Radioatividade e datação por carbono-14: uma proposta didática para o ensino da função exponencial

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Simões, Luciana dos Santos
Orientador(a): Mereu, Ana Cristina de Oliveira lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus Sorocaba
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Exatas - PPGECE
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/21952
Resumo: The applications of differential equations span various fields of research, including physics, chemistry, biology, and many others that involve modeling and solving problems with conditions that vary over time. In this context, the aim of this dissertation is to study the solution of first-order ordinary differential equations (ODEs) involving exponential functions and to relate the teaching of this concept to high school students. To achieve this, the study is based on the dating method using the radioactive decay of carbon-14, where the solution of the ODE plays a key role. Thus, the research explores the history and definition of the atom, atomic models, and the applications and consequences of radioactivity, culminating in the dating of a human fossil discovered over 30 years ago, known as “Ötzi, the Iceman.” From this foundation, a teaching proposal is developed, applying the exponential function to an interdisciplinary project inspired by the case of “Ötzi”. Each discipline involved in the project will explore a line of interest. In mathematics, an experimental activity is proposed to illustrate the probabilistic nature of atomic decay, along with the construction of a graph of the related exponential function. Additionally, a problem-solving activity is included to determine the age of the fossil and the amount of carbon-14 present at the time of its dating using an exponential function. The educational product, structured as a teaching model, was presented as an experiment without student participation but has the potential to be implemented in classroom teaching practices.
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To achieve this, the study is based on the dating method using the radioactive decay of carbon-14, where the solution of the ODE plays a key role. Thus, the research explores the history and definition of the atom, atomic models, and the applications and consequences of radioactivity, culminating in the dating of a human fossil discovered over 30 years ago, known as “Ötzi, the Iceman.” From this foundation, a teaching proposal is developed, applying the exponential function to an interdisciplinary project inspired by the case of “Ötzi”. Each discipline involved in the project will explore a line of interest. In mathematics, an experimental activity is proposed to illustrate the probabilistic nature of atomic decay, along with the construction of a graph of the related exponential function. Additionally, a problem-solving activity is included to determine the age of the fossil and the amount of carbon-14 present at the time of its dating using an exponential function. The educational product, structured as a teaching model, was presented as an experiment without student participation but has the potential to be implemented in classroom teaching practices.As aplicações das equações diferenciais estão em diversos campos de pesquisa, como física, química, biologia e tantos outros que estejam interessados em modelar e resolver problemas que demandam condições que variam com o tempo. A par disto, o objetivo desta dissertação foi estudar a solução da equação diferencial ordinária (EDO) de 1ª ordem que envolve uma função exponencial e relacionar o ensino desta função às aulas do Ensino Médio. Para isso, o estudo se baseou no método de datação por decaimento radioativo do átomo de carbono-14, em que a solução da EDO é empregada. Com esse direcionamento, as pesquisas se voltaram para a história e definição do átomo; dos modelos atômicos; da radioatividade em suas aplicações e consequências, chegando no caso de datação de um fóssil humano encontrado há mais de 30 anos e conhecido por “Ötzi, o homem do gelo”. Deste, partiu-se para uma proposta de ensino em que se aplicasse a função exponencial desejada. Tendo o assunto datação por carbono-14 envolvido várias áreas do conhecimento, buscou-se elaborar um projeto interdisciplinar com ponto de partida no caso de “Ötzi”. Cada disciplina envolvida no projeto, explorará uma linha de interesse. Para a matemática, foi sugerido uma atividade de experimentação que explica a condição probabilística da desintegração dos átomos e a construção de um gráfico da função exponencial à que se refere, e uma atividade de resolução de problemas para a determinação da idade do fóssil e a quantidade de carbono-14 existente no momento da sua datação, através da resolução por função exponencial. O produto educacional, estruturado como um modelo de ensino, foi apresentado como experimento sem a participação de alunos, mas com potencial para ser implementado em práticas pedagógicas.porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus SorocabaPrograma de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Exatas - PPGECEUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEquações Diferenciais OrdináriasModelos AtômicosRadioatividadeDecaimento RadioativoDatação por Carbono-14Função ExponencialInterdisciplinarOrdinary Differential EquationsAtomic ModelsRadioactivityRadioactive DecayCarbon-14 DatingExponential FunctionInterdisciplinaryCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICACIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA NUCLEAR::DESINTEGRACAO NUCLEAR E RADIOATIVIDADERadioatividade e datação por carbono-14: uma proposta didática para o ensino da função exponencialRadioactivity and carbon-14 dating: a didactic proposal for teaching the exponential functionRadioactividad y datación por carbono-14: una propuesta didáctica para la enseñanza de la función exponencialinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALRadioatividade e datação por carbono-14_Uma proposta didática para o Ensino da função exponencial.pdfRadioatividade e datação por carbono-14_Uma proposta didática para o Ensino da função exponencial.pdfapplication/pdf6590990https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/cba9e514-1746-46f0-8eb0-3347ef85649d/downloade95a43c127bdcb62fb0aedb69ee0997eMD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8905https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/18fa267c-61d6-477c-83b8-c3204a59cfe2/download57e258e544f104f04afb1d5e5b4e53c0MD52falseAnonymousREADTEXTRadioatividade e datação por carbono-14_Uma proposta didática para o Ensino da função exponencial.pdf.txtRadioatividade e datação por carbono-14_Uma proposta didática para o Ensino da função exponencial.pdf.txtExtracted texttext/plain103942https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/42ad2031-3170-46bb-85db-ca06bc93174d/downloada29610b9f43fcc12c7765e86b555135eMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILRadioatividade e datação por carbono-14_Uma proposta didática para o Ensino da função exponencial.pdf.jpgRadioatividade e datação por carbono-14_Uma proposta didática para o Ensino da função exponencial.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg5171https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/932821e2-15f5-4556-b599-4eb850e5abad/downloade125d5ad8d1384de5a71de29c913445dMD54falseAnonymousREAD20.500.14289/219522025-04-24 00:04:08.16http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21952https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-04-24T03:04:08Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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