física moderna
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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
