Física moderna e quântica, tudo que você precisa saber para prova do Enem e Vestibular.

Física Moderna.

A Física Moderna ampliou os horizontes da Física no final do século XX. Suas teorias sobre a matéria e sobre o mundo quântico permitiram o surgimento de novas tecnologias.

5ª Conferência de Solvay, em 1927. Na foto, temos reunidos grandes nomes da Física, como Einstein, Bohr, Rutherford, Schröedinger e Marie Curie*.

5ª Conferência de Solvay, em 1927, grandes nomes da Física, como Einstein, Bohr, Rutherford, Schröedinger e Marie Curie*.

Física Moderna designa as novas concepções da Física desenvolvidas durante as três primeiras décadas do século XX, as quais resultaram das proposições teóricas dos físicos Albert Einstein e Max Planck.

Após o surgimento da teoria da relatividade de Einstein e da quantização das ondas eletromagnéticas, esse novo campo de estudo surgiu, ampliando os limitados horizontes da Física Clássica.

Mais abrangente que a Física Clássica, a Física Moderna é capaz de explicar fenômenos de escalas muito pequenas (atômicas e subatômicas) e de altíssimas velocidades, muito próximas à velocidade da luz.

Os físicos do século XX perceberam que o conhecimento vigente não era suficiente para explicar fenômenos como o efeito fotoelétrico ou a radiação de corpo negro. Dessa forma, diversas hipóteses começaram a ser levantadas sobre a natureza da luz e da matéria e sobre a interação entre elas.

Importantes descobertas da Física Moderna

Diversos experimentos marcaram a história e o desenvolvimento da Física Moderna.

Entre eles, podemos citar aqueles que nos forneceram uma compreensão mais profunda sobre a estrutura da matéria e dos átomos e também sobre a natureza da luz. confira alguns exemplos dessas importantes descobertas que marcaram o começo da Física Moderna:

Em 1895, Wilhem Röntgen descobriu a existência dos raios X, um tipo invisível de radiação extremamente penetrante.

Em 1896, Antoine Becquerel descobriu a existência da radioatividade.

Alguns anos mais tarde, em 1900, o físico alemão Max Planck propôs que a energia carregada pelo campo eletromagnético apresentava valores quantizados, múltiplos inteiros de uma quantidade mínima e constante.

Em 1905, por meio da sua teoria da relatividade, Albert Einstein mostrou que referenciais que se movem com velocidades muito altas, próximas à velocidade de propagação da luz, experimentam a passagem do tempo e a medida das distâncias de maneiras distintas.

Em 1913, Niels Bohr propôs que os níveis de energia dos elétrons espalhados ao redor dos núcleos atômicos são quantizados, isto é, sua energia é dada por um múltiplo inteiro de um valor mínimo.

Em 1924, a dualidade onda-partícula, estabelecida pelo físico Louis De'Broglie, mostrou que qualquer corpo pode comportar-se como uma onda.

Em 1926, surgiu a Mecânica Quântica, resultado do trabalho de físicos como Werner Heisenberg e Erwin Schröedinger.

Em outras palavras, a Física Moderna conseguiu explorar a natureza do mundo microscópico e as grandes velocidades relativísticas, fornecendo valiosas explicações para diversos fenômenos físicos que eram, até então, incompreendidos.

Teoria atomística.

A teoria atomística originou-se entre pensadores gregos como Tales de Mileto e os atomistas Demócrito e Leucipo.

Para esses pensadores, a matéria era constituída por partículas menores, indestrutíveis e indivisíveis, as quais foram chamadas de átomos.

A teoria atomística ganhou forças graças aos diferentes modelos atômicos propostos ao longo dos estudos físicos. Veja abaixo alguns importantes cientistas e suas teorias atômicas:

John Dalton: acreditava que os átomos eram maciços e indivisíveis e que as substâncias eram formadas por combinações atômicas de diferentes proporções.

J. J. Thomson: segundo esse cientista, os elétrons, que possuem carga elétrica negativa, encontravam-se espalhados na superfície de uma carga positiva.

Ernest Rutherford: para Rutherford, os átomos possuíam uma carga elétrica positiva concentrada em uma região extremamente densa e reduzida, chamada de núcleo atômico.

Niels Bohr: de acordo com o modelo de Bohr, os elétrons estavam localizados em torno dos núcleos atômicos com energia quantizada, ou seja, ocupavam somente níveis específicos de energia, os quais eram múltiplos de uma quantidade menor.

Modelos atômicos

A concepção atual sobre o que são átomos teve várias contribuições ao longo da história, passando por diversas mudanças.

Algumas das propostas mais importantes para nosso entendimento sobre os átomos e a matéria partiram de físicos como De'Broglie, Heisenberg e Schröedinger. Confira:

Louis De'Broglie: propôs a existência das ondas de matéria, propriedade que explica o comportamento dual dos elétrons.

Werner Heinsenberg: propôs o princípio da incerteza, indicando que não seria possível determinar, simultaneamente e com total precisão, a posição e a quantidade de movimentos das partículas quânticas.

Erwin Schröedinger: por meio de sua equação, conseguiu determinar as regiões mais prováveis de se encontrar um elétron em volta do núcleo atômico.

O nascimento da Mecânica Quântica

Radiação de corpo negro

Para a Física, é classificado como corpo negro qualquer corpo capaz de absorver toda a radiação incidente sobre ele, reemitindo-a em forma de radiação térmica, de acordo com sua temperatura.

O problema sobre radiação de corpo negro era uma das principais perguntas abertas da Física no início do século XX.

Por meio da hipótese da quantização da energia das ondas eletromagnéticas emitidas pelos corpos negros, o física alemão Max Planck apresentou a solução desse problema.

Experimento da gota de óleo

O experimento da gota de óleo, realizado pelo físico Robert Andrews Millikan, foi capaz de determinar a ordem de grandeza da carga elétrica dos elétrons.

O aparato utilizado nessa experiência era constituído por um borrifador, que espirrava gotículas de óleo entre duas placas dispostas eletricamente carregadas na direção vertical, de forma que as gotículas ficassem estáticas no ar. Até a realização desse experimento, não se conhecia a carga dos elétrons, apenas a razão entre sua carga e sua massa.

A descoberta do elétron.

O experimento de Franck-Hertz validou o modelo atômico proposto por Niels Bohr. Esse experimento mostrou que só é possível excitar os átomos de um gás a partir de níveis específicos de energia, assim como previa a quantização dos níveis de energia, proposta por Bohr.

Experimento de Rutherford.

O famoso experimento de Rutherford foi, na verdade, realizado por dois de seus alunos, Hans Geiger e Ernest Mardsen. Nesse experimento, uma fina folha de ouro era bombardeada por partículas alfa (núcleos de átomos de hélio) em alta velocidade.

Percebeu-se que, após a colisão, os ângulos de algumas dessas partículas variavam muito. Além disso, em alguns casos, havia ricocheteamento das partículas alfa, o que sugeria a existência de núcleos atômicos pesados e extremamente densos.

Descoberta das lentes gravitacionais

O fenômeno da lente gravitacional ocorre em virtude da distorção do espaço-tempo exercida por grandes massas, como as de estrelas e planetas. De acordo com a relatividade geral, proposta por Albert Einstein, a gravidade exercida por corpos massivos é resultado da deformação no relevo do espaço-tempo.

Como decorrência, ao se propagar pelo espaço-tempo deformado, a luz sofreria um desvio.

Esse fenômeno foi observado por astrônomos por meio de medidas da duração do eclipse solar total ocorrido em 1919. As medições foram realizadas simultaneamente na cidade de Sobral, localizada no estado do Ceará, e em São Tomé e Príncipe.

Einstein e o Ceará

Experimento de Michelson-Morley.

O experimento de Michelson-Morley provou que as ondas eletromagnéticas são capazes de propagarem-se no próprio vácuo, logo, não precisam de um meio para isso. Para comprovar essa propriedade, os pesquisadores Albert Michelson e Edward Morley utilizaram um grande interferômetro (dispositivo utilizado para investigar a interferência da luz) mergulhado em uma piscina preenchida com mercúrio.

Dessa forma, seriam evitadas vibrações de qualquer natureza, capazes de afetar a medida extremamente sensível.

No experimento em questão, mediu-se o tempo para a luz ser refletida por espelhos precisamente alinhados. Se a Terra desloca-se no meio em que a luz se propaga, deveriam ser observados pequenos desvios nos feixes refletidos, o que não ocorreu. Assim, os pesquisadores comprovaram a teoria proposta.

Efeito fotoelétrico

O efeito fotoelétrico era um fenômeno sem uma explicação satisfatória até os estudos desenvolvidos por Albert Einstein.

Por conseguir explicar esse efeito, Einstein foi laureado com um Nobel de Física. Por meio da ideia de Max Planck, Albert Einstein ampliou a teoria de quantização de energia da radiação de corpo negro para qualquer tipo de radiação, firmando, assim, a noção de dualidade onda-partícula.

Relatividade geral.

A relatividade geral é uma generalização da teoria da relatividade especial, também desenvolvida pelo físico alemão Albert Einstein. Segundo essa teoria, corpos massivos, como planetas e estrelas, são capazes de deformar a tecitura, ou o relevo, do espaço-tempo. Essa deformação, por sua vez, dá origem à gravidade.

A Física quântica, também conhecida como mecânica quântica, é uma grande área de estudo que se dedica em analisar e descrever o comportamento dos sistemas físicos de dimensões reduzidas, próximos dos tamanhos de moléculas, átomos e partículas subatômicas.

Por meio da Física quântica, foi possível compreender os mecanismos dos decaimentos radioativos, das emissão e absorção de luz pelos átomos, da produção de raios x, do efeito fotoelétrico, das propriedades elétricas dos semicondutores etc."

Site: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/fisica-moderna.htm

Veja mais sobre "O que é física quântica?" em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-fisica-quantica.htm

Postado por: Edjar Dias de Vasconcelos Bacharel em Teologia pela Pontifícia Faculdade de Teologia Nossa Senhora da Assunção - Arquidiocese de São Paulo Puc, com graduação máxima, nota dez no Exame De Universa Theologia.

Edjar estudou latim, grego, aramaico, alemão, francês e espanhol, com formação também em Filologia, estudou direito canônico e pátrio, formulador como tese em Astrofísica, O Princípio da Incausalidade.

A segunda tese elaborada por Edjar Dias de Vasconcelos, por que o homem é o único animal que fala, quando na natureza existe apenas um DNA mitocondrial, todas espécies nasceram e replicaram através da única célula mater existencial.

Em resposta devido ao fenômeno do bipedismo nas savanas, os homens ao ficarem erectus foi possível o nascimento das cordas vocais, nascendo a cognição.

Autor de diversos artigos científicos publicados em sites.

Licenciado em Filosofia, Sociologia e História, formado em Psicologia, com registro pelo Mec, pela Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais - PUC-MG, outras Universidades no Brasil.

Edjar Dias de Vasconcelos estudou em: Itapagipe, Campina Verde, Belo Horizonte, Petrópolis, Rio, São Paulo, Nas PUCs como nas Universidades Federais e o Mackenzie, também em outros lugares, estudando sempre política, economia e filologia.

Experiência na orientação de estudos em temas diversos. Professor convidado do Instituto Parthenon - Instituto Brasileiro de Filosofia e Educação-www.institutoparthenon.com.br

Edjar Dias de Vasconcelos.