Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-05-25T09:44:21Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2340241 bytes, checksum: 0a7d9344cb0a46e3c78bd718befc3e83 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-25T09:44:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2340241 bytes, checksum: 0a7d9344cb0a46e3c78bd718befc3e83 (MD5) Previous issue date: 2016-01-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um software educacional com atividades e animações computacionais interativas para o ensino de ondulatória e que contribuísse para uma aprendizagem significativa dos conceitos iniciais de MHS (Movimento Harmônico Simples), Ondas e Acústica. O software foi elaborado em um ambiente virtual, visando contribuir para a formação de novos subsunçores no sistema cognitivo do aluno, tendo como base a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel. O software multimídia Ondulatória – Ondas e Acústica – foi desenvolvido permitindo ao professor utilitário autonomia para conduzi-lo de forma didática. O mesmo apresenta uma sequência de conteúdo para cada um dos tópicos teóricos, com animações computacionais mostrando os eventos físicos que nos livros didáticos aparecem estáticos e ainda exemplos resolvidos passo-a-passo com outras animações que ajudam o entendimento do problema, além de testes para verificação da aprendizagem. Há também alguns vídeos oriundos de filmagens de experiências realizadas em nossos laboratórios de ensino e outros reproduzidos da internet, que complementaram as animações e que trouxeram novos subsídios para as discussões geradas em sala de aulas ou em consulta fora dela. Foi feita uma pesquisa qualitativa em uma escola pública em Minas Gerais, na cidade de Viçosa, para verificação da contribuição do software como um instrumento capaz de despertar a curiosidade dos alunos, motivando-os no processo de ensino-aprendizagem da Física. O resultado da pesquisa indicou que o ambiente virtual contribuiu no processo de aprendizagem dos alunos, uma vez que eles se sentem mais motivados pelas discussões que ocorrem durante as aulas, reforçando resultados de pesquisas anteriores. / The current task had as objective the development of a educational software with activities and interactive computational animations to the wave’s teaching and contribute to a significant learning of the initial concepts of SHM (Simple Harmonic Motion), Waves and Acoustic. The software was elaborated in a virtual ambient, seeking contribute to the formation of new subsumers at the student’s cognitive system, having as base the theory of the significative learning of Ausubel. The multimedia software Wave – Waves and Acoustic – was developed allowing the teacher autonomy to conduct in a didatic way. The same presents a sequence of the contents to which one of the theorical topics, with computational animations showing the phisical events that seems static at the didatic books and even examples solved arising fromstep-by-step with other animations which helps the understanding of the problem, furthermore tests to verify the learning. There is also some videos arising from experiences conducted at our teaching laboratories and others reproduced from the internet, that had complemented the animations and brought new subsidies to the discussions generated in class or in consult outside of it. Was made a qualitative research in a Public School of Minas Gerais, at the city of Viçosa, to verify the contribution of the software as instrument capable of awake the students curiosity, motivating them at the Physics teaching-learning process. The research result indicated that the virtual ambient contributed at the students learning process, since they feel more motivated by the discussions which happens during the classes, reinforcing results of previous researches.

Embasando-se na teoria da cinemática dos fluidos, alcança-se, via Teorema de Transporte de Reynolds, as deduções necessárias para a obtenção das Equações de Saint Venant em uma e duas dimensões, não obstante tais equações são linearizadas, o que permite obter as equações da onda em uma e duas dimensões. Para solucionar estas equações, este texto discorre sobre o consagrado Método das Características, detalhando-o. Cabe observar que para o caso bidimensional encontrou-se as Pseudo-Características. Por meio deste método, e com o auxílio do software Maple, a solução de duas conhecidas equações da onda são obtidas, a Equação do Telégrafo, no caso de uma dimensão, e para avaliar a Vibração de uma Membrana Retangular, no caso de duas dimensões. Alem disso, o Método das Características é aplicado para obter as Inclinações das Curvas Características e as Invariantes de Riemann, com o objetivo de solucionar as Equações de Saint Venant em uma e duas dimensões, em cada uma das situações um estudo de caso foi abordado de modo a expor a teoria desenvolvida. Para o caso unidimensional, analisou-se o escoamento da água em um canal retangular avaliando a velocidade e profundidade em posições específicas do comprimento do canal e em instantes de tempo pré-fixados, o que tornou possível estimar tais valores em qualquer ponto do canal por meio de uma função duas vezes continuamente diferenciável que foi obtida pela interpolação do tipo Spline Cúbico Natural. Para o caso em duas dimensões, um problema bidimensional de esvaziamento de um reservatório foi analisado utilizando as Equações de Saint Venant, obtendo-se como resultados a profundidade e a velocidade em duas direções, para instantes de tempo específicos e posições pré-fixadas no comprimento e largura do reservatório, tais resultados foram comparados com os dados obtidos por meio do já consagrado Método das Diferenças Finitas Explícitas. Importante ressaltar que, para o processo de resolução de cada uma das equacões, uma Maplet foi idealizada e programada, a fim de ilustrar e avaliar numérica e graficamente os resultados obtidos por cada método descrito. / Basing on the theory of the kinematics of the fluid is achieved via the Reynolds transport theorem, deductions required to obtain the Saint Venant equation in one and two dimensions, although such equations are linearized, which allows to obtain wave equations in one and two dimensions. To solve these equations, this text discusses the consecrated Method of Characteristics, detailing it. It should be noted that for the two-dimensional case met the Pseudo characteristics. By means of this method and with the aid of the software maple two known solution of the wave equation is obtained from Equation telegraph in case of one dimension, and to evaluate the vibration of a rectangular diaphragm in the case of two-dimensional . Furthermore, the method of characteristics is applied to obtain the slopes of Characteristic Curves and Riemann invariants in order to solve the Saint Venant equations in one and two dimensions, in each of the situations a case study was approached in to expose the theory developed. For the one dimensional case we analyzed the flow of water in a rectangular channel and evaluating the speed at specific positions depth of the channel length and time instants pre-set, making it possible to estimate these values at any point in the channel by through a twice continuously differentiable function which was obtained by interpolating the type Natural Cubic Spline. For the case in two dimensions, a problem of emptying a two-dimensional reservoir was analyzed using the Saint Venant equation, yielding results such as the depth and speed in both directions to specific time instants and positions prefixed length, and width of the reservoir, these results were compared with the data obtained by the already established Explicit Finite Difference Method. Importantly, for the process of solving each of the equations, one Maplet was designed and programmed in order to illustrate and evaluate numerically and graphically the results obtained by each method.

Embasando-se na teoria da cinemática dos fluidos, alcança-se, via Teorema de Transporte de Reynolds, as deduções necessárias para a obtenção das Equações de Saint Venant em uma e duas dimensões, não obstante tais equações são linearizadas, o que permite obter as equações da onda em uma e duas dimensões. Para solucionar estas equações, este texto discorre sobre o consagrado Método das Características, detalhando-o. Cabe observar que para o caso bidimensional encontrou-se as Pseudo-Características. Por meio deste método, e com o auxílio do software Maple, a solução de duas conhecidas equações da onda são obtidas, a Equação do Telégrafo, no caso de uma dimensão, e para avaliar a Vibração de uma Membrana Retangular, no caso de duas dimensões. Alem disso, o Método das Características é aplicado para obter as Inclinações das Curvas Características e as Invariantes de Riemann, com o objetivo de solucionar as Equações de Saint Venant em uma e duas dimensões, em cada uma das situações um estudo de caso foi abordado de modo a expor a teoria desenvolvida. Para o caso unidimensional, analisou-se o escoamento da água em um canal retangular avaliando a velocidade e profundidade em posições específicas do comprimento do canal e em instantes de tempo pré-fixados, o que tornou possível estimar tais valores em qualquer ponto do canal por meio de uma função duas vezes continuamente diferenciável que foi obtida pela interpolação do tipo Spline Cúbico Natural. Para o caso em duas dimensões, um problema bidimensional de esvaziamento de um reservatório foi analisado utilizando as Equações de Saint Venant, obtendo-se como resultados a profundidade e a velocidade em duas direções, para instantes de tempo específicos e posições pré-fixadas no comprimento e largura do reservatório, tais resultados foram comparados com os dados obtidos por meio do já consagrado Método das Diferenças Finitas Explícitas. Importante ressaltar que, para o processo de resolução de cada uma das equacões, uma Maplet foi idealizada e programada, a fim de ilustrar e avaliar numérica e graficamente os resultados obtidos por cada método descrito. / Basing on the theory of the kinematics of the fluid is achieved via the Reynolds transport theorem, deductions required to obtain the Saint Venant equation in one and two dimensions, although such equations are linearized, which allows to obtain wave equations in one and two dimensions. To solve these equations, this text discusses the consecrated Method of Characteristics, detailing it. It should be noted that for the two-dimensional case met the Pseudo characteristics. By means of this method and with the aid of the software maple two known solution of the wave equation is obtained from Equation telegraph in case of one dimension, and to evaluate the vibration of a rectangular diaphragm in the case of two-dimensional . Furthermore, the method of characteristics is applied to obtain the slopes of Characteristic Curves and Riemann invariants in order to solve the Saint Venant equations in one and two dimensions, in each of the situations a case study was approached in to expose the theory developed. For the one dimensional case we analyzed the flow of water in a rectangular channel and evaluating the speed at specific positions depth of the channel length and time instants pre-set, making it possible to estimate these values at any point in the channel by through a twice continuously differentiable function which was obtained by interpolating the type Natural Cubic Spline. For the case in two dimensions, a problem of emptying a two-dimensional reservoir was analyzed using the Saint Venant equation, yielding results such as the depth and speed in both directions to specific time instants and positions prefixed length, and width of the reservoir, these results were compared with the data obtained by the already established Explicit Finite Difference Method. Importantly, for the process of solving each of the equations, one Maplet was designed and programmed in order to illustrate and evaluate numerically and graphically the results obtained by each method.

Orientador: Roberto André Kraenkel / Banca: Gerson Francisco / Banca: Samuel Maier Kurcbart / Resumo: Estuda-se o comportamento de ondas de superfície em um fluido invícido no limite de curtos comprimentos de onda e levando em conta efeitos não-lineares. Uma equação para este limite é obtida e algumas soluções são exibidas. / Abstracts: The behaviour of surface-waves on a inviscid fluid is studied in the short-wave limit, taking nonlinear effects into account. An equation describing this limit is obtained and some of its solutions exibited. / Mestre

Sólitons são soluções clássicas de equações de campos não lineares, que possuem energia finita e densidade de energia localizada. Eles constituem pacotes de energia que se movem de maneira uniforme e não dispersiva, assemelhando-se a partículas estendidas. Quando se estuda um sistema à temperatura finita é possível tecer um paralelo entre a teoria quântica de campos e a mecânica estatística. Neste trabalho calculamos, na aproximação de um laço, a correção quântica à massa do kink do modelo 4 acoplado a um campo fermiônico. As contribuições bosônica e fermiônica são calculadas à temperatura zero e o comportamento das flutuações a temperatura finita também é analisado. / Solitons are classical solutions of non-linear field equations, that have finite energy and localised energy density. They constitute non-dispersive localised packages of energy moving uniformly, resembling extended particles. When studying a system at finite temperature one can make an analogy between quantum field theory and statistical mechanics. In this work we calculate, in one loop approximation, the quantum correction to the mass of the kink of the model 4 coupled to a fermionic field. The bosonic and fermionic contributions are calculated at zero temperature and the behavior of the finite temperature fluctuations are also analysed.

CAPES / Esta tese tem como objetivo investigar a interação de ondas acústicas e redes de Bragg (FBGs) em fibras ópticas convencionais e fibras de núcleo suspenso (SCFs), para avaliar a influência do projeto da fibra, da rede e do modulador, no aumento da eficiência de modulação, largura de banda e frequência. Inicialmente, a resposta em frequência e os modos acústicos de ressonância de um modulador acusto-óptico de baixa frequência (f < 1,2 MHz), são investigados numericamente usando o método dos elementos finitos. Posteriormente, também é investigada numericamente a interação de ondas acústicas longitudinais e FBGs em SCFs. Os parâmetros geométricos das fibras são variados e as propriedades da rede são simuladas por meio do método dos elementos finitos e o método da matriz de transferência. O estudo indica que os furos de ar que compõem a SCF causam uma redução significativa da quantidade de sílica na secção transversal da fibra, aumentando a interação acusto-óptica no núcleo. Modulação experimental da refletividade de FBGs gravadas em duas SCFs diferentes indica evidências do aumento dessa interação. Além disso, um método para induzir acusticamente uma mudança de fase dinâmica em uma FBG com gorjeio, empregando um projeto aperfeiçoado de modulador é mostrado. Posteriormente, uma combinação deste modulador e uma FBG gravada em uma SCF com três furos de ar é aplicada para modular um laser mode-locked em fibra dopada com itérbio. Para melhorar o projeto do modulador para futuras aplicações, outros dois dispositivos distintos são investigados visando aumentar a interação acusto-óptica, a largura de banda e a frequência (f > 10 MHz). Uma modulação forte de refletividade foi obtida para um modulador baseado em uma fibra com diâmetro reduzido. Além disso, um aumento da largura de banda de modulação (320 pm) foi obtido com um modulador baseado na interação de uma rede de período longo radial (RLPG) e uma FBG gravada em uma fibra convencional. Em resumo, os resultados mostram uma redução considerável do comprimento da rede/fibra e do tamanho do modulador, indicando possibilidades de dispositivos acusto-ópticos mais rápidos e compactos em fibra. Além disso, o aumento da eficiência de interação, da largura de banda modulada e da frequência, pode ser útil para reduzir a largura do pulso de lasers mode-locked totalmente em fibra, assim como, para outros dispositivos que requerem o controle da luz em fibras ópticas usando ondas acústicas sintonizáveis eletricamente. / This thesis aims to investigate the interaction of acoustic waves and fiber Bragg gratings (FBGs) in standard and suspended-core fibers (SCFs), to evaluate the influence of the fiber, grating and modulator design on the increase of the modulation efficiency, bandwidth and frequency. Initially, the frequency response and the resonant acoustic modes of a low frequency acousto-optic modulator (f < 1.2 MHz) are numerically investigated by using the finite element method. Later, the interaction of longitudinal acoustic waves and FBGs in SCFs is also numerically investigated. The fiber geometric parameters are varied and the strain and grating properties are simulated by means of the finite element method and the transfer matrix method. The study indicates that the air holes composing the SCF cause a significant reduction of the amount of silica in the fiber cross section increasing acousto-optic interaction in the core. Experimental modulation of the reflectivity of FBGs inscribed in two distinct SCFs indicates evidences of this increased interaction. Besides, a method to acoustically induce a dynamic phase-shift in a chirped FBG employing an optimized design of modulator is shown. Afterwards, a combination of this modulator and a FBG inscribed in a three air holes SCF is applied to mode-lock an ytterbium doped fiber laser. To improve the modulator design for future applications, two other distinct devices are investigated to increase the acousto-optic interaction, bandwidth and frequency (f > 10 MHz). A high reflectivity modulation has been achieved for a modulator based on a tapered fiber. Moreover, an increased modulated bandwidth (320 pm) has been obtained for a modulator based on interaction of a radial long period grating (RLPG) and a FBG inscribed in a standard fiber. In summary, the results show a considerable reduction of the grating/fiber length and the modulator size, indicating possibilities for compact and faster acousto-optic fiber devices. Additionally, the increased interaction efficiency, modulated bandwidth and frequency can be useful to shorten the pulse width of future all-fiber mode-locked fiber lasers, as well, to other photonic devices which require the control of the light in optical fibers by electrically tunable acoustic waves.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5122.pdf: 4836185 bytes, checksum: e68b829c8c97de590e305d990e8a1452 (MD5) Previous issue date: 2012-04-13 / Secretaria da Educação do Estado de São Paulo / This paper describes the development of experimental activities with the aid of the microcomputer as a measuring tool in the laboratory teaching of physics, as well as an account of his experience in the classroom. Using the software Audacity activities were carried out involving acoustic wave phenomena and as an aid for the development of a significant learning in high school. As theoretical references were used sociointeractionist theories of Vygotsky and Ausubel's meaningful learning. The instructional material was applied to two groups of high school students: a State School Marechal Rondon - Guara / SP and other College Evolution - Guara / SP. The learning experience is described in this paper and the product was produced education tours for student experiments. / O presente trabalho descreve o desenvolvimento de atividades experimentais com auxílio do microcomputador como instrumento de medida no laboratório didático de Física, bem como um relato desta experiência em sala de aula. Com auxílio do software Audacity foram desenvolvidas atividades envolvendo fenômenos ondulatórios e a acústica como meio auxiliar para o desenvolvimento de uma aprendizagem de forma significativa no ensino médio. Como referenciais teóricos foram utilizadas as teorias sociointeracionista de Vygotsky e a da aprendizagem significativa de Ausubel. O material instrucional foi aplicado a duas turmas de alunos de ensino médio: uma da Escola Estadual Marechal Rondon Guará/SP e outra do Colégio Evolução Guará/SP. A experiência didática é descrita neste trabalho e como produto educacional foram produzidos roteiros de experimentos para o aluno.

Sólitons são soluções clássicas de equações de campos não lineares, que possuem energia finita e densidade de energia localizada. Eles constituem pacotes de energia que se movem de maneira uniforme e não dispersiva, assemelhando-se a partículas estendidas. Quando se estuda um sistema à temperatura finita é possível tecer um paralelo entre a teoria quântica de campos e a mecânica estatística. Neste trabalho calculamos, na aproximação de um laço, a correção quântica à massa do kink do modelo 4 acoplado a um campo fermiônico. As contribuições bosônica e fermiônica são calculadas à temperatura zero e o comportamento das flutuações a temperatura finita também é analisado. / Solitons are classical solutions of non-linear field equations, that have finite energy and localised energy density. They constitute non-dispersive localised packages of energy moving uniformly, resembling extended particles. When studying a system at finite temperature one can make an analogy between quantum field theory and statistical mechanics. In this work we calculate, in one loop approximation, the quantum correction to the mass of the kink of the model 4 coupled to a fermionic field. The bosonic and fermionic contributions are calculated at zero temperature and the behavior of the finite temperature fluctuations are also analysed.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:02:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5280.pdf: 8210728 bytes, checksum: 25d41c9af014811f3c1f0f36883c9a32 (MD5) Previous issue date: 2013-02-03 / This work describes the development of a VLE Virtual Learning Environment, where music is the basis for studying sound waves. New educational tools such as videos, animations, simulations, as well as the Moodle platform, were used to create a virtual environment, where students can learn about sound waves in an autonomous and interactive way, motivating them to use computers and internet as facilitators of the teaching/learning process, making it more effective and interesting. This material was applied to High School students - which translates to Ensino Médio and/or Pré-Vestibular in Brazil s schooling system - in the following schools: Carlos Drummond de Andrade and Nomelini Cirandinha, both in Barretos, Escola Espaço Livre, in Bebedouro and Coc Cardiofísico, in Jaboticabal. Both the teaching experience related to the VLE construction and its learning results are also described in this work. / O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um AVA Ambiente Virtual de Aprendizagem, onde utilizamos a música como fio condutor para o estudo das ondas sonoras. Fazendo uso das novas ferramentas educacionais como vídeos, animações, simulações bem como a plataforma Moodle, produzimos um ambiente virtual onde os alunos podem estudar as ondas sonoras de uma forma interativa e autônoma, incentivando-os a utilizar o computador e a internet como facilitadores do processo de ensino/aprendizagem, tornando este processo mais efetivo e interessante. Esse material foi aplicado a turmas de alunos do Ensino Médio e Pré-Vestibular das escolas Carlos Drummond de Andrade e Nomelini Cirandinha, ambas de Barretos, Escola Espaço Livre, de Bebedouro e escola COC Cardiofísico, de Jaboticabal. Tanto a experiência didática quanto a construção do AVA e seus resultados de aprendizagem são também descritos neste trabalho.