Uma Proposta de Ensino Investigativo Sobre a Física Moderna e Contemporânea: o Efeito Fotoelétrico

Resumo

A Física investiga fenômenos que encontram aplicações em várias áreas, tais como: indústria, guerra, Medicina, Engenharia, ou seja, aplicações que se desdobram desde as reações nucleares em cadeia que ocorrem nos reatores nucleares e nas bombas, até o funcionamento de lasers e fibras óticas utilizadas em telecomunicações, passando por dispositivos semicondutores e circuitos integrados para a eletrônica.

Desenvolver uma articulação entre a Física e suas realizações no tecido social é algo muito importante. A despeito disso, nem sempre tais conexões são explicitamente endereçadas e muitos alunos desconhecem a fundamentação física de determinados aplicações, em particular quando estas envolvem a Física Moderna. Este trabalho busca construir tais articulações entre aplicações cotidianas e a Física Moderna e Contemporânea (FMC), em especial com o tratamento do Efeito Fotoelétrico (EF) na sua aplicação no acender e apagar das luzes dos postes.

Na transição do século XX para o século XXI, muitas descobertas e invenções trouxeram para o cotidiano aparelhos e equipamentos que encurtaram distâncias e expandiram os limites do conhecimento e da imaginação.

Seguindo as ideias de Planck, Einstein associou à radiação de frequência 𜈠fótons de energia ð¸ = â„Žðœˆ. A intensidade de luz passou a ser dada, então, pelo número de fótons emitidos por unidade de tempo. Supôs-se também que no efeito fotoelétrico, um único fóton interage com um elétron, sendo completamente absorvido por este, que, após a interação, terá uma energia cinética ð¸ = â„Žðœˆ. Após receber tal energia pela interação com o fóton, o elétron deve ainda perder alguma energia atéÌ escapar da superfície do metal. Assim, a energia cinética do elétron ejetado do metal se dá conforme a Equação 1, que se segue:

ð¾ = ð¸ − ð‘Š = ℎ𜈠− 𜙠                                                                                  (1)

onde: 

ð¾ = energia cinética;

ð¸ = energia do fóton;

𜙠= função trabalho realizado para arrancar o elétron do metal;
h = constante de Planck; e 𜈠= frequência da radiação.

Com a teoria mencionada, Einstein explicou o fenômeno do efeito fotoelétrico, atéÌÌ então não entendido na Física Moderna, apontando um comportamento de dualidade onda-partícula para os fótons; ou seja, ora se comportam como onda eletromagnética ao viajar no espaço, e ora se comportam como partícula no momento de colisão.

A presente pesquisa investigativa buscou as respostas para o seguinte questionamento: que potencialidades as práticas relacionadas ao cotidiano do aluno podem trazer de ganho para o ensino e a aprendizagem da Física?