Einstein no Ensino Fundamental. Por que não?

Físicos não costumam ser pessoas populares, como artistas de televisão e de cinema, desses que a gente encontra na rua e pede autógrafo. Muito menos os teóricos! Mas Albert Einstein (1879-1955) é exceção. Até quem não tem a menor ideia do que ele tenha feito reconhece de imediato a figura do homem grisalho e despenteado mostrando a língua, em gesto que camufla a genialidade e revela ingenuidade. E

"Para entender o mundo moderno e o Universo, é preciso ir além da física clássica de Isaac Newton (1643-1727) e conhecer um pouco da física moderna, da qual Einstein foi o divisor de águas", afirma Luís Carlos de Menezes, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo. Você deve estar se perguntando: "Mas as ideias de Einstein não são muito complicadas?" Sim, complicadíssimas! Mas não é necessário entrar nos cálculos matemáticos que embasam as teorias.

Com os pequenos, vale a pena explorar a biografia, chamando a atenção para a criatividade e a curiosidade do físico. Um professor chegou a dizer a ele, no ginásio, que não suportava as perguntas que fazia. "Quando o senhor não pergunta, faz cara de quem vai perguntar", disse, irritado, ao aluno (leia atividade sugerida).

"Com os maiores, de 5ª a 8ª, a simples discussão de conceitos como o de espaço e de tempo já dá um novo olhar sobre o mundo", defende Marco Braga, professor de Física do Colégio Santo Agostinho e membro do Grupo Tekné, no Rio de Janeiro. A equipe, que pesquisa o ensino da Física usando a arte, sugere duas atividades para você aplicar com seus alunos depois de ler sobre a vida e as ideias revolucionárias do cientista e saber como elas contribuíram para a física moderna e para a tecnologia de ponta.

Ele foi um aluno brilhante

Muita gente pensa que Einstein foi mau aluno. Não é verdade. Os pais, Pauline e Hermann, sempre sentiram orgulho das notas do filho. Certo, o pequeno Albert causou algumas preocupações. Ao nascer, em 14 de março de 1879, em Ulm, Alemanha, ele tinha a cabeça maior do que os outros bebês. Só falou aos 3 anos e, graças a esse suposto atraso no desenvolvimento, começou a estudar com professora particular.

Foi para o Luitpold Gymnasium aos 9 anos. De lá não guardou boas lembranças e reclamava dos professores autoritários. Língua estrangeira era o seuponto fraco. Detestava grego e foi do professor dessa disciplina que Einstein escutou uma frase que, apesar de marcante, não lhe deixou traumas: "O senhor não será nada na vida". Ironia: destruído na Segunda Guerra Mundial, o colégio foi reconstruído e rebatizado como Ginásio Albert Einstein.

Autodidata e curioso

A curiosidade era tanta que, por conta própria, lia livros de ciências e de filosofia emprestados de um amigo. Em casa, também não faltavam estímulos: os desafios matemáticos propostos por um tio foram o prato principal de muitos jantares em família. O então adolescente Albert abandonou os estudos para juntar-se aos pais, que estavam morando na Itália, em 1894, mas depois de alguns meses em Milão resolveu tentar ingressar na Escola Politécnica de Zurique, na Suíça.

Dizem também que Einstein teria fracassado no vestibular. A história não é bem essa. Ele só não entrou na Politécnica na primeira tentativa por não ter o diploma do secundário e por ser mais jovem do que o previsto para ingressar em curso superior. Mas a banca examinadora ficou impressionada com os conhecimentos em ciências exatas e prometeu a ele uma vaga assim que concluísse o Ensino Básico.

Inconformismo sempre foi a marca de sua personalidade - não fez o bar mitzvah (iniciação na vida adulta na religião judaica) e renunciou à cidadania alemã aos 17 anos por não concordar com a linha militarista do governo do país. Essas características foram reforçadas com o ambiente que encontrou em Zurique quando lá se instalou. A cidade era uma espécie de capital cultural da Europa e fervilhava de idéias revolucionárias na virada do século 19 para o século 20. "Einstein lia muitos filósofos e críticos das noções clássicas da física", ressalta Ildeo de Castro Moreira, do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro.

O primeiro emprego foi de professor

Apto a dar aulas de Física e Matemática, Einstein começou a procurar emprego. Sobrevivia com a mesada recebida de uma tia e dava aulas particulares. Por conta própria, fazia pesquisas e atualizava-se lendo a revista Anais da Física, em que mais tarde publicaria seus trabalhos. Seu primeiro emprego foi de professor temporário em Winterthur, na Suíça. Em 1902, já em Berna, Einstein foi contratado por um escritório de patentes, onde atestava a originalidade e a utilidade de engenhocas criadas pelos inventores. Uma atividade burocrática, mas que para ele significou tranqüilidade para pesquisar.

Na época, Einstein namorava a sérvia Mileva Maric, sua colega na Escola Politécnica. Eles tiveram uma filha antes do casamento. Lieserl nasceu na casa dos avós maternos e Einstein não conheceu a menina. Até hoje não se sabe se a garota morreu ou foi dada à adoção. Casados, Einstein e Mileva tiveram dois filhos, Hans Albert e Eduard. O casamento durou até 1919: o amor à Física e a algumas amantes provocou vários períodos de separação antes do divórcio. Um ano depois, ele casou-se com a prima Elsa Löwenthal, com quem ficou até a morte dela, em 1936.

1905: o ano da genialidade

Furor intelectual. Assim pode ser definido o ano de 1905 para Albert Einstein, também conhecido como o seu ano miraculoso (a expressão annus mirabilis já tinha sido usada para designar 1666, ano em que Isaac Newton deu suas maiores contribuições à ciência). O físico do século 20 não fazia experimentos. Lia teorias de colegas, calculava e imaginava situações diferentes em que suas idéias pudessem ser aplicadas. "Eu não tenho nenhum talento especial. Sou apenas curioso", declarou. Errou muito - e admitiu esses erros com modéstia: "Quem nunca cometeu um erro nunca tentou nada de novo". Em meio às tentativas, fez grandes acertos.

O primeiro dos artigos publicados em 1905 rendeu-lhe o Prêmio Nobel de Física em 1921. Com apenas 26 anos, autodidata e desvinculado de institutos de pesquisa - o que lhe deu autonomia para questionar o conhecimento acadêmico de então -, Einstein descreveu a natureza da energia da luz, demonstrando que as partículas de luz (fótons) são capazes de fazer com que determinados metais liberem elétrons. Descobria assim o efeito fotoelétrico, base das calculadoras solares, das câmeras de televisão e, posteriormente, do raio laser. Outro texto importante foi a explicação sobre o movimento browniano, o experimento do físico Robert Brown (1773-1858). Esse escocês notou que grãos de pólen na água agitavam-se sem parar, sem justificar o motivo. Einstein então explicou que se tratava do choque das partículas da água contra os grãos, provando a existência de átomos.

Mas suas produções mais famosas são a teoria da relatividade restrita, que trata da dinâmica dos corpos em movimento, e a geral, elaborada em 1915, que revê a lei da gravidade de Newton (leia quadro abaixo). Esta última contribuiu para a dedução de que o Universo teria começado com o big-bang, explosão de uma concentração muito densa de matéria - o átomo primordial. Essa reação teria arremessado pelo espaço o material que mais tarde se transformaria em estrelas, planetas e outros corpos celestes. A partir daí surgiu toda uma concepção sobre a origem e o destino do Universo.

Humanismo e ciências de mãos dadas

O físico era tão famoso que recebia cartas endereçadas simplesmente a "Einstein - USA", depois de mudar-se para Princeton, cidade próxima a Nova York, em 1933. "Por que ninguém me entende, mas todos me amam?", declarou ao New York Times. "Einstein sempre foi humanista, preocupado com a paz e os direitos humanos", ressalta Castro Moreira.

Em 1915, assinou manifesto contra a entrada da Alemanha na Primeira Guerra. Participou do Comitê para a Cooperação Intelectual da Liga das Nações, o embrião da Organização das Nações Unidas (ONU). Quando Hitler chegou ao poder, Einstein renunciou às academias prussiana e bávara de ciências, perdendo mais uma vez a cidadania alemã - agora honorária (tinha a cidadania suíça e adquiriria a americana).

Às vésperas da Segunda Guerra Mundial, o cientista escreveu com outros colegas três cartas ao então presidente dos Estados Unidos Franklin Delano Roosevelt (1882-1945), informando que os alemães dominavam o processo de fissão nuclear e sobre o desastre que seria se a energia nuclear fosse usada em guerras. Ele passou o resto da vida defendendo a formação de um governo mundial para controlar o uso da energia atômica. O cientista também ajudou a combater o nazismo, defendeu a igualdade entre os homens, condenou o racismo e a caça aos comunistas.

Einstein morreu em 18 de abril de 1955. Ele jamais perdoou a Alemanha pelo massacre aos judeus, reconheceu ter sido mau marido e pai. Einstein foi cremado e pediu que suas cinzas fossem espalhadas, pois não queria nenhum tipo de veneração em seu túmulo. Em dezembro de 1999, foi eleito pela revista Time o Homem do Século 20

A relatividade restrita

O que intrigava Einstein  O físico italiano Galileu Galilei (1564-1642) afirmou que para o passageiro de um navio, sem visão do exterior, seria impossível distinguir se a embarcação estava parada ou navegando em águas calmas, já que ele se encontraria no mesmo estado (em repouso ou na mesma velocidade) do navio. Einstein pensava: se as leis da Física são as mesmas para objetos com velocidade constante ou parados, elas deveriam valer também para a luz. Mas não!

Se alguém viajasse a 300 mil quilômetros por segundo, ao lado de um facho de luz, esta não lhe pareceria parada. O físico escocês James Clerck Maxwell (1831-1879) já havia provado que a luz não pára nunca. Assim, Einstein imaginou: se dois observadores em velocidades diferentes presenciassem um mesmo disparo luminoso, haveria, para cada um deles, uma variação no espaço percorrido pela luz e no tempo que ela demoraria para ir de um ponto a outro. Para explicar essa idéia maluca, Einstein criou situações hipotéticas usando trens.

Hipótese 1  Nada acontece ao mesmo tempo

Se dois raios caem "ao mesmo tempo" perto de dois vagões que estão à mesma distância de uma estação, o passageiro A vê antes o raio que cai próximo a ele, já que a luz demora para chegar até o passageiro B.

Quem está na estação, à mesma distância dos dois vagões vê os raios caindo ao mesmo tempo.
O passageiro do vagão B vê o raio que cai perto dele antes do raio que cai perto do vagão A.

Conclusão: Existem, nesse caso, três tempos diferentes, não simultâneos.

Hipótese 2  O tempo é relativo

Imagine um trem todo especial (que só mesmo a genialidade de Einstein poderia conceber) com 900 mil quilômetros de altura viajando a 240 mil quilômetros por segundo.

Para o passageiro, a luz é mais rápida
No chão do vagão há uma lanterna apontada para o teto, onde há um espelho. O passageiro pisca a lanterna, dispara um cronômetro e vê a luz subir e descer, na vertical.

Da estação, a luz é mais lenta
Se um observador externo dispara seu cronômetro no mesmo instante em que a lanterna pisca, ele vê a luz descrever os lados iguais de um triângulo isósceles, cuja base é a distância percorrida pelo vagão. Nesse caso, a luz demora um pouco mais para subir e descer.

A prova
Essas ideias foram provadas, anos depois, com relógios sincronizados: um viajando de avião, a 1000 quilômetros por hora, e outro em repouso na Terra, por 36 horas. Eles apresentaram diferença de bilionésimos de segundos.

A relatividade geral

O que intrigava Einstein  Até 1915, o que valia era a lei da gravidade: "Matéria atrai matéria na razão direta das massas e na razão inversa do quadrado das distâncias". Einstein questionou o princípio e supôs a equivalência entre gravidade e aceleração (demonstrada nas ilustrações). Ele concluiu que essa equivalência somente existiria se o espaço fosse curvo e deduziu que a energia e a massa de um corpo deformam o espaço como uma bola de boliche sobre um colchão.

Hipótese 1  Equivalência entre gravidade e aceleração

Quem está dentro de uma caixa fechada, sem a visão do exterior, não sabe dizer se ela está sendo puxada por uma nave espacial acelerada em 9,8 m/s² (a aceleração da gravidade) ou se está parada sobre a Terra. Nos dois casos a pessoa estaria grudada à base da caixa como se fosse atraída pela força da gravidade. Se a caixa cai de um prédio muito alto, o indivíduo flutua dentro dela, como os astronautas em um foguete no espaço. Mas essa equivalência entre gravidade e aceleração nem sempre funciona.

Hipótese 2  Terra plana versus Terra redonda

Se a Terra fosse plana, daria no mesmo dizer que a maçã caiu na cabeça de Newton graças à ação da gravidade ou que Newton e a Terra estavam em movimento acelerado para cima.

Mas, como ela é redonda, pessoas em lados opostos do mundo teriam de estar acelerando em direções opostas.

A prova  Em 1919, em Sobral (CE), astrônomos observaram um eclipse solar. Eles sabiam que uma estrela estaria atrás do Sol e não poderia ser vista durante o eclipse se sua luz percorresse uma trajetória reta. Mas eles a enxergaram! Estava provado: a curvatura provocada pelo Sol no espaço desviava a luz da estrela. Isso explica os buracos negros, ponto de massa muito grande, de onde nem a luz escapa.

Plano de aula | Ensino Fundamental I

Gincana do absurdo para estimular a criatividade

Quando Einstein tinha 4 ou 5 anos, ganhou uma bússola de seu pai. Ficou fascinado com o presente, imaginando que todo objeto deveria ter algo de oculto...

As crianças menores ainda não têm raciocínio com abstração suficiente para entender os conceitos que o físico desenvolveu, mas têm uma característica em comum com ele: a curiosidade e a criatividade. Selecione trechos da vida de Einstein quando criança - nesta reportagem ou nas biografias indicadas no quadro Quer saber mais? - e conte para os alunos. O livro Albert Einstein e Seu Universo Inflável pode ser uma boa leitura para os alunos. Eles vão se divertir com episódios como o da bússola e do professor que não gostava de perguntas. Ressalte que, quando começou a fazer pesquisas, o cientista usava muito a intuição e a imaginação para bolar seus problemas. (E se o homem viajasse na velocidade da luz? E se alguém estivesse em uma caixa fechada em queda livre?) Ele levantava hipóteses que aparentemente pareciam absurdas para o conhecimento da época, mas que depois de provadas mudaram todos os conceitos das ciências. Você pode ajudar os estudantes a desenvolver a criatividade também, aproveitando as aulas de Ciências.

O professor Mário Sérgio Vasconcelos, da Universidade Estadual Paulista (Unesp) - Campus de Assis, sugere uma brincadeira para aquecer as mentes inquietas. Antes de introduzir qualquer conteúdo, você pode pedir aos alunos para procurar explicações para alguns fenômenos que serão estudados. De onde vem a luz que ilumina as casas à noite? Como a luz do Sol se transforma em energia para plantas e animais? Por que alguns metais têm a propriedade de conduzir calor e energia? Esses são alguns exemplos, mas o jogo de perguntas pode ser feito sempre que estiver programado o estudo de algum fenômeno da natureza ou de tecnologias como máquinas fotográficas, rádio, televisão etc.

Divida a turma em grupos para que cada um procure explicações para a sua pergunta. O principal objetivo não é que os alunos acertem imediatamente as respostas. Ao contrário: quanto mais estranha parecer a explicação, melhor, desde que tenha ligação com o problema proposto. "O importante é o professor analisar os caminhos que o aluno usou para levantar as hipóteses e provocá-lo a sair das respostas óbvias", ressalva Vasconcelos.

Planos de aula | Ensino Fundamental II

5ª e 6ª séries

É possível viajar no tempo?

Pensar o espaço e o tempo como uma coisa única, e relativa, foi uma das grandes contribuições de Albert Einstein para a física moderna. Acompanhe a aula desenvolvida pelo Grupo Tekné para questionar com os alunos da 5ª e 6ª séries os conceitos defendidos por Einstein.

Aquecimento

Pergunte à turma se é possível viajar no tempo, de volta ao passado. Certamente, eles vão se lembrar de filmes, como os da série De Volta para o Futuro, de Robert Zemeckis. Depois das respostas, afirme que no momento em que você está falando, eles estão vendo você no passado. Alvoroço e risos. Para esquentar ainda mais, afirme que o estudante que está na primeira fila não está vendo você ao mesmo tempo do que aquele do fundão.

Levantando hipóteses

Explique aos alunos que eles conseguem enxergar você porque a luz que está entrando pela janela reflete em seu corpo e chega até os olhos deles. Faça uma bolinha de papel e atire no fundo da classe. Assim como a bolinha, a luz demora para sair da sua fonte e percorrer determinado espaço. Mas ela é muito rápida (tem velocidade fixa e constante de 300 mil quilômetros por segundo). Em um piscar de olhos, um pulso de luz seria capaz de dar sete voltas e meia em torno de nosso planeta. Como as distâncias na sala de aula são pequenas, o intervalo entre o instante em que você abana a mão e o momento em que cada aluno vê seu gesto é imperceptível.

Agora faça com que eles pensem em distâncias maiores. O Sol, por exemplo, está a 150 milhões de quilômetros da Terra, e sua luz demora cerca de oito minutos para chegar até aqui. A luz da estrela mais próxima de nós, a Alfa de Centauro, demora quatro anos para chegar aqui. Portanto, a enxergamos como ela era há quatro anos, ou seja, no passado.

7ª e 8ª séries

A arte ajuda a entender o espaço-tempo

Leve para sala de aula imagens ou transparências das seguintes obras de arte:

- Maria Madalena Meditando, de George de La Tour;
- Série Catedral de Rouen, de Claude Monet;
- Les Demoiselles d'Avignon, de Pablo Picasso.

Comente com os estudantes que na época de Einstein vários artistas também estavam preocupados com a relação entre espaço e tempo. Mostre primeiro a tela Maria Madalena Meditando, do século 17. Essa pintura não vai causar estranheza na turma, porque existe um observador fixo e o pintor retrata a modelo em uma pose congelada no tempo e no espaço. Será que o artista poderia representar a cena não de forma instantânea, mas durante um intervalo de tempo? Comente que alguns artistas, no final do século 19, percebendo que a pintura não poderia competir com a fotografia, experimentaram novas formas de representar que não fosse o retrato fiel da realidade.

Mostre então duas telas da série Catedral de Rouen, de Monet. Por que ele pintaria várias vezes a mesma coisa? Os estudantes vão perceber que, apesar de a catedral retratada ser a mesma, a cena é diferente. Comente que talvez Monet quisesse incorporar a dimensão do tempo em suas pinturas, mostrando que a luz provoca vários efeitos nos objetos, em diferentes momentos.

É hora então de mostrar Pablo Picasso, contemporâneo de Einstein. Pergunte aos alunos se a dimensão tempo está presente na tela do pintor catalão. Depois das hipóteses levantadas, pergunte se a mulher à direita está de frente ou de costas. Ao notar que ela está nas duas posições ao mesmo tempo, comente que o observador precisaria se locomover no espaço para vê-la dessa maneira, e isso demoraria algum tempo. Picasso colocou a simultaneidade, a junção espaço-tempo, num único quadro.