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Dusty plasmas, defined as plasmas of ions, electrons, neutrals, and charged micron to sub-micron dust particles, support a rich diversity of physical states. These states (ranging from solids to liquids to gas) are determined by the ratio of the Coulomb potential energy between dust particles to the particles kinetic energy and allow for a broad range of phenomena, from crystallization to dust acoustic waves. Due to various dusty plasma interactions, dust acoustic waves can be nonlinear and exhibit various wave phenomena, from topological wave defects to shock waves to structure formations. In this thesis, I investigate a spectrum of plasma and wave interactions in liquid-like dusty plasmas and focus on a range of dust acoustic wave phenomena observed experimentally in a dc discharge dusty plasma. By developing various experimental techniques, dust acoustic wave diffraction and topological wave defects, dust acoustic shock waves, temporal dust acoustic wave growth, and structure forming dust acoustic waves were observed. I begin in Chapter 2 with the diffraction of dust acoustic waves, which I investigated by introducing a glass rod into the dusty plasma. The resulting diffraction pattern was compared to acoustic wave diffraction in a neutral gas. In addition to the diffraction pattern, topological wave defects were observed to form. I continue Chapter 2 with a preliminary investigation into topological wave defects in dust acoustic waves. Chapter 3 follows with three nonlinear dust acoustic wave experiments. I created a shock tube like profile for dust acoustic waves using a single slit. The shock-tube like potential resulted in two sets of nonlinear dust acoustic waves, coalescing high and low amplitude waves and dust acoustic waves that developed into dust acoustic shock waves. The self-excited dust acoustic shock waves were compared to theoretical models. The third nonlinear dust acoustic wave phenomenon that I investigated was a reverse drift mode that appears in high amplitude dust acoustic waves. I propose a wave process based on dust particle dynamics in high amplitude dust acoustic waves to explain the observations. In Chapter 4, I describe an experimental technique that I developed to create a quiescent drifting dusty plasma. The drifting dusty plasma was used to observe dust acoustic wave growth from thermal density fluctuations. The observed growth rate and frequency were compared kinetic and fluid models. In Chapter 5, I describe experimental observations of a structure forming instability in dusty plasmas. By increasing the discharge current, transient and aperiodic dust density striations formed. I characterized the transient and stationary modes and compared the stationary mode to an ionization/ion-drag instability and a polarization instability.

Fenômenos ondulatórios têm sido muito utilizados na área médica e muitos equipamentos médicos que se baseiam nesses fenômenos são concebidos tanto para fins terapêuticos como para fins de diagnóstico. Equipamentos de micro-ondas para terapia, equipamentos de ondas-curtas para terapia, equipamentos de terapia a LASER, equipamentos de ultra-som para terapia e diagnóstico e equipamentos de fototerapia são exemplo de produtos médicos que utilizam fenômenos ondulatórios. A certificação de tais produtos é compulsória para que estes possam ser comercializados no Brasil e a série de Normas Técnicas ABNT NBR IEC 60601 contém as prescrições de segurança e desempenho essencial que tais equipamentos médicos precisam atender. Uma importante fase do processo de certificação dos equipamentos médicos é a etapa de verificação de conformidade realizada em Laboratórios de Ensaios acreditados pelo INMETRO. A presente pesquisa apresenta uma descrição das aplicações comumente utilizadas dos fenômenos ondulatórios em terapia e diagnóstico na área médica, descrevendo-se também quais são os limites considerados seguros para a exposição do paciente aos campos eletromagnéticos e acústicos, bem como os limites de exposições indesejadas para pessoas próximas ao equipamento médico. São descritos os métodos de medição normalmente utilizados para se mensurar os fenômenos ondulatórios e os processos de medição adotados nesta pesquisa utilizando alguns desses métodos, bem como são apresentados os resultados da seleção de instrumentos de medição que foram adquiridos para realização dos ensaios prescritos nas Normas Técnicas da série NBR IEC 60601. Também são apresentados os resultados obtidos após a realização de medições em equipamentos eletromédicos comerciais, usados para validar os procedimentos de ensaios e que foram elaborados utilizando os instrumentos de medição adquiridos. Esta pesquisa certamente poderá ser utilizada como referência para os Laboratórios de Ensaios congêneres que tenham interesse em obter a capacitação técnica e de infra-estrutura para a realização dos ensaios abordados, bem como pelas empresas que produzem equipamentos médicos baseados em fenômenos ondulatórios para aprimorarem seus produtos. / Wave phenomena have been widely used in medicine and many medical devices that use these phenomena are designed both for therapeutical and diagnosis purposes. Microwave equipment for therapy, short-wave equipment for therapy, LASER equipment for therapy, ultrasound equipment for therapy and for diagnosis and phototherapy equipment are examples of medical products that use wave phenomena. The certification of these products is compulsory for them to be marketed in Brazil and the Technical Standards ABNT NBR IEC 60601 series contains the prescriptions of safety and essential performance that medical equipment must meet. An important stage in the certification of medical equipment is the verification of compliance tests performed in Test Laboratories accredited by INMETRO. This research provides a description of commonly used applications of wave phenomena in therapy and diagnosis in the medical field, describing also the limits considered safe for the patient\'s exposure to electromagnetic fields and acoustic as well as the limits for unwanted exposure to people close to medical equipment. It also describes the methods of measurement commonly used to measure the wave phenomena, presents measurement processes that were created using some of these methods and presents the results of the research and selection of measurement instruments that were acquired for the tests prescribed by the Technical Standards NBR IEC 60601 series. It also presents the results of the measurements carried out of commercial eletromedical equipments used to validate the testing procedures that were developed using the measurement instruments acquired. This research could certainly be used as reference for Testing Laboratories that have similar interests in obtaining a technical competence and infrastructure for the tests discussed, as well as companies that produce medical equipment based on the wave phenomena in order to improve their products.

Fenômenos ondulatórios têm sido muito utilizados na área médica e muitos equipamentos médicos que se baseiam nesses fenômenos são concebidos tanto para fins terapêuticos como para fins de diagnóstico. Equipamentos de micro-ondas para terapia, equipamentos de ondas-curtas para terapia, equipamentos de terapia a LASER, equipamentos de ultra-som para terapia e diagnóstico e equipamentos de fototerapia são exemplo de produtos médicos que utilizam fenômenos ondulatórios. A certificação de tais produtos é compulsória para que estes possam ser comercializados no Brasil e a série de Normas Técnicas ABNT NBR IEC 60601 contém as prescrições de segurança e desempenho essencial que tais equipamentos médicos precisam atender. Uma importante fase do processo de certificação dos equipamentos médicos é a etapa de verificação de conformidade realizada em Laboratórios de Ensaios acreditados pelo INMETRO. A presente pesquisa apresenta uma descrição das aplicações comumente utilizadas dos fenômenos ondulatórios em terapia e diagnóstico na área médica, descrevendo-se também quais são os limites considerados seguros para a exposição do paciente aos campos eletromagnéticos e acústicos, bem como os limites de exposições indesejadas para pessoas próximas ao equipamento médico. São descritos os métodos de medição normalmente utilizados para se mensurar os fenômenos ondulatórios e os processos de medição adotados nesta pesquisa utilizando alguns desses métodos, bem como são apresentados os resultados da seleção de instrumentos de medição que foram adquiridos para realização dos ensaios prescritos nas Normas Técnicas da série NBR IEC 60601. Também são apresentados os resultados obtidos após a realização de medições em equipamentos eletromédicos comerciais, usados para validar os procedimentos de ensaios e que foram elaborados utilizando os instrumentos de medição adquiridos. Esta pesquisa certamente poderá ser utilizada como referência para os Laboratórios de Ensaios congêneres que tenham interesse em obter a capacitação técnica e de infra-estrutura para a realização dos ensaios abordados, bem como pelas empresas que produzem equipamentos médicos baseados em fenômenos ondulatórios para aprimorarem seus produtos. / Wave phenomena have been widely used in medicine and many medical devices that use these phenomena are designed both for therapeutical and diagnosis purposes. Microwave equipment for therapy, short-wave equipment for therapy, LASER equipment for therapy, ultrasound equipment for therapy and for diagnosis and phototherapy equipment are examples of medical products that use wave phenomena. The certification of these products is compulsory for them to be marketed in Brazil and the Technical Standards ABNT NBR IEC 60601 series contains the prescriptions of safety and essential performance that medical equipment must meet. An important stage in the certification of medical equipment is the verification of compliance tests performed in Test Laboratories accredited by INMETRO. This research provides a description of commonly used applications of wave phenomena in therapy and diagnosis in the medical field, describing also the limits considered safe for the patient\'s exposure to electromagnetic fields and acoustic as well as the limits for unwanted exposure to people close to medical equipment. It also describes the methods of measurement commonly used to measure the wave phenomena, presents measurement processes that were created using some of these methods and presents the results of the research and selection of measurement instruments that were acquired for the tests prescribed by the Technical Standards NBR IEC 60601 series. It also presents the results of the measurements carried out of commercial eletromedical equipments used to validate the testing procedures that were developed using the measurement instruments acquired. This research could certainly be used as reference for Testing Laboratories that have similar interests in obtaining a technical competence and infrastructure for the tests discussed, as well as companies that produce medical equipment based on the wave phenomena in order to improve their products.

Submitted by Liliane Ferreira (ljuvencia30@gmail.com) on 2018-09-06T11:28:21Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - André Luiz Oliveira - 2018.pdf: 2339025 bytes, checksum: 58545d7c99af0fffe3fba4761d169ff1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-09-10T10:41:57Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - André Luiz Oliveira - 2018.pdf: 2339025 bytes, checksum: 58545d7c99af0fffe3fba4761d169ff1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-10T10:41:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - André Luiz Oliveira - 2018.pdf: 2339025 bytes, checksum: 58545d7c99af0fffe3fba4761d169ff1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-08-17 / The objective of this work was to evaluate if a didactic sequence for the teaching of wave phenomena, using musical instruments, stimulates the autonomy, the critical thinking, the creativity, the capacity of abstraction and the epistemological curiosity of the students. The Three Pedagogical Moments (Três Momentos Pedagógicos) of Delizoicov and Angotti were used as teaching technique. This qualitative research was carried out with students of the second year of high school, in a public school of the city of Goiânia. For the data collection, the classes were recorded in audio and vídeo and transcribed and analyzed. In the development of the Three Pedagogical Moments, students were able to demonstrate if they achieved the qualifications of the objective. During the problematization (first moment) and the organization of the knowledge (second moment), the students were able to identify phenomena of their daily life that involved the wave phenomena, exposing their doubts the personal observations. Six classes were used to carry out the research, and the students' speeches and discussions were analyzed. In these analyzes, according to the view of Paulo Freire, it was observed several moments in which the students demonstrated critical thinking, abstraction capacity and epistemological curiosity, indicating that the dynamics was able to promote an education in the critical perspective, thus avoiding a scientific literacy of the banking type. / O objetivo deste trabalho foi avaliar se uma sequência didática para o ensino de ondulatória, utilizando instrumentos musicais, estimula a autonomia, o pensamento crítico, a criatividade, a capacidade de abstração e a curiosidade epistemológica dos estudantes. Como técnica de ensino foram utilizados os Três Momentos Pedagógicos de Delizoicov e Angotti. A pesquisa, de cunho qualitativo, foi realizada com estudantes do segundo ano do ensino médio em uma escola pública da rede estadual de ensino da cidade de Goiânia. Para a coleta de dados, as aulas foram gravadas em áudio e vídeo, posteriormente transcritas e analisadas. No desenvolvimento dos Três Momentos Pedagógicos, os estudantes puderam demonstrar se atingiram as qualificações do objetivo. Durante a problematização (primeiro momento) e na organização do conhecimento (segundo momento) os alunos conseguiram identificar fenômenos de seu cotidiano que envolviam a ondulatória, expondo suas dúvidas o observações pessoais sobre o assunto. Foram utilizadas seis aulas para a realização da pesquisa, nas quais, as falas e discussões dos alunos foram analisadas. Nestas análises, segundo o olhar de Paulo Freire, pôde-se observar que vários foram os momentos em que os alunos demonstraram pensamento crítico, capacidade de abstração e curiosidade epistemológica, indicando que a dinâmica foi capaz de promover uma educação na perspectiva crítica, evitando, assim, uma alfabetização científica do tipo bancária.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2016-10-17T13:15:34Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Xavier de Andrade - 2016.pdf: 8750687 bytes, checksum: b47edd6565843d8ae15e173adda15ab2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-10-17T17:16:26Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Xavier de Andrade - 2016.pdf: 8750687 bytes, checksum: b47edd6565843d8ae15e173adda15ab2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-17T17:16:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Douglas Xavier de Andrade - 2016.pdf: 8750687 bytes, checksum: b47edd6565843d8ae15e173adda15ab2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-10-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Among the main problems faced by Physics teachers in the Brazilian Basic Education system are: the distance of the contents studied from the daily lives of students and the lack of materials and methodologies suitable to work topics of Modern and Contemporary Physics in the classroom. Given the need to give referrals, at least in part, the problems mentioned above, the authors of this paper sought basically to work in three fundamental points: 1) Curriculum - expand undulating physics content to cover non-linear aspects of physical systems known such as the mass-spring system, the simple pendulum, waves on a string and shallow water in order to introduce the concept of soliton and some of its applications. 2) adaptable and accessible material for topics of Physics Nonlinear - talk about the educational potential of creating a website using the tools provided by "google sites"and present disclosure page (Solitons and phenomena nonlinear) and 3) methodology - report the experiences of the discussion of topics in nonlinear physics for high school students verifying the challenges and prospects of use of a website in the classroom context of a school public high school in the state of Goiás. Thus, it is _rst introduced the subject of study by presenting the research objectives and the dissertation of the structure and then we present topics of nonlinear physics based on systems which are usually treated only in a linear fashion in high school such as: the simple pendulum (when built a pendulum corresponding to na arrangement of coupled pendula), the mass-spring system (when we study a chain of particles coupled to each other by means of springs) and linear wave equation. The study of these systems leads respectively to the equation Sine-Gordon, the Toda model, and KdV equation when they are treated in a non-linear fashion. After these equations are discussed presented their solutions 1- and 2-solitons solutions using Hirota method. After analyzing the above systems, we discuss some natural physical phenomena where solitons are present and some of their technological applications. Later we perform a review of the literature, where we use theoretical concepts to support the use of Information and Communication Technologies (ICT) in science education, and presented a website built to introduce the subjects of nonlinear Physics in high school. Then we discuss a teaching sequence designed in order to provide the use of the internet page in the classroom and the results of the didactic sequence implementation are reported in the classroom indicating that the creation and use of a website is a important tool to work subjects of Nonlinear Physics in high school to allow the use of multiple virtual learning objects and motivate the continuity of the learning process outside the classroom context. / Entre os principais problemas enfrentados pelos professores de Física da Educação Básica brasileira se encontram: o distanciamento dos conteúdos estudados com o cotidiano dos estudantes e a falta de material e metodologias adequados para se trabalhar tópicos de Física Moderna e Contemporânea em sala de aula. Diante da necessidade de dar encaminhamentos, ao menos em parte, aos problemas, acima citados, os autores desta dissertação buscaram atuar basicamente em três pontos fundamentais: 1)Currículo - expandir os conteúdos de Física Ondulatória para abranger aspectos não-lineares de sistemas físicos conhecidos como o sistema massa-mola, o pêndulo simples, as ondas numa corda e em águas rasas com o intuito de introduzir o conceito de sóliton e algumas de suas aplicações para que professores da Educação Básica possam discutí-los em sala de aula; 2) Material adaptável e acessível de divulgação de tópicos de Física Não-Linear - discorrer sobre as potencialidades educacionais da criação de uma página na internet usando as ferramentas disponibilizadas pelo "google sites" e apresentar a página de divulgação "Sólitons e fenômenos não-lineares" e 3) Metodologia - relatar as experiências da discussão de tópicos de Física Não-Linear no Ensino Médio veri_cando os desa_os e potencialidades da utilização de uma página na internet no contexto de sala de aula de uma escola pública de Ensino Médio do Estado de Goiás. Dessa forma, inicialmente é introduzido o tema de estudo através da apresentação dos objetivos da pesquisa e da estrutura da dissertação e em seguida são apresentados tópicos de Física não-linear de sistemas físicos conhecidos geralmente tratados apenas em uma forma linear no Ensino Médio a saber: o pêndulo simples, o sistema massa-mola e equação de onda linear. O estudo desses sistemas em uma forma não-linear nos levam respectivamente à equação de Sine-Gordon (quando construímos um arranjo de pêndulos acoplados), ao Modelo de Toda (quando estudamos uma rede com N massa-molas ligados), e a Equação de KdV. Após discutidas essas equações são apresentadas as suas soluções para 1 e 2-sólitons utilizando o método de Hirota. Após a análise dos sistemas supracitados discorremos sobre alguns fenômenos físicos naturais onde os sólitons estão presentes e algumas aplicações tecnológicas dos mesmos. Posteriormente é feita uma revisão de literatura, onde utilizamos concepções teóricas para fundamentar a utilização das Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) no ensino de Ciências, e apresentada uma página na internet construída para introduzir os assuntos de Física Não-Linear no Ensino Médio. Por fim, discorre-se sobre uma sequência didática pensada de forma a propiciar o uso da página da internet em sala de aula e são relatados os resultados da implementação da sequência didática em sala de aula indicando que a criação e utilização de uma página na internet é uma importante ferramenta para se trabalhar assuntos de Física Não-Linear no Ensino Médio ao permitir o uso de diversos objetos virtuais de aprendizagem e motivar a continuidade do processo de aprendizagem fora do contexto de sala de aula.