Abstract in Portuguese:

Em 2024 a Universidade de São Paulo (USP) comemorou 90 anos de fundação. Dentre os fatos marcantes de sua história destacam-se as diretrizes de apoio à valorização das atividades de ensino de graduação de grande impacto no início dos anos 2000. Tais ações contribuíram para idealização, implementação e atualização da estrutura curricular do Bacharelado em Astronomia, um dos mais jovens da USP. A história deste curso também se remete ao período do envolvimento do Brasil em consórcios internacionais de grandes projetos observacionais e instrumentais, que motivaram a criação de um Projeto Político Pedagógico visando a formação de profissionais preparados para os novos desafios científicos e tecnológicos da Astronomia Moderna. Este trabalho aborda aspectos históricos relacionados com a criação do curso, sua relação com as atividades de pesquisa da comunidade astronômica brasileira, e relata as visões e ações da política educacional que foram inspiradoras no desenvolvimento do currículo. Após 10 anos de sua primeira turma formada, o curso alcança resultados interessantes relacionados ao incentivo à permanência no curso. Embora 80% dos graduandos optem pela vertente pesquisa em seus Trabalhos de Conclusão de Curso, eles têm forte interesse em projetos de extensão, visando o retorno para a sociedade dos conhecimentos produzidos pela universidade.

Abstract in English:

In 2024 the University of São Paulo (USP) celebrated its 90th anniversary. Among the most notable events in its history are the guidelines for supporting the valorization of undergraduate teaching activities, which had a major impact in the early 2000s. These actions greatly contributed to the idealization, implementation, and constant updating of the curricular structure of the Bachelor’s Degree in Astronomy, one of the youngest programs at USP. Furthermore, the history of this new undergraduate course coincides with a period of Brazil’s involvement in international consortia of large observational and instrumental projects, which motivated the creation of a Political Pedagogical Project aimed at training professionals prepared for the new scientific and technological challenges in Modern Astronomy. In addition to addressing historical aspects related to the creation of the course, as well as its relationship with the research activities of the Brazilian astronomical community, this work reports on the visions and actions of the educational policy that inspired the development of the curriculum. Ten years after its first class graduated, the course has achieved very interesting results related to encouraging students to stay in the course. Although 80% of the students choose scientific research as the subject for their B.Sc. final work, they have demonstrated a strong interest in outreach projects, concerned with returning to society the knowledge produced by the university.

Abstract in Portuguese:

O presente trabalho busca apresentar uma breve discussão sobre a importância das redes de monitoramento de meteoros, com um enfoque especial em como montar uma rede de monitoramento e o tipo de pesquisa científica que pode ser desenvolvida. Os autores apontam alguns aspectos específicos da pesquisa em meteorítica com enfoque no monitoramento digital de meteoros.

Abstract in English:

This paper aims to present a brief discussion on the importance of meteor monitoring networks, with a special focus on how to set up a monitoring network and the type of scientific research that can be developed. The authors highlight specific aspects of meteoritic research with a focus on digital meteor monitoring.

Abstract in Portuguese:

Os elementos químicos da Tabela Periódica (TP), constituídos por partículas fundamentais, formam a matéria luminosa (matéria bariônica), ou seja, a matéria prima de tudo o que conseguimos medir e observar no Universo, que representa apenas 5% do mesmo. Em Astrofísica, denominam-se metais todos os elementos químicos naturais da TP, isto é, excetua-se hidrogênio e hélio e exclui-se os elementos químicos artificiais. Apresentamos, neste texto, uma visão geral da produção dos elementos químicos no Universo e mostramos, usando matemática acessível, por que a proporção de 2% de metais do nosso Sistema Solar, que é uma representação da evolução química no Universo, não aumentou significativamente nos últimos 13,8 bilhões de anos. Salientamos, ao longo do texto, que alguns conceitos de Astrofísica podem ser discutidos em sala de aula (ou fora dela), abordando conhecimentos estabelecidos pela Base Nacional Comum Curricular (BNCC), para aproximar cada vez mais questões de Astrofísica da formação inicial e continuada de professores.

Abstract in English:

The chemical elements of the Periodic Table, made up of fundamental particles, form luminous matter (baryonic matter), that is, the raw material of everything we can measure and observe in the Universe, which represents only 5% of it. In Astrophysics, all natural chemical elements in TP are called metals, that is, except for hydrogen and helium and artificial chemical elements. In this text, we present an overview of the production of chemical elements in the Universe and show, using accessible mathematics, why the 2% proportion of metals in our Solar System, which is a representation of chemical evolution in the Universe, has not increased significantly in the last 13.8 billion years. We emphasize, throughout the text, that some Astrophysics concepts can be discussed in the classroom (or outside it), addressing knowledge established by the National Common Curricular Base, to increasingly bring Astrophysics issues to the initial and continuing formation of teachers.

Abstract in Portuguese:

Neste artigo, propomos uma revisão destinada a explorar o tema do índice de frenagem (“braking index”, n), com o objetivo de torná-lo mais acessível e compreensível para estudantes em início de graduação ou pós-graduação. Dentro dessa perspectiva, apresentamos um estudo desse parâmetro astrofísico para pulsares. A perda de energia na forma de radiação é um fenômeno fundamental para a compreensão do comportamento de diversos objetos celestes. Portanto, estudando o índice de frenagem de um pulsar, que é uma medida de sua desaceleração rotacional devido à perda de energia, temos um importante parâmetro astrofísico que nos auxilia a compreender a evolução temporal da rotação do pulsar. Tradicionalmente, assumimos n como uma constante igual a três, indicando uma desaceleração constante ao longo do tempo. No entanto, variações no índice de frenagem podem sugerir a presença de mecanismos físicos que afetam a perda de momento angular, como emissão de vento pulsar, sistemas binários ou campos magnéticos variados. Com base nisso, estudamos a evolução temporal da frequência angular Ω em função do tempo, Ω em função do período P e do índice de frenagem em função do período de rotação do pulsar Caranguejo.

Abstract in English:

In this article, we propose a review aimed at exploring the topic of the braking index (“n”) to make it more accessible and comprehensible for undergraduate and graduate students. Within this perspective, we present a study of this astrophysical parameter for pulsars. The loss of energy in the form of radiation is a fundamental phenomenon for understanding the behavior of various celestial objects. Therefore, by studying the braking index of a pulsar, which measures its rotational deceleration due to energy loss, we have an important astrophysical parameter that helps us understand the temporal evolution of the pulsar’s rotation. Traditionally, n is assumed to be a constant equal to three, indicating constant deceleration over time. However, variations in the braking index may suggest the presence of physical mechanisms affecting angular momentum loss, such as pulsar wind emission, binary systems, or variable magnetic fields. Based on this, we examine the temporal evolution of the angular frequency Ω as a function of time, Ω as a function of the period P, and the braking index as a function of the rotation period of the Crab pulsar.

Abstract in Portuguese:

Da comparação do tempo em referenciais inerciais, deduzem-se possíveis tipos de transformações entre referenciais inerciais. Esta dedução elementar relaciona diretamente as propriedades do tempo com o tipo de transformações. Quando todos os referenciais inerciais medem o mesmo tempo (o tempo é absoluto), as transformações são galileanas. Quando cada referencial inercial tem seu próprio tempo, diferente dos tempos de outros referenciais inerciais (o tempo não é invariante), as transformações são do tipo Lorentz com o mesmo parâmetro positivo k. O parâmetro k é o supremo das velocidades possíveis em um referencial inercial, o mesmo para todos os referenciais inerciais. O postulado de Einstein sobre a invariância da velocidade da luz diz mais: há um movimento uniforme com o supremo k, que é exatamente o movimento da luz no vácuo. No final do artigo, são criticadas as tentativas de reduzir a teoria da relatividade especial ao princípio da relatividade.

Abstract in English:

From the comparison of time in inertial frames, possible types of transformations between inertial frames are deduced. This elementary deduction directly relates the properties of time with the type of transformations. When all inertial frames measure the same time (time is absolute), the transformations are Galilean. When each inertial frame has its own time, different from the times of other inertial frames (time is not invariant) the transformations are Lorentz-like with the same positive parameter k. The parameter k is the supremum of possible velocities in an inertial frame, the same for all inertial frames. Einstein’s postulate about the invariance of the speed of light says more: there is a uniform motion with the supremum k, which is exactly the motion of light in a vacuum. At the end of the article, attempts to reduce the special theory of relativity to the principle of relativity are criticized.

Abstract in Portuguese:

No presente artigo é introduzido, de forma didática e simplificada, o conceito de aberração da luz estelar em astronomia a partir de uma perspectiva histórica e física. As investigações sobre esse fenômeno, desde sua descoberta por James Bradley, abriram o caminho para uma compreensão mais profunda sobre o universo mas, principalmente, a respeito da natureza fundamental da própria luz. Do ponto de vista do contexto histórico em que se localizam as descobertas sobre a aberração da luz estelar desde Aristóteles, mas de forma muito mais intensa após o trabalho de Copérnico, os astrônomos dos séculos XVII e XVIII precisavam de evidências empíricas para confirmar o movimento orbital da Terra em torno do Sol. As observações de Bradley na tentativa de obter o deslocamento paralático das estrelas – a mudança na posição de uma estrela durante um período de seis meses – desempenharam um papel crucial nessa direção. De fato, nesse processo ele acabou por descobrir o fenômeno da aberração, um deslocamento anômalo da luz estelar que ele atribuiu à translação da Terra. Essa descoberta foi fundamental no processo histórico de descarte da ideia de que o Sol gira em torno da Terra (o sistema geocêntrico). No presente trabalho, após a contextualização histórica, apresentamos a conceituação qualitativa do fenômeno da aberração e aprofundamos seu entendimento a partir de uma perspectiva quantitativa.

Abstract in English:

In this article, the concept of aberration of the light in astronomy is introduced in a didactic and simplified way, from a historical and physical perspective. The understanding of this phenomenon, since its discovery by James Bradley, has opened the way to a deeper understanding about the universe, but mainly about the fundamental nature of light itself. From the point of view of the historical context in which the discoveries about the aberration of starlight are located, after the work of Copernicus, astronomers of the 17th and 18th centuries needed empirical evidence to confirm the orbital motion of the Earth around the Sun. Bradley’s observations in an attempt to obtain the parallactic displacement of stars – the change in the position of a star over a period of six months – played a crucial role in this direction. In fact, in this process, he ended up discovering the phenomenon of aberration, an anomalous displacement of stellar light that he attributed to the translation of the Earth. This discovery was fundamental in the historical process of discarding the idea that the Sun revolves around the Earth (a.k.a. the geocentric system). After a qualitative conceptualization of the phenomenon, we present some lines about the history of its discovery in the 18th century and then, right after, deepen its understanding from a quantitative perspective.

Abstract in English:

We review the theory of special conformal transformations, deriving the transformation formulas for some important tensors and tensor densities, to the point where we are able to understand the conformal invariance of Maxwell’s equations. The invariant relativistic action reveals that the rest mass of a particle is a scalar density, while its electric charge is a scalar.

Abstract in English:

We present and discuss, from a kinematic point of view, the dance movement known as the Moonwalk, popularized by Michael Jackson over 40 years ago. This paper explores the application of kinematic analysis to enhance physics education by examining the Moonwalk movement. We use the free software Tracker to register the position and time of three material points: the head (H) and the tips of the right and left feet (RF, LF) for two dancers. We found that head movement is well described by a constant speed model and the foot-to-head speed ratio close to the expected value of 2. We also observed an asymmetry in leg movement that impacts the speed of the feet in relation to the dancer’s head. We conclude by discussing possibilities for using dance and other body movements as motivation for physics classes at the high school and university level.

Abstract in Portuguese:

No presente trabalho, exploram-se problemas de condições de contorno envolvendo a equação de Laplace no contexto da eletrostática. Calcula-se o potencial elétrico para problemas com diferentes geometrias. Além de abordar a teoria e os conceitos de maneira didática e detalhada, apresentam-se resultados visuais com gráficos de mapas de intensidade dos potenciais elétricos e também gráficos do campo elétrico resultante, permitindo visualizar facilmente a conexão entre a física por trás do problema e os resultados matemáticos obtidos. Dessa forma, é possível explorar simetrias e interpretar os resultados de maneira intuitiva e eficiente. Ao final do trabalho, destacase a importância de uma abordagem didática ao lidar com problemas de condições de contorno e são enfatizadas as vantagens do uso de técnicas computacionais visuais nas aplicações apresentadas. Concluímos apontando a perspectiva de que este estudo contribua para o ensino da física, em particular na área do eletromagnetismo, e estimule o uso de práticas computacionais nas atividades dos estudantes de física.

Abstract in English:

In the present work, boundary conditions problems involving Laplace’s equation are explored in the context of electrostatics. The electrical potential is calculated for problems with different geometries. In addition to covering the theory and concepts in a didactic and detailed way, visual results are presented with graphs of electrical potential intensity maps and also graphs of the resulting electric field, allowing to easily visualize the connection between the physics behind the problem and the mathematical results obtained. This way, it is possible to explore symmetries and interpret the results in a intuitive and efficient way. At the end of the work, the importance of a didactic approach when dealing with boundary conditions problems is highlighted and the advantages of using visual computational techniques in the applications presented in this work are emphasized. We conclude by pointing out the prospect that this study will contribute to the teaching of physics, particularly in the area of electromagnetism, and encourage the use of computational practices in the activities of physics students.

Abstract in Portuguese:

La presente investigación es el resultado de extrapolar los conceptos teóricos de un codificador convolucional de bloques Reed Solomon para el estudio de mecanismos de captación de energía, en las áreas de fluidodinámica y óptica. El objetivo es la construcción de un modelo matemático para sistemas ondulatorios complejos, basado en la identificación de correspondencia entre los principios físicos y teoría de la información. El método de reconocimiento de similitud estructural se basó en el estudio de variables fractales y parametrización del sistema. El operador de convolución permite el tratamiento directo de la variable física, a partir de la interpretación de los sistemas como codificadores de bloques discretos de energía y paquetes de ondas, dotando de una técnica innovadora en la generación de postulados científicos. Se obtiene como resultado una ecuación generalizada con un término, para la controlabilidad del patrón de interferencia, con lo que se consigue un modelo completo del sistema. Lo que permite concluir que el método de interpretación de correspondencia sobre codificadores de entrelazamiento aporta un modelo compatible para sistemas físicos clásicos y modernos.

Abstract in English:

This research is the result of extrapolating the theoretical concepts of a Reed Solomon block convolutional encoder for the study of energy harvesting mechanisms in the areas of fluid dynamics and optics. The objective is the construction of a mathematical model for complex wave systems, based on the identification of correspondence between physical principles and information theory. The method of structural similarity recognition was based on the study of fractal variables and parameterization of the system. The convolution operator allows the direct treatment of the physical variable, from the interpretation of the systems as discrete energy block encoders and wave packets, providing an innovative technique in the generation of scientific postulates. The result is a generalized equation with a term for the controllability of the interference pattern, which achieves a complete model of the system. This allows us to conclude that the correspondence interpretation method on entanglement encoders provides a compatible model for classical and modern physical systems.

Abstract in Portuguese:

A propagação de ondas mecânicas e eletromagnéticas em estruturas com periodicidade espacial tornou-seum campo relevante, especialmente quando os aspectos científico, tecnológico e de inovação são considerados. Embora o comportamento dos fenômenos físicos associado a estruturas periódicas tenham se consolidado ao longo dos últimos anos, o caso acústico ainda é um campo de estudo pouco explorado e neste sentido se faz necessário. Neste trabalho, investigamos alguns fenômenos subjacente ao comportamento das ondas de Bloch em um metamaterial acústico periódico dispersivo. O formalismo matemático da matriz detransferência considerando as perdas visco-térmicas combinada ao teorema de Bloch-Floquet unidimensional são adotados e se revelam suficientemente precisos para descrever e extrair as características da estrutura periódica. Conceitos como dispersão sonora, velocidade de fase e bandas de frequências proibidas (bandgaps) são abordados, e seus respectivos comportamentos são apoiados por resultados experimentais. Além disso, uma estratégia de como estabelecer a localização e a dimensão destes bandgaps é apresentada. Por fim, este estudo possibilita uma discussão no campo da física ondulatória, particularmente sobre o comportamento das ondas sonoras dissipativas que se propagam em estruturas periódicas.

Abstract in English:

The propagation of mechanical and electromagnetic waves in structures with spatial periodicity has become a relevant field, especially when scientific, technological and innovation aspects are considered. Although the behavior of physical phenomena associated with periodic structures has been consolidated over the last few years, the acoustic case is still a poorly explored field of study and in this sense it is necessary. In this work, we investigate some phenomena underlying the behavior of Bloch waves in a dispersive periodic acoustic metamaterial. The mathematical formalism of the transfer matrix considering the viscothermal losses combined with the onedimensional Bloch-Floquet theorem are adopted and are shown to be sufficiently accurate to describe and extract the characteristics of the periodic structure. Concepts such as sound dispersion, phase velocity and forbidden frequency bands (bandgap) are addressed, and their respective behaviors are supported by experimental results. In addition, a strategy for establishing the location and dimension of these bandgaps is presented. Finally, this study enables a discussion in the field of wave physics, particularly in the behavior of dissipative sound waves that propagate in periodic structures.

Abstract in English:

As the impacts of climate change become increasingly evident, understanding the role of atmospheric aerosols in regulating Earth’s climate is crucial. Despite their significance, the optical properties of aerosols remain unclear to the general public and, particularly, to students in Physical and Earth sciences. This paper presents a didactic approach to exploring variations in aerosol optical properties, focusing on refractive indices and utilizing data from the National Aeronautics and Space Administration’s (NASA) AErosol RObotic NETwork (AERONET) under typical atmospheric conditions in central Amazon. The discussion presented here can be integrated into undergraduate and graduate university courses, linking Physics and environmental sciences and enhancing theoretical discussions in electromagnetism courses with observational data. The Amazon rainforest, with its dynamic atmospheric conditions influenced by seasonal changes, biomass-burning events, and long-range aerosol transport, provides a rich context for this analysis. Our study identifies seasonal patterns in aerosol optical depth, with biomass burning affecting light scattering at shorter wavelengths. African dust and smoke show strong absorption across a broader spectrum. We characterize the refractive index’s wavelength-dependent behavior for the different aerosol conditions, highlighting their unique optical properties. This interdisciplinary analysis contributes to a deeper understanding of atmospheric sciences and its implications for climate modeling and environmental assessment.

Abstract in English:

Liquid state theories are grounded in statistical mechanics, making key concepts challenging for newcomers. Important results and discussions are often scattered across various papers and textbooks, many of which address broader topics and include only a single chapter on liquid state theory. As a result, gathering the necessary foundational knowledge can be time-consuming and requires some insight in finding the right resources. This paper aims to provide a clear and accessible introduction to liquid state theory by discussing the derivation of the Ornstein-Zernike equation through three different approaches: 1) intuitive arguments based on particle interactions within the system; 2) a statistical analysis of particle fluctuations in different subvolumes, accounting for interactions between those subvolumes, as originally presented by Ornstein and Zernike; and 3) the use of correlation functions derived from statistical mechanics and their variations due to changes in an external potential. While the third approach is more complex, it offers essential insights and mathematical intuition for deeper exploration in the field.

Abstract in Portuguese:

A métrica de Kantowski-Sachs é uma solução exata das equações de campo de Einstein que descreve um universo anisotrópico e homogêneo, diferindo das soluções isotrópicas e homogêneas do modelo de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW). Este modelo cosmológico é particularmente relevante para o estudo de regimes em que a simetria esférica é mantida, mas com diferentes fatores de escala nas direções radial e angular, o que pode representar o colapso gravitacional em buracos negros ou fases iniciais do universo primordial. A análise cosmológica nessa métrica permite explorar cenários onde a isotropia é violada, fornecendo elementos sobre a evolução do universo em condições extremas e contribuindo para a compreensão de fenômenos como singularidades e a dinâmica de regimes onde a curvatura tem um papel preponderante na evolução do universo.

Abstract in English:

The Kantowski-Sachs metric is an exact solution to Einsteinâ s field equations that describes an anisotropic and homogeneous universe, differing from the isotropic and homogeneous solutions of the Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) model. This cosmological model is particularly relevant for studying regimes where spherical symmetry is preserved but with different scale factors in the radial and angular directions, which can represent gravitational collapse in black holes or early phases of the primordial universe. Cosmological analysis using this metric allows for the exploration of scenarios where isotropy is broken, providing insights into the evolution of the universe under extreme conditions and contributing to the understanding of phenomena such as singularities and the dynamics of regimes where curvature plays a dominant role in the evolution of the universe.

Abstract in Spanish:

En este trabajo se presenta la solución de la ecuación de Poisson para determinar el campo electrostático en un dominio cuadrado, utilizando el método de Liebmann para asegurar la estabilidad de la solución. Se emplean las herramientas de software Excel y Maple para observar el comportamiento del potencial eléctrico. Excel ofrece precisión y rapidez en el proceso, pero una representación gráfica menos atractiva. En contraste, Maple proporciona gráficos detallados, con definición de líneas de campo y elementos del modelo. Los resultados indican que la enseñanza en ingeniería puede beneficiarse de métodos de simulación numérica, facilitando la comprensión de conceptos y teorías para futuros desarrollos.

Abstract in English:

This work presents the solution of Poisson’s equation to determine the electrostatic field in a square domain, using Liebmann’s method to ensure the stability of the solution. Excel and Maple software tools are used to analyze the electric potential and electric field behavior. Excel offers accuracy and speed, albeit with a less attractive graphical representation. In contrast, Maple provides detailed graphics, including definitions of field lines and model elements. The results indicate that engineering education can benefit from numerical simulation methods, facilitating understanding of concepts and theories for future developments.

Abstract in English:

This article presents a comprehensive analysis of the image position formed by a point object through a flat refracting surface. While traditional textbooks often restrict their discussions to the paraxial approximation, applicable only in limited scenarios, this work expands the scope to address more realistic conditions with large angles of incidence. By leveraging elementary mathematics, differential calculus, geometric principles, and the law of refraction, three distinct proofs of the vertical and horizontal position of the conjugated image are provided. This study aims to bridge the identified gap in educational resources and promote a deeper exploration of refraction phenomena in didactic contexts.

Abstract in English:

This work explores the intersection of music and physics through the use of signal and audio processors on the electric guitar, focusing on wave physics and timbre manipulation. It posits that physics is crucial in designing and operating electric guitar signal processors by understanding wave phenomena. The research emphasizes the need for a thorough understanding of the physical processes behind sound effects to inspire innovative music creation besides demonstrating how the relationship between frequencies, amplitudes, and phases of sound waves can be creatively and consciously explored, promoting a deeper understanding of electric guitar effect processors. This physical approach advances knowledge in acoustics, sound engineering, and wave physics, expanding creative possibilities in music. The methodology involved assessing sound effects, such as distortion, chorus, flanger, wah-wah, and delay, applied to the original signal, captured from an electric guitar and analyzed in MATLAB to study its waveform. The results demonstrated how these effects alter the signal’s shape and frequency spectrum, underscoring the importance of wave fundamentals in sound effects creation and enhancing understanding of sound wave transformations.

Abstract in English:

We study the domain formation process in a one-dimensional lattice of Ising spins at temperature T in the presence of an external magnetic field H evolving by Glauber dynamics. The domain formation process is studied analytically by calculating the distribution of domain lengths, Pn, and the density of domains for arbitrary values for J, T, and H. The analytical expression for Pn considers three fundamental processes: diffusion of domain walls, coalescence, and fragmentation of domains. The theoretical results agree for all temperatures and magnetic fields considered with those obtained through computational simulations based on the kinetic Monte Carlo method. The results found for Pn with T = 0 and H = 0 suggest the existence of an entropic repulsive force between domain walls. This force disappears for finite temperatures due to thermal fluctuations. For a nonzero magnetic field, the symmetry between the up and down spins is broken. If the magnetic field is strong, that is H > 2J, the spins tend to orient in the direction of the field. However, for a weak magnetic field, H < 2J, there is domain formation, and the time evolution strongly depends on the initial condition. For a positively oriented magnetic field, the down spin domains disappear systematically.

Abstract in Portuguese:

A modelagem baseada em agentes (MBA) é uma metodologia poderosa e acessível para explorar sistemas complexos, onde interações simples entre indivíduos podem gerar comportamentos coletivos emergentes. Este artigo apresenta a MBA de maneira didática e fluida, utilizando a interface NetLogo para exemplificar como a metodologia pode ser aplicada em diversas áreas, como ecologia, saúde pública, economia e sociologia. Com uma abordagem prática, mostramos que não é necessário um conhecimento avançado em computação para começar a usar a MBA, mas que sua versatilidade permite investigar questões complexas do mundo real. Ao final, o leitor será capaz de entender os fundamentos da MBA, interpretar resultados de simulações e identificar sua aplicabilidade em diferentes contextos reais.

Abstract in English:

Agent-based modeling (ABM) is a powerful and accessible methodology for exploring complex systems, where simple interactions between individuals can generate surprising collective behaviors. This paper presents ABM in a didactic and fluid manner, using the NetLogo interface to exemplify how the methodology can be applied to various fields, such as ecology, public health, economics, and sociology. With a practical approach, we demonstrate that advanced computational knowledge is not required to begin using ABM, yet its versatility enables the investigation of complex real-world questions. By the end, readers will be able to understand the fundamentals of ABM, interpret simulation results, and identify its applicability across different real-world contexts.

Abstract in English:

This study investigates the motion of a falling smartphone under the influence of air drag using acceleration data collected by its built-in accelerometer. The proper acceleration profiles demonstrate the suitability of the turbulent drag model in capturing the motion dynamics during both upward and downward phases. This approach provides an effective and accessible method for exploring fluid dynamics concepts in an educational context.

Abstract in English:

We consider the problem of relativistic projectiles in a uniform gravitational force field in an inertial frame. For the first time, we have found the curve that joins the points of maximum height of all trajectories followed by a projectile in the ultra-relativistic limit. The parametric equations of this curve produce an onion-like curve; in fact, it is one of the loops of a lemniscate-type curve. We also verify that the curve is an ellipse in the nonrelativistic approximation. These two limiting results are obtained by following two slightly distinct approaches. In addition, we calculate the nonrelativistic and ultra-relativistic approximations of the trajectory equation and parametric equations of the trajectory as functions of time. We also find the asymptotic behavior of the ultra-relativistic trajectory equations for points that are very distant from the launching point. All limiting cases in the article are studied in detail. Additionally, we discuss various physical issues related to some of our results. The content of the article is appropriate for advanced undergraduate students.

Abstract in Portuguese:

Apresentamos nesse trabalho o uso da linguagem de programação Python e suas bibliotecas VPython, NumPy, Pandas e Matplotlib como recursos de desenvolvimento de simulações computacionais relacionadas a problemas de osciladores para serem aplicados nas aulas de física nos cursos de graduação em física, exatas e engenharias como uma alternativa de experimento virtual. A discussão foi feita no comparativo entre os resultados provenientes de soluções exatas e soluções aproximadas obtidas através de métodos numéricos e na construção de simuladores visuais em três tipos de osciladores: sistema massa-mola com rotação, pêndulo físico acoplado a uma mola e um sistema de oscilador acoplado. O estudo comparativo, entre as soluções exatas e as soluções aproximadas, foi feito usando os métodos numéricos de Euler, de Heun e o método de Runge-Kutta de quarta ordem (RK4), onde foi considerado três passos de tempo, δt=tn+1−tn, de 0.2 e 0.05 para cada um dos métodos. Os resultados mostraram que o método de RK4 forneceu uma melhor aproximação da solução exata nos valores de posição e velocidade dos osciladores. A construção e visualização da animação dos osciladores foram feitas através da implementação computacional do método de Euler e o uso da biblioteca VPython, proporcionando um ambiente de aprendizado mais interativo.

Abstract in English:

In this work, we present the use of the Python programming language and its libraries VPython, NumPy, Pandas and Matplotlib as resources for developing computational simulations related to oscillator problems to be applied in physics classes in undergraduate courses in physics, exact sciences and engineering as an alternative to virtual experiments. The discussion is made by comparing the results from exact solutions and approximate solutions obtained through numerical methods and by building visual simulators in three types of oscillators: mass-spring system with rotation, physical pendulum coupled to a spring and a coupled oscillator system. The comparative study, between the exact solutions and the approximated solutions, was done using the numerical methods of Euler, Heun and the fourth-order Runge-Kutta method (RK4), where three time steps were considered, δt=tn+1−tn, of 0.2 and 0.05. The results showed that the RK4 method presented a better approximation of the exact solution in the position and velocity values of the oscillators. The construction and visualization of the oscillator animation were done through the computational implementation of the Euler method and the use of the VPython library, providing a more interactive learning environment.

Abstract in Spanish:

Se propone un sistema unidimensional simple de dos partículas interactuantes cuyo comportamiento puede calcularse analíticamente. Se muestra en detalle el cálculo de la función de partición así como también el de cantidades fundamentales como la energía interna y la capacidad calorífica. La estructura espacial del sistema de dos partículas es analizada en términos de las distribuciones que describen la distancia de separaración entre las partículas y la posición de su centro de masa. La evolución del sistema hacia el equilibrio es descrita usando ecuaciones de Langevin en conjunto con las respectivas ecuaciones de Fokker-Planck. Los resultados analíticos son contrastados con los que se obtienen por medio de simulaciones computacionales sencillas basadas en dinámica browniana. En todos los casos el comportamiento del sistema se explica de manera simple y detallada de tal forma que la discusión y el modelo presentado pueden ser usados como un recurso pedagógico en cursos intermedios de mecánica estadística.

Abstract in English:

A simple one-dimensional system of two interacting particles whose behavior can be calculated analytically is proposed. The calculation of the partition function is shown in detail as well as that of fundamental quantities such as internal energy and heat capacity. The spatial structure of the two-particle system is analyzed in terms of the distributions that describe the separation distance between the particles and the position of their center of mass. The evolution of the system towards equilibrium is described using Langevin equations in conjunction with the respective Fokker-Planck equations. The analytical results are compared with those obtained using simple computer simulations based on Brownian dynamics. In all cases, the behavior of the system is explained in a simple and detailed manner such that the discussion and the presented model can be used as a pedagogical resource in intermediate courses on statistical mechanics.

Abstract in English:

In 1988, Constantino Tsallis proposed an extension of the Boltzmann statistical mechanics by postulating a new entropy formula, Sq = kB ln qW, where W is the number of microstates accessible to the system, and lnq defines a deformation of the logarithmic function. This top-down approach recovers the celebrated Boltzmann entropy in the limit q → 1 since S1 = kB ln W. However, for q ≠ 1 the entropy is non-additive and has been successfully applied for a variety of phenomena ranging from plasma physics to cosmology. For a system of particles, Tsallis’ formula predicts a large class of power-law velocity distributions reducing to the Maxwellian result only for a particular case. Here a more pedagogical bottom-up path is adopted. We show that a large set of power-law distributions for an ideal gas in equilibrium at temperature T is derived by slightly modifying the seminal Maxwell approach put forward in 1860. The emergence of power-laws velocity distribution is not necessarily related with the presence of long-range interactions. It also shed some light on the long-standing problem concerning the validity of the zeroth law of thermodynamics in this context. Potentially, since the new method highlights the value of hypotheses in the construction of a basic knowledge, it may have an interesting pedagogical and methodological value for undergraduate and graduate students of physics and related areas.

Abstract in Portuguese:

O exemplo de Mecânica Quântica Supersimétrica que apresentamos neste trabalho propõe uma abordagem mais atual para compreender sistemas quânticos complexos, utilizando métodos baseados em integrais de trajetória. O oscilador harmônico é um sistema modelar amplamente estudado nos cursos introdutórios de Mecânica Quântica, e a aplicação da supersimetria nesse contexto oferece uma ferramenta eficiente para explorar relações não-triviais entre diferentes estados quânticos. A combinação da supersimetria com o formalismo de integrais de trajetória possibilita uma visão clara das flutuações quânticas e das transições entre estados, proporcionando considerações valiosas sobre a natureza intrínseca dos sistemas físicos em sua abordagem quântica.

Abstract in English:

The Supersymmetric Quantum Mechanics example presented in this work proposes a modern approach to understanding complex quantum systems using path integral methods. The harmonic oscillator is a paradigmatic system widely studied in introductory Quantum Mechanics courses, and the application of supersymmetry in this context provides an efficient tool for exploring nontrivial relationships between different quantum states. The combination of supersymmetry with the path integral formalism offers a clear perspective on quantum fluctuations and state transitions, providing valuable insights into the intrinsic nature of physical systems in their quantum description.

Abstract in Portuguese:

A Termodinâmica permeia nossa vida das mais variadas maneiras e o estudo da sua evolução histórica muito contribui para o seu entendimento e discussões em sala de aula. É importante conhecer o contexto histórico onde surgiram determinadas ideias e conceitos, as limitações de cada época, os saltos epistemológicos, as relações e os conflitos pessoais que limitaram ou ampliaram a troca de informações e o alcance das ideias. Normalmente é apresentada apenas uma pessoa como responsável por uma descoberta, proponente de uma teoria ou descobridora de um fenômeno, um princípio ou de uma lei da natureza, mas como veremos ao estudar a evolução das máquinas térmicas, encontramos o trabalho de muitas mãos e diversos nomes podem ser associados, com as contribuições das mais variadas. A Termodinâmica constitui um belo exemplo de uma construção coletiva, mesmo que não intencional, uma história permeada de conflitos e reviravoltas, contemplando o rompimento com tradições antigas e o vislumbre de novos tempos.

Abstract in English:

Thermodynamics is part of our daily life in many ways and studying its historical evolution surely contributes to its understanding and enrich discussions in the classroom. It is important to understand the historical context in which certain ideas and concepts emerged, the limitations of each era, the epistemological leaps, the relationships and personal conflicts that limited or expanded the exchange of information and the scope of ideas. Usually only one person is presented as responsible for a discover, advocating a theory or discoverer of a phenomenon, a principle or a law of nature but, as we will see, for example on thermal machines and its evolution, it is a work of many hands and several names can be listed with different contributions. Thermodynamics is an example of a remarkable collective construction, even if unintentional, its history is full of twists and conflicts, breaking old traditions and opening a new era.

Abstract in Portuguese:

O potencial gravitacional é muito utilizado nas áreas como astrofísica e física de plasmas, por exemplo, no estudo de formação e evolução de sistemas estelares e de sistemas planetários, em que a dinâmica de suas partículas constituintes é governada principalmente pelo campo gravitacional (aceleração) gerado pelo próprio sistema, que é determinado a partir do seu potencial gravitacional. Alguns desses sistemas têm estruturas relativamente achatadas, em que a espessura da estrutura é bastante pequena em comparação com o diâmetro, por exemplo o disco galáctico de uma galáxia espiral ou anéis planetários, nessas situações é válida a aproximação do sistema como uma estrutura totalmente achatada, é dizer como uma estrutura bidimensional. Neste trabalho, apresentamos uma forma numérica de determinar o potencial gravitacional gerado por um sistema extremadamente achatado em forma de disco fino, em um ponto sobre o plano do disco. O método consiste em dividir o domínio espacial do sistema em pequenas seções retangulares, em que em cada uma das seções a densidade de massa é considerada constante. Determinamos analiticamente a expressão para o potencial gravitacional gerada por uma seção retangular de densidade constante. Logo, devido ao princípio de superposição, o potencial gerado pelo sistema no centro de uma seção em particular será a soma de todos os potenciais geradas por cada uma das seções que formam o sistema. Para realizar essa somatória dos potenciais de uma forma mais eficiente usaremos o teorema de convolução da transformada discreta de Fourier. Finalmente analisaremos a precisão do método comparando nossos resultados com os resultados analíticos encontrados para o disco de Kalnajs e para o disco uniforme.

Abstract in English:

Gravitational potential is widely used in areas such as astrophysics and plasma physics, for example, in the study of the formation and evolution of stellar systems and planetary systems, in which the dynamics of their constituent particles is governed mainly by the gravitational field (acceleration) generated by the system itself, which is determined from its gravitational potential. Some of these systems have relatively flattened structures, where the thickness of the structure is quite small compared to the diameter, for example the galactic disc of a spiral galaxy or planetary rings, in these situations the approach of the system is valid as a totally flattened structure, is to say as a two-dimensional structure. In this work, we present a numerical way to determine the gravitational potential generated by an extremely flattened, thin disc-shaped system, at a point on the disc plan. The method consists of dividing the spatial domain of the system into small rectangular sections, where in each section the mass density is considered constant. We analytically determine the expression for the gravitational potential generated by a rectangular section of constant density. Therefore, due to the principle of superposition, the potential generated by the system in the center of a particular section will be the sum of all the potentials generated by each of the sections that form the system. To perform this summation of potentials in a more efficient way, we will use the convolution theorem of the discrete Fourier transform. Finally, we will analyze the accuracy of the numerical method by comparing our results with the analytical results found for the Kalnajs disk and the uniform disk.

Abstract in Portuguese:

O perfil dos estudantes brasileiros têm sido foco de diferentes trabalhos na área da educação e ensino. Em especial, tem-se demonstrado que as questões sociais durante a formação, bem como o acesso e a evasão dos cursos, em especial, nas ciências exatas, são problemas históricos que permanecem entre os desafios do ensino superior brasileiro. Os cursos de física, por sua vez, possuem destaque pela dificuldade de manutenção dos estudantes em seus cursos cujas taxas de evasão se sobressaem em resultados da literatura especializada. Diante disso, busca-se neste artigo apresentar um panorama entre os anos 2009 até 2022 do perfil dos estudantes que adentram, se matriculam e permanecem nos cursos de bacharelado e licenciatura nas instituições públicas e privadas no país. Este estudo possui perfil descritivo, contudo, buscando trazer reflexões de seus resultados através da sociologia das desigualdades. Os resultados encontrados a partir dos microdados do Censo Escolar do Inep indicam o embate entre instituições públicas e privadas, bem como a aumento dos cursos à distância que tem se mostrado fundamental para a ascensão das IES privadas nas lutas travadas pelo monopólio das matrículas, em especial, das licenciaturas em física.

Abstract in English:

The profile of Brazilian students has been the focus of various studies in education and teaching. Specifically, it has been shown that social issues during education, as well as access to and dropout from courses, particularly in the exact sciences, are historical problems that remain among the challenges of higher education in Brazil. Physics courses, in particular, stand out due to the difficulty retaining students, with dropout rates exceeding those of other studied courses. In this context, this article aims to present an overview, from 2009 to 2022, of the profile of students who enter, enroll in, and remain in bachelor’s and teaching degree courses at public and private institutions in the country. This study is descriptive in nature, yet it seeks to bring reflections on its results through the sociology of inequalities. The results derived from the microdata of the Inep School Census indicate the confrontation between public and private institutions, as well as the rise of distance learning courses, which have proven fundamental to the ascent of private higher education institutions in the struggles for the monopoly of enrollments, especially in teaching degrees in physics.

Abstract in Portuguese:

Neste artigo, apresentamos uma derivação das equações relativísticas da Mecânica Quântica. Nós nos concentramos nas equações de segunda ordem (tanto a de Klein Gordon quanto a de Dirac), uma vez que a equação linear de Dirac pode ser derivada delas. Essa derivação é uma extensão do mesmo método aplicado ao caso não relativístico em série anterior de artigos de nossa autoria. Mostramos que, para estender o quadro teórico ao caso relativístico, temos apenas de estender os axiomas de uma maneira relativisticamente compatível, como deve ser o caso com qualquer extensão de um método axiomático. Evidenciamentos, ademais, que este método de quantização, de maneira distinta, lança luz à interpretação de alguns descritores do formalismo usual, principalmente aqueles relativos à expressão para a função densidade de probabilidade. Isso, por outro lado, possibilita uma abordagem didática atenta à questão epistemológica além de como tratada nos textos canônicos da Mecânica Quântica.

Abstract in English:

In this paper, we present a derivation of the relativistic equations of Quantum Mechanics. We focus on the second order equations (both Klein Gordon’s and Dirac’s), since the linear Dirac equation can be derived from these. This derivation is an extension of the same method applied to the non-relativistic case in a in a previous series of articles by us. We show that, to extend the theoretical framework to the relativistic case, we have only to extend the axioms in a relativistically compatible way, as should be the case with any extension of an axiomatic method. We also show that this quantization method throws light in a different way to interpret some descriptors of the usual formalism, mainly those regarding the expression for the probability density function. This, on the other hand, gives the teacher following this approach in classes on the subject to assess the epistemological issue of the role of manuals in the learning of Quantum Mechanics.

Abstract in Portuguese:

O presente artigo inaugura uma série de três publicações que investigam a vida e a obra do divulgador científico Yakov Perelman (1882–1942). Perelman é conhecido no Brasil principalmente pelas obras Aprenda Física Brincando e Aprenda Álgebra Brincando, que se tornaram referência para professores e autores de livros didáticos. Esses livros evidenciam um estilo de escrita curiosa, instigante e divertida, presente em seus trabalhos, que incluem mais de 100 livros publicados e traduzidos para vários idiomas e mais de 1.000 textos entre ensaios, artigos e boletins. Assim, buscando trazer a público uma análise dessas obras e suas possibilidades didáticas, bem como resgatar a memória desse prolífico escritor — cuja obra carece de estudos em língua portuguesa – esta pesquisa constrói um quadro histórico-conceitual de sua trajetória pessoal, formação acadêmica e carreira como jornalista e divulgador científico. Para isso, utilizou-se da análise documental, tendo como corpus de análise: livros, artigos, colunas jornalísticas, cartas e fotografias relacionadas direta ou indiretamente com o autor. A partir disso, pôde-se estabelecer a trajetória de Perelman: primeiros anos e formação, trabalhos notáveis, papel na criação da Casa da Ciência Divertida – um museu interativo dos anos 1930 – e sua morte no cerco nazista a Leningrado em 1942.

Abstract in English:

The present work inaugurates a series of three publications that investigate the life and work of the science communicator Yakov Perelman (1882–1942). Perelman is known in Brazil mainly for his works Physics for Entertainment and Algebra Can Be Fun, which became references for teachers and textbook authors. These books show a curious, thought-provoking and funny writing style, found in his works, which include over 100 published books translated into various languages and more than 1,000 texts comprising essays, articles, and newsletters. Thus, aiming to provide an analysis of these works and their didactic potential, as well as restoring the memory of this prolific writer – whose works lacks studies in the Portuguese language –, this research constructs a historical-conceptual framework of Perelman’s personal trajectory, academic background and career as a journalist and science communicator. For this purpose, a documentary analysis was conducted, with the corpus of analysis consisting of books, articles, newspaper columns, letters, and photographs directly or indirectly related to the author. From this, Perelman’s trajectory was established: early years and education, notable works, role in the creation of the House of Fun Science – a 1930s interactive museum – and his death during the Nazi siege of Leningrad in 1942.

Abstract in English:

Fundamental notions of quantum physics are included in introductory university curricula, in physics teacher training, and even in secondary education, both in Argentina and in various other countries worldwide. Among these fundamental concepts is wave-particle duality (WPD), a key concept and a gateway to the quantum world. This paper presents a critical review of the literature on WPD in specialized journals on physics education and science education at the local, regional, and international context, aiming to gather the most relevant findings regarding its teaching and learning. Preliminary results indicate that these findings can be categorized based on their primary purpose into four categories: Teaching WPD, Learning WPD, Historical and Epistemological Reflections on WPD and Reviews on the Teaching and Learning of Quantum Physics (including WPD).

Abstract in Portuguese:

O artigo analisa o enfoque dado ao ensino de Astronomia no Novo Ensino Médio do Paraná, utilizando a plataforma RCO (Registro de Classe Online). A reforma de 2022 trouxe consigo a plataformização da educação, com o uso intensivo de tecnologias digitais, como o RCO, que oferece aulas pré-estruturadas em formato de vídeo e PPT. A análise das aulas de Astronomia no RCO revela que os conteúdos estão concentrados no primeiro trimestre da primeira série do Ensino Médio. No entanto, foram identificados erros conceituais, como a representação incorreta da excentricidade da órbita da Terra, e lacunas no currículo, como a falta de aplicação da Lei da Gravitação Universal para explicar o movimento de satélites artificiais. Além disso, o material didático apresenta problemas de clareza e precisão, com erros gramaticais e conceituais. O estudo conclui que, embora o currículo paranaense busque uma educação integrada e crítica, a execução atual das aulas, guiadas por avaliações padronizadas e abordagens expositivas, não atinge plenamente esses objetivos. Recomenda-se uma reestruturação das aulas para incorporar metodologias mais interativas e integradas, garantindo uma compreensão significativa e crítica dos conceitos astronômicos.

Abstract in English:

The article analyzes the approach to Astronomy education in Paraná’s New High School curriculum, using the RCO (Registro de Classe Online) platform. The 2022 reform introduced the platformization of education, with intensive use of digital technologies such as RCO, which provides pre-structured lessons in video and PPT format. An analysis of Astronomy lessons on RCO reveals that the content is concentrated in the first trimester of the first year of high school. However, conceptual errors were identified, such as the incorrect representation of Earth’s orbital eccentricity, as well as gaps in the curriculum, including the absence of the application of the Law of Universal Gravitation to explain the motion of artificial satellites. Furthermore, the instructional material presents issues of clarity and accuracy, with grammatical and conceptual errors. The study concludes that, although Paraná’s curriculum aims for an integrated and critical education, the current implementation of lessons, guided by standardized assessments and lecture-based approaches, does not fully achieve these objectives. A restructuring of lessons is recommended to incorporate more interactive and integrated methodologies, ensuring a meaningful and critical understanding of astronomical concepts.

Abstract in English:

The problem of a ball bouncing in n-hops, despite being a problem extremely easy to observe, is a problem treated by classical mechanics and which, to this day, is without an analytical solution, due to its complexity of mathematical modeling. In this work, we present and discuss experimental measurements for a damped mechanical oscillator that has characteristics identical to the problem of bouncing a ball performing n-hops. Furthermore, we also propose equations to adjust experimental data that behave reasonably within a certain oscillation limit. With the same experiment it is also possible to study rectilinear motion and circular motion, with constant v and ω, this is possible when approaching the experiment with the use of magnetic braking by adding an HD magnet, allowing to determine the speed v of the block during the descent and the angular speed ω of the rotating disk.

Abstract in Spanish:

El estudio propone caracterizar la enseñanza-aprendizaje de sismos en una secuencia didáctica para analizar las explicaciones científicas del estudiantado de tercer año de Ciencias para la Ciudadanía en un colegio polivalente en zona centro sur, Chile. La investigación sigue un enfoque cualitativo según Design Based Research (DBR), por tanto, los diseños para el aprendizaje están contextualizados. El diseño utilizó como estrategia la modelización y se desarrolló en cuatro fases: compartir saberes, poner a prueba los saberes, estructurar el aprendizaje nuclear, aplicar el aprendizaje nuclear. Las explicaciones se categorizaron según desempeño en tres niveles: descriptivo; relacional; causal y los modelos escolares de representar e interpretar y modelo de aplicar. Los resultados indican que a través de las actividades de aprendizaje propuestas el estudiantado progresó desde un modelo de representación estático de la tierra a un modelo final dinámico. Las explicaciones en un nivel inicial descriptivo cambiaron a un nivel causal debido a que incorporaron causa-efecto sobre sismos basados en evidencias científicas, además, el estudiantado expresó acciones preventivas de mitigación personal y ciudadana en caso de ocurrencia de sismos.

Abstract in English:

The study proposes to characterize the teaching-learning of earthquakes in a didactic sequence to analyze the scientific explanations of third-year students of Science for Citizenship in a multipurpose school in the central-south zone, Chile. The research was carried out following a qualitative approach according to Design Based Research (DBR), therefore, the learning designs are contextualized. The design used modeling as a strategy and was developed in four phases: sharing knowledge, testing knowledge, structuring core learning, and applying core learning. The explanations were categorized according to performance in three levels: descriptive; relational; causal; and the school models of representing and interpreting and application model. The results indicate that through the proposed learning activities the students progressed from a static representation model of the earth to a final dynamic model. The explanations of an initial descriptive level changed to a causal level because they incorporated cause-effect on earthquakes based on scientific evidence, and the students expressed preventive actions for personal and citizen mitigation in case of earthquakes.

Abstract in Portuguese:

A comunicação científica dentro e fora das salas de aula é o principal meio para fornecer uma compreensão adequada sobre como a ciência e a inovação tecnológica se relacionam com a sociedade. Para que essa comunicação seja efetiva é necessário explorar novos instrumentos didáticos para o ensino de ciências de maneira geral. A intersecção entre ciências e artes tem contribuído para tornar as ciências acessíveis, relevantes e interessantes para públicos diversos, com potencial de fornecer conteúdo científico, valores artísticos e de entretenimento significativos. Neste trabalho utilizamos a comunicação teatral para valorizar a ciência e o ensino de Física através de um roteiro autoral de uma peça em que são abordados conceitos e fenômenos relacionados à astronomia. A partir de uma linguagem artística e descontraída adaptamos os conceitos científicos propostos ao caráter contextual e instrumental do teatro para mostrar o seu valor educativo e a sua capacidade de transformar a ciência em entretenimento. Nossa proposta envolveu os estudantes em um ambiente altamente motivador e colaborativo, permitindo que eles aprendessem a reconhecer, analisar e imaginar explicações e performances para comunicar a ciência para o público geral de forma criativa e alternativa.

Abstract in English:

Scientific communication inside and outside the classroom is the main means for providing an adequate understanding of how science and technological innovation relate to society. In order to achieve this goal, it is important to explore new didactic instruments for teaching science in general. The intersection between science and arts has contributed to make science accessible, relevant and interesting to diverse audiences with the potential to provide scientific content, significant artistic and entertainment values. Here, we use theatrical communication to value science and the teaching of Physics through an original script of a play in which concepts and phenomena related to astronomy are addressed. Using an artistic and casual language, we adapt the proposed scientific concepts to the contextual and instrumental nature of theater to demonstrate its educational value and its potential to transform science into entertainment. Our proposal allowed students being engaged in a highly motivating and collaborative environment, providing them the opportunity to recognize, analyze and imagine explanations and performances to communicate science to the general public in a creative and alternative way.

Abstract in Portuguese:

Cada vez mais, temos acesso facilitado a novos modelos de sensores e microcontroladores, muitas vezes com valores relativamente acessíveis. Aliando esses recursos com a utilização de smartphones, propiciamos a concepção de experimentos didáticos melhor direcionados a investigação científica. Nesta direção, este trabalho apresenta o protótipo de uma câmara para o estudo da concentração de dióxido de carbono e álcool, contando também com recurso para monitoramento de pressão e temperatura em tempo real. O artigo apresenta com detalhamento o procedimento para a montagem e os recursos aplicados em sua construção. O produto destaca-se pela operação direta (Plug and Play), na interface simples e acessível através do aplicativo educacional Phyphox. Conforme são exibidos ao longo deste trabalho, a câmara foi testada quanto ao seu aquecimento, a presença de vapor de água em saturação, álcool na forma de isopropanol e etanol e a produção de dióxido de carbono. Destacam-se entre os principais resultados obtidos pelos testes que os dados obtidos pelos sensores apresentaram precisão superior em relação à alguns trabalhos encontrados na literatura, acrescido à isso percebeu-se uma alta seletividade quanto à medição de CO2, até então pouco discutida na literatura.

Abstract in English:

With increasing frequency, we have easier access to new models of sensors and microcontrollers, often at relatively affordable prices. By combining these resources with the use of smartphones, we enable the design of educational experiments more effectively directed towards scientific investigation. In this context, this paper presents the prototype of a chamber for the study of carbon dioxide and alcohol concentration, which also includes features for real-time pressure and temperature monitoring. The article provides a detailed account of the assembly procedure and the resources employed in its construction. The product stands out due to its direct operation (Plug and Play) and its simple, accessible interface through the educational app Phyphox. As demonstrated throughout this work, the chamber was tested for heating, the presence of saturated water vapour, alcohol in the form of isopropanol and ethanol, and carbon dioxide production. Among the key results of the tests, it is worth noting that the sensor data demonstrated superior accuracy compared to some studies found in the literature. Additionally, a high selectivity in CO2 measurement was observed, a topic that has hitherto been little discussed in the literature.

Abstract in English:

This paper explores the intertwined scientific legacies of Ettore Majorana, Giuseppe Occhialini, and Mário Schenberg, three prominent physicists who made significant contributions to the fields of particle physics and astrophysics. By analyzing historical records, personal accounts, and scientific collaborations, the study highlights the roles these figures played in the discovery of the positron, the theoretical development of neutrinos, and the study of cosmic rays. Particular attention is given to the missed encounter between Schenberg and Majorana during Occhialini and Schenberg’s 1938 journey to Italy. The paper also examines the scientific connections among Majorana’s work on neutrinos, Occhialini’s experimental confirmation of Dirac’s predictions, and Schenberg’s contributions to stellar processes. This study aims to provide a detailed perspective on this moment in the history of science.

Abstract in Portuguese:

Este artigo apresenta uma análise histórica-epistemológica do estilo orgânico de matematização newtoniana, durante o processo de formalização da sua mecânica racional. De acordo com a literatura, a problemática educacional, referente a abordagem matemática no ensino de física diz respeito a uma questão epistemológica e não, estritamente, metodológica. O caminho para uma nova concepção epistemológica seria através da análise histórico-epistemológica, do papel que a matemática desempenha no processo de formalização da física. Mais que uma ferramenta de cálculo, a matemática desempenha um papel de estrutura, de modo a revelar relações físico-matemáticas que conectam matemática e natureza. São realizados apontamentos para o ensino de física, quanto à necessidade dos professores e professoras se atentarem à construção dos significados que estariam condensados nestas relações físico-matemáticas, tornando o processo de matematização em salas de aula e materiais didáticos de física mais fenomenológico e menos técnico-operacional.

Abstract in English:

This article presents a historical-epistemological analysis of the organic style of Newtonian mathematization while formalizing its rational mechanics. According to the literature, the educational problem underlying the mathematical approach in physics teaching concerns an epistemological issue rather than a methodological one. The path to a new epistemological conception would be through historical-epistemological analysis regarding mathematics’ role in formalizing physics. More than a calculation tool, mathematics plays a structural role, revealing physics-mathematical relationships that connect mathematics and nature. This analysis is relevant to physics education, emphasizing the need for physics teachers to pay close attention to the construction of meanings embedded in the physics-mathematical relationships. In doing so, the process of mathematization in classrooms and physics teaching materials becomes more phenomenological and less technical-operational.

Abstract in Portuguese:

Desde a década de 1930 os cientistas enfrentavam dificuldades para calcular a massa de aglomerados de galáxias a partir da luminosidade, pois os efeitos gravitacionais observados não correspondiam à soma das massas visíveis. Esse ponto volta a ser uma questão em debate na comunidade científica em função de uma série de estudos ao longo do último século, incluindo os realizados pela astrônoma Vera Rubin e seus colaboradores, que analisaram a rotação de galáxias e observaram que as curvas de velocidades divergiam das previsões teóricas. Atualmente, a explicação mais aceita é de que existe uma entidade, denominada de matéria escura, capaz de interagir apenas gravitacionalmente, que explica a constância das curvas de rotação das galáxias. E, ainda, existe em uma quantidade significativamente maior que a matéria ordinária. Este artigo apresenta uma discussão histórico-epistemológica sobre o processo de construção do conceito de matéria escura e, associado a isso, evidencia a exemplar contribuição de Vera Rubin para a Ciência. Dentre os resultados da pesquisa, foram identificados diversos elementos para análise e interpretação, sob a perspectiva filosófica de Thomas Kuhn. Como bem indicado pela literatura especializada da educação em ciências, esses apontamentos podem contribuir substancialmente para uma maior compreensão da Natureza da Ciência.

Abstract in English:

Since the 1930s, scientists had faced challenges in calculating the mass of galaxy clusters from their luminosity, since the gravitational effects were not compatible with the sum of the visible masses. This point once again became a matter of debate in the scientific community due to a series of studies over the past century, including those conducted by astronomer Vera Rubin and her collaborators, who analyzed the rotation of galaxies and observed that the velocity curves diverged from theoretical predictions. Currently, the most accepted explanation is that there is an entity, called dark matter, capable of interacting only gravitationally, which explains the constancy of the galaxies’ rotation curves. It also exists in significantly greater quantities than ordinary matter. This article presents a historical-epistemological discussion about the process of constructing the concept of dark matter and, associated with this, highlights Vera Rubin’s exemplary contribution to Science. Among the results of the research, several elements were identified for analysis and interpretation, from the philosophical perspective of Thomas Kuhn. As is well indicated by the specialized literature on science education, these points can contribute substantially to a greater understanding of the Nature of Science.

Abstract in Portuguese:

Este artigo examina a controvérsia científica em torno da teoria semiclássica desenvolvida por Arnold Sommerfeld e Peter Debye entre 1911 e 1913. Originalmente formulada durante as investigações sobre raios X, a teoria foi ampliada para abarcar diversos fenômenos atômicos, incluindo as emissões de raios X e raios gama (γ), o potenciais de ionização e, de modo mais destacado, as emissões fotoelétricas. A teoria semiclássica – atualmente chamada de “hipótese-h” – baseava-se na aplicação do conceito de “quantum de ação”, introduzido por Max Planck em sua teoria da radiação do corpo negro, para calcular a energia absorvida pelos elétrons. Simultaneamente, mantinha compatibilidade com a teoria clássica do eletromagnetismo de James C. Maxwell, preservando uma concepção clássica da luz e da transferência ressonante de energia entre a luz e a matéria. A partir de elementos da historiografia moderna das ciências, o estudo analisa fontes primárias e secundárias sobre a construção inicial da teoria quântica da radiação, bem como leituras biográficas dos cientistas envolvidos. O texto oferece uma narrativa histórica que permite aos leitores compreenderem a gênese, o desenvolvimento e a refutação da “hipótese-h” sob uma perspectiva colaborativa. Como “material suplementar”, apresenta-se a demonstração matemática da derivação da famosa “lei do efeito fotoelétrico” de Albert Einstein, (re)derivada por Sommerfeld e Debye com base no arcabouço teórico da “hipótese-h”.

Abstract in English:

This article examines the scientific controversy surrounding the semiclassical theory developed by Arnold Sommerfeld and Peter Debye between 1911 and 1913. Originally formulated during investigations into X-rays, the theory was expanded to address diverse atomic phenomena, including X-ray and gamma-ray (γ) emissions, ionization potentials, and, most notably, photoelectric emissions. The semiclassical theory – now referred to as the “h-hypothesis” – relied on the application of the “quantum of action”, introduced by Max Planck in his theory of black-body radiation, to calculate the energy absorbed by electrons. Simultaneously, it maintained compatibility with James C. Maxwell’s classical electromagnetic theory, preserving a classical conception of light and the resonant transfer of energy between light and matter. Drawing on methodologies from modern historiography of science, the study analyses primary and secondary sources on the early construction of quantum radiation theory, alongside biographical analyses of the scientists involved. The text provides a historical narrative that enables readers to understand the genesis, development, and refutation of the “h-hypothesis” through a collaborative perspective. As “supplementary material”, it presents the mathematical demonstration of the derivation of Albert Einstein’s renowned “photoelectric effect law”, (re)derived by Sommerfeld and Debye through the theoretical framework of the “h-hypothesis”.

Abstract in Portuguese:

Na comemoração do centenário de César Lattes (1924–2005), julgamos interessante trazer a tradução e análise do artigo de 1912 de Charles T. R. Wilson (1869–1959). O Aparelho de Expansão, aperfeiçoado por Wilson a partir de contadores de núcleos de condensação, serviu para identificar as propriedades de novas partículas subatômicas no final do século XIX, encaminhando-se para o estudo dos raios cósmicos posteriormente.

Abstract in English:

In celebration of the centenary of Cesar Lattes (1924–2005), we thought it would be interesting to bring the translation and analysis of the 1912 article by Charles T. R. Wilson (1869–1959). The expansion device perfected by Wilson using condensation nucleus counters served to identify properties and new particles at the end of the 19th century, leading to the study of cosmic rays later.

Abstract in English:

In some recent papers, I have shown that the electric field at the surface of a uniformly-charged spherical shell (or a conducting sphere, since the charge distribution is the same) evaluates to half the field discontinuity across its surface. For a cylindrical shell, however, only a simple application of Gauss’s law for infinitely long shells is found in textbooks, which yields a field that is null inside the shell and, outside it, decays with the inverse of the distance to the central axis. Nothing is said for points located exactly at the shell. For those points, the amount of charge surrounded by a Gaussian surface coinciding with the shell is undefined, which makes the application of Gauss’s law inconclusive. In this note, by treating a cylindrical shell as a collection of identical charged rings, I derive that electric field in terms of elliptic integrals and then I show that, for very long shells, it reduces to half the field discontinuity across the shell.

Abstract in Portuguese:

Nesta nota, registramos a transição editorial na Revista Brasileira de Ensino de Física (RBEF), que acaba de completar 45 anos de publicação sob a responsabilidade da Sociedade Brasileira de Física (SBF). Apontamos os desafios editoriais dos novos tempos e agradecemos aos revisores que têm sido fundamentais para assegurar a qualidade e o reconhecimento da revista. O novo editor-chefe compromete-se a mantê-la aberta, moderna e procurando alto grau de excelência em todo o material publicado.

Abstract in English:

In this note, we communicate the editorial transition in the Brazilian Journal of Physics Education (RBEF), which has just completed 45 years of publication under the responsibility of the Brazilian Physics Society (SBF). We point out the editorial challenges of the new times, and thank the reviewers who have been fundamental in ensuring the quality and recognition of the journal. The new editor-in-chief is committed to keeping it open, modern, and of excellent quality.