física moderna

Física ModernaFundamentos

Física Moderna

A origem da Física como teorias e

conhecimentos organizados está na Grécia;

A palavra Física vem de Physis (no grego)

que significa Natureza;

Da Física derivaram todas as outras Ciências.

(Filosofia, Biologia, Química, Matemática...)

Física Moderna

Física hoje

É o estudo dos fenômenos naturais que

podemos ou não observar;

A Física estuda desde o movimento de um

corpo sobre uma superfície sem atrito até o

núcleo de um átomo.

Divisões dentro da Física

Um objeto de estudo tão amplo e abrangente

quanto a Natureza tem de ser dividido por

áreas, onde as teorias e estudos estão

relacionados com outros de maior afinidade;

A Física está dividida em dois troncos

principais.

Física Clássica e Moderna

Esta divisão foi criada por um marco: um

grande evento.

Teorias relacionadas com a relatividade;

Desta forma, Física Clássica são os

conhecimentos e teorias antes das

proposições de Einstein e a Fisica Moderna

tudo o que surgiu depois.

Física Clássica

Está dividida em 5 ramos:

1. Cinemática: Estudo do movimento dos corpos;

2. Mecânica Clássica: 2ª Lei de Newton

F = m*a

3. Hidrostática e Hidrodinâmica (Faz parte da

Mecânica Clássica)

4. Termodinâmica: Transformações de energia

5. Ondas e Óptica:

6. Electricidade e Magnetismo:

Electromagnetismo ( estuda as interacções

eléctricas e magnéticas)

Física Clássica

Cinemática

Física Clássica

Mecânica Clássica

Física Clássica

Termodinâmica

Física Clássica

Ondas e

Òptica

Física Clássica

Electromagnetismo

Física Moderna

São os fenômenos que não podemos observar

(mas podemos medir ou sentir), ou eventos

que acontecem próximos da velocidade da

luz. A velocidade de propagação da luz no vazio é de 2,997924562 x

108 m/s.

c ≈ 3 x 108 m/s

Física Moderna

Está assente sobre alguns pilares;

Teoria Quântica proposta por Max Planck (1900),

que depois serviu como base de estudo para

Einstein formular as teorias sobre o Efeito

Fotoelétrico;

Teoria da Relatividade proposta por Einstein

(1905);

Princípio da Incerteza em 1927 por Werner

Heisenberg, e mais tarde (1935) formulado por

Erwin Schrödinger.

Física Moderna - Luz

A Física Moderna estuda os fenómenos

que não podemos observar e que

decorrem próximo da velocidade da luz;

Para que seja possível esse

conhecimento temos de descobrir como

se comporta a “Luz”

Newton (1642-1727)

Declarou que a luz branca era composta por uma mistura de várias cores – Prisma.

Essas cores correspondiam a uma variedade de partículas, cada tipo correspondente a uma cor.

Teoria corpuscular da Luz

Christiaan Huygens Teoria ondulatória para luz Dedicou-se ao estudo da luz e

cores; Desenvolveu uma teoria

baseada na concepção de que a luz seria um pulso não periódico propagando-se pelo éter;

Explicou fenómenos como a propagação rectilínea da luz, a refracção e a reflexão;

Reflexão é um fenómeno físico no qual ocorre a

mudança da direcção de

propagação da luz

Refracção é a passagem da luz de um meio para outro, sofrendo

um desvio na sua direção de

propagação

Confronto

Christiaan Huygens Modelo ondulatório Uma onda não transporta

matéria Necessita de um meio

para se propagar (suposição desta altura)

Newton Modelo corpuscular Uma partícula transporta

matéria Uma partícula pode

mover-se no vácuo

Confronto

O modelo de Newton prevaleceu sobre o de Huygens porque, além da sua explicação para as cores da luz ser mais coerente, a fama pesou muito na escolha do “melhor” modelo.

Um modelo fazia com que o outro fosse inviável!

Opção!!!

Espetro eletromagnético

A palavra espectro (do latim spectrum =

fantasma ou aparição) foi usada por Isaac

Newton, no século XVII, para descrever a faixa

de cores que apareceu quando, numa

experiência a luz do Sol atravessou um prisma

de vidro durante a sua trajectória.

Actualmente chama-se espectro

electromagnético à faixa de frequências e

respectivos comprimentos de ondas que

caracterizam os diversos tipos de ondas

electromagnéticas.

As ondas electromagnéticas (radiação

electromagnética) no vácuo têm a mesma

velocidade, sendo que a frequência varia de

acordo com espécie.

Espetro eletromagnético

Espetro eletromagnético

Espetros de emissão de radiação

electromagnéticaO espectro electromagnético é o

conjunto de todas as frequências da

radiação electromagnética.

Esta radiação toma a

forma de ondas que se

propagam tanto em meios

materiais como no vácuo.

Espetros de emissão de radiação electromagnética

Como é facilmente observável, a radiação electromagnética é classificada em diferentes

tipos, de acordo com a sua frequência (ou energia ou comprimento de onda).

Distribuição de energia continua –

Espetro Continuo

Ex. Luz da Lampada

Ao atravessar o espectroscópio emite um espectro de cores: arco - iris

Distribuição de energia continua –

Espetro Continuo

Um corpo opaco e quente, produz um espectro

contínuo;

O corpo opaco e quente pode ser um sólido, um

líquido ou um gás altamente comprimido, e portanto

denso;

O espectro contínuo é um verdadeiro "arco-íris", um

conjunto completo de cores sem qualquer linha

espectral traçada sobre ele.

Distribuição de energia discreta –

Espetro de Riscas Nem todos os espectros são

continuos - a)

Se tivermos um recipiente

com gás de Hidrogénio (H), e

sobre ele fizer-mos passar

uma carga eléctrica

simulando um relâmpago:

O Gás é aquecido e emite

um espectro com

algumas linhas

brilhantes num fundo

negro - b)

Distribuição de energia discreta – Espetro de Riscas Um gás transparente, quente, produz um espectro onde uma série de linhas espectrais brilhantes estão traçadas contra o fundo escuro;

O número e as cores destas linhas depende de quais os elementos que estão presentes no gás

A este espectro damos o nome de espectro de linhas de emissão

Distribuição de energia discreta –

Espetro de Riscas

Se colocamos um gás transparente e frio em frente de uma fonte de espectro contínuo, o gás mais frio provoca o aparecimento de uma série de linhas escuras riscadas entre as cores do espectro contínuo;

A este espectro damos o nome de espectro de linhas de absorção;

As cores e o número das linhas de absorção dependem dos elementos presentes no gás frio.

Distribuição de energia discreta –

Espetro de Riscas

ResumoEstes espetros foram definidos pelas Leis

de Kirchhoff

Thomas Young 1801Utilizou uma experiência muito simples:

Fez com que um feixe de luz, após passar por um parede opaca onde haviam duas fendas estreitas e paralelas, incidisse sobre uma superfície branca situada a alguma distância dessas fendas.

Se a luz fosse formada por partículas, ideia defendida por Newton, os dois feixes de luz provenientes das duas fendas formariam simplesmente imagens brilhantes das fendas sobre a superfície branca, como mostra a imagem abaixo.

No entanto, não era isso que acontecia. Ao

realizar sua experiência Young notou que na

superfície branca do anteparo era formada uma

distribuição regular de bandas claras e escuras

que se alternavam regularmente.

Thomas Young 1801

Propriedade ondulatória

A descoberta da natureza ondulatória

da luz trouxe consigo muitas

perguntas difíceis de responder

naquela época.

O que formam as ondas de luz?

O conceito de ondas está associado a

um processo de oscilação. No caso da

luz, o que é que oscila?

O que é a Luz?

As respostas só começaram a ser conhecidas com as descobertas que associaram a ciência da electricidade com a ciência do magnetismo. No entanto era preciso mostrar que essa associação incluía a luz.

Dualidade onda-partícula

As partículas de luz são os

fotões;

A luz é composta de

pequeníssimos pacotes de

energia chamados fotões;

No entanto, isso não significa que o modelo

ondulatório da luz tenha sido abandonado. Os

dois modelos, seja o do fotão ou o ondulatório,

são igualmente úteis para explicar as

propriedades físicas da luz tais como brilho, cor

e velocidade;

A Física Moderna afirma que a luz possui uma

dualidade onda-partícula.

Dualidade onda-partícula Os físicos podem escolher qual o modelo que

melhor descreve um fenómeno particular;

Por exemplo, a reflexão da luz num espelho é mais

facilmente compreendida se imaginarmos fotões

ou seja, partículas de luz, atingindo o espelho e

fazendo o percurso inverso, ex. uma bola ao

colidir com uma parede;

O modelo ondulatório explica facilmente a

focagem de um feixe luminoso por uma lente;

O brilho ou intensidade da luz pode ser descrito

de modo conveniente por ambos modelos.

Afinal, o que é a luz?A luz é a parte visível da radiação

electromagnética que se propaga em qualquer

meio e até mesmo no vácuo.

Uma carga eléctrica é rodeada por uma campo

eléctrico e que um objecto magnetizado é

rodeado por um campo magnético;

No início do século XIX experiências

demonstraram que uma carga eléctrica que se

desloca produz um campo magnético e que o

movimento num campo magnético dá origem

a um campo eléctrico;

Considerava-se que existiam duas ciências independentes:

a ciência da electricidade e a ciência do magnetismo.

Afinal, o que é a luz?

Em meados do século XIX o físico e matemático

escocês James Clerk Maxwell mostrou que todos

os fenómenos eléctricos e magnéticos podiam

ser descritos por um conjunto básico de apenas

quatro equações. Essas equações mostravam

que a força eléctrica e a força magnética eram

apenas duas manifestações diferentes de um

único fenómeno físico que hoje conhecemos

como Electromagnetismo.

Classificação de Ondas

A onda é apenas energia, pois ela só faz a

transferência de energia cinética da fonte, para

o meio. Portanto, qualquer tipo de onda, não

transporta matéria!

Dualidade onda-partícula

Classificação de Ondas→ Onda Mecânica: Precisa de um meio natural para se

propagar, não se propaga no vácuo. Ex.: corda ou onda

sonora (som), as ondas sonoras podem propagar-se pelo

ar, num sólido ou num liquido.Para os seres humanos a

percepção de uma onda sonora

depende, basicamente da

frequência e da intensidade do

som estas ondas são produzidas

por corpos oscilantes. O ouvido

humano só é capaz de detectar

ondas sonoras entre 20 Hz e

20.000 Hz.

Dualidade onda-partícula

Classificação de Ondas

→ Onda Electromagnética: Não necessita de um meio

natural para se propagar. Ex.: ondas de rádio ou luz.

Dualidade onda-partícula

Descrição física de uma onda Ondas podem ser descritas usando um algumas

variáveis: frequência, comprimento de onda,

amplitude e período;

Por exemplo, ondas numa corda têm a sua

amplitude expressa como uma distância (metros),

ondas de som como pressão (Pascal) e ondas

electromagnéticas como a amplitude de um

campo eléctrico (volts por metro);

A amplitude pode ser constante (neste caso a

onda é uma onda contínua), ou pode variar com

tempo e/ou posição.

Dualidade onda-partícula

Descrição física de uma onda

– Comprimento de Onda

A – Amplitude

T – Período

f – Frequência ( nº de ciclos por segundo)

Dualidade onda-partícula

Todas as substâncias são

formadas de pequenas

partículas chamadas

átomos;

Para se ter uma ideia, do

quanto são pequenos uma

cabeça de alfinete pode

conter 60 milhões de

átomos;

Os gregos antigos foram

os primeiros a saber que a

matéria é formada por tais

partículas, as quais

chamaram

Átomo.

Dualidade onda-partícula