domingo, 15 de novembro de 2009
Dualidade Onda Particula
A dualidade onda-partícula, também denominada dualidade onda-corpúsculo ou dualidade matéria-energia, constitui uma propriedade básica da mecânica quântica e consiste na capacidade das partículas subatômicas de se comportarem ou terem propriedades tanto de partículas como de ondas.
Foi enunciada pela primeira vez em 1924 pelo físico francês Louis-Victor de Broglie, que anunciou que os elétrons apresentavam características tanto ondulatórias como corpusculares, comportando-se de um ou outro modo dependendo do experimento específico. A experiência de Young (experiência da dupla fenda) de Thomas Young exemplifica de maneira sensível esta dualidade.
De Broglie se baseou no efeito fotoeléctrico para chegar a esta conclusão, já que Albert Einstein havia concluído que os fótons que atuavam no efeito fotoelétrico eram partículas com energia E=h•f, onde f é a frequência de onda. Einstein, concluiu desta forma que, em determinados processos, as ondas se comportam como corpúsculos. Então, de Broglie associou o inverso, ou seja, que toda a partícula se comportava como uma onda. O físico francês foi capaz de relacionar o comprimento de onda com a massa da partícula, mediante a formula λ=h/m•v, onde o produto m•v representa o módulo do vetor P, ou quantidade de movimento, h é a constante de Constante_de_Planck, e 'λ', o comprimento de onda. Observando-se a fórmula verifica-se facilmente que, à medida que a massa ou sua velocidade aumenta, diminui consideravelmente o comprimento de onda. Os corpos macroscópicos têm associada uma onda, porém a massa é tão grande que se pode afirmar que apresenta um comprimento de onda desprezível, porém não nula. Por isso, na hora de falar sobre partículas é muito importante considerar a dualidade, já que o comprimento de onda que possuem explica muitos de seus fenômenos.
Foi enunciada pela primeira vez em 1924 pelo físico francês Louis-Victor de Broglie, que anunciou que os elétrons apresentavam características tanto ondulatórias como corpusculares, comportando-se de um ou outro modo dependendo do experimento específico. A experiência de Young (experiência da dupla fenda) de Thomas Young exemplifica de maneira sensível esta dualidade.
De Broglie se baseou no efeito fotoeléctrico para chegar a esta conclusão, já que Albert Einstein havia concluído que os fótons que atuavam no efeito fotoelétrico eram partículas com energia E=h•f, onde f é a frequência de onda. Einstein, concluiu desta forma que, em determinados processos, as ondas se comportam como corpúsculos. Então, de Broglie associou o inverso, ou seja, que toda a partícula se comportava como uma onda. O físico francês foi capaz de relacionar o comprimento de onda com a massa da partícula, mediante a formula λ=h/m•v, onde o produto m•v representa o módulo do vetor P, ou quantidade de movimento, h é a constante de Constante_de_Planck, e 'λ', o comprimento de onda. Observando-se a fórmula verifica-se facilmente que, à medida que a massa ou sua velocidade aumenta, diminui consideravelmente o comprimento de onda. Os corpos macroscópicos têm associada uma onda, porém a massa é tão grande que se pode afirmar que apresenta um comprimento de onda desprezível, porém não nula. Por isso, na hora de falar sobre partículas é muito importante considerar a dualidade, já que o comprimento de onda que possuem explica muitos de seus fenômenos.
quinta-feira, 5 de novembro de 2009
Fótons - Efeito Fotoelétrico - Efeito Compton
1. A Teoria Quântica
Segundo o físico alemão Max PLANCK (1900):
"A energia radiante de freqüência f, só pode ser emitida ou absorvida em
quantidades discretas (quantum), múltiplos inteiros de hf, sendo h a constante
universal de Planck (6,6 x 10-34 J.s). "
E = h.f
Observações:
• Um fóton é um quantum (partícula) de energia eletromagnética.
• Os fótons não têm todos a mesma a energia. Os "quanta" de luz azul são
de maior energia que os de luz vermelha, pois têm menor comprimento de
onda e portanto, maior freqüência.
• Duas fontes luminosas de mesma freqüência (isto é, de mesma cor) emitem
fótons de igual energia "hf" .
• Uma fonte "brilhante" (grande intensidade luminosa) emite MAIS fótons por
segundo do que uma fonte "tênue" (pequena intensidade luminosa) da
mesma cor, porém os fótons de ambas as fontes têm a mesma ENERGIA.
2. O Efeito Fotoelétrico
Experimentalmente se verifica que:
• Quando a luz incide sobre a superfície de um metal, elétrons podem ser
emitidos por ela.
• Quando a luz de certa freqüência (f) arranca elétrons do metal, eles não
saem todos com a mesma energia. Suas energias distribuem-se entre um
valor mínimo e um máximo.
• É necessária uma energia mínima, para arrancar um elétron de
determinado metal, é chamada FUNÇÃO TRABALHO (W).
Para explicar o efeito fotoelétrico o físico alemão Albert EINSTEIN (1905)
afirmou que:
• A taxa de emissão de fotoelétrons é diretamente proporcional à intensidade
da luz incidente.
• Para que um elétron escape da superfície de um metal, deve-se fazer um
trabalho contra as forças que o fixam aí, ou seja, os fotoelétrons devem
adquirir energia suficiente para serem ejetados.
• A energia absorvida em excesso aparece na forma de energia cinética:
Ec=hf - W
• A energia cinética dos fotoelétrons é independente da intensidade da luz
incidente.
3. O Efeito Compton
"Os fótons apresentam propriedades corpusculares (de partículas) quando se
chocam com um elétron. Nessas circunstâncias, o fóton perde energia para o
elétron, diminuindo sua freqüência e aumentando o seu comprimento de onda."
4. Dualidade onda-partícula
"A Luz apresenta propriedades ondulatórias (reflexão, refração, difração,
interferência e efeito Dopler) e corpusculares (efeito fotoelétrico e efeito
Compton)".
Segundo o físico francês Louis DE BROGLIE as partículas subatômicas (elétrons,
prótons, etc.) também possuem características ondulatórias. Esse fato foi
comprovado por Clinton DAVISSON, Lester GERMER e G. P. THOMSON (filho de
J. J. Thomson) .
Segundo o físico alemão Max PLANCK (1900):
"A energia radiante de freqüência f, só pode ser emitida ou absorvida em
quantidades discretas (quantum), múltiplos inteiros de hf, sendo h a constante
universal de Planck (6,6 x 10-34 J.s). "
E = h.f
Observações:
• Um fóton é um quantum (partícula) de energia eletromagnética.
• Os fótons não têm todos a mesma a energia. Os "quanta" de luz azul são
de maior energia que os de luz vermelha, pois têm menor comprimento de
onda e portanto, maior freqüência.
• Duas fontes luminosas de mesma freqüência (isto é, de mesma cor) emitem
fótons de igual energia "hf" .
• Uma fonte "brilhante" (grande intensidade luminosa) emite MAIS fótons por
segundo do que uma fonte "tênue" (pequena intensidade luminosa) da
mesma cor, porém os fótons de ambas as fontes têm a mesma ENERGIA.
2. O Efeito Fotoelétrico
Experimentalmente se verifica que:
• Quando a luz incide sobre a superfície de um metal, elétrons podem ser
emitidos por ela.
• Quando a luz de certa freqüência (f) arranca elétrons do metal, eles não
saem todos com a mesma energia. Suas energias distribuem-se entre um
valor mínimo e um máximo.
• É necessária uma energia mínima, para arrancar um elétron de
determinado metal, é chamada FUNÇÃO TRABALHO (W).
Para explicar o efeito fotoelétrico o físico alemão Albert EINSTEIN (1905)
afirmou que:
• A taxa de emissão de fotoelétrons é diretamente proporcional à intensidade
da luz incidente.
• Para que um elétron escape da superfície de um metal, deve-se fazer um
trabalho contra as forças que o fixam aí, ou seja, os fotoelétrons devem
adquirir energia suficiente para serem ejetados.
• A energia absorvida em excesso aparece na forma de energia cinética:
Ec=hf - W
• A energia cinética dos fotoelétrons é independente da intensidade da luz
incidente.
3. O Efeito Compton
"Os fótons apresentam propriedades corpusculares (de partículas) quando se
chocam com um elétron. Nessas circunstâncias, o fóton perde energia para o
elétron, diminuindo sua freqüência e aumentando o seu comprimento de onda."
4. Dualidade onda-partícula
"A Luz apresenta propriedades ondulatórias (reflexão, refração, difração,
interferência e efeito Dopler) e corpusculares (efeito fotoelétrico e efeito
Compton)".
Segundo o físico francês Louis DE BROGLIE as partículas subatômicas (elétrons,
prótons, etc.) também possuem características ondulatórias. Esse fato foi
comprovado por Clinton DAVISSON, Lester GERMER e G. P. THOMSON (filho de
J. J. Thomson) .
quinta-feira, 22 de outubro de 2009
Viagens espaciais
Até hoje o homem só saiu da Terra para dar pequenas voltas em seu "quintal". O objeto mais distante ao qual o homem já chegou foi nosso satélite Lua, embora já consiga enviar, com sucesso, naves não tripuladas a outros planetas do sistema solar. Pela tecnologia atual, mandar uma nave a Próxima Centauro, a vizinha imediata do Sol, nem pensar! Mesmo se conseguíssemos vencer o problema da grande quantidade de combustível necessária, essa nave gastaria centenas de anos para percorrer os 4,2 anos-luz que nos separam dessa estrela. Viagens a velocidades bem mais altas, desde que menores que a velocidade da luz, são, entretanto, permitidas pela Física e, quem sabe, um dia desenvolveremos tecnologia com a qual poderemos mandar naves a outras estrelas. O problema é que a quantidade de combustível necessária para acelerar uma nave cresce vertiginosamente com o aumento da velocidade requerida. À medida que a velocidade da nave cresce, gastamos cada vez mais combustível para acelerá-la cada vez menos. Um combustível do futuro, devido à sua alta eficiência, talvez venha a ser o hidrogênio, que libera energia ao ser transformado em átomos de hélio no processo de fusão nuclear. Uma nave espacial, cujos motores funcionassem a hidrogênio, só para ser acelerada à metade da velocidade da luz, teria que ter mais de 80 vezes a sua massa em combustível. Uma nave viajando à metade da velocidade da luz gastaria 120 mil anos só para ir e voltar ao centro de nossa galáxia.
A sonda NEAR encontra-se atualmente próxima ao asteróide Eros preparando-se para orbitá-loFICÇÃO E CIÊNCIA
Filmes de ficção científica não pretendem ensinar ciência, mas têm influenciado muitas gerações a optarem pela carreira científica. Isto é confirmado, agora, através de pesquisas realizadas em várias universidades, que apontam a influência da série "Jornada nas Estrelas" ("StarTrek" - há mais de 30 anos na televisão e nove filmes no cinema), na carreira dos estudantes. Navegando nessa onda, muitas escolas passaram a usar vídeos de ficção científica como ferramenta no ensino da ciência. A revista "Scientific American", edição de janeiro último, mostra o resultado de uma pesquisa da "Pardue University", indicando que os estudantes da universidade consideraram que os filmes de "Star Trek" foram decisivos para promover o interesse deles pela ciência; traz também Terence W. Cavanaugh, um pesquisador de métodos de ensino da Flórida, mostrando como os vídeos da série "Jornada nas Estrelas" provaram ser superiores aos filmes tradicionais de educação como meio de ensinar ciência. Na busca de formas alternativas de ensino, alguns setores da UFMG estão incluindo essa proposta em suas aulas. No Departamento de Física, por exemplo, o grupo de Astronomia do Observatório Astronômico da UFMG, na Serra da Piedade (OAP), pretende incrementar o trabalho de ensino e extensão que se faz ali todos os primeiros sábados do mês e o atendimento a escolas de ensino fundamental e médio com filmes de ficção científica e comentários da parte científica. Isso, após constatarem que boa parte dos freqüentadores do OAP teve seu interesse pelos assuntos científicos despertado pelos filmes de ficção científica.
Driblando a ciência
Alguns filmes de ficção científica criam mecanismos fantasiosos, cuja aplicabilidade a ciência dificilmente admitiria. Pode-se dizer que não chegam a comprometer a sua utilidade como ferramenta de ensino, desde que a sua apresentação seja acompanhada por profissionais capazes de indicar o que a ciência admite como possível e o que é apenas ficção. É o que pensa o professor de Astronomia do Departamento de Física/ICEx-UFMG, Renato Las Casas. No curso de Astronomia Geral dado este semestre para estudantes de licenciatura em Física, ele orientou o estudante Bruno Moreira de Aguiar, 21 anos, no trabalho "A Física de Jornada nas Estrelas", a ser apresentado sábado próximo, na programação aberta ao público no OAP da Serra da Piedade. "Sabemos que viagens interestelares como aquelas realizadas pela nave Enterprise em "Jornada nas Estrelas" não podem ser realizadas só com o conhecimento físico de hoje, devido às grandes distâncias entre as estrelas e à impossibilidade de uma nave atingir velocidades iguais ou maiores que a velocidade da luz", explica o professor, salientando que, para contornar essa situação, criaram-se, entre outras, as idéias de "buraco de minhoca ou túneis no espaço" e "dobra espacial".
A ficção vai além
Supondo-se dois pontos nas extremidades de uma folha de papel de 20 centímetros de comprimento, uma formiga, para ir de um ponto a outro, obrigatoriamente teria que percorrer esses 20 centímetros. Se você dobra essa folha e coloca esses pontos próximos um do outro, essa formiga,ainda assim, porque só pode se movimentar no espaço bidimensional que é a folha de papel, teria que andar os 20 centímetros. Mas um mosquitinho, que é capaz de se mover no espaço tridimensional (voando), poderia ir do ponto A ao ponto B, movimentando-se apenas alguns milímetros. "A isso é dado o nome de buraco de minhoca na ficção científica", diz o professor Renato Las Casas, lembrando que, para termos o equivalente para o espaço tridimensional precisaríamos de uma quarta dimensão espacial, o que é conjecturado quando se discute a possibilidade de túneis no espaço, até hoje não comprovado. Outra solução que permitiria à Enterprise de "Jornada nas Estrelas" viajar a velocidades maiores que a da luz é inspirada na relatividade espacial e temporal, prevista na Teoria da Relatividade de Einstein. "De uma forma mágica, a Enterprise comprimiria o espaço à sua frente e dilataria o espaço atrás dela, criando uma onda espacial que impulsionaria a nave junto com a luz de tal forma que nesse intervalo do espaço (dentro da onda) a nave não estaria a velocidades maiores que a da luz, ao contrário do que seria percebido por alguém fora dessa onda". Outro assunto que mexe muito com a imaginação e é apresentado na série de ficção, é o teletransporte, que seria tirar um objeto de uma determinada posição e levá-lo a outra sem passar pelas posições intermediárias. "Atualmente, vários grupos de cientistas têm trabalhado com essa possibilidade", lembra o professor Las Casas, citando o grupo da Universidadede Innsbruck (Aústria) que, cerca de seis meses atrás, conseguiu fazer com que uma condição física de um fóton (partícula de luz) desvanecesse de um ponto e reaparecesse instantaneamente poucos metros adiante. Curioso é que em "Jornada nas Estrelas", o teletransporte utilizado para embarque e desembarque de pessoas e cargas nos planetas foi a solução mais barata encontrada para substituir o uso de naves na simulação dessas operações.
Filmes de ficção científica não pretendem ensinar ciência, mas têm influenciado muitas gerações a optarem pela carreira científica. Isto é confirmado, agora, através de pesquisas realizadas em várias universidades, que apontam a influência da série "Jornada nas Estrelas" ("StarTrek" - há mais de 30 anos na televisão e nove filmes no cinema), na carreira dos estudantes. Navegando nessa onda, muitas escolas passaram a usar vídeos de ficção científica como ferramenta no ensino da ciência. A revista "Scientific American", edição de janeiro último, mostra o resultado de uma pesquisa da "Pardue University", indicando que os estudantes da universidade consideraram que os filmes de "Star Trek" foram decisivos para promover o interesse deles pela ciência; traz também Terence W. Cavanaugh, um pesquisador de métodos de ensino da Flórida, mostrando como os vídeos da série "Jornada nas Estrelas" provaram ser superiores aos filmes tradicionais de educação como meio de ensinar ciência. Na busca de formas alternativas de ensino, alguns setores da UFMG estão incluindo essa proposta em suas aulas. No Departamento de Física, por exemplo, o grupo de Astronomia do Observatório Astronômico da UFMG, na Serra da Piedade (OAP), pretende incrementar o trabalho de ensino e extensão que se faz ali todos os primeiros sábados do mês e o atendimento a escolas de ensino fundamental e médio com filmes de ficção científica e comentários da parte científica. Isso, após constatarem que boa parte dos freqüentadores do OAP teve seu interesse pelos assuntos científicos despertado pelos filmes de ficção científica.
Driblando a ciência
Alguns filmes de ficção científica criam mecanismos fantasiosos, cuja aplicabilidade a ciência dificilmente admitiria. Pode-se dizer que não chegam a comprometer a sua utilidade como ferramenta de ensino, desde que a sua apresentação seja acompanhada por profissionais capazes de indicar o que a ciência admite como possível e o que é apenas ficção. É o que pensa o professor de Astronomia do Departamento de Física/ICEx-UFMG, Renato Las Casas. No curso de Astronomia Geral dado este semestre para estudantes de licenciatura em Física, ele orientou o estudante Bruno Moreira de Aguiar, 21 anos, no trabalho "A Física de Jornada nas Estrelas", a ser apresentado sábado próximo, na programação aberta ao público no OAP da Serra da Piedade. "Sabemos que viagens interestelares como aquelas realizadas pela nave Enterprise em "Jornada nas Estrelas" não podem ser realizadas só com o conhecimento físico de hoje, devido às grandes distâncias entre as estrelas e à impossibilidade de uma nave atingir velocidades iguais ou maiores que a velocidade da luz", explica o professor, salientando que, para contornar essa situação, criaram-se, entre outras, as idéias de "buraco de minhoca ou túneis no espaço" e "dobra espacial".
A ficção vai além
Supondo-se dois pontos nas extremidades de uma folha de papel de 20 centímetros de comprimento, uma formiga, para ir de um ponto a outro, obrigatoriamente teria que percorrer esses 20 centímetros. Se você dobra essa folha e coloca esses pontos próximos um do outro, essa formiga,ainda assim, porque só pode se movimentar no espaço bidimensional que é a folha de papel, teria que andar os 20 centímetros. Mas um mosquitinho, que é capaz de se mover no espaço tridimensional (voando), poderia ir do ponto A ao ponto B, movimentando-se apenas alguns milímetros. "A isso é dado o nome de buraco de minhoca na ficção científica", diz o professor Renato Las Casas, lembrando que, para termos o equivalente para o espaço tridimensional precisaríamos de uma quarta dimensão espacial, o que é conjecturado quando se discute a possibilidade de túneis no espaço, até hoje não comprovado. Outra solução que permitiria à Enterprise de "Jornada nas Estrelas" viajar a velocidades maiores que a da luz é inspirada na relatividade espacial e temporal, prevista na Teoria da Relatividade de Einstein. "De uma forma mágica, a Enterprise comprimiria o espaço à sua frente e dilataria o espaço atrás dela, criando uma onda espacial que impulsionaria a nave junto com a luz de tal forma que nesse intervalo do espaço (dentro da onda) a nave não estaria a velocidades maiores que a da luz, ao contrário do que seria percebido por alguém fora dessa onda". Outro assunto que mexe muito com a imaginação e é apresentado na série de ficção, é o teletransporte, que seria tirar um objeto de uma determinada posição e levá-lo a outra sem passar pelas posições intermediárias. "Atualmente, vários grupos de cientistas têm trabalhado com essa possibilidade", lembra o professor Las Casas, citando o grupo da Universidadede Innsbruck (Aústria) que, cerca de seis meses atrás, conseguiu fazer com que uma condição física de um fóton (partícula de luz) desvanecesse de um ponto e reaparecesse instantaneamente poucos metros adiante. Curioso é que em "Jornada nas Estrelas", o teletransporte utilizado para embarque e desembarque de pessoas e cargas nos planetas foi a solução mais barata encontrada para substituir o uso de naves na simulação dessas operações.
A nave Enterprise orbitando um planeta em outro sistema de nossa galáxia
terça-feira, 13 de outubro de 2009
VIAGENS INTERESTELARES
A VELOCIDADE DA LUZ É O LIMITE
À noite, quando acendemos a luz de um quarto, temos a impressão de que essa luz chega instantaneamente em todos os pontos do quarto e à nossa vista. Isso porque a velocidade da luz é muito grande (300.000 km/s). A luz gasta frações de décimos de milionésimos de segundo para sair da lâmpada, refletir na parede e chegar às nossas vistas. A sua velocidade é tão grande que, para percorrer os 150 milhões de quilômetros que separam a Terra do Sol, a luz gasta apenas 8 minutos; 4,2 anos para percorrer os quase 40 trilhões de quilômetros que nos separam de Próxima Centauro, a estrela mais próxima do Sol, e 100 mil anos para atravessar a nossa galáxia de ponta a ponta.
À noite, quando acendemos a luz de um quarto, temos a impressão de que essa luz chega instantaneamente em todos os pontos do quarto e à nossa vista. Isso porque a velocidade da luz é muito grande (300.000 km/s). A luz gasta frações de décimos de milionésimos de segundo para sair da lâmpada, refletir na parede e chegar às nossas vistas. A sua velocidade é tão grande que, para percorrer os 150 milhões de quilômetros que separam a Terra do Sol, a luz gasta apenas 8 minutos; 4,2 anos para percorrer os quase 40 trilhões de quilômetros que nos separam de Próxima Centauro, a estrela mais próxima do Sol, e 100 mil anos para atravessar a nossa galáxia de ponta a ponta.
A teoria de Einstein
O mais comum, quando alguém ouve falar da Teoria da Relatividade de Einstein, é dizer que ela foge ao bom senso. O fato é que as "novidades" dessa teoria só são perceptíveis quando temos corpos com velocidades muito altas, comparadas com a velocidade da luz, o que, portanto, não faz parte do nosso dia a dia. Segundo Einstein, à medida que a velocidade de um objeto aumenta, sua massa aumenta, seu comprimento diminui e intervalos de tempo medidos por observadores nesse objeto aumentam. Se um corpo qualquer, por menor que fosse, atingisse a velocidade da luz, ele passaria a ter uma massa infinita. Temos assim que toda a energia do universo não seria suficiente para acelerar uma pulga à velocidade da luz. A velocidade da luz é uma velocidade limite, inatingível no universo.
O mais comum, quando alguém ouve falar da Teoria da Relatividade de Einstein, é dizer que ela foge ao bom senso. O fato é que as "novidades" dessa teoria só são perceptíveis quando temos corpos com velocidades muito altas, comparadas com a velocidade da luz, o que, portanto, não faz parte do nosso dia a dia. Segundo Einstein, à medida que a velocidade de um objeto aumenta, sua massa aumenta, seu comprimento diminui e intervalos de tempo medidos por observadores nesse objeto aumentam. Se um corpo qualquer, por menor que fosse, atingisse a velocidade da luz, ele passaria a ter uma massa infinita. Temos assim que toda a energia do universo não seria suficiente para acelerar uma pulga à velocidade da luz. A velocidade da luz é uma velocidade limite, inatingível no universo.
O ano-luz
Uma unidade de distância muito útil em Astronomia e que tem um sentido físico muito interessante, chama-se ano-luz, que é a distância que a luz percorre em um ano e equivale a quase 10 trilhões de quilômetros. Quanto mais distante observamos um objeto, mais no passado estamos vendo-o, devido ao tempo que a luz gasta para sair do objeto e chegar até nós. Quando observamos o Sol, estamos vendo, na realidade, o Sol de oito minutos ou 0,000.016 anos atrás. Quando observamos Próxima Centauro, estamos vendo essa estrela há 4,2 anos atrás. Quando observamos um objeto que se encontra distante 10 anos-luz de nós, estamos vendo-o há 10 anos atrás. O diâmetro de nossa galáxia é de 100 mil anos-luz e estamos há 30 mil anos-luz de seu centro.
Uma unidade de distância muito útil em Astronomia e que tem um sentido físico muito interessante, chama-se ano-luz, que é a distância que a luz percorre em um ano e equivale a quase 10 trilhões de quilômetros. Quanto mais distante observamos um objeto, mais no passado estamos vendo-o, devido ao tempo que a luz gasta para sair do objeto e chegar até nós. Quando observamos o Sol, estamos vendo, na realidade, o Sol de oito minutos ou 0,000.016 anos atrás. Quando observamos Próxima Centauro, estamos vendo essa estrela há 4,2 anos atrás. Quando observamos um objeto que se encontra distante 10 anos-luz de nós, estamos vendo-o há 10 anos atrás. O diâmetro de nossa galáxia é de 100 mil anos-luz e estamos há 30 mil anos-luz de seu centro.
quarta-feira, 30 de setembro de 2009
Hádrons, bósons e o Big Bang
Hádrons
Estas partículas são combinações de quarks, eles têm massa e residem no núcleo. Os dois exemplos mais comuns de hádrons são prótons e nêutrons, e cada um é uma combinação de três quarks:
próton = 2 quarks up + 1 quark down [+1 carga de próton = (+2/3) + (+2/3) + (-1/3)]
nêutron = 2 quarks down + 1 quark up [0 carga de nêutron = (-1/3) + (-1/3) + (+2/3)]
Bósons
Considera-se que estas partículas mudem quando as interações acontecem. Uma interação é definida como um impulso ou puxão. Mas isso não nos diz o que é realmente ou como é mediada. Richard Feynman sugeriu que as interações ocorrem quando duas partículas trocam um bóson, ou partícula de calibre. Pense em duas pessoas de patins: se uma pessoa joga uma bola e a outra pega, elas estão sendo empurradas em sentidos opostos. Nesta analogia, os patinadores são as partículas fundamentais, a bola transportadora da força e a repulsão é a força. No caso das partículas, vemos a força que é o efeito, mas não a troca.
Há quatro bósons conhecidos:
glúon - mediador da interação forte, mas apenas opera sobre distâncias de 10-13 cm;
W e Z - mediador da interação fraca (1/10.000 da interação forte), mas apenas opera sobre distâncias de 10-15 cm;
fóton - mediador de interação eletromagnética (1/137 da interação forte) e opera sobre uma distância infinita; Uma quinta partícula de calibre (gráviton) tem sido proposta, mas ainda não foi encontrada. O gráviton é considerado como mediador da gravidade, que é 10-39 da interação forte e opera sobre uma distância infinita.
Historicamente, James Clerk Maxwell unificou a eletricidade e o magnetismo no século XIX. Como os físicos haviam construído aceleradores mais poderosos com temperaturas e energias mais altas, eles perceberam que certas interações vinham juntas, ou unificadas. As experiências com aceleradores de partículas mostraram que a interação eletromagnética e a interação fraca podem ser agrupadas na interação eletrofraca. Muitos físicos acreditam que todas as forças eram provenientes de uma única força existente há muito tempo. As teorias que tentam unificar as forçassão chamadas de teorias unificadas ou grandes teorias unificadas (GTU). Espera-se que as GTUs nos digam que o universo possa ter sido assim em seus primórdios. Pelo fato das experiências com os aceleradores simularem (o que é considerado como sendo) as condições que existiam frações de segundo depois do Big Bang, elas podem providenciar evidências para apoiar ou contradizer várias GTUs.
De acordo com a teoria do Big Bang:
antes do Big Bang, o universo era extremamente quente e pequeno e a matéria existia apenas como quarks livres;
uma vez que a explosão aconteceu:
uma rápida inchação ocorreu e o universo esfriou;
os quarks se combinaram em hádrons;
as interações se separaram;
a matéria (átomos) se formou;
matéria condensada em galáxias, estrelas, etc Aumentando mais e mais os aceleradores de partículas, os físicos podem simular as condições que existiam dentro de 10-43 segundos do Big Bang!
Estas partículas são combinações de quarks, eles têm massa e residem no núcleo. Os dois exemplos mais comuns de hádrons são prótons e nêutrons, e cada um é uma combinação de três quarks:
próton = 2 quarks up + 1 quark down [+1 carga de próton = (+2/3) + (+2/3) + (-1/3)]
nêutron = 2 quarks down + 1 quark up [0 carga de nêutron = (-1/3) + (-1/3) + (+2/3)]
Bósons
Considera-se que estas partículas mudem quando as interações acontecem. Uma interação é definida como um impulso ou puxão. Mas isso não nos diz o que é realmente ou como é mediada. Richard Feynman sugeriu que as interações ocorrem quando duas partículas trocam um bóson, ou partícula de calibre. Pense em duas pessoas de patins: se uma pessoa joga uma bola e a outra pega, elas estão sendo empurradas em sentidos opostos. Nesta analogia, os patinadores são as partículas fundamentais, a bola transportadora da força e a repulsão é a força. No caso das partículas, vemos a força que é o efeito, mas não a troca.
Há quatro bósons conhecidos:
glúon - mediador da interação forte, mas apenas opera sobre distâncias de 10-13 cm;
W e Z - mediador da interação fraca (1/10.000 da interação forte), mas apenas opera sobre distâncias de 10-15 cm;
fóton - mediador de interação eletromagnética (1/137 da interação forte) e opera sobre uma distância infinita; Uma quinta partícula de calibre (gráviton) tem sido proposta, mas ainda não foi encontrada. O gráviton é considerado como mediador da gravidade, que é 10-39 da interação forte e opera sobre uma distância infinita.
Historicamente, James Clerk Maxwell unificou a eletricidade e o magnetismo no século XIX. Como os físicos haviam construído aceleradores mais poderosos com temperaturas e energias mais altas, eles perceberam que certas interações vinham juntas, ou unificadas. As experiências com aceleradores de partículas mostraram que a interação eletromagnética e a interação fraca podem ser agrupadas na interação eletrofraca. Muitos físicos acreditam que todas as forças eram provenientes de uma única força existente há muito tempo. As teorias que tentam unificar as forçassão chamadas de teorias unificadas ou grandes teorias unificadas (GTU). Espera-se que as GTUs nos digam que o universo possa ter sido assim em seus primórdios. Pelo fato das experiências com os aceleradores simularem (o que é considerado como sendo) as condições que existiam frações de segundo depois do Big Bang, elas podem providenciar evidências para apoiar ou contradizer várias GTUs.
De acordo com a teoria do Big Bang:
antes do Big Bang, o universo era extremamente quente e pequeno e a matéria existia apenas como quarks livres;
uma vez que a explosão aconteceu:
uma rápida inchação ocorreu e o universo esfriou;
os quarks se combinaram em hádrons;
as interações se separaram;
a matéria (átomos) se formou;
matéria condensada em galáxias, estrelas, etc Aumentando mais e mais os aceleradores de partículas, os físicos podem simular as condições que existiam dentro de 10-43 segundos do Big Bang!
terça-feira, 22 de setembro de 2009
Férmions: matéria e antimatéria
Férmions se distinguem entre matéria (léptons e quarks) e antimatéria.
Léptons
Os léptons são partículas extremamente pequenas (menos de 10-15 m de raio) que não têm tamanho conhecido ou estrutura interna. Eles têm massas minúsculas, viajam muito rápido e são descritos de uma forma melhor pelas funções de onda. Os exemplos mais conhecidos de léptons são o elétron e o neutrino. Os léptons foram classificados como:
elétron-elétron neutrino
múon-múon neutrino
tau-tau neutrino
Quarks
Os quarks são partículas extremamente pequenas (menos de 10-15 m de raio) que participam da interação nuclear forte. Os quarks (únicos) isolados nunca foram encontrados, provavelmente porque eles se combinam muito rapidamente. Os quarks também têm cargas elétricas fracionadas, eles são classificados assim:
down (d) - carga = -1/3
up (u) - carga = +2/3
strange (estranho) (s) - carga = -1/3
charm (charmoso) (c) - carga = +2/3
bottom (b) - carga = -1/3
top (t) - carga = +2/3 (mais massivo, descoberto em 1995)
A partir de agora, os quarks são considerados como sendo as partículas mais fundamentais.
Antimatéria
Não se sabe muito sobre a antimatéria. A primeira partícula de antimatéria descoberta foi o pósitron, que tem uma massa similar a de um elétron mas com uma carga positiva. Esta área da física de partículas está sendo investigada atualmente.
Léptons
Os léptons são partículas extremamente pequenas (menos de 10-15 m de raio) que não têm tamanho conhecido ou estrutura interna. Eles têm massas minúsculas, viajam muito rápido e são descritos de uma forma melhor pelas funções de onda. Os exemplos mais conhecidos de léptons são o elétron e o neutrino. Os léptons foram classificados como:
elétron-elétron neutrino
múon-múon neutrino
tau-tau neutrino
Quarks
Os quarks são partículas extremamente pequenas (menos de 10-15 m de raio) que participam da interação nuclear forte. Os quarks (únicos) isolados nunca foram encontrados, provavelmente porque eles se combinam muito rapidamente. Os quarks também têm cargas elétricas fracionadas, eles são classificados assim:
down (d) - carga = -1/3
up (u) - carga = +2/3
strange (estranho) (s) - carga = -1/3
charm (charmoso) (c) - carga = +2/3
bottom (b) - carga = -1/3
top (t) - carga = +2/3 (mais massivo, descoberto em 1995)
A partir de agora, os quarks são considerados como sendo as partículas mais fundamentais.
Antimatéria
Não se sabe muito sobre a antimatéria. A primeira partícula de antimatéria descoberta foi o pósitron, que tem uma massa similar a de um elétron mas com uma carga positiva. Esta área da física de partículas está sendo investigada atualmente.
quinta-feira, 17 de setembro de 2009
Particulas Subatômicas
Com toda esta tecnologia, o que aprendemos sobre a estrutura da matéria? Quando os físicos começaram a usar os aceleradores nos anos 50 e 60, descobriram centenas de partículas menores do que as três bem conhecidas partículas subatômicas: prótons, nêutrons e elétrons. À medida em que aceleradores maiores eram construídos (aqueles que podiam fornecer feixes com energias mais altas), mais partículas iam sendo descobertas. A maioria destas partículas existem por apenas frações (menos de um bilionésimo) de segundo, e algumas delas combinam-se para formar partículas compostas mais estáveis. Algumas partículas estão envolvidas nas forças que mantêm o núcleo do átomo unido e outras não. Examinando esta complicada figura, um modelo padrão do átomo surgiu.
De acordo com este modelo, a matéria pode ser dividida nos seguintes blocos:
1.1.2quarks - partículas elementares que ajudam a manter o núcleo unido
1.2antimatéria - antipartículas dos quarks e léptons (antiquarks, antiléptons)
De acordo com este modelo, a matéria pode ser dividida nos seguintes blocos:
1. férmions - partículas subatômicas que torna conhecida a matéria e a antimatéri
1.1. matéria
1.1.2quarks - partículas elementares que ajudam a manter o núcleo unido
1.2antimatéria - antipartículas dos quarks e léptons (antiquarks, antiléptons)
2. hádrons - partículas compostas (exemplos: próton, nêutron)
3. bósons - partículas que carregam forças (quatro tipos conhecidos)
quarta-feira, 9 de setembro de 2009
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