O presente trabalho conceitualiza e aplica da noção de \"fluxo\" como a parte da intenção didática relacionada com a qualidade das transições entre atividades de uma sequência didática. O fluxo foi empregado como protoprincípio central no desenvolvimento de um curso sobre Relatividade Restrita para o Ensino Médio com base na metodologia Design-Based Research (DBR). A dinâmica de trabalho contou com a participação de pesquisadores e professores da Rede Pública do Estado de São Paulo. Reuniões de discussão, produção e aplicações da sequência didática foram organizadas conjuntamente pelo Núcleo de Pesquisas em Inovação Curricular (NuPIC) e pelo, então formado, Grupo de Atualização da Física Escolar (GrAFiE). Como resultado da pesquisa foi apresentada a comparação entre o fluxo pretendido e a fluência observada pelos alunos. Uma pesquisa auxiliar sobre a compreensão do conceito de evento também é construída e complementa os resultados obtidos. Com vistas na generalização proposta pelos pesquisadores nessa área, são apresentados o protoprincípio de fluxo como potencial motor para o desenvolvimento de sequências didáticas, o diagrama de fluxo como representação prática das intenções dos desenvolvedores e o instrumento de fluxo como método para a produção de dados. Esses elementos foram testados em um ciclo de pesquisas e são destinados ao emprego em outras sequências didáticas. / The present work conceptualizes and applies the concept of \"flow\" as part of the didactic intention related to the quality of transitions between activities of a design experiment. The flow was used as the central protoprinciple in the developiment of a course on Special Relativity for high school based on a Design-Based Research (DBR) methodology. The work has involved the participation of researchers and public school teachers of the State of Sao Paulo, Brazil. Meetings, production and didactic interventions were collectively organized. The comparison between the desired flow and fluency observed by the students was analyzed as a result of the research. An auxiliary research on the understanding on the concept of event is also constructed and complements the research. Looking forward the generalization proposed by researchers in this area, the protoprinciple of the flow was presented as a potential idea for the development of didactic sequences. The flow\'s diagram was presented as a practical representation of the intentions of the developers and the flow instrument has shown as a method for producing data. These elements were tested in a cycle of research and are intended for use in other design experiments.

In this thesis, we present a collection of newly obtained results concerning the existence of vanishing viscosity solutions to the one-dimensional compressible Euler equations of gas dynamics, with and without geometric structure. We demonstrate the existence of such vanishing viscosity solutions, which we show to be entropy solutions, to the transonic nozzle problem and spherically symmetric Euler equations in Chapter 4, in both cases under the simple and natural assumption of relative finite-energy. In Chapter 5, we show that the viscous solutions of the one-dimensional compressible Navier-Stokes equations converge, as the viscosity tends to zero, to an entropy solution of the Euler equations, again under the assumption of relative finite-energy. In so doing, we develop a compactness framework for the solutions and approximate solutions to the Euler equations under the assumption of a physical pressure law. Finally, in Chapter 6, we consider the Euler equations in special relativity, and show the existence of bounded entropy solutions to these equations. In the process, we also construct fundamental solutions to the entropy equations and develop a compactness framework for the solutions and approximate solutions to the relativistic Euler equations.

Abstract not available

Submitted by HENDRIK GERARD JOHAN JENNEN null (hjennen@ift.unesp.br) on 2016-02-23T14:54:31Z No. of bitstreams: 1 thesis_oneside.pdf: 1083742 bytes, checksum: eeb3f42f2937a777dba99b7615ef69c8 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-02-24T13:39:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jannen_h_dr_ift.pdf: 1083742 bytes, checksum: eeb3f42f2937a777dba99b7615ef69c8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-24T13:39:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jannen_h_dr_ift.pdf: 1083742 bytes, checksum: eeb3f42f2937a777dba99b7615ef69c8 (MD5) Previous issue date: 2016-02-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Observações realizadas nas últimas três décadas confirmaram que o universo se encontra em um estado de expansão acelerada. Essa aceleração é atribuída à presença da chamada energia escura, cuja origem permanece desconhecida. A maneira mais simples de se modelar a energia escura consiste em introduzir uma constante cosmológica positiva nas equações de Einstein, cuja solução no vácuo é então dada pelo espaço de de Sitter. Isso, por sua vez, indica que a cinemática subjacente ao espaço-tempo deve ser aproximadamente governada pelo grupo de de Sitter SO(1,4), e não pelo grupo de Poincaré ISO(1,3). Nesta tese, adotamos tal argumento como base para a conjectura de que o grupo que governa a cinemática local é o grupo de de Sitter, com o desvio em relação ao grupo de Poincaré dependendo ponto-a-ponto do valor de um termo cosmológico variável. Com o propósito de desenvolver tal formalismo, estudamos a geometria de Cartan na qual o espaço modelo de Klein é, em cada ponto, um espaço de de Sitter com o conjunto de pseudo-raios definindo uma função não-constante do espaço-tempo. Encontramos que o tensor de torção nessa geometria adquire uma contribuição que não está presente no caso de uma constante cosmológica. Fazendo uso da teoria das realizações não-lineares, estendemos a classe de simetrias do grupo de Lorentz SO(1,3) para o grupo de de Sitter. Em seguida, verificamos que a estrutura da gravitação teleparalela--- uma teoria gravitacional equivalente à relatividade geral--- é uma geometria de Riemann-Cartan não linear. Inspirados nesse resultado, construímos uma generalização da gravitação teleparalela sobre uma geometria de de Sitter--Cartan com um termo cosmológico dado por uma função do espaço-tempo, a qual é consistente com uma cinemática localmente governada pelo grupo de de Sitter. A função cosmológica possui sua própria dinâmica e emerge naturalmente acoplada não-minimalmente ao campo gravitacional, analogamente ao que ocorre nos modelos telaparalelos de energia escura ou em teorias de gravitação escalares-tensoriais. Característica peculiar do modelo aqui desenvolvido, a função cosmológica fornece uma contribuição para o desvio geodésico de partículas adjacentes em queda livre. Embora tendo sua própria dinâmica, a energia escura manifesta-se como um efeito da cinemática local do espaço-tempo. / Observations during the last three decades have confirmed thatthe universe momentarily expands at an accelerated rate, which is assumed to be driven by dark energy whose origin remains unknown. The minimal manner of modelling dark energy is to include a positive cosmological constant in Einstein's equations, whose solution in vacuum is de Sitter space. This indicates that the large-scale kinematics of spacetime is approximated by the de Sitter group SO(1,4) rather than the Poincaré group ISO(1,3). In this thesis we take this consideration to heart and conjecture that the group governing the local kinematics of physics is the de Sitter group, so that the amount to which it is a deformation of the Poincaré group depends pointwise on the value of a nonconstant cosmological function. With the objective of constructing such a framework we study the Cartan geometry in which the model Klein space is at each point a de Sitter space for which the combined set of pseudoradii forms a nonconstant function on spacetime. We find that the torsion receives a contribution that is not present for a cosmological constant. Invoking the theory of nonlinear realizations we extend the class of symmetries from the Lorentz group SO(1,3) to the enclosing de Sitter group. Subsequently, we find that the geometric structure of teleparallel gravity--- a description for the gravitational interaction physically equivalent to general relativity--- is a nonlinear Riemann--Cartan geometry.This finally inspires us to build on top of a de Sitter--Cartan geometry with a cosmological function a generalization of teleparallel gravity that is consistent with a kinematics locally regulated by the de Sitter group. The cosmological function is given its own dynamics and naturally emerges nonminimally coupled to the gravitational field in a manner akin to teleparallel dark energy models or scalar-tensor theories in general relativity. New in the theory here presented, the cosmological function gives rise to a kinematic contribution in the deviation equation for the world lines of adjacent free-falling particles. While having its own dynamics, dark energy manifests itself in the local kinematics of spacetime.

Submitted by ADRIANA VICTORIA ARAUJO SALCEDO null (adrianaaraujo@ift.unesp.br) on 2017-09-27T12:24:25Z No. of bitstreams: 1 dissertacao.pdf: 919386 bytes, checksum: 9947da9ce880a14adcc3e1ac56f121e6 (MD5) / Rejected by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo as orientações abaixo: No campo “Versão a ser disponibilizada online imediatamente” foi informado que seria disponibilizado o texto completo porém no campo “Data para a disponibilização do texto completo” foi informado que o texto completo deverá ser disponibilizado apenas 6 meses após a defesa. Caso opte pela disponibilização do texto completo apenas 6 meses após a defesa selecione no campo “Versão a ser disponibilizada online imediatamente” a opção “Texto parcial”. Esta opção é utilizada caso você tenha planos de publicar seu trabalho em periódicos científicos ou em formato de livro, por exemplo e fará com que apenas as páginas pré-textuais, introdução, considerações e referências sejam disponibilizadas. Se optar por disponibilizar o texto completo de seu trabalho imediatamente selecione no campo “Data para a disponibilização do texto completo” a opção “Não se aplica (texto completo)”. Isso fará com que seu trabalho seja disponibilizado na íntegra no Repositório Institucional UNESP. Por favor, corrija esta informação realizando uma nova submissão. Agradecemos a compreensão. on 2017-09-28T13:58:32Z (GMT) / Submitted by ADRIANA VICTORIA ARAUJO SALCEDO null (adrianaaraujo@ift.unesp.br) on 2017-09-28T20:52:46Z No. of bitstreams: 1 dissertacao.pdf: 919386 bytes, checksum: 9947da9ce880a14adcc3e1ac56f121e6 (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-09-29T18:18:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 salcedo_ava_dr_ift.pdf: 919386 bytes, checksum: 9947da9ce880a14adcc3e1ac56f121e6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-29T18:18:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 salcedo_ava_dr_ift.pdf: 919386 bytes, checksum: 9947da9ce880a14adcc3e1ac56f121e6 (MD5) Previous issue date: 2017-08-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Due to the existence of an invariant length at the Planck scale, Einstein special relativity breaks down at that scale. A possible solution to this problem is arguably to replace the Poincare-invariant Einstein special relativity by a de Sitter invariant special relativity. Such replacement produces concomitant changes in all relativistic theories, including of course general relativity, which changes to what is called de Sitter modified general relativity, whose gravitational field equation is the de Sitter modified Einstein equation. A crucial property of this theory is that both the background de Sitter curvature and the gravitational dynamical curvature turns out to be included in the same curvature tensor. This means that the cosmological term Λ no longer explicitly appears in Einstein equation, and is consequently not restricted to be constant. In the first part of the thesis, a new definition for black hole entropy is defined. This new notion of entropy is strongly attached to the local symmetry, given the fact to be composed of two parts: the usual translational-related entropy plus an additional piece related to the proper conformal transformation. Also, it is obtained the de Sitter modified Schwarzschild solution, and using this solution we explore the consequences for the definition of entropy, as well as for the thermodynamics of the Schwarzschild-de Sitter system. In the second part the Newtonian limit of the de Sitter modified Einstein equation is obtained, and the ensuing Newtonian Friedmann equations are show to provide a good account of the dark energy content of the present-day universe. Finally, by using the same Newtonian limit, the circular velocity of stars around the galactic center is studied. It is shown that the de Sitter modified Newtonian force, which becomes effective only in the Keplerian region of the galaxy, could possibly explain the flat rotation curve of galaxies without necessity of supposing the existence of dark matter. / Devido a existência de um comprimento invariante na escala de Planck, a relatividade especial de Einstein deixa de ser valida naquela escala. Uma solução possível para esse problema é trocar a relatividade especial de Einstein, a qual tem o grupo de Poincaré como grupo de simetria, por uma relatividade especial invariante sob o grupo de de Sitter. Essa troca ira produzir mudanças concomitantes em todas as teorias relativísticas, incluindo naturalmente a teoria da relatividade geral. Essa teoria da origem ao que denominamos de Sitter modified general relativity, cuja equação para o campo gravitacional foi chamada de de Sitter modified Einstein equation. Uma propriedade crucial dessa teoria é que tanto a curvatura de fundo de de Sitter como a curvatura dinâmica da gravitação estão ambas incluídas no mesmo tensor de curvatura. Isso significa que o termo cosmológico Λ não aparece explicitamente na equação de Einstein, e consequentemente não é restrito a ser uma constante. Trabalhando no contexto da de Sitter modified general relativity, na primeira parte da tese, uma nova definição de entropia para buraco negro é definido. Esta nova noção de entropia está fortemente ligado à simetria local, dado o fato de ser composto por duas partes: uma associada as translação e uma parte adicional relacionada com a transformação conformal. Assim mesmo, nós obtemos a solução de Schwarzschild modificada por de Sitter. Usando essa solução exploramos as consequências para a definição de entropia, bem como para a termodinâmica do sistema de Schwarzschild-de Sitter. Na segunda parte da tese obtemos o limite Newtoniano da de Sitter modified Einstein equation, e usamos as correspondentes equações de Friedmann Newtonianas para estudar o problema da energia escura. Mostramos que essas equações fornecem uma solução bastante razoável para a existência de energia escura do universo atual. Finalmente, usamos o mesmo limite Newtoniano para estudar a velocidade circular de estrelas ao redor do núcleo galáctico. Mostramos que a força Newtoniana modificada por de Sitter, a qual torna-se ativa apenas na região Kepleriana da galáxia, pode explicar as curvas de rotação planas sem necessidade de supor a existência de matéria escura. / CAPES: 33015015001P7

O presente trabalho conceitualiza e aplica da noção de \"fluxo\" como a parte da intenção didática relacionada com a qualidade das transições entre atividades de uma sequência didática. O fluxo foi empregado como protoprincípio central no desenvolvimento de um curso sobre Relatividade Restrita para o Ensino Médio com base na metodologia Design-Based Research (DBR). A dinâmica de trabalho contou com a participação de pesquisadores e professores da Rede Pública do Estado de São Paulo. Reuniões de discussão, produção e aplicações da sequência didática foram organizadas conjuntamente pelo Núcleo de Pesquisas em Inovação Curricular (NuPIC) e pelo, então formado, Grupo de Atualização da Física Escolar (GrAFiE). Como resultado da pesquisa foi apresentada a comparação entre o fluxo pretendido e a fluência observada pelos alunos. Uma pesquisa auxiliar sobre a compreensão do conceito de evento também é construída e complementa os resultados obtidos. Com vistas na generalização proposta pelos pesquisadores nessa área, são apresentados o protoprincípio de fluxo como potencial motor para o desenvolvimento de sequências didáticas, o diagrama de fluxo como representação prática das intenções dos desenvolvedores e o instrumento de fluxo como método para a produção de dados. Esses elementos foram testados em um ciclo de pesquisas e são destinados ao emprego em outras sequências didáticas. / The present work conceptualizes and applies the concept of \"flow\" as part of the didactic intention related to the quality of transitions between activities of a design experiment. The flow was used as the central protoprinciple in the developiment of a course on Special Relativity for high school based on a Design-Based Research (DBR) methodology. The work has involved the participation of researchers and public school teachers of the State of Sao Paulo, Brazil. Meetings, production and didactic interventions were collectively organized. The comparison between the desired flow and fluency observed by the students was analyzed as a result of the research. An auxiliary research on the understanding on the concept of event is also constructed and complements the research. Looking forward the generalization proposed by researchers in this area, the protoprinciple of the flow was presented as a potential idea for the development of didactic sequences. The flow\'s diagram was presented as a practical representation of the intentions of the developers and the flow instrument has shown as a method for producing data. These elements were tested in a cycle of research and are intended for use in other design experiments.

Neste trabalho investigamos, teoricamente e empiricamente, quais são os possíveis aspectos da natureza da ciência, relacionados ao debate realismo e antirrealismo científicos, que emergem da história e filosofia da teoria da relatividade especial e têm potencial para promover debates no ensino de física. Para tal, primeiramente reconhecemos a importância da aproximação histórico-filosófica ao ensino de ciências, assim como a relevância dos aspectos consensuais e não consensuais da natureza da ciência. Argumentamos, em especial, que estes aspectos controversos e não consensuais podem trazer uma visão ainda mais rica e realista da ciência. Fazemos uma exposição sintética sobre algumas das principais características do debate realismo e antirrealismo científicos, suas principais vertentes, categorias e argumentos correntes. Fazemos também um estudo teórico histórico e filosófico sobre a teoria da relatividade, no qual enfatizamos a capacidade do formalismo matemático da teoria ser filosoficamente interpretável. Quatro interpretações históricas da teoria, a de Lorentz (1904), a de Einstein (1905), a de Poincaré (1906) e a de Minkowski (1907) são discutidas e caracterizadas com base no estudo sobre o debate realismo e antirrealismo científicos. Descrevemos em seguida uma pesquisa de campo realizada no primeiro semestre de 2013 aplicada a estudantes de física, de licenciatura e bacharelado, da Universidade de São Paulo. Seus objetivos foram investigar as concepções filosóficas dos estudantes sobre o debate realismo e antirrealismo científicos no contexto da teoria da relatividade especial e mostrar como ele pode trazer ricas discussões no ensino de ciências . A pesquisa foi dividida em três etapas: aplicação de questionário específico sobre o tema filosófico; análise de resenhas entregues pelos estudantes, e; realização de grupo focal. O resultado da análise e triangulação dos dados sugere que o debate mostra-se, também entre os estudantes, de uma forma não consensual e filosoficamente rica. / In this work we investigate theoretically and empirically some possible aspects of the nature of science, related to scientific realism and anti-realism debate emerging from the history and philosophy of the special theory of relativity which can potentially encourage related discussions in physics education. For such, first we acknowledge the importance of historical-philosophical approach to teaching science, as well the educational relevance of the consensual and nonconsensual aspects of nature of science. We argue, particularly, that these controversial and non-consensual aspects can provide an even richer and more realistic view of science. We make a summary of some of the main features of scientific realism and anti-realism debate, its main categories and current arguments. We also make a historical and philosophical theoretical study on the special theory of relativity, wherein we emphasize the capacity of its mathematical formalism be philosophically interpretable. Four historical interpretations of the theory, Lorentz\'s (1904), Einstein\'s (1905), Poincaré\'s (1906) Minkowski\'s (1907), are discussed and characterized based on earlier study on scientific realism and anti-realism debate. We report then a field research conducted in the first semester of 2013 applied to undergraduated physics students at the University of São Paulo. Its objectives went to investigate the philosophical conceptions of students about scientific realism and anti-realism debate under the special theory of relativity and its subjects, and to show how rich can it be for science education. This research was divided into three stages: the application of a specific questionnaire on the philosophical subject; the analysis of papers submitted by students, and; the performing of a focus group. The outcome of data triangulation suggests that the debate reveals itself also among students, in a non-consensual and philosophically rich way.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-26T17:48:21Z No. of bitstreams: 1 brunoferreirarizzuti.pdf: 507162 bytes, checksum: 6ccfc7f9025a41c3c8bc647f63d413ea (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-05-13T12:04:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 brunoferreirarizzuti.pdf: 507162 bytes, checksum: 6ccfc7f9025a41c3c8bc647f63d413ea (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-13T12:04:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 brunoferreirarizzuti.pdf: 507162 bytes, checksum: 6ccfc7f9025a41c3c8bc647f63d413ea (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / Passados mais de 60 anos da sua formulação inicial, o método de Dirac-Bergmann para hamiltonização de sistemas lagrangianos singulares continua sendo uma ferramenta poderosa para análise e investigação de modelos atuais de física teórica. Como motivação, apresentaremos vários exemplos onde o método é utilizado e o descreveremos em detalhes em uma sequência de passos. O objetivo central deste trabalho será então apresentar uma série de aplicações distintas do método de Dirac, incluindo a busca de simetrias locais para teorias singulares, a construção da proposta de relatividade especial dupla de Magueijo-Smolin, a formulação da mecânica clássica com invariância de reparametrizações e sua quantização e por fim, discutiremos um modelo semiclássico mecânico que, quando quantizado, reproduz a equação de Dirac. / After more than 60 years of its initial development, the Dirac-Bergmann method for hamiltonization of constrained systems is still a powerful tool for analysis and investigation of modern theoretical models. As a motivation, we shall present several models where the method is applied, then we will describe it in details, with a sequence of steps. The main objective of this work is to provide distinct applications of the Dirac method, including the search for local symmetries of singular theories, the construction of the Magueijo-Smolin doubly special relativity proposal, the formulation of classical mechanics with reparametrization invariance and its quantization and finally, we discuss a semiclassical mechanical model that produces the Dirac equation through quantization.

Nous montrons qu’un modèle pour une théorie des champs à base d’automate cellulaire quantique est compatible avec une relativité restreinte déformée. En asso- ciant les lois de la physique à la règle d’évolution de l’automate, nous obtenons une version du principe de relativité où les états évoluant sur la grille de l’automate sont sujets à des transformations de Lorentz modifiées. Nous montrons ensuite que les déformations non-linéaires à l’espace des impulsions et des énergies mèneraient à une relativité de la localité et, dans des condition appropriées, produiraient un renversement de l’effet relativiste de contraction des longueurs. Nous considérons également les simulations de la physique sur calcul quantique d’un point de vue philosophique, demandant si notre monde pourrait faire partie d’une telle simulation et voyant comment des observations provenant de l’extérieur pourraient agir sur la simulation. / We show that a quantum field model based on a quantum cellular automaton requires a deformed special relativity. By associating the laws of physics with the automaton evolution rule, we obtain a version of the relativity principle where states evolving on the automaton must transform according to modified Lorentz transforma- tions. We then show that a non-linear momentum and energy space gives rise to the phenomenon of relative locality and that, under appropriate conditions, the relativistic length contraction effect must be reversed. We also consider simulations of physics on a philosphical level, asking if we might live inside such a simulation and seeing how observers from outside might interact if they attempt to observe us in such a context.

Black holes are one of the most interesting objects in the universe, and studying these objects should give exciting results. This research will investigate the General Theory of Relativity, explaining the essence of the theory needed for deriving solutions for a Schwarzschild black hole. This knowledge leads to deriving the equations of motion of a bosonic scalar field around a Schwarzschild black hole. Computing the dynamical evolution of that scalar field, and taking the limit far away from the black hole, gives an approximation derivation of the  Schrödinger equation. This study opens many doors to future research about black holes and scalar fields. / Svarta hål är ett av de mest intressanta objekten i universum, och därför, att studera dessa föremål bör ge spännande resultat.I detta arbete kommer den allmänna relativitetsteorin  att studeras och förklaras med allt som behövs för att härledalösningar för en Schwarzschild svart hål. Denna kunskap leder till att härleda rörelseekvationerna för ett bosoniskt skalärfält runt ett Schwarzschild svart hål.Genom att beräkna den dynamiska utvecklingen av det skalära fältet och ta gränsen långt bort från svarta hålet,så kommer det at ge en approximativ härledning av Schrödinger ekvationen. Den här typen av studier öppnar många dörrar för framtida forskning om svarta hål och skalära fält.