UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MATO GROSSO DO SUL
UNIDADE DE DOURADOS
LICENCIATURA EM FÍSICA
Bruno Lemos da silva
Franciéli Alvarenga Castor
Vanessa Marchi Maioral
Evolução da Física
Contemporânea
Dourados/2009
1
Sumário
1 Modelos atômicos
3
1.1
Modelo de Thomson
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2
Modelo de Nagaoka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.3
Modelo de Rutherford
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Física Quântica
3
4
2.1
Do Contínuo aos quanta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2
Onda ou partícula
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
4
2.3
Radiação do Corpo Negro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
3 Relatividade
5
4 Física atual
5
2
1
Modelos atômicos
Modelos Físicos não somente explica a realidade, como também faz previsões.
1.1
Modelo de Thomson
J.J Thomson foi o descobridor do elétron e da relação entre carga e a massa
do elétron .
Neste modelo atômico, o átomo é composto de elétrons que es-
tariam distribuídos uniformemente em anéis concêntricos. E que a carga positiva
também estaria distribuída homogeneamente, havendo portanto um equilíbrio
elétrico entre as cargas positivas dos prótons e negativa dos elétrons.
Segundo Thomson toda a massa do átomo era dada pelos elétrons. Sendo
representado como um pudim de ameixa.
Mas havia um problema, o campo elétrico era considerado fraco pelo grande
raio R.
Este modelo explicava o fenômeno de emissão de radiação, porém não explicava a dispersão de partículas alfa.
1.2
Modelo de Nagaoka
Também conhecido como Sistema Saturniano (devido considerar o átomo com
a estrutura semelhante ao do planeta saturno). Este modelo propunha explicar a
regularidade das linhas espectrais e a emissão da radiação beta, que são eletrons
de alta energia emitidos pelo núcleo. Os elétrons eram colocados em um anel circular, único, com espaçamentos angulares iguais repelindo pela Lei de Coulomb.
Este modelo tinha um ponto fraco, pois não garantia a estabilidade do átomo.
Previa um número muito grande de elétrons para o átomo.
Portanto este modelo não trouxe resultados novos, sendo rejeitado por Thomson.
1.3
Modelo de Rutherford
O modelo atômico de Rutherford consistia em as cargas positivas do átomo
estar concentrada no centro, num minusculo e denso núcleo, sendo este o núcleo
atômico. Ou seja se tinha o átomo como um núcleo em torno do qual os elétrons
giram em órbitas elípticas.
Bacharel em Física Matemática , Química e um dos maiores cientistas do
século XX, é considerado o criador da Física Atômica Moderna. Realizava experimentos simples porém rigorosos, chegando a ganhar Premio Nobel e fundador
de uma sociedade dialética.
Ao realizar experimentos de radiação Rutherford detectou as radiações alfa,
beta e gama, (nomes designados por ele e conhecido até hoje).
Estudando a
partícula alfa, viu que eram pouco penetrantes e não interagiam com o campo
elétrico e magnético e que essas partículas alfa sofriam um espalhamento,desviando
do campo elétrico. Levando-o à concluir que as partículas alfa e beta estavam
carregadas eletricamente.
3
Estudou também os raios gama e vericou que era radiação eletromagnética.
Com a colaboração de Frederick Soddy descobriu elementos radioativos, entre
eles o Tório.
Rutherford determinou a idade da Terra em 3,4 bilhões de ano, através da
taxa de decaimento e proporção relativa de Urânio e Chumbo. Dados recentes
estima-se a idade da Terra em 4,6 bilhões de anos.
Na Inglaterra Rutherford desenvolveu uma câmara de ionização com hidrogênio,
esta câmara continha gás a baixa pressão, usando-a para medir a carga elétrica
da partícula alfa.
Observou também que todos os minérios radioativos tinham gás hélio em
oclusão. Sendo: Partícula alfa = átomo de hélio duas vezes carregado.
P artı́cula alf a = átomo de hélio duas vezes carregado.
Através de seus experimentos, Rutherford viu que um feixe de partículas alfa
cava difusa ao passar por uma placa de mica.
Rutherford trabalhou com Bohr e Thomson e posteriormente assumiu o laboratório Cavendish, substituindo Thomson. Foi Bohr quem aperfeiçoou o modelo
atômico de Rutherford, ultilizando também algumas idéias de Planck.
Determinou o núcleo de Hidrogênio de próton e preveu a existência do
nêutron com massa semelhante ao do próton. A construção do primeiro acelerador de partículas foi nesta época (Rutherford e walton).
Alguns trabalhos de estudo feitos por alunos de Rutherford levaram-os ao
ganho de prêmio nobel.
2
Física Quântica
2.1
Do Contínuo aos quanta
O motivo que obrigou os cientistas a abandonar o conceito do contínuo para
pensar em quantidade foi que os resultados das experiências que contradiziam
a teoria, deixando os fenômenos sem explicações, fazendo com estes cientistas
buscassem novos conceitos para explicar estes fenômenos.
Para dizer se é contínuo ou quantizado, tem que se vericar a ordem de
grandeza desta observação, sendo assim, as primeiras grandezas a serem quantizadas foram: energia, matéria, Carga elétrica, radiação.
2.2
Onda ou partícula
Para saber se a luz é uma onda ou uma chuva de fótons, depende da ordem
de grandeza da observação, o problema é que eram observados comportamentos
experimentais diferentes do que se conhecia teoricamente, e isto também é válido
para um feixe de elétrons.
Classicamente quando aumentamos a intensidade luminosa entendemos que
se aumenta a energia, mas o efeito fotoelétrico comprova a quantização da luz
e a existência do fóton, assim quando aumentamos a intensidade luminosa
aumentamos a frequência da radiação.
4
2.3
Radiação do Corpo Negro
Um corpo negro ideal em equilíbrio térmico à temperatura
T,
emite radiação
(luz). A natureza dessa radiação, foi um grande paradigma da época. O fato
de haver uma emissão de radiação pelo corpo negro está ligado diretamente
a temperatura do corpo, sendo que, para temperaturas ambientes temos o infravermelho e com o aumento da temperatura passa-se para o vermelho, branco,
azul e o ultravioleta.
Max Planck analisando a teoria clássica para emissão de radiação para o
corpo negro e comparando com os resultados experimentais, conseguiu realizar
uma união, utilizando
h
(constante de Planck) para satisfazer ambas as partes,
com a relação:
E = nhν
Sendo
3
n
um número inteiro, logo
hν
é um quanta de energia.
Relatividade
Quando Einstein arma que tudo é relativo, este se refere à forma com que o
resultado de um determinado evento ocorre, isto é, o evento depende do referencial que o observador observa. Para o movimento de um corpo não é diferente,
e para movimento da luz Einstein derrubou a idéia do suposto éter e disse que a
luz é a velocidade limite, nada é mais rápido que a luz (no vácuo), e se qualquer
observador medir esta velocidade, sempre dará o mesmo resultado.
O espaço, tempo e massa, também são grandezas físicas relativas, e os efeitos
de contração e dilatação destes são muito bem notados quado se encontram
muito próximos da velocidade da luz. Einstein a partir dos efeitos de contração
e dilatação do espaço-tempo, gerou uma relação entre a massa e energia, sendo
possível transformar massa em energia com a seguinte relação:
E = mc2
4
Física atual
Em busca de uma teoria onde se explica tudo, Einstei gastou os seus ultimos
anos de vida procurando uma forma de unir as forças da natureza (gravitacional,
nuclear forte, eletromagnetismo e nuclear fraca) em uma única teoria.
A teoria das cordas vem para realizar esta unicação, e criar a teoria do
tudo. Desde o começo de sua elaboração, já passou por muitas modicações e
atualmente é chamada de
A
T eoria M
T eoria M .
é as 5 formas de se ver as 5 teorias das cordas. Com isso tem-se
11 dimensões, membranas e cordas vibrantes, a teoria está unica, simplicada
e só nos resta prova-la. O grande acelerador de partículas
LHC
é a aposta dos
mentores da teoria, para vericar alguns pontos e testa-los se realamente está
correto, ou que nos mostre um novo caminho para o entender desde a criação
do universo e provavelmente para onde nós estamos indo.
5