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!
