarks down do elemento lítio será:
3 provenientes do próton
8 provenientes do nêutron
Total: 11 quarks down
Exercício 7
Alternativa B
Exercício 8
Alternativa D
A carga do próton é igual a 1 unidade, e sendo que ele possui dois quarks up (2u) e um quark
down (1d), teremos:
2u + 1d = 1
Por outro lado, a carga do nêutron é igual a zero (0), e sendo que ele possui dois quarks down
(2d) e um quark up (1u), chega-se a
2d + 1u = 0
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Agrupando as duas expressões:
2u + 1d = 1
Expressão 1
2d + 1u = 0
Expressão 2
A expressão 1 pode ser escrita na forma “d = 1 – 2u” e substituída na expressão 2
2d + 1u = 0
2.(1 – 2u) + 1u = 0
2 – 4u + 1u = 0
– 3u = – 2
u = 2/3
E sendo d = 1 – 2u, obtém-se
d = 1 – 2u
d = 1 – 2.(2/3)
d = 1 – 4/3
d = – 1/3
Exercício 9
Alternativa C
Referências
MIRANDA, E. Quarks. Disponível em:
<http://www.eja.educacao.org.br/bibliotecadigital/cienciasnatureza1/podcasts/Lists/Podca
st/DispForm.aspx?ID=16&Source=http%3A%2F%2Fwww%2Eeja%2Eeducacao%2Eorg%2Ebr
%2Fbibliotecadigital%2Fcienciasnatureza1%2Fpodcasts%2FPaginas%2FPodcastEM%2Easpx>
. Acesso em: 08 set. 2014. 10h05 min.
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