Conteúdos
Fazendo uso de metodologias ativas, este plano de aula tem como objetivo explicar o que é um acelerador de partículas e qual a sua importância no estudo da Física.
Objetivos
- Conceituar aceleradores de partículas;
- Explicar os princípios físicos do funcionamento dessas máquinas; e
- Diferenciar os tipos de aceleradores existentes.
Conteúdos/Objetos do conhecimento:
- Compreender o funcionamento dos aceleradores de partículas e suas aplicações;
- Relacionar os aceleradores de partículas com as descobertas científicas e avanços tecnológicos; e
- Discutir a importância dessas máquinas para a ciência e para a sociedade.
Palavras-chave:
Aceleradores de partículas. Partículas subatômicas. Bóson de Higgs.
Previsão para aplicação:
2 aulas (50 min/aula).
1ª Etapa: Explicando as partículas subatômicas
Inicie a aula perguntando para a turma se eles sabem o que são partículas subatômicas. Para essa primeira etapa, é essencial explicar aos alunos que as partículas subatômicas são os componentes fundamentais da matéria, menores do que os átomos.
Fale sobre as três categorias principais:
- Prótons – Partículas com carga positiva que ficam no núcleo do átomo;
- Nêutrons – Partículas sem carga elétrica, também presentes no núcleo; e
- Elétrons – Partículas com carga negativa que orbitam o núcleo.
Depois disso, explique que, além dessas, também existem partículas ainda menores, chamadas quarks (que formam prótons e nêutrons), e léptons (como os elétrons).
2ª Etapa: Explicando sobre os aceleradores de partículas
Depois de explicar aos alunos sobre as partículas subatômicas, conte a eles que os aceleradores de partículas são máquinas que aumentam a velocidade de partículas subatômicas, como elétrons, prótons e íons, para estudar suas propriedades e interações. Eles são essenciais para a física de partículas, pois permitem recriar condições extremas semelhantes às do início do Universo.
Os aceleradores, como o Grande Colisor de Hádrons (LHC), fazem partículas subatômicas colidirem a altíssimas velocidades. Isso gera novas partículas, ajudando a confirmar teorias e descobrir elementos fundamentais, como o bóson de Higgs. Deixe os alunos curiosos a respeito do que é o bóson de Higgs, pois isso pode ser um tema para a sua próxima aula.
É importante explicar aos alunos que as colisões quebram prótons e nêutrons em seus componentes menores, os quarks, permitindo estudar suas interações e a força que os mantêm unidos (força forte). Feito isso, mostre a eles a importância, no que tange a testar previsões da física quântica e do modelo padrão, descrevendo as partículas fundamentais e suas interações.
Encerre a explicação expondo aos alunos que, além da pesquisa, os aceleradores são usados na medicina (radioterapia e produção de radioisótopos), na indústria (esterilização de materiais) e até na arqueologia (análise de obras de arte e fósseis).
3ª Etapa: Pesquisa de aprofundamento
Partindo das descobertas ocorridas na etapa anterior e com o objetivo de consolidar o aprendizado dos alunos, peça a eles que pesquisem mais sobre os aceleradores de partículas e elaborem um trabalho completo, que contenha as informações:
- Quais são as subdivisões das partículas subatômicas e como elas são importantes para pesquisas com aceleradores de partículas;
- Funcionamento dos aceleradores de partículas (exemplo: LHC do CERN) ou laboratórios com aceleradores de partículas no Brasil; e
- Descobertas científicas com aceleradores (exemplo: bóson de Higgs).
Organizados em grupos, os alunos podem elaborar uma apresentação utilizando recursos como o “PowerPoint” ou o “Google Apresentações”, com as informações solicitadas na pesquisa, imagens e vídeos que mostrem os aceleradores de partículas em funcionamento.
Essa é também uma oportunidade para que os alunos possam discutir entre si como a utilização dos aceleradores de partículas permite um grande avanço na ciência e quais são as suas principais aplicações em indústrias.
Após a apresentação, é possível avaliar os alunos por meio de critérios como: organização do grupo, clareza ao explicar e profundidade/veracidade das informações apresentadas.
Bom trabalho!
Plano de aula elaborado pela Professora Gabriela Ribeiro do Prado
Coordenação Pedagógica: Prof.ª Dr.ª Aline Bitencourt Monge.
Revisão textual: Professora Daniela Leite Nunes.
Crédito da imagem: Monty Rakusen – Getty Images