Dualidade onda-partícula

Uma onda é uma perturbação que se propaga em um meio. No caso de uma onda eletromagnética a perturbação é do campo elétrico e do campo magnético. É um argumento plausível pra explicar a luz.

Mas alguns experimentos realizados no fim do século XIX mudam um pouco essa concepção com relação a este importante ente físico. Entre os mais relevantes, podem ser citados o efeito fotoelétrico, o espalhamento Compton e a produção de raios X.

Quando se faz um experimento com partículas em fenda única, observa-se uma região de máxima incidência de partículas, conforme mostra a figura 01.

Figura 01: as partículas são colimadas por uma fenda e incidem no anteparo formando um padrão de interferência com uma franja apenas.

Fica evidente o caráter ondulatório quando se faz um experimento com fenda de espessura da ordem do comprimento de onda da luz incidente conforme a figura 02.

Figura 02: ao centro, apenas uma franja de intensidade luminosa máxima.

Nestes dois casos se observa a intensidade máxima em uma única região do anteparo.
Quando a onda incide em um colimador com duas fendas observa-se um padrão de interferência com várias franjas. Isto ocorre devido ao fato de que há uma interferência construtiva quando a intensidade máxima da onda da luz emergente de uma fenda coincide com o máximo da onda emergente da outra fenda. Isso ocorre porque há uma diferença de caminho da luz emergente de cada fenda. O mesmo acontece com os mínimos e forma o padrão de interferência da figura 03.

Figura 03: várias franjas de intensidade luminosa máxima no centro.

Quando a mesma experiência é realizada com partículas, o padrão deve ser formado apenas por duas raias de máxima intensidade. Mas não é isto que se observa se a mesma experiência for realizada com prótons, nêutrons ou elétrons. O que se observa é um padrão de interferência! É isto que intriga os físicos: a luz se comporta ora como onda, ora como partícula. E as partículas se comportam como onda em determinadas situações.

Fonte: http://www.infoescola.com/fisica/dualidade-onda-particula/

O Espectro Eletromagnético

A energia eletromagnética pode ser ordenada de maneira contínua em função de seu comprimento de onda ou de sua freqüência, sendo esta disposição denominada de "espectro eletromagnético". Este apresenta subdivisões de acordo com as características de cada região. Cada subdivisão é função do tipo de processo físico que dá origem a energia eletromagnética, do tipo de interação que ocorre entre a radiação e o objeto sobre o qual esta incide e da transparência da atmosfera em relação à radiação eletromagnética.

O espectro eletromagnético se estende desde comprimentos de onda muito curtos associados aos raios cósmicos, até as ondas de rádio de baixa freqüência e grandes comprimentos de onda, como mostra a figura abaixo:

Radiação Gama : é emitida por materiais radioativos, por ser muito penetrante (alta energia) tem aplicações em medicina (radioterapia) e em processos industriais (radiografia industrial).

Raios X: é produzido através do freamento de elétrons de grande energia eletromagnética.

Ultravioleta (UV): é produzida em grande quantidade pelo Sol, sendo emitida na faixa de 0,003 µm até mais ou menos 0,38 µm.

Visível (luz): é o conjunto de radiações eletromagnéticas que podem ser detectadas pelo sistema visual humano.

Violeta: 0,38 a 0,45 µm
Azul: 0,45 a 0,49 µm
Verde: 0,49 a 0,58 µm
Amarelo: 0,58 a 0,60 µm
Laranja: 0,60 a 0,62 µm
Vermelho: 0,62 a 0,70 µm

Infravermelho (IV): é região do espectro que se estende de 0,7 a 1000 µm e costuma ser dividida em três sub-regiões:
- IV próximo: 0,7 a 1,3 µm
- IV médio: 1,3 a 6 µm
- IV distante: 6 a 1000 µm

Microondas: são radiações eletromagnéticas produzidas por sistemas eletrônicos (osciladores) e se estendem pela região do espectro de 1 mm até cerca de 1m, o que corresponde ao intervalo de freqüência de 300GHz a 300MHz. Os feixes de microondas são emitidos e detectados pelos sistemas de radar (radio detection and ranging).

Rádio: é o conjunto de energias de freqüência menor que 300Ghz (comprimento de onda maior que 1m).

Os objetos da superfície terrestre como a vegetação, a água e o solo refletem, absorvem e transmitem radiação eletromagnética em proporções que variam com o comprimento de onda, de acordo com as suas características bio-físico-químicas. As variações da energia refletida pelos objetos podem ser representadas através de curvas, como as apresentadas na Figura 3.

Fonte: http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u26.jhtm

Por que o céu é azul ?

Quem nunca se perguntou com quantos paus se faz uma canoa, ou até mesmo... Por que o céu é azul? Quando somos crianças, lá pela fase dos cinco/seis anos, o bicho da curiosidade cresce dentro da gente. Queremos saber o por quê disso, o por quê daquilo ... Não descansamos até a tão esperada resposta - por mais absurda que ela seja!

- O céu é azul porque o mar é azul.
- Sim, e daí?
- Daí que os raios do sol 'batem' na água do mar e o azul reflete no céu.
- Ahhhhh... (vai pensando que sou idiota, vai)

EU SEI, ISSO É UMA LOUCURA!

Tudo bem que o sol tem lá sua parcela de contribuição (é importantíssimo) para cartela de cores do cèu, mas o mar, coitado, ele não tem nada a ver com isso!

Se você já viu fotografias do espaço, percebeu que os astronautas veem o céu sempre bem escuro. Mas, aqui debaixo conseguimos enxergar o céu em diversos tons: azul, alaranjado, vermelho... Tá, e por que isso? Pois tudo isso acontece graças à forma como a luz se espalha pela atmosfera! Pode parecer estranho, mas a luz é uma forma de energia que atravessa o espaço como uma onda. Isso mesmo: uma onda! Só que uma onda bem pequenininha: para achar o comprimento de uma onda de luz solar, por exemplo, precisaríamos dividir um milímetro em mil partes iguais.

O dito popular que diz que tamanho não é documento não vale para a luz. Sabe por quê? Pois o tamanho da onda descrita por essa forma de energia determina justamente a cor que ela tem. As ondas menorzinhas são azuis; as ondas mais compridas são vermelhas.

Já fez alguma experiência com um prisma? O prisma é um objeto de vidro ou cristal usado para decompor a luz solar. Você certamente ouviu falar que a luz branca é a união de todas as cores, não é mesmo? Pois a luz solar é branca justamente por ser formada por ondas de diferentes tamanhos. Com a ajuda de um prisma, conseguimos ver os feixes coloridos que a formam.

Quando a luz solar chega na Terra, encontra um obstáculo: a atmosfera, ou seja, a grande massa de ar que envolve o planeta. Ao esbarrar nas moléculas de ar, as ondas de diferentes tamanhos (e cores!) começam a se espalhar cada uma de um jeito. As ondas de menor comprimento se espalham com mais facilidade. E qual a cor da menor onda de luz? Exatamente: azul! Este mecanismo também explica as variações de cor no céu.

E o que ocorre em cidades mais poluídas?

Agora não é mais o ângulo e o fato de ser um caminho mais longo, que está influenciando . Nas cidades mais poluidas além das moléculas de ar, estão em suspensão, na atmosfera, partículas de poeira. Quando essas partículas são menores que as ondas, provocam um espalhamento ainda maior da luz. As ondas de cor azul se espalham tanto, que acabam se diluindo, permitindo assim que enxerguemos ondas mais compridas como as vermelhas e as amarelas.

Este espalhamento é chamado de Espalhamento Rayleigh, e é um tipo de espalhamento elástico, isto é, um espalhamento que conserva a frequência inicial da onda.


Fonte: http://www.invivo.fiocruz.br/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=889&sid=9

Por que os grandes navios não afundam na água?

Um navio não afunda devido à força que a água faz para empurrá-lo em direção à superfície. Essa força "descomunal" chama-se empuxo, ou seja, na água, duas forças agem sobre o navio: o peso (P), que age de cima para baixo e o empuxo (E), que age de baixo para cima.

Segundo o princípio de Arquimedes: "Todo corpo mergulhado em um líquido recebe por parte deste a aplicação de uma força de baixo para cima".

Sendo assim, para não afundar o navio precisa deslocar seu peso em água antes de submergir. E isso é conseguido porque este é dotado de partes ocas e é constituído de materiais resistentes e de baixo peso, que lhe dão menor densidade do que a água.

Dessa forma, eis o segredo: "Quanto maior a densidade e o volume do líquido deslocado, maior será o empuxo".

Fonte: http://palavrasdearlete.blogspot.com/2009/01/por-que-um-navio-no-afunda.html

Por que a pressão atmosférica não nos esmaga ?

Fisicamente, a pressão equivale à força aplicada em uma determinada área. No caso da pressão atmosférica ao nível do mar, tem-se um valor de 1 kgf/cm2. E isso não é pouco. Considerando que um adulto tem uma área corporal de aproximadamente 1m2, podemos considerar que, ao nível do mar, é como se sobre a área do seu corpo estivesse igualmente distribuída uma massa de 10 toneladas.

E como isso não nos esmaga? O motivo é que nosso corpo está cheio de ar, e a mesma pressão que atua de fora para dentro atua de dentro para fora. Assim, como qualquer variação na pressão externa se transmite integralmente a todo nosso corpo, segundo o Princípio de Pascal, já estamos perfeitamente adaptados à enorme pressão externa, e não sentimos o seu efeito sobre o nosso corpo, pois este possui sensores que detectam muito melhor as pequenas variações de pressão que podem ocorrer na pressão externa, como o tato, por exemplo, do que a própria pressão externa.

Por exemplo, sente-se uma pequena variação de pressão na cavidade auditiva quando subimos ou descemos de alturas consideráveis rapidamente, como em estradas nas serras ou até mesmo em elevadores de prédios muito altos. Às vezes, nessas ocasiões, a passagem do ar é bloqueada por alguns instantes e a diferença de pressão entre o ar exterior e interior da cavidade auditiva pode provocar uma sensação dolorosa.

Fonte:http://www.sbt.com.br/eliana/truques/

A física na prática

A Revolução Industrial e a Ciência

A Revolução Industrial foi o processo caracterizado pela mudança de uma economia agrária, baseada no trabalho manual, para uma economia dominada pela indústria mecanizada. Teve início na Inglaterra, país que, por volta de 1760, adiantou sua industrialização em 50 anos, em relação ao continente europeu, e assumiu uma posição de vanguarda na expansão colonial.

Essa Revolução caracteriza-se pelo uso de novas fontes de energia, pela invenção de máquinas que aumentam a produção, pela divisão e especialização do trabalho, pelo desenvolvimento do transporte e da comunicação e pela aplicação da ciência na indústria.
Assim, o nascer da ciência moderna e a revolução industrial estão intimamente relacionados.
Criada em 1698 por Newcomen, patenteada em 1705 e aperfeiçoada por Watt, a primeira máquina a vapor foi feita para drenar água acumulada nas minas de carvão e servindo de base para a mecanização de toda a indústria, como por exemplo, na extração de minério, na indústria têxtil e na fabricação de uma grande variedade de bens que, antes, eram feitos à mão.
Com o navio a vapor substituiu - se a escuna e a locomotiva a vapor substituiu os vagões puxados a cavalo e teve início o funcionamento do primeiro instrumento universal de comunicação quase instantânea, o telégrafo.Em seguida, George Stephenson para ajudar ainda mais revoluciona os transportes com a invenção da locomotiva a vapor, Thomas Edison com a energia elétrica (motores e dínamos) e Diesel com os motores de combustão interna.
Além disso, a revolução industrial desempenhou ainda outro papel importante no desenvolvimento da ciência moderna. A perspectiva de aplicação da ciência aos problemas da indústria serviu de trampolim para estimular o financiamento público da ciência. A criação de escolas técnicas no século XIX e XX encorajou a difusão do saber científico e gerou condições para novos avanços. Em diferentes graus e a diferentes velocidades os governos começaram a financiar a ciência de uma forma mais direta através da criação de bolsas de estudo, fundação de instituições de investigação e conferindo honras e postos oficiais a eminentes cientistas. No final do século XIX o filósofo natural que prosseguia os seus estudos baseado em interesses particulares dá lugar ao cientista profissional com um caráter público.

Fonte: http://www.fisica.net/historia/historia_da_fisica_resumo.php

Entendendo o motor de um carro

Você já se perguntou: “Como funciona o motor de um carro?” Se sim e se não, eu vou lhe dizer o funcionamento. Tudo começa no combustível, que é a fonte primária de energia que permite que o carro funcione. Gasolina, álcool, diesel e gás natural podem reagir com o oxigênio e produzir calor pela reação de combustão.

O automóvel convencional é um motor movido a explosão, envolto por uma cabine com rodas. Isso nos permite classificá-lo fisicamente como uma máquina térmica que converte a energia química do combustível em trabalho. O efeito disso é o deslocamento do veículo.

Hoje em dia a maior parte dos motores usam o Ciclo Otto (ou ciclo a 4 tempos), que é composto pela admissão, compressão, explosão e escape. Passo a explicar:

Primeiro tempo: admissão

Para que o combustível atinja as características explosivas necessárias ao funcionamento do ciclo, é necessário que ele seja misturado a uma quantidade de ar.

Para isso, o pistão que estava no ponto morto superior desce, criando um vácuo parcial no cilindro, que suga o ar atmosférico enquanto recebe o combustível do sistema de injeção através da válvula de admissão aberta. Essa mistura combustível-ar obedece a uma proporção definida, controlada pela injeção eletrônica ou pelo carburador. Ao fim do tempo de admissão, o pistão encontra-se no ponto morto inferior e todo volume do cilindro está ocupado pela mistura combustível-ar.

Segundo tempo: compressão

O pistão que estava no ponto morto inferior sobe até o ponto morto superior com as válvulas de admissão e escape fechadas. Com este movimento, a mistura combustível-ar é comprimida, alcançando a capacidade ideal de explosão. A relação entre a pressão final e a pressão inicial da mistura combustível-ar durante o tempo de compressão é chamada de taxa de compressão, sendo comumente expressa na forma 11: 1, 10: 1, 9:1 (onze por um, dez por um, nove por um) etc. Ao final do segundo tempo, o pistão atinge o ponto morto superior e a mistura está comprimida e pronta para explodir.

Terceiro tempo: explosão ou ignição

Este é o único tempo verdadeiramente motor do ciclo. Nele a mistura combustível-ar entra em ignição e explode. Nos motores do Ciclo Otto, essa ignição é provocada por uma faísca emitida pela vela (nos motores de Ciclo Diesel a explosão ocorre ao fim do tempo de compressão como resultado do aumento da temperatura em função do aumento da pressão, sem necessidade de emissão de faísca).

Com a explosão, a energia química do combustível se transforma em calor e energia mecânica sob a forma de pressão, que por sua vez causa a expansão do gás, conforme a Lei Geral dos Gases Perfeitos ajustada para condições não ideais.

A pressão desloca o pistão do ponto morto superior para o inferior, que no trajeto produz o trabalho representado pelo produto da pressão interna pelo volume do cilindro.

Quarto tempo: escape

A válvula de escape se abre, o pistão sobe do ponto morto inferior para o superior e os gases de combustão são expelidos para o sistema de escapamento.

Geralmente quando alguém dá partida no carro, não se preocupa com a voltagem e a amperagem necessárias para que o motor de arranque rompa a inércia do sistema, nem com o coeficiente de atrito entre as bronzinas e a manivela, nem mesmo com a estequiometria da mistura combustível-ar necessária para sustentar o Ciclo Otto nas partidas a frio. Mesmo assim, cada vez alguém dá partida, presta tributo aos físicos que se preocuparam com tudo isto.

Fonte: http://carros.hsw.uol.com.br/motores-de-carros.htm