Física moderna

Explicamos o que é a física moderna, quais estudos, seus ramos, as diferenças com a física clássica e os cientistas proeminentes

A física moderna considera que o espaço e o tempo compõem um tecido e a gravidade não passa de uma distorção desse tecido, causado pela presença de uma massa, como a do sol

O que é física moderna?

O Física moderna Refere -se à física desenvolvida no início do século XX e que é dedicado ao estudo de objetos cuja velocidade é comparável à da luz, bem como aos corpos de minúsculas dimensões: o átomo e as partículas que o constituem.

O século XIX foi crucial para a termodinâmica e a eletricidade, impulsionada pela Revolução Industrial. Mas, à medida que a tecnologia avançava, experimentos cada vez mais sofisticados mostravam fenômenos que os cientistas não podiam explicar completamente com as teorias aceitas.

Três fenômenos em particular foram as chaves no surgimento da nova física: a radiação emitida por objetos muito quentes, os espectros de linhas originados nas descargas elétricas nos gases e no efeito fotoelétrico.

Os cientistas não tinham explicações satisfatórias para esses fenômenos, a menos que os postulados revolucionários da mecânica quântica e a partícula de onda dupla, ambos da luz e da matéria. Este foi o nascimento da física moderna no início do século XX.

Aceitos hoje pela comunidade científica, na época em que eram teorias controversas, de muitas maneiras longe da física de Newton, em torno da qual todas as áreas da física clássica giram.

Quais estudos física moderna?

Os dois principais campos que estudam a física moderna são a teoria da relatividade e mecânica quântica.

A teoria da relatividade lida com a explicação do comportamento dos telefones celulares com velocidades próximas à da luz. Por sua vez, a mecânica quântica aprofunda o assunto e o estudo de suas partículas constituintes.

A teoria da relatividade

A teoria da relatividade, proposta por Albert Einstein (1879-1955), lida com os processos que ocorrem em velocidades próximas à da luz. A velocidade da luz é uma constante da natureza cujo valor de vácuo é aproximadamente 300.000 km/s. Nada se move a uma velocidade mais alta do que isso.

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No entanto, é errado pensar que os postulados da física clássica ou newtoniana não são válidos de acordo com a nova abordagem dada pela física moderna.

Pelo contrário, a teoria da relatividade é um ponto de vista mais amplo, que inclui a física newtoniana quando a velocidade é muito menor que a da luz. E a maioria dos objetos do cotidiano se move assim, exceto a própria luz.

Mecânica quântica

Por sua vez, a mecânica quântica lida com o assunto no nível das partículas que o compõem. Em uma escala tão pequena, as partículas mostram comportamento duplo: são partículas e ondas ao mesmo tempo.

As partículas têm ondas de massa e energia; portanto, se as partículas subatômicas forem ao mesmo tempo, acontece que a massa m e a energia e são equivalentes, como mostra a equação:

E = mc²

Aqui C representa a velocidade da luz no vácuo.

Além disso, por serem de natureza ondulada, as partículas não são objetos específicos cuja faixa pode ser seguida como a de uma bola de bilhar. Um fato surpreendente é que você só pode saber a probabilidade de que a partícula esteja em uma certa posição.

Ramos da física moderna

A física moderna se estende em vários ramos, intimamente ligados, entre os quais é possível mencionar:

Relatividade

Ele postula que as leis da física são as mesmas, independentemente do quadro de referência, bem como o fato de a velocidade da luz ser constante no vácuo para qualquer observador, mesmo que tenha movimento.

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Mecânica quântica

Ele lida com o comportamento da matéria em uma escala atômica e com as partículas que a compõem, considerando que a energia é quantizada, o que significa que não ocorre em valores arbitrários, mas em múltiplos de uma quantidade: quanto.

Ele também contempla que a luz e a matéria exibam uma natureza dupla: ondas e partículas. A luz é uma onda eletromagnética e, ao mesmo tempo, uma partícula, chamada fóton, cuja energia E é diretamente proporcional à frequência f:

E = h ∙ f

Sendo H a constante de Planck, cujo valor nas unidades do sistema internacional é: 6.62607015 × 10^{-3. 4} J ∙ s

Física Atômica

Ele se concentra em estudar as propriedades do átomo, o constituinte essencial do sujeito, além das interações que ocorrem entre eles e entre átomos e luz.

Física nuclear

O átomo tem uma estrutura que consiste em um núcleo e elétrons em orbital ao seu redor. O núcleo tem, não apenas a quase totalidade da massa do átomo, mas também as propriedades que dão sua individualidade a cada elemento. A física nuclear é responsável por estudar suas propriedades e interações.

Física de partículas

Existe um universo de partículas no nível subatômico, cujas características e interações estudam a física de partículas.

As partículas são classificadas em dois grandes grupos: bósons e férmions, os primeiros são responsáveis ​​por mediar interações fundamentais, como eletromagnético através de fótons. Ao segundo grupo pertence as partículas de material, como o elétron.

Cosmologia

Estude a origem e a evolução do universo, governada pela luz e partículas que compõem o sujeito.

Diferenças entre física moderna e física clássica

A física clássica é mais familiar e de perto, no sentido de que explica satisfatoriamente o mundo macroscópico e o comportamento dos objetos em baixas velocidades.

Outra diferença relevante é que há magnitudes que na física moderna são quantizadas, como energia e momento, enquanto na física clássica eles têm qualquer valor.

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Finalmente, na física clássica, a massa e a energia são duas magnitudes diferentes, que a física moderna vincula através da velocidade da luz na famosa equação de Einstein mencionada acima:

E = mc²

Cientistas da física moderna e suas contribuições

Os cientistas mais importantes da física moderna, reunidos no V Solvay, realizado em Bruxelas em 1927

Max Planck (1858-1947)

Ele foi o primeiro a propor a existência de energia, pois a única maneira de explicar satisfatoriamente a radiação do corpo negro, de modo que o pai da teoria quântica é considerado.

Albert Einstein (1879-1955)

Einstein é o criador da teoria da relatividade. Seu primeiro trabalho sobre o assunto foi publicado em 1905 e o segundo em 1916, mas não recebeu o Prêmio Nobel por eles, mas por sua explicação do efeito fotoelétrico em que ele propôs que a partícula portadora de interação eletromagnética seja o fóton.

Niels Bohr (1885-1962)

Ele desenvolveu o primeiro modelo atômico quântico, propondo que um elétron só pode ocupar os orbitais nos quais sua quantidade de movimento é um múltiplo de H/2π. Quando o elétron muda de um orbital para outro, sua energia também varia em quantos, equivalentes à diferença de energia entre o estado final e o estado inicial.

Werner Heisenberg (1901-1976)

Ele é conhecido acima de tudo pelo princípio da incerteza que leva seu nome, mas também fez grandes contribuições para a formulação matemática da mecânica quântica.

Erwin Schrodinger (1887-1961)

Ele criou um modelo de átomo baseado em mecânica quântica, mas sua contribuição mais notável é a equação de onda que leva seu nome, através do qual é possível avaliar a probabilidade de que um elétron esteja em uma determinada posição.