Segunda-feira, 21 de Novembro de 2005

Um físico na Aula Teórica nº 7 - 22 de Novembro de 2005

Aula Teórica nº 7 - 22 de Novembro de 2005

 

Nesta aula, teremos um convidado, o físico Luís de Melo Pereira, que nos falará da importância da teoria da relatividade de Einstein.

Título da conferência seguida de debate:
 
"Einstein: uma visão sobre..."
 
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Currículum:
 
Luís de Melo Pereira
 
Licenciado pela Faculdade de Ciências da Universidade do Porto em Física, em 1993
 
Concluiu o mestrado "no ensino da´Física" na Universidade do Minho em 2002, com a dissertação: "Colorimetria da íris"
 
Lecciona no Ensino Secundário, acumulando no ISAVE uma cadeira de Química Física
 
 
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Sexta-feira, 21 de Outubro de 2005

Olá, tio Albert!

No âmbito do Ano Internacional da Física, o Departamento de Física da UMinho
está a organizar mais um ciclo de colóquios. Destinado ao grande público, este
ciclo pretende chamar a atenção para os segredos e curiosidades da Física que,
depois de descobertos, a tornam numa disciplina fascinante.

Assim, o próximo colóquio é já no dia 28 de Outubro no Museu D. Diogo de
Sousa - Braga, pelas 17 horas.


Título: Olá, tio Albert!

Orador: Prof. Doutor Manuel Fiolhais

Coordenador do Centro de Física Computacional da Universidade Coimbra Vice-presidente do Conselho Cientifico da FCTUC

Breve Resumo do Colóquio

Einstein, como outro qualquer homem, foi um viajante no espaço-tempo. Há cem
anos, em Berna, a maior e mais brilhante produção científica do genial
cientista constituiu um marco na história da Física. Os seus trabalhos
seminais, fundadores da física quântica e da teoria da relatividade, não só
alargaram as fronteiras do conhecimento, como vieram a ter implicações no
desenvolvimento das sociedades que o próprio Einstein não podia imaginar... Na
palestra começamos por mencionar o reconhecimento, cada vez mais generalizado,
de que é a Física que está por detrás de muitos desenvolvimentos científicos e
tecnológicos de que beneficiamos quotidianamente. A proclamação de 2005 como
Ano Internacional da Física está a dar contributos decisivos neste sentido.
Faz-se na palestra uma apresentação necessariamente breve dos trabalhos de
Einstein de 1905, tendo em conta estarmo-nos a dirigir a um público não
especialista. Dando-se particular ênfase ao facto de as descobertas
científicas na área da Física estarem na origem de muitas aplicações práticas,
concretiza-se com alguns exemplos relativos aos trabalhos de Einstein. De
facto, os seus trabalhos de 1905 estão na base de objectos comuns, que
utilizamos no dia a dia, e que proporcionam os níveis de conforto de que
desfrutamos neste início do século XXI, cem anos depois do annus mirabilis.
Refere-se, por fim, a necessidade de os trabalhos de Einstein fazerem parte do
núcleo duro de conhecimentos que um estudante graduado pelo ensino secundário
deve possuir para que a nossa sociedade seja constituída por cidadãos mais
cultos e melhor preparados para a vida.


Outros colóquios previstos

9 de Novembro - A Acústica na Música

Dr. André Almeida, Institut de Recherche et Coordination Acoustique Musique,
Centre Georges Pompidou, Paris


25 de Novembro - A Física na Cozinha

Engª Maria Adelaide Sousa Oliveira, Professora do ensino secundário envolvida
nas acções de divulgação do Ciência Viva “A cozinha é um laboratório”


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Site e contactos para mais informações
FISICUM 2005
Departamento de Física
Universidade do Minho
a/c Prof. Doutor Luís Rebouta ou
 Doutora Sandra Carvalho

telefone: (+351) 253 60 43 20/253 51 04 70
fax: (+351) 253 67 89 81

e-mail: fisicum2005@fisica.uminho.pt
URL: http://www.fisica.uminho.pt/fisicum2005

 

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Terça-feira, 10 de Fevereiro de 2004

A teoria da relatividade e a teoria quântica na Física moderna

A teoria da Relatividade


Relatividade, teoria desenvolvida no início do século XX, que, originalmente, pretendia explicar certas anomalias no conceito do movimento relativo, mas, em sua evolução, converteu-se em uma das teorias básicas mais importantes das ciências físicas. Desenvolvida fundamentalmente por Albert Einstein, foi a base para que os físicos demonstrassem, posteriormente, a unidade essencial da matéria e da energia, do espaço e do tempo, e a equivalência entre as forças de gravitação e os efeitos da aceleração de um sistema.


Em 1905, Einstein publicou seu artigo sobre a teoria da relatividade especial, segundo o qual nenhum objeto do Universo se distingue por proporcionar um marco de referência absoluto em repouso. É igualmente correto afirmar que o trem se desloca em relação à estação e que a estação se desloca em relação ao trem. A hipótese fundamental em que se baseava era a inexistência do repouso absoluto no Universo, razão pela qual toda partícula ou objeto deve ser descrito mediante uma chamada linha de Universo, que traça sua posição em um contínuo espaço-tempo de quatro dimensões (três espaciais e uma temporal), na qual têm lugar todos os fatos do Universo. Também deduz que o comprimento, a massa e o tempo de um objeto variam com sua velocidade. Assim, a energia cinética do elétron acelerado converte-se em massa, de acordo com a fórmula E=mc2. Em 1915, desenvolveu sua teoria da relatividade geral, na qual considerava objetos que se movem de forma acelerada um em relação ao outro, para explicar contradições aparentes entre as leis da relatividade e a lei da gravitação. A teoria da relatividade especial afirma que uma pessoa, dentro de um veículo fechado, não pode determinar, por meio de nenhum experimento imaginável, se está em repouso ou em movimento uniforme. A da relatividade geral afirma que, se esse veículo é acelerado ou freado, ou se faz uma curva, o seu ocupante não pode assegurar se as forças produzidas se devem à gravidade ou a outras forças de aceleração. Simplesmente, a lei da gravidade de Einstein afirma que a linha de Universo de todo objeto é uma geodésica em um contínuo (uma geodésica é a distância mais curta entre dois pontos, ainda que o espaço curvo não seja, normalmente, uma linha reta; como ocorre com as geodésicas na superfície terrestre, são círculos máximos, mas não linhas retas). A linha de Universo é curva devido à curvatura do contínuo espaço-tempo na proximidade da Terra e a isso se deve a gravidade.

A teoria da relatividade geral foi confirmada de numerosas formas desde sua proposição. Vários cientistas têm tratado de unir a teoria da força gravitacional relativista com o eletromagnetismo e com outras forças fundamentais da física: as interações nucleares forte e fraca (ver Teoria do campo unificado). Em 1928, Paul Dirac expôs uma teoria relativista do elétron. Mais tarde, desenvolveu-se uma teoria de campo quântica chamada eletrodinâmica quântica, que unificava os conceitos da relatividade e a teoria quântica, no que diz respeito à interação entre os elétrons, os pósitrons e a radiação eletromagnética. Nos últimos anos, Stephen Hawking tem se dedicado a tentar integrar por completo a mecânica quântica com a teoria da relatividade.

Teoria Quântica

Teoria quântica, teoria física baseada na utilização do conceito de unidade quântica para descrever as propriedades dinâmicas das partículas subatômicas e as interações entre a matéria e a radiação. As bases da teoria foram assentadas pelo físico alemão Max Planck, o qual, em 1900, postulou que a matéria só pode emitir ou absorver energia em pequenas unidades discretas, chamadas quanta. Outra contribuição fundamental ao desenvolvimento da teoria foi o princípio da incerteza, formulado por Werner Heisenberg em 1927.

Planck desenvolveu o conceito de quantum como resultado dos estudos da radiação do corpo negro (corpo negro refere-se a um corpo ou superfície ideal que absorve toda a energia radiante, sem nenhuma reflexão). Sua hipótese afirmava que a energia só é irradiada em quanta, cuja energia é hu, onde u é a freqüência da radiação e h é o "quanta de ação", fórmula agora conhecida como constante de Planck.

O físico francês Louis Victor de Broglie sugeriu, em 1924, que uma vez que as ondas eletromagnéticas apresentam características corpusculares, as partículas também deveriam ter características ondulatórias. O conceito ondulatório das partículas levou Erwin Schrödinger a desenvolver uma equação de onda para descrever as propriedades ondulatórias de uma partícula e, mais concretamente, o comportamento ondulatório do elétron no átomo de hidrogênio.

Ainda que a mecânica quântica descreva o átomo exclusivamente por meio de interpretações matemáticas dos fenômenos observados, pode-se dizer que o átomo é formado por um núcleo rodeado por uma série de ondas estacionárias; essas ondas têm máximos em pontos determinados e cada onda estacionária representa uma órbita. O quadrado da amplitude da onda em cada ponto, em um momento dado, é uma medida da probabilidade de que um elétron se encontre ali. Já é possível dizer que um elétron é um ponto determinado em um momento dado.

A compreensão das ligações químicas foi radicalmente alterada pela mecânica quântica e passou a basear-se nas equações de onda de Schrödinger. Os novos campos da física — como a física do estado sólido, a física da matéria condensada, a supercondutividade, a física nuclear ou a física das partículas elementares — apoiaram-se firmemente na mecânica quântica. Essa teoria é na base de todas as tentativas atuais de explicar a interação nuclear forte (ver Cromodinâmica quântica) e desenvolver uma teoria do campo unificado. Os físicos teóricos, como o britânico Stephen Hawking, continuam esforçando-se para desenvolver um sistema que englobe tanto a relatividade como a mecânica quântica.

Texto extraído da enciclopédia Encarta 99 da Microsoft

 

 

Sobre as mudanças nas teorias da Física moderna

 



































 

FÍSICA

Em busca de uma teoria final


   Pesquisa pretende 
   unificar as forças
   básicas da
   natureza


Um dos maiores desafios da Física moderna é desenvolver uma teoria que descreva de forma unificada todos os fenômenos do Universo. O grande obstáculo é a incompatibilidade entre duas das principais teorias físicas deste século, a relatividade geral e a mecânica quântica. Esse desafio é o tema da pesquisa de Victor de Oliveira Rivelles, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (Ifusp) e dedicado ao problema desde os anos 80.

Cada uma dessas teorias desempenha perfeitamente seu papel quando é aplicada no contexto em que foi criada. Mas cada uma fracassa ao ser aplicada aos fenômenos descritos pela outra. Por que, então, modificá-las em vez de deixá-las como estão?
A idéia de unificação é a mola propulsora dos principais avanços da Física desde seus primórdios. Até o século 17, o movimento dos corpos terrestres e celestes era considerado distintamente. Os corpos terrestres tenderiam a parar depois de se movimentar por algum tempo, devido à sua natureza terrena. Já os corpos celestes, como o sol, a lua e os planetas, se moveriam eternamente – o que seria uma demonstração de seu caráter divino.

A mecânica clássica, formulada pelo físico inglês Isaac Newton (1642-1727), mostrou que os corpos terrestres e celestes obedecem às mesmas leis de movimento, ao dar uma descrição unificada para ambos. Suas idéias causaram uma mudança filosófica e religiosa profunda, pois mostraram, matematicamente, que o movimento dos corpos nos céus era puramente material. 
Ao sintetizar teorias que pareciam antagônicas, os cientistas conseguem descrever um número maior de fenômenos com menos hipóteses e também prever fenômenos futuros. Newton, por exemplo, baseado em sua teoria, previu a data
exata do retorno do cometa Halley. 
O físico alemão Albert Einstein (1879-1955), segundo seu
biógrafo Abraham Pais (em Einstein Viveu Aqui, Nova Fronteira, 1997, Rio de Janeiro), disse que a teoria física tem dois anseios: englobar o máximo possível de fenômenos e suas conexões e alcançar isso com base no menor número possível de conceitos independentes e relações arbitrariamente pressupostas.
 

  O objetivo fundamental da unificação de teorias físicas é, portanto, obter modelos mais eficazes para explicar e controlar a natureza. Foi o que Einstein obteve em 1915 ao formular a relatividade geral: uma teoria da gravitação mais abrangente que a de Newton. 
 

Duas teorias
incompatíveis

A mecânica quântica nasceu em 1900, com a teoria de Max Planck (1858-1947), segundo a qual a energia não se propaga num fluxo contínuo, mas por meio de pequenos pacotes de energia, os quanta. Isso permitiu dois avanços: a proposição de Albert Einstein, em 1905, de que a luz também se propagaria por meio de pacotes de energia e o modelo atômico do dinamarquês Niels Bohr (1892-1987). 
Ainda em 1905, Einstein formulou a teoria da relatividade restrita, baseada na proposição de que nenhum corpo pode alcançar velocidade superior à da luz no vácuo (300 mil km/s). Depois, mostrou a equação E=mc2 (energia é igual à massa multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz). 

E, em 1915, lançou a teoria da relatividade geral, mostrando que a gravidade de um corpo deforma o espaço e o tempo a seu redor. Essa tese foi comprovada alguns anos depois num eclipse solar em Sobral, no Ceará: comparando-se posições de estrelas ao redor do sol antes e durante o eclipse, constatou-se que, vistas daqui, elas pareciam estar mais próximas devido à passagem dos raios de luz delas perto do campo gravitacional do sol. 
A relatividade geral inspirou outras teorias, como a da expansão do Universo, pelo norte-americano Edwin Hubble (1889-1953), em 1929, e a da formação dos buracos negros pelo indiano-norte-americano Subrahmanyan Chandrasekhar (1910- 1995), em 1931. Em 1997, Wei Cui, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, e colaboradores da Nasa, a agência espacial dos Estados Unidos, anunciaram a 
descoberta de buracos negros arrastando o espaço-tempo ao seu redor, o que comprovava previsões feitas a partir da relatividade geral 80 anos antes, quando ainda não havia incompatibilidade com a teoria quântica. Em 1924, o francês Louis-Victor de Broglie (1892-1987) propôs a dualidade onda-partícula, o que lhe valeu o Prêmio Nobel de Física cinco anos depois: mostrou que o elétron pode apresentar comportamento de onda e também de partícula.
 
Três anos depois foi a vez de Werner Heisenberg, com o princípio da incerteza. Contrariando toda a tradição da mecânica clássica, em que a posição e a velocidade de um corpo sempre poderiam ser determinadas precisamente, Heisenberg mostrou que no domínio quântico é impossível determinar ambas com precisão simultaneamente. Einstein jamais aceitou essa formulação.
 

Esta página foi extraída de: http://fma.if.usp.br/~rivelles/supercordas/ciencia55.htm

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