Resumo O ganho de aprendizado conceitual em disciplinas introdutórias de Física para alunos ingressantes na universidade, submetidos a diferentes abordagens metodológicas, foi medido com um instrumento padronizado internacionalmente reconhecido. O estudo envolveu 599 estudantes de engenharia, física e matemática do campus da USP de São Carlos, no primeiro semestre do ano de 2017. Dentre os principais resultados, está o perfil de conhecimento conceitual básico de entrada desses estudantes e sua correlação com o processo de seleção no vestibular. Avaliamos esses resultados e os ganhos conceituais obtidos dentro das diferentes turmas e cursos do campus, apresentando uma comparação direta e quantitativa dos desempenhos de turmas tradicionais com turmas que fazem uso de metodologias ativas. Esses resultados são também comparados com dados de estudos nacionais e internacionais, contribuindo para preencher uma lacuna ainda presente na literatura nacional, carente de estudos quantitativos em larga escala nessa área. Pudemos confirmar que turmas envolvidas com metodologias ativas de aprendizagem apresentam maior ganho conceitual ao fim do curso, em concordância com a literatura internacional, obtendo-se neste estudo, em média, um ganho normalizado duas vezes maior.

Abstract The gain of conceptual learning in introductory Physics of incoming students at the university, submitted to different methodological approaches, was measured with a standardized and internationally recognized instrument. The study involved 599 engineering, physics and mathematics students from São Carlos campus of the University of São Paulo (USP), during the first semester of 2017. Among the main results is the basic conceptual knowledge profile of these students and their correlation with the admission process. We evaluate these results and the conceptual gains obtained within the different classes and courses of the campus, presenting a direct and quantitative comparison of the performances of traditional classes with classes that make use of active learning methodologies. These results are compared with data from national and international studies, contributing to fill a gap still present in the national literature, lacking large-scale quantitative studies in this area. We were able to confirm that classes involved with active learning methodologies present greater conceptual gain at the end of the course, in agreement with the international literature, obtaining in this study, on average, a normalized gain two times higher.

Resumo O presente estudo investigou as orientações motivacionais de estudantes do Ensino Médio em relação à disciplina de Física e buscou contribuir com o aprofundamento da discussão acerca da proposição e validação de instrumentos de medidas de variáveis psicológicas. Foi utilizada a Escala de Motivação: Atividades Didáticas de Física (EMADF) para avaliar 1155 estudantes. Foi realizada análise fatorial exploratória seguida de análise estatística descritiva. Foram encontrados cinco fatores que explicam 55,46% da variância total dos dados. Os resultados mostram uma regulação autodeterminada, com alunos majoritariamente motivados intrinsecamente e extrinsecamente por regulação identificada revelando, portanto, uma motivação autônoma ou autodeterminada. Esses resultados revelam um padrão altamente favorável, pois associa-se fortemente a comportamentos de esforço, atenção, persistência, proatividade e emoções mais positivas.

Abstract This study investigated motivational orientations of high school students related to Physics and sought to contribute to the deepening of the discussion about the proposition and validation of instruments of measures of psychological variables. The Motivation Scale: Didactic Activities of Physics (EMADF) was used to evaluate 1155 students. An exploratory factorial analysis was carried out followed by descriptive statistical analysis. Five factors explaining 55.46% of the total data variance were found. Results show a self-determined regulation, with students mostly intrinsically and extrinsically motivated by identified regulation, thus revealing an autonomous or self-determined motivation. These results reveal a highly favorable pattern, as it is strongly associated with effort, attention, persistence, proactivity and more positive emotions.

Resumo Neste artigo propomos um dispositivo para demonstrações em sala de aula de ressonância em hastes cilíndricas. O dispositivo consiste em um aro com hastes de diferentes comprimentos ligado a uma fonte de vibração. Alterando-se a frequência de vibração, as hastes entram em ressonância, permitindo uma análise qualitativa dos modos de vibração. Apresentamos um modelo simplificado para descrever os harmônicos das hastes, o qual liga suas características geométricas e materiais com a frequência de ressonância. Especificamente, mostramos que a frequência de ressonância é inversamente proporcional ao quadrado do comprimento de uma haste e que, dadas frequência, geometria e densidade de uma haste, podemos obter o módulo de elasticidade do seu material. Validamos o modelo pelos resultados experimentais e propomos novas aplicações para o dispositivo.

Abstract We propose a device for classroom demonstrations of resonance in cylindrical beams. It comprises a set of beams of different lenghts attached to a ring linked to a vibration source. By adjusting the vibration frequency, one makes beams resonate, allowing qualitative analysis of the vibrational modes. We give a simplified model for the resonance modes, linking each beam's geometry and material to its resonance frequencies. We show that a mode's frequency is inversely proportional to beam length squared, and that given a mode's frequency, geometry and density of a beam, we may calculate its material's modulus of elasticity. We validate our model by experimental results and propose new applications to the device.

A maioria dos aparatos experimentais para o estudo de ondas de som estacionárias é composto por um tubo onde há um êmbolo com um microfone para captação do sinal e um alto-falante como fonte excitadora. Este mesmo êmbolo define o tamanho útil do tubo de forma manual. A interpretação correta dos fenômenos físicos relacionados a este experimento está intimamente conectada com a configuração experimental, podendo causar má interpretação. O sistema usual foi adaptado para ser automatizado e para que permitisse a movimentação do êmbolo e do microfone de forma independente. Os resultados obtidos na configuração de tubo semiaberto e fechado estão em acordo com a teoria e mostraram quais parâmetros afetavam de forma mais significativa os experimentos em relação à montagem tradicional, como a falta de vedação entre o alto-falante e o tubo e o perfil do sinal que não corresponde ao de uma onda estacionária quando o microfone está fixo ao êmbolo. Além de permitir uma correta interpretação do fenômeno, a utilização de um sistema automatizado para aquisição do sinal permitiu a observação de resultados experimentais que normalmente não são discutidos quando este tipo de experimento é realizado.

Typical experimental settings for the study of standing sound waves include a pipe, a microphone attached to a piston for signal acquisition and a speaker connected to a generator for the production of waves. The piston can be used for manual adjustments in the effective size of the tube. The correct interpretation of physical phenomena related to such an experiment is closely connected to the experimental setup, as the speaker position relative to the pipe and the microphone movement relative to the piston. The usual system was automated and adapted for enabling the independent movement of both piston and microphone and sound waves were studied in semi-open and closed pipe configurations. The results are in agreement with the theory and showed the parameters that mostly affected the experiments in comparison to the traditional setup. Two of such parameters are lack of sealing between the speaker and the pipe, and signal profile, which does not correspond to a standing wave when the microphone and the piston are attached to each other. The use of an automated system for signal acquisition enables the observation of experimental results that are not usually discussed and the correct interpretation of the standing wave phenomenon.

RESUMO Espectroscopia de prótons por ressonância magnética (MRS) tem se mostrado uma técnica bastante útil em diversas doenças neurológicas e psiquiátricas. A utilização de sistemas de mais alto campo magnético favorece essa técnica uma vez que a intensidade do sinal e a resolução espectral são proporcionais à intensidade do campo. Objetivo: Avaliar o efeito do campo magnético sobre a medida dos níveis dos metabólitos cerebrais em uma típica rotina clínica. Métodos: Os dados foram obtidos em 26 indivíduos saudáveis nos sistemas de 1.5T e 3.0T. As aquisições foram feitas sequencialmente e a ordem foi distribuida randomicamente. Resultados: Foram observadas melhoras na relação sinal-ruído (SNR) e na largura de linha dos picos nos dados obtidos em campo maior. No entanto, a melhoria na SNR foi menor que o esperado teoricamente que seria o dobro da obtida em 1.5T. Exceto pelos valores obtidos para creatina e mio-inositol, que foram maiores em 3.0T, todas as concentrações de metabólitos obtidas foram aproximadamente a mesmo em ambos os campos. Todas as concentrações de metabólitos foram estimadas com Cramer Rao lower bounds (CRLB) inferior a 15% das concentrações calculadas. Conclusões: Apesar de o presente estudo dar suporte aos benefícios gerados pelo aumento do campo para a técnica de MRS, existem fatores que podem levar a diferentes resultados quantitativos quando se compara espectroscopia em 1.5T e 3.0T. Estudos comparativos serão necessários para refinar os limiares dos níveis de metabólitos para melhorar a acurácia da detecção de doenças neurológicas utilizando espectroscopia em 3.0T.

ABSTRACT Proton magnetic resonance spectroscopy (MRS) of the human brain has proven to be a useful technique in several neurological and psychiatric disorders and benefits from higher field scanners as signal intensity and spectral resolution are proportional to the magnetic field strength. Objective: To investigate the effects of the magnetic field on the measurement of brain metabolites in a typical routine clinical setting. Methods: Single voxel spectra were acquired from the posterior cingulate cortex in 26 healthy subjects. Each subject was scanned consecutively at 1.5T and 3.0T in a randomly distributed order. Results: SNR and peak width improvements were observed at higher fields. However, SNR improvement was lower than the theoretical two-fold improvement. Other than the values obtained for creatine (Cre) and myo-Inositol (mI), which were both higher at 3.0T, all metabolite concentrations obtained were roughly the same at both field strengths. All the metabolite concentrations were estimated with a Cramer Rao lower bounds (CRLB) lower than 15% of the calculated concentrations. Conclusions: Even though the present study supports the expected benefits of higher field strength for MRS, there are several factors that can lead to different quantitative results when comparing 1.5T to 3.0T MRS. Future comparative studies are necessary to refine the metabolite thresholds for early detection and quantification of distinct neurological and psychiatric disorders using 3.0T MRS.