Uma alternativa para ensinar e aprender um processo de difusão simples usando animações no Algodoo

• Autores: Samir Lacerda da Silva, Judismar Tadeu Guaitolini Junior, Rodrigo Lacerda da Silva, Emilson Ribeiro Viana, Fábio F. Leal
• Localización: Caderno Brasileiro de Ensino de Física, ISSN-e 2175-7941, Vol. 33, Nº. 2, 2016, págs. 717-731
• Idioma: portugués
• Títulos paralelos:
  • An alternative for teaching and learning the simple diffusion process using Algodoo animations
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• Resumen
  • English

    In this work, animations of the random walk movement using a freeware Algodoo software were done in order to support the teaching of the concepts of Brownian motion. The random walk movement was simulated considering the elastic collision between the particles in suspension in a fluid. The intensity of the particles’ velocities in our simulation were defined in an arbitrary range, and a random distribution of the velocity directions. Using two methods, the distribution histogram of displacements and the mean-square-displacement, it was possible to measure the diffusion coefficient of four different simulated systems, and determine the regions where the system presents ballistic regime or diffusive transport regime. The ballistic regime was observed graphically when the mean-square-displacement has a parabolic dependence with time, which differing from the typical diffusive regime where mean-square-displacement has a linear dependence. The pedagogy strategy is to blend the mathematical description of Brownian motion using animations with Algodoo, supporting the teaching and learning processes.

  • português

     Nesse trabalho, foram feitas animações no software livre Algodoo que descrevem a trajetória de uma caminhada aleatória a fim de apoiar o ensino dos conceitos de movimento Browniano. A caminhada aleatória foi modelada considerando a colisão elástica entre as partículas em suspensão num fluido. A intensidade das velocidades das partículas em nossas simulações foi definida em uma faixa arbitrária e uma orientação distribuída aleatoriamente. Usando dois métodos, o histograma de distribuição de deslocamentos e o deslocamento quadrático médio, foi possível medir o coeficiente de difusão para quatro sistemas diferentes, e determinar as regiões onde o sistema apresenta o regime balístico ou o difusivo. O regime balístico foi observado graficamente quando o deslocamento quadrático médio tem uma dependência parabólica com o tempo, diferente do típico regime difusivo, onde o deslocamento quadrático médio tem uma dependência linear. A estratégia didática é combinara descrição matemática do movimento Browniano usando as animações com Algodoo, auxiliando os processos de ensino e aprendizagem.