fisica - PROFESSOR RAMON NEIVA

dicas do vestibular
fisica: advento da fisica moderna
1) Introdução
Elaborado pelo professor Ananias do Sistema de Ensino Energia.
2) Mecânica clássica
Durante 2005, foi comemorado em todo o planeta o Ano Internacional
da Física. A escolha da data não foi por acaso, pois tivemos naquele
ano o centenário de grandes publicações realizadas por Albert Einstein,
entre elas a teoria da relatividade (mecânica relativística), que foi contra
vários princípios físicos até então tomados como intocáveis e pertencentes à mecânica clássica.
Albert Einstein, 1905.
3) Mecânica relativística
Segundo a mecânica clássica (newtoniana):
De acordo com a mecânica relativística:
· a massa de um objeto não depende do referencial ou do seu estado de
movimento;
· o tempo passa do mesmo jeito para qualquer observador, ou seja, para
qualquer referencial;
· o comprimento (distância, altura, largura etc.) possui o mesmo valor
para qualquer referencial parado ou em movimento, com alta ou baixa
velocidade, acelerando ou freando;
· a velocidade depende do referencial, mesmo para a luz.
· a massa de um objeto é variável, dependendo do seu estado de movimento; quanto mais próximo de c (velocidade da luz no vácuo), maior
a massa do objeto;
· o tempo passa mais devagar quanto mais próxima de c for a velocidade de um objeto;
· o comprimento depende da velocidade e este diminui quanto mais próxima de c for a velocidade do objeto;
· a velocidade da luz é constante para qualquer referencial inercial, isto
é, que não esteja acelerado por exemplo. Se a velocidade de um
mesmo pulso luminoso for medido por um observador em repouso na
Terra e outro que se desloca ao lado dele com velocidade v, o resulta8
do será sempre o mesmo para ambos: 300000 km/s (3 . 10 m/s).
Isaac Newton.
4) Pardoxo dos gêmeos
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Albert Einstein, 1947.
5) Efeito fotoelétrico
Suponhamos que dois gêmeos idênticos sejam colocados em situações diferentes, um fica na
Terra e o outro é colocado no interior de uma nave que se move com velocidade próxima à da luz. Ao
retornar à Terra, segundo a mecânica relativística, o gêmeo viajante será mais novo do que o que
ficou na Terra. Assim, quanto maior a velocidade, mais devagar o tempo passa; portanto, os gêmeos deixariam de ser idênticos.
Já para a mecânica clássica, isso não aconteceria.
Heinrich Hertz.
6) Experiência de Thomson
Em1887, Heinrich Hertz notou descargas elétricas com maior facilidade
entre dois condutores submetidos a uma d.d.p. quando esses eram
expostos a radiação ultravioleta. Esse fenômeno ficou conhecido como
efeito fotoelétrico.
Einstein, em 1905, postulou que um feixe de luz consiste em pequenos
pacotes de energia, os quantas de luz ou fótons, que pode ser transferida para o elétron da estrutura metálica. Essa transferência é um processo de tudo ou nada, em que o elétron obtém toda ou nenhuma energia
do fóton. O fóton, então, deixa de existir. A energia obtida pelo elétron
pode permitir-lhe escapar da superfície do metal se ele estiver se deslocando no sentido adequado. Esse fenômeno é chamado de efeito fotoelétrico. Esta explicação, correta, dada por Einstein, proporcionou a ele,
em 1921, o prêmio Nobel.
Em 1897, o físico inglês J. J. Thomson, através de experiências realizadas com a ampola de Croockes (tubo de raios catódicos), conseguiu
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medir a relação entre a carga e a massa (e/m = 1,7 . 10 C/kg ) de corpúsculos (achou um valor constante para essa quantidade). Hoje,
esses corpúsculos são chamados de elétrons. Assim, Thomson recebeu o crédito pela descoberta da primeira partícula subatômica, o elétron, e isso lhe rendeu, em 1906, o prêmio Nobel.
ímã
raios
catódicos
cátodo
Joseph Thomson.
bomba
de vácuo
+ +
++++
+ ++
+
+ +
luminosidade
esverdeada
ânodo
Funcionamento básico do tubo de raios catódicos (TRC).
7) Postulado fundamental da física quântica
8) Experiência de Millikan da gota de óleo
De acordo com a teoria quântica, uma energia radiante (luz, raio X,
ultravioleta etc.) é descontínua, ou seja, está dividida em pacotes de
energia que recebem o nome latino de quantum de energia. A quantidade de energia de cada quantum é diretamente proporcional à freqüência dessa radiação, resultando na equação formulada por Max
Planck em 1900 (em que h é conhecido como constante de Planck):
E = h . f.
Aparato de Millikan
–
Max Planck.
Robert Millikan.
gotas de óleo
pulverizador
placa A
+++++++
+++++++
orifício
fonte de tensão
variável
+
O cientista norte-americano Robert Millikan realizou, entre 1909 e 1913,
várias experiências que lhe permitiram determinar a carga de um elétron
individual. Lançou gotículas de óleo no interior de uma câmara que possuía duas placas horizontais paralelas, submetidas a uma d.d.p. Na
queda da gota, essas placas se eletrizavam geralmente com carga negativa, podendo ocorrer equilíbrio entre o peso da gota e a força elétrica. A
partir desse equilíbrio e repetindo a experiência milhares de vezes, Millikan
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–
obteve o valor da carga do elétron: q = 1,6 . 10 C carga de e . Tendo des–
coberto o valor de e utilizando a relação determinada por Thomson (e/m),
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também encontrou a massa do elétron (me = 9,1 . 10 kg).
–
VAB
d
luneta
–––––––––––––––––
placa B
Esquema de funcionamento do aparato usado por Millikan em seu experimento.