Física moderna

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Palestra simples de apresentação da Física Moderna a alunos do Ensino Médio e pré vestibular.

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Física moderna

  1. 1. Mentalidade do fim do século XIXNo final do século XIX – Ciência alcançou avanços impensáveisLord Kelvin, entre outros: fim da Ciência!Poucos problemas a resolver, resultados e medidas apenas a melhorar.Duas nuvens cinzentas no horizonte do conhecimentoAs pequenas nuvens cinzentas 1. A não comprovação da existência do éter: fluido transportador da luz 2. Emissão de radiação de um corpo aquecido http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica05.htm
  2. 2. A existência do éter: experimento de Michelson-Morley, 1887 Teoria da Relatividade de Einstein Física RelativísticaEmissão de radiação de um corpo aquecido Teoria da Quantização da energia de Planck Física Quântica Física Moderna – a física do século XX e XIX!!
  3. 3. Emissão ocorre em vários comprimentos de onda, dependendo da temperatura do corpo T = 6000K T = 9000K
  4. 4. Corpo humano, emissão a 310K – infravermelho, principalmente.
  5. 5. Física Quântica O início 1900, Alemanha – Max Planck: Radiação térmica emitida por corpos em equilíbrio termodinâmico ocorre com energia em pacotes discretos e não Equantum = h. f em ondas contínuas. Radiação do corpo negro Efeito FotoelétricoEfeito Fotoelétrico 1887-8, Alemanha – Heinrich Hertz obtém ondas eletromagnéticas a parir de faíscas elétricas. Observa também que luz incidindo sobre a superfície de um dos faíscadores, facilita a emissão das faíscas. 1888, Philipp von Lenard verifica que luz ultravioleta facilita a emissão de partículas carregadas do metal deixando-o positivo 1889, Thomsom certifica que o Efeito Fotoelétrico consiste na emissão de elétrons pelo metal http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod03/m_s01.html
  6. 6. Efeito Fotoelétrico- Depende do metal-alvo;- Depende da freqüência da luz;- Não depende da intensidade da luz; 1905, Alemanha – Albert Einstein: energia da luz chega em pacotes, de acordo com Planck; A “partícula” de luz - batizada posteriormente de fóton – precisa ter energia suficiente para “arrancar” o elétron. Há uma energia potencial a ser vencida. A energia cinética dos elétrons arrancados do metal é a diferença entre a energia do fóton e a energia potencial – chamada função trabalho.Etotal = Eelétron átomo + Ecinética re fóton ligação elétronliv h. f = W + EcinFreqüência da luz  energia dos fótons Energia Energia Energia do fóton de ligação cinéticaIntensidade da luz  número de fótons a ser vencida
  7. 7. Física Relativística O início 1905, Albert Einstein Não existe referencial absoluto, portanto não há éter. A velocidade da luz é constante independente do referencial 1 γ= 2 >1 v Contração do espaço e Dilatação do tempo 1 c2 L Δt0 Fator de Lorentz-Fitzgerald L0 = Δt = v2 v2 1 2 L < L0 1 2 Δt > Δt 0 c c m0 m= v2 Ecin = Δm.c 2 1 2 m > m0 c
  8. 8. Exemplo O alcance das idéias de Einstein com relação a energia...Caso pudéssemos transformar um pãozinho de 50g totalmente em energia pura: E = Δm.c 2 E = 0,050.(3x108 ) 2 E = 4,5 x1015 JE se essa energia pudesse alimentar uma lâmpada de 100W. Isso aconteceriapor quanto tempo? E = P.Δt 4,5 x1015 = 100.Δt Δt = 4,5 x1013 sAcontece que 1ano  3x107s Logo 4,5x1013s  1,5x106anos  1,5 milhões de anos!!!!!!!
  9. 9. Cosmologia O Cinturão de Órion As Três Marias!!! Alnitaka Órion, o caçador Alnilan Mintakahttp://astro.if.ufrgs.br/const.htm
  10. 10. Nebulosa do Olho de GatoAndrômeda, 2.200.000 anos-luz
  11. 11. Teoria do Big Bang 1947, Herman, Gamow e Alpher – o universo teve um início com uma grande explosão de uma super concentração de energia. E está expandindo continuamente até hoje. Teoria da Big ExplosãoArgumentos favoráveis1. Redshift – efeito Doppler óptico 1912 - Vesto Slipher verifica que a Galáxia de Andrômeda está se afastando de nós. Inicia uma pesquisa que mostra que esse afastamento acontece com outras também. 2. Lei de Hubble 1929 Edwin Hubble verifica que a maioria das galáxias esta se afastando da nossa com velocidades proporcionais à distância em que se encontram. v = H 0 .d H 0 = 68km / s / Mpc 1 Mpc = 3,086x1019km O Universo está expansão!
  12. 12. 3. Paradoxo de Olbers 1826, Heinrich OlbersRegiões escuras do céucomprovariam que a luzainda está percorrendo oespaço intergalático.O Universo teve um começo próximo !
  13. 13. 4. Radiação Cósmica de FundoSe houve uma big explosão que deu origem ao universo, deve haveruma radiação residual ainda se espalhando. Essa radiação seriaequivalente à emissão de um corpo muito frio. 1964,os rádio-astrônomos Arno Allan Penzias e Robert Woodrow Wilson, dos Bell Laboratories, detectaram acidentalmente um ruído fraco e homogêneo em todas as direções do espaço.Essa radiação foi medida depois e revelou-se equivalente àtemperatura de 2,7K. O eco do Big Bang! Houve mesmoum início explosivo!!!!
  14. 14. 5. Distribuição de matéria e antimatéria no universo Há predominância de matéria e de elementos leves (hidrogênio, principalmente) no universo.Resfriamento “recente”do universo seriaresponsável por essadistribuição.Realmente o início doUniverso foi “agora hápouco”!!!
  15. 15. Estimativa da Idade do Universov = H 0 .d 1 t~v = d /t H0Com H0 entre 57km/s/Mpc e 78 km/s/Mpc A idade do universo estaria entre 12 e 17 bilhões de anos Medidas recentes da radiação cósmica de fundo, com utilização de sonda espacial, apontam como idade mais provável 9 (13,7 ± 0,2).10 anos
  16. 16. Porém...Medições recentes mostram também que, entreoutras coisa:- A quantidade de matéria observada não é suficiente para justificar oBig Bang!- A expansão do Universos deveria diminuir ou estacionar. Masmedidas recentes mostram que ela está acelerando.- Big Bang precisa ser modificada ou substituída por outra teoriamelhor... Enquanto isso, a vida na Terra continua, alheia a essas questões...

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