resumo de fsica moderna

NOES ELEMENTARES DE

FSICA MODERNA

TETU

Foras da natureza

Na natureza existem, basicamente, 4 tipos de interaes, todas elas mediadas por um tipo de bson:

Eletromagntica

Nuclear forte

Nuclear fraca

Gravitacional

A interao eletromagntica

Toda partcula dotada de carga eltrica interage com outra partcula tambm carregada, obedecendo famosa lei de duFay (mesmo sinal: repulso/ sinais opostos: atrao).

A partcula que permite essa interao o fton. Todos os ftons se propagam no vcuo com velocidade de 300.000km/s, mas podem ter energias diferentes. Isto significa que eles possuem massas diferentes. Apesar disto, todos eles possuem massa de repouso nula. Ou seja, se pararmos um fton, ele transfere totalmente sua energia para outra partcula (normalmente um eltron) e deixa de existir.

Se este eltron estiver vinculado a um tomo, ao absorver a energia de um fton, ele dar o chamado salto quntico, pulando para um orbital mais energtico. Com o tempo poder voltar ao orbital original, reemitindo um fton.

Quando um fton se move no espao vazio, produz a formao de um par eltron-psitron, que se aniquila imediatamente, restaurando o fton original (o par denominado virtual, pois no observvel). No instante seguinte, induz a formao de um par virtual invertido ( se o eltron estava em cima, agora estar embaixo).

Essa alternncia fez com que, durante muito tempo, os cientistas considerassem os ftons uma onda, denominada onda eletromagntica, na qual um campo eltrico, alternado a um campo magntico, estaria oscilando com freqncia f.

A energia E de cada fton associado a uma onda eletromagntica de freqncia f dada pela relao: E=h.f, onde h denominada constante de Plank, em homenagem ao primeiro cientista que reconheceu o carter corpuscular das radiaes eletromagnticas.

A fora eletromagntica a responsvel pela estrutura do tomo, mantendo os eltrons nas proximidades dos prtons dos ncleos. O efeito residual desta fora permite que os tomos interajam, formando molculas.

A interao nuclear forte

Alm da carga eltrica, os quarks tm outro tipo de carga. Enquanto para a carga eltrica s existem dois tipos (positiva e negativa) que somados se anulam, para essa outra carga existem 3 tipos que, se somados, anulam-se.

A interao entre essas cargas diferentes mediada pelos glons, que so trocados entre os quarks gerando uma fora atrativa e muito intensa. Essa fora to intensa, que seu efeito residual consegue manter os prtons coesos, apesar da forte repulso eltrica entre eles.

A interao nuclear fraca

Ocorre entre eltrons e prtons e entre eltrons e nutrons; atua em escala nuclear, com alcance ainda menor que a fora nuclear forte; responsvel pela emisso de eltrons pelos ncleos de certas substncias radioativas, denominada desintegrao beta.

A intensidade da fora nuclear fraca muito menor que a eletromagntica, situando-se num patamar intermedirio entre as foras eletromagnticas e gravitacionais.

A interao gravitacional

A fora gravitacional sempre atrativa e existe entre partculas dotadas de massa. a mais fraca de todas as interaes fundamentais. Por exemplo, a fora de repulso eletrosttica entre dois corpos cerca de 1036 vezes maior do que a respectiva fora gravitacional entre eles.

A fora gravitacional entre a Terra e um corpo em suas proximidades o peso do corpo. A fora gravitacional que o Sol aplica sobre um planeta responsvel pela manuteno de sua rbita.

Embora a fora gravitacional seja a mais fraca, a mais importante na Astronomia, para explicar a formao de estrelas galxias e planetas pelas seguintes razes:

continua atuando em corpos eletricamente neutros

sempre atrativa e torna-se muito intensa, porque, em escala astronmica, as massas dos corpos tornam-se extremamente grandes.

As interaes nuclear forte e nuclear fraca, devido a seu alcance curto, s tm relevncia para explicar fenmenos em escala nuclear.

Do ponto de vista macroscpico, s tm importncia as interaes eletromagntica e gravitacional.

A estrutura dos tomos e as foras interatmicas esto ligadas interao eletromagntica.

Os blocos bsicos para o funcionamento do Universo

O modelo STANDARD(PADRO) do Universo atualmente aceito pelos fsicos consiste na seguinte diviso: Basicamente a matria do Universo divide-se em dois grupos: os bsons de interao, responsveis pela interao das foras; e as partculas elementares, que dividem-se em lptons ( mais famoso o eltron, e os menos famosos: mon e o tau- ou tauon ) e quarks, que agrupados, do origem aos hdrons. Os hdrons quando agrupados 3 a 3 formam os brions, cujos exemplos mais conhecidos so o prton e o nutron. Agrupados 2 a 2 formam os msons.

Luz onda ou partcula?

Voc j viu que a luz ( onda eletromagntica ) nada mais do que uma reunio de ftons que se propagam. Assim desfaz-se aquela teoria da dualidade da luz, que ora se comporta como onda, ora como matria. O caminhar do fton que tem carter ondulatrio. O conceito de fton permite explicar porque a luz, ao incidir em uma placa metlica, pode retirar eltrons dela.

O eltron, ao receber a energia fton, abandona a placa com uma certa energia cintica. A energia do fton pode ser calculada atravs da equao de Plank E=h.f, onde h uma constante(constante de Plank) e f a freqncia do fton.

Por exemplo, se uma luz incide em uma placa e no consegue arrancar eltrons, porque a energia dos ftons incidentes no suficiente para isso. Para aumentar a energia dos ftons preciso aumentar a freqncia, ou seja, se a luz incidente vermelha, deve-se tentar trocando, por exemplo, por luz violeta( que possui freqncia maior ). Neste evento no a intensidade da luz que interessa, mas sim a sua freqncia!

Radioatividade

Alguns istopos so instveis e decaem espontaneamente com emisso de algum tipo de radioatividade. Os principais tipos so aqueles que resultam na emisso de partculas alfa(ncleos de hlio), beta(prton-nutron-eltron) e radiao gama(ftons gama).

Quando os primeiros cientistas comearam a lidar com radiao, comearam a sofrer as conseqncias a curto (queimaduras) e longo prazo (cncer), percebeu-se imediatamente que os efeitos nocivos exigiam precaues.

J em 1906 Bergonie e Tribondeau estabeleceram a lei bsica da radiobiologia: Os efeitos biolgicos da radiao so diretamente proporcionais ao ndice mittico das clulas e inversamente proporcional ao seu grau de diferenciao.Assim, clulas-tronco e clulas basais da epiderme, so, portanto, bastante sensveis radiao. J as clulas musculares, os neurnios e espermatozides so mais resistentes.

claro que existem algumas excees.

Uma mesma dosagem de radiao no produz efeitos iguais quando recebidas em intervalos diferentes de tempo. Quando mais fracionado for o recebimento, menos danosos so os efeitos. Uma coisa receber a dosagem em dois anos e outra receber em um dia!

No existe um limite inferior de dosagem abaixo do qual no exista possibilidade de se contrair cncer, por exemplo. Uma dosagem nfima pode produzir um dano extremamente perigoso no DNA de uma clula, enquanto uma dosagem alta pode no produzir mal algum, ou por no danificar o DNA ou por atingir regies desprovidas de significado gentico.

Matria e Antimatria

As partculas de matria e antimatria tm massas iguais e cargas com sinais contrrios.

As principais partculas de antimatria so:

* antieltron, tambm chamado de psitron

* antiprtonQuando uma antipartcula encontra uma partcula, ocorre um processo denominado aniquilao e a massa total de ambas integralmente transformada em energia, na forma de radiao, de acordo com a equao de Einstein:

E=m.c2Combinando-se um nico quilograma de matria com antimatria poderamos ter energia suficiente para suprir 20 milhes de residncias durante um ano!