Neste artigo, discutimos noções de modelos utilizados nas ciências e, em particular, no âmbito da Mecânica Quântica, apresentando um modelo físico para partículas de spin semi-inteiro. Ele é baseado na quantização de uma representação do sistema realizada no espaço de fase, fornecendo a representação de Schrödinger que descreve partículas de spin semi-inteiro. A partir das soluções da equação, derivamos as representações usuais dadas na literatura em termos de matrizes. A vantagem da arquitetura aqui apresentada é a discussão do problema do spin a partir da interpretação de Schrödinger para a Mecânica Quântica. Discutimos, assim, a possibilidade do spin ser visto como uma variável dinâmica, substituindo a sua corriqueira interpretação como propriedade intrínseca da partícula. Por fim, ficaram aduzidas possibilidades de incursão epistemológica e de transposição didática, além de assinaladas as limitações curriculares mais típicas.

In this work, we discuss notions of models used in the sciences and, in particular, in the field of Quantum Mechanics, presenting a physical model for semi-integer spin particles. It is based on quantization of a representation of the system performed in phase space, providing the Schrödinger representation that describes semi-integer spin particles. From the solutions of the equation, we derive the usual representations given in the literature in terms of matrices. The advantage of the architecture presented here is the discussion of the spin problem from of Schrödinger’s interpretation of Quantum Mechanics. We thus discuss the possibility of spin being seen as a dynamic variable, replacing its common interpretation as an intrinsic property of the particle. Finally, possibilities of epistemological incursion and didactic transposition were presented, in addition to pointing out the most typical curricular limitations.

Neste trabalho descrevemos um formalismo para descrever a Mecânica Clássica fracionária segundo o cálculo fracionário conformável. Assim, uma breve revisão sobre cálculo diferencial e integral conformável foi feita. Na sequência, as versões conformáveis dos formalismos Lagrangiano e Hamiltoniano são apresentadas. Como exemplo, o oscilador harmônico conformável e a equação de onda conformável são discutidos. Em todas as situações consideradas, os resultados usuais são obtidos se a ordem da derivada ( α) for igual a 1. Um resultado interessante é que se considerarmos 1 - α ≪ 1, o oscilador harmônico conformável torna-se análogo aos oscilador usual com massa variável e termo de dissipação.

In this work we present a formalism to describe the fractional Newtonian mechanics based in conformable fractional calculus. In this sense, a brief revision about integral and differential conformable calculus is implemented. In sequence, the conformable version to Lagrangian and Hamiltonian formalism are presented. As examples, the conformable harmonic oscillator and conformable wave equation are discussed. In all situations, usual results are obtained when we consider α = 1. An interesting result is that in the case 1 - α ≪ 1 the conformable harmonic oscillator behaves like usual harmonic oscillator with time dependent and dissipation term.

A mecânica quântica é aqui construída a partir de elementos constitutivos gerais com ênfase nos aspectos experimentais que fundam a teoria. A presente abordagem estabelece como pontos de partida as definições de sistemas de referências e a estrutura do espaço tempo, a natureza das simetrias e dos sistemas de referência, a noção de estado e as relações causais entre estados diferentes, o que leva a equação de Schrödinger. Um aspecto importante é que a mecânica quântica é decodificada como uma teoria de campo; nesse sentido o conceito de ponto material é descrito. A abordagem tem sido aplicada com sucesso em cursos de Pós-gradução do Mestrado Nacional Profissionalizante em Ensino de Física e se mostra muito eficiente na discussão dos fundamentos da mecânica quântica, em particular quanto às bases experimentais da teoria.

In this paper, the quantum mechanics is presented from general constitutive elements with emphasis on the experimental aspects that support the theory. This approach establishes as starting points the definitions of reference systems and the structure of the space time, the nature of symmetries and reference systems, the notion of state and the causal relationships between different states, which leads to the Schrödinger equation. A crucial aspect is that the quantum mechanics is decoded as a field theory, in which meaning the concept of material point is described. The approach has been successfully applied in post-graduate courses of the National Professional Master?s Degree in Physics Teaching and proves very efficient in discussing the fundamentals of quantum mechanics, in particular as the experimental pillars of the theory.

Resumo A procura de solução para equações diferenciais pode ser uma das principais tarefas de um físico. Nesse sentido, quanto maior o número de métodos de solução conhecidos, mais ampla é a variedade de problemas que podem ser analisados e entendidos. Dentre as equações diferenciais, as não-lineares são as que apresentam maior complexidade de resolução e rotineiramente estão presentes na descrição de fenômenos naturais. Nessa perspectiva, este trabalho apresenta uma introdução para o Método da Decomposição de Adomian, o qual é um método analítico muito utilizado para abordar equações diferenciais não-lineares. Para exemplificar a eficácia do método de Adomian serão tratados alguns exemplos lineares e não-lineares, dentre os quais pode-se destacar: a queda livre de uma partícula sob resistência do ar, o pêndulo simples e uma equação de onda unidimensional de transporte não-uniforme.

Abstract Searching for solution of a differential equation can be one of the main tasks of a physicist. In this sense, the greater the number of known solution methods, the wider the variety of problems that can be analyzed and understood. Among the differential equations, the non-linear equations are the ones with the greatest resolution complexity and are routinely present in the description of natural phenomena. In this perspective, this work presents an introduction to the Adomian Decomposition Method, which is an analytical method vastly used to address non-linear differential equations. To exemplify the applicability of the Adomian method, some linear and non-linear examples are treated, namely: free fall of a particle under air resistance, simple gravity pendulum and a one-dimensional non-uniform transport wave equation.

Resumo Apresentamos neste trabalho uma revisão pedagógica sobre os números perplexos. O conjunto numérico perplexo, apesar de pouco conhecido, exibe uma álgebra hiperbólica com diversas aplicações na física, por exemplo na Teoria da Relatividade Restrita. Apresentamos a definição de número perplexo, discutimos elementos do cálculo diferencial na variável perplexa e similarmente ao conjunto numérico complexo, definimos as condições de Cauchy-Riemann para a variável perplexa. Aplicamos os resultados para estudar as transformações de Lorentz e a equação de onda no contexto da variável perplexa.

Abstract We present in this work a pedagogical review about the perplex number system. Even though it is lesser well known when compared with its counterpart, we mean the well known Complex number set represented by the letter ℂ, the perplex numbers are related with some hyperbolic algebra with several applications specially in Physics, for instance in the Einstein Special Relativity. For these reasons we start the review presenting the main definitions about the Perplex Numbers, then we discuss some differential calculus based on the perplex algebra. Finally we apply the results for the study of Lorentz Transformations and the wave equation also using the perplex variable.

Resumo Problemas de valores inicial e de contorno são muito comuns na Física, Matemática e Engenharia. Eles podem modelar diversos tipos de problemas relacionados a difusão de calor e a vibração de membranas, por exemplo. Quando se deseja encontrar a solução analítica desses problemas podemos encontrar dificuldades extras quando as equações e também as condições de contorno que descrevem os fenômenos são não-homogêneas. Desta forma, neste trabalho apresentamos uma técnica de solução de problemas de valores iniciais e de contorno por meio de transformações integrais. O diferencial da apresentação está na construção da transformada integral apropriada à solução do problema. Essas transformadas são conhecidas como transformadas finitas e neste caso elas estão relacionadas a um problema de Sturm–Liouville associado com o operador diferencial ligado à equação diferencial. Como exemplo do desenvolvimento e aplicação da ferramenta, resolvemos dois problemas de difusão de calor em coordenadas espaciais distintas. A apresentação do trabalho segue de forma pedagógica e autocontida. Sendo assim, esperamos que o leitor compreenda a técnica e possa utilizá-la na resolução de outros problemas envolvendo equações diferencias parciais.

Abstract Initial and boundary value problems are very common in physics, mathematics, and engineering. They can model many types of problems related to heat diffusion and membrane vibration, for example. When the analytical solution of these problems is needed one may find extra difficulties when the boundary conditions that describe the phenomena are nonhomogeneous. In this way, in this work is presented a technique for solving initial and boundary problems by means of integral transformations. The differential of the presentation is in the construction of the integral transform appropriate to the solution of the problem. These transformations are known as finite transforms and in this case they are related to a Sturm--Liouville problem associated with the differential operator connected to the differential equation. As an example, we solve two problems of heat diffusion in different spatial coordinates systems. The presentation of the work follows in pedagogically and self-contained fashion. Therefore, we expect the reader to understand the technique and can use it in solving other problems involving partial differential equations.