Prof. Moita INTRODUÇÃO 1687 - Isaac Newton publica a primeira edição do livro “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica – Nasce a Física Clássica. 1860 – Hipóteses de Maxwell 1900 – Teoria dos Quanta de Planck 1905 – Relatividade especial de Einstein (MICROCOSMO DO ÁTOMO ATÉ ... ...MACROCOSMO INTERGALÁTICO) HIPÓTESES DE MAXWELL (1860) Um campo magnético variável é equivalente, nos seus efeitos, a um campo elétrico. Um campo elétrico variável é equivalente, nos seus efeitos, a um campo magnético. Cargas elétricas aceleradas geram ondas eletromagnéticas (1887) . ONDAS ELETROMAGNÉTICAS 1 c 0 . 0 Aplicação Considerando a permissividade elétrica e a permeabilidade magnética do vácuo, determine o valor da velocidade de uma onda eletromagnética no vácuo. 1 c 0 . 0 onde μ = 4π.10-7 , ε = 1/ 4π.K e K = 9.109 (S.I.) c = 3.108 m/s FÍSICA QUÂNTICA Orifício de uma cavidade aquecida funciona como a superfície de um CN. Radiação emitida pelo orifício é muito intensa e depende da T das paredes. Nas cavidades dos corpos negros as emissões de radiações são bem maiores. Lei de Kirchhoff da Radiacão Térmica (1859): e=A Lei de Stefan (1879) – Boltzmann (1884): R = e.σ.T4 Lei do Deslocamento de Wien (1893): λmax = b/T σ = 5,67.10-8 W/m2K4; b = 2,9.10-3 m.K Aplicação Suponha que a pele de uma pessoa esteja a 35 ºC. Calcule a frequência da radiação mais intensa emitida pela pele. λmax = b / T = 2,9.10-3 / 308 = 9.10-6 m f = c / λmax = 3.108 / 9.10-6 = 3,3.1013 Hz TEORIA DOS QUANTA (1900) Um elétron, oscilando com frequência f, emite (ou absorve) uma onda eletromagnética de igual freqüência, porém a energia não é emitida (ou absorvida continuamente). E = n.h.f Ou um elétron absorve (ou emite) um quantum E=h.f ou nada, onde h = 6,63 . 10-34 J . S 1918 – Planck ganha prêmio Nobel de Física EFEITO FOTOELÉTRICO Efeito fotoelétrico 1839 - Becquerel 1.887 Hertz Amostra de metal iluminada por radiação UV adquire carga elétrica positiva Luz retira elétrons da placa EINSTEIN E O FÓTON 1905 – Albert Einstein propõe: Luz é constituída de fótons, partículas de energia E = h.f Equação: hf = + Ecin Explica o efeito. EFEITO FOTOELÉTRICO - As Ec dos fotelétrons não dependem da intensidade da radiação luminosa incidente. - Quanto maior a intensidade luminosa , maior a quantidade de fotelétrons. - O efeito fotoelétrico só ocorre se a freqüência estiver acima de um certo valor mínimo. Aplicação Um fotoelétron do césio tem energia cinética máxima de 2 eV. A) Qual a frequência da radiação que poderia ter emitido esse elétron? B) Qual o comprimento de onda dessa radiação? Dados: função trabalho do césio = 1,8 eV ; constante de Planck = 4,14 . 10-15 eV . s ; velocidade da onda = 3 . 108 m/s. A) Sendo Ec = h . f – Ф , então 2 = 4,14 . 10-15 . f – 1,8 Portanto f = 9,2 . 1014 Hz B) Sendo c = λ . f , então 3 . 108 = λ . 9,2 . 1014 Portanto λ = 3,3 . 10-7 m 9,2 . 1014 Hz e 3,3 . 10-7 m Aplicação Em condições normais, o olho humano pode detectar em média 10-18 J de energia eletromagnética. Quantos fótons de 6000 ângstroms essa energia representa? Dados: h = 6,6 . 10-34 J . s e c = 3 . 108 m/s Sendo E = h . f e f = c / λ , então E = 6,6 . 10-34 . 3 . 108 / 6000 . 10-10 Portanto E = 3,3 . 10-19 J Como 10-18 J representa um número n de fótons, então n = 10-18 / 3,3 . 10-19 Portanto n = 3 FÍSICA ATÔMICA 1897-J.J.Thomson descobriu o elétron 1904 - Modelo atômico Pudim de ameixas 1911- Rutherford descobre o núcleo atômico. 1906 – Thomsom ganha Nobel de Física 1908 – Rutherford ganha Nobel de Física BOHR E O ÁTOMO DE HIDROGÊNIO (1913) O elétron descreve órbitas circulares consequente da força eletrostática. Apenas algumas órbitas estáveis (estados estacionários) são permitidas ao elétron. A passagem de um estado a outro é possível mediante absorção ou liberação de energia, dada por E’ – E = h . F Para o átomo de hidrogênio temos (em eV) En = - 13,6/n2 1922 – Bohr ganha Nobel de Física MODELO DE BOHR ILUSTRAÇÃO Aplicação O elétron do átomo de hidrogênio, ao emitir um fóton, passa do primeiro estado estacionário excitado para o estado fundamental. Sendo h = 4,14 . 10-15 eV . s , determine a energia e a freqüência do fóton emitido. Calculando a energia no estado fundamental e no primeiro estado estacionário excitado: En = -13,6 / n2 = -13,6 / 1 = -13,6 eV En = -13,6 / n2 = -13,6 / 22 = -3,4 eV Sendo E’ – E = h . f , então temos que -3,4 – (-13,6) = 4,14 . 10-15 . f Portanto f = 2,5 . 1015 Hz ONDAS DE MATÉRIA 1924 - Louis de Broglie Dualidade onda-partícula = h/p comprimento de onda da onda associada à matéria 1929 – de Broglie ganha Nobel de Física PRINCÍPIO DA INCERTEZA 1927 – Heisenberg x . p h/4 (quanto maior a precisão na determinação da posição do elétron, menor é a precisão na determinação de sua velocidade e vice-versa. Momento linear e posição não podem ser conhecidos simultaneamente. 1932 – Heisenberg ganha Nobel de Física Aplicação Considere que uma bola de futebol de 400 g atinge 108 km/h. Determine para essa velocidade: a) O comprimento de onda de De Broglie; b) A incerteza mínima da posição da bola, sabendo que sua velocidade foi medida com uma incerteza de 2%. Adote h = 6,63 . 10-34 J.s a) sendo λ = h / p e p = m . v então λ = 6,63 . 10-34 / 400 . 10-3 . (108/3,6) Portanto λ = 5,5 . 10-35 m b) Sendo ∆x . ∆p > h / 4π , então ∆x . 0,4 . 2/100 . (108/3,6) > 6,63 . 10-34 / 4π Portanto ∆x(mín) = 2,2 . 10-34 m RELATIVIDADE POSTULADOS: 1- AS LEIS DA FÍSICA SÃO IDÊNTICAS EM RELAÇÃO A QUALQUER REFERENCIAL 2- A VELOCIDADE DA LUZ NO VÁCUO É UMA CONSTANTE E E É A MESMA EM TODOS OS SISTEMAS DE REFERÊNCIA, SENDO A VELOCIDADE LIMITE DO UNIVERSO 1921 – Einstein ganha Nobel de Física TRANFORMAÇÕES TRANSFORMAÇÕES DE LORENTZ = 1 – (v2/c2) L = L’ . (contração) t = t’ / (dilatação) m = m’ / E = m . c2 EXEMPLO O piloto de uma nave espacial fica em missão durante 1 ano, medido no relógio da nave, com velocidade v=0,995.c Quando ele retorna à Terra, quantos anos se passaram aqui? RESOLUÇÃO Aplicação Considere uma nave que se afasta da Terra com velocidade 0,85.c . Um astronauta no seu interior mede um comprimento de 12 m para a nave. Um observador, na Terra, se pudesse medir aquele comprimento encontraria qual valor? = 1 – (v2/c2) = 1 – (0,852c2/c2) = 0,2775 L = L’ . = 12 . 0,2775 = 6,32 m FORÇAS DA NATUREZA FORÇA NUCLEAR FORTE (1038 ; Glúon ; 10-15m) – Coesão do núcleo – união dos quarks (hádronsmésons e bárions) FORÇA ELETROMAGNÉTICA (1036 ; Fóton ; α) - Entre partículas eletrizadas – ligação elétrons(léptons) e núcleo; união entre átomos FORÇA NUCLEAR FRACA (1025 ; Bóson ; 10-18 m) - Emissão de elétrons em substâncias radioativas; entre léptons e hádrons (degradação radioativa) FORÇA GRAVITACIONAL (100 ; Gráviton; α) - Entre massas ACELERADOR Hoje, nós compreendemos apenas 5% da composição do Universo! Medidas astrofísicas indicam que o Universo é composto de: ‣ 5% de matéria conhecida. ‣ 25% de “matéria escura”, nenhuma partícula conhecida pode explicá-la. ‣ 70% de energia escura. FUTURO ? O que vem por aí ? ... M O I TA