física moderna
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Palestra simples de apresentação da Física Moderna a alunos do Ensino Médio e pré vestibular.TRANSCRIPT
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Mentalidade do fim do século XIX
No final do século XIX – Ciência alcançou avanços impensáveis
Lord Kelvin, entre outros: fim da Ciência!Poucos problemas a resolver, resultados e medidas apenas a melhorar. Duas nuvens cinzentas no horizonte do conhecimento
As 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
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A existência do éter: experimento de Michelson-Morley, 1887
Teoria da Relatividade de Einstein
Emissão de radiação de um corpo aquecido
Teoria da Quantização da energia de Planck
Física Relativística
Física Quântica
Física Moderna – a física do século XX e XIX!!
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T = 9000K
Emissão ocorre em vários comprimentos de onda, dependendo da temperatura do corpo
T = 6000K
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Corpo humano, emissão a 310K – infravermelho, principalmente.
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Física Quântica
http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod03/m_s01.html
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.
O início
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
1900, Alemanha – Max Planck: Radiação térmica emitida por corpos em equilíbrio termodinâmico ocorre com energia em pacotes discretos e não em ondas contínuas.
Radiação do corpo negro Efeito Fotoelétrico
Efeito Fotoelétrico
fhEquantum .=
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Efeito Fotoelétrico
1905, Alemanha – Albert Einstein: energia da luz chega em pacotes, de acordo com Planck;
- Depende do metal-alvo;
- Depende da freqüência da luz;
- Não depende da intensidade da luz;
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.
reelétronlivcinética
ligaçãoátomoelétron
fótontotal EEE += cinEWfh +=.
Freqüência da luz energia dos fótons
Intensidade da luz número de fótons
Energia do fóton
Energia de ligação a ser vencida
Energia cinética
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Física Relativística
1905, Albert Einstein
Não existe referencial absoluto, portanto não há éter.
A velocidade da luz é constante independente do referencial
Contração do espaço e Dilatação do tempo
2
20
1cv
LL =
0LL < 0ΔΔ tt >
0mm >
2.Δ cmEcin =
2
2
0
1
ΔΔ
cv
tt =
2
2
0
1cv
mm =
1
1
1
2
2>=
cv
γ
Fator de Lorentz-Fitzgerald
O início
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Exemplo
Caso pudéssemos transformar um pãozinho de 50g totalmente em energia pura:
2.Δ cmE = 28 )103.(050,0 xE = JxE 15105,4=
E se essa energia pudesse alimentar uma lâmpada de 100W. Isso aconteceria por quanto tempo?
O alcance das idéias de Einstein com relação a energia...
tPE Δ.= sxt 13105,4Δ =tx Δ.100105,4 15 =
Acontece que 1ano 3x107s
Logo 4,5x1013s 1,5x106anos 1,5 milhões de anos!!!!!!!
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Cosmologia
Mintaka
Alnilan
Alnitaka
http://astro.if.ufrgs.br/const.htm
Órion, o caçador
As Três Marias!!!
O Cinturão de Órion
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Nebulosa do Olho de Gato
Andrômeda, 2.200.000 anos-luz
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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 Explosão
Argumentos favoráveis
1. 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.
1929 Edwin Hubble verifica que a maioria das galáxias esta se afastando da nossa com velocidades proporcionais à distância em que se encontram.
2. Lei de Hubble
dHv .0= MpcskmH //680 = 1 Mpc = 3,086x1019km
O Universo está expansão!
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3. Paradoxo de Olbers
Regiões escuras do céu comprovariam que a luz ainda está percorrendo o espaço intergalático.
O Universo teve um começo próximo !
1826, Heinrich Olbers
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4. Radiação Cósmica de Fundo
Se houve uma big explosão que deu origem ao universo, deve haver uma radiação residual ainda se espalhando. Essa radiação seria equivalente 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 à temperatura de 2,7K. O eco do Big Bang! Houve mesmo um início explosivo!!!!
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5. Distribuição de matéria e antimatéria no universo
Há predominância de matéria e de elementos leves (hidrogênio, principalmente) no universo.
Resfriamento “recente” do universo seria responsável por essa distribuição.
Realmente o início do Universo foi “agora há pouco”!!!
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Estimativa da Idade do Universo
dHv .0=
tdv /=0
1~H
t
Com 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
anos910).2,07,13( ±
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Porém...
Medições recentes mostram também que, entre outras coisa:
- A quantidade de matéria observada não é suficiente para justificar o Big Bang!
- A expansão do Universos deveria diminuir ou estacionar. Mas medidas recentes mostram que ela está acelerando.
- Big Bang precisa ser modificada ou substituída por outra teoria melhor...
Enquanto isso, a vida na Terra continua, alheia a essas questões...
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