435467053-GASPAR-A-Compreendendo-a-Fisica-3-3ed

Como a maioria dos cientistas familiarizados com as ideias modernas da £ ===.
Fisica, Bohr estava convencido de que a introdução do quantum de ação de
!f Laio a,vomsJ
Flanck resolveria as dificuldades do modelo do átomo de Rutherford. À des- ai oa
continuidade da natureza deveria impedir, de alguma forma, o continuo mo- Fes aa
e Er
vimento em espiral do elétron em direção ao múcleo previsto pela Fisica clás-
gica, representado na figura 13.22. + Figura 13,22,
à possibilidade de haver
AhipótesedeBohr parajustificar a possibilidade de os elétrons permane- perda continua de energla,
na Fisica da época,
cerem em órbitas circulares estáveis foi simples, ousada e genial. Implicava o movimento
Assim como a radiação térmica. conforme a descoberta de Planck. só em esplraldo elétron até o

pode se propagar em pacotes minimos de energia, os elétrons também de- núcleo,
veriam ter órbitas com valores discretos de energia e só poderiam transitar
& Figura 13,23,
entre elas aos saltos. E, quando não houvesse mais salto possível para decair, Representação
o elétron estaria no seu menor nível de energia, no qual poderia permanecer esquemática dos Ones
por tempo infinito, pais não haveria na natureza energia no valor possivel primeiros niveis de átomo
de hidrogénio de acordo
para essa queda, Por tsso as ralas dos espectros são Isoladas e descontinuas com o models de Bohr
e de acordo com a fórmula de Balmer, estão associadas a números inteiros n,
Bahr conclulu que esses números estariam associados a órbitas possíveis ou
“permitidas” pela natureza, que seriam estáveis, Bohr chamou essas órbitas

de estados estaclonários, pois 05 elétrons nelas poderiam permanecer inde =
tinidamente, sem perder energia,

Quanto aos “saltosdoselétrons, Bohr recorreu a outra das estranhas no

vidades que haviam surgido na Fisica no Infclo do século: o quantum de luz
proposto por Einstein. Quando a energia correspondente a um “saltoera igual
& de um determinado quantum de luz, o elétron podia emitir esse quantum de
luz e “saltar' para um nível mais baixo

Esses desníveis dependiam da estrutura de cada átomo, caracteristica de
cada elemento químico, por isso cada elemento emitia sempre 05 mesmos
quanta de uzou radiação e, por 550 também, cada elemento quimico tinha seu
próprio espectro, Veja na Mgura 13.23 um exemplo esquemático dos cinco prl-=

meiros níveis do átomo de hidrogênio,
Mesmo formulando uma hipótese que tinha ideias novas, que não laziam

parte da Fisica da época, Bohr não se intimidou, Agregou ideias estabelecidas

e exaustivamente comprovadas da Fisica clássica a delas embrionárias e aln=
da precariamente estabelecidas da nova Fisica, procedimento que surpreendeu
e chocou muitos dos mais notáveis físicos da época,

Apesar dessa manifesta e assumida incoerência, Bohr obteve as expres=

sões matemáticas fundamentais de sua teoriaque se revelaram surpreenden=
temente corretas em relação aos resultados experimentais. À outra face da
hipótese de Bohr não se apoiava apenas nas novas e embrionárias ideias da

Fisica. mas incluia nesse rol mais algumas ideias igualmente inovadoras e re-
volucionárias. Elas podem ser reunidas em dois tópicos

1) Cada elétron só pode ocupar determinada órbita de ordem Asa COM UMA
energia E, nr onde permanece indefinidamente, sem emitir radiação

2') Quando umelétron ganha ou perde energia, ele “salta” para outra órbita
decrdemn,,, comenergia E, ng Nessa transição ele absorve ou emite um
fóton. Como a energia dos fótons só está disponivelna natureza em paco-
tes de energia de valores determinados, E = hf,o elétron só pode se trans-
ferir para órbitas determinadas,

CABÍTULO 13 — ORIGENS DA FISICA QUÂNTICA EE

orações Formato piredacaçioa Quiro Ed deitoia tótan Assim, a diferença de níveis de energia, E trial E E.Eniagt entre dois
estados estaclonários correspondentes a duas Orbitas ney dO

elétron é dada pela expressão:

Eca Eau 2 Nf

emque fé afrequência do fóton absorvido ou emitido nessa transição,

As Aguras 13,24 13.25 exibem, respectivamente a emissão ea absor-

Ms ção de um fóton pelo átomo de hidrogênio ao mudar de nivel de energia
A flgural3.24mostrauma representação esquemática da “que-
+ Figura 13.24. Representação esquemática da
emissão de um fóton pelo átomo de hidrogênio da” de um elétron do átomo de hidrogênio do nível de energla E, para
ao mudas donível de energia E parao E, 0E, eacorrespondente emissão de um fóton darala H(parte esquer-
da do espectro)
ASIRVESPTRAEUIASCÇEONÕTREASEDSADESRSASTNAETMPAABEINSAICNAALAPEETÃS
A figura 13.25 mostra uma representação esquemática da ab

sorção de um fóton e o correspondente “salto” de umelétron do áto
mo de hidrogênio do nivel de energia Epara onível EdarataH,(par
te direita do espectro),

4d ais Na figura 13,24, 6 elétron do átomo de hidrogênio, ao transitar da
órbita n 3 para an 2, sofre um desnível de energia correspondente
a ae ao tóton emitido, cuja frequência corresponde à rala Hdo espectro de
Es emissão do átomo de hidrogênio. Na figura 13.28, na transição da órbita

LA ne 2paraane= 4 celétrondo átomo de hidrogênio “usa” aenergla cor=
respondente ao fóton absorvido, cuja frequência corresponde árata HH,

Astalas dos espectros do átomo de hidrogênio, vistosnas Hgu=

ha ras 13,20 e 13.21 correspondem à frequência dos fótons emitidos isto
+ Figura 13,25, Representação esquemática à, quando 05 elétrons 'caem" de níveis de malor energia para níveis
de menor energla: por lsso o conjunto dessas linhas é conhecido como
ddae haibdsroorgçêãnoiodeaoupmasfsóatrondpoelníoveáltdoemoenergia
E,paraoE, espectro de emissão, Quando, ao invés de emitir, os elétrons absor -
vemfátons (coma está representado na Agura 13.25), obtém-se outro
espectro, conhecido como espectro de absorção

Em laboratório, à espectro de absorção de um determinado gás

pode ser obtido interpondo-se um tubo de vidro que contenha esse
gás rarefeito entre a fonte de luz (pode ser uma lâmpada de filamento
incandescente ou o próptia Sol) e a fenda do elestroscápio que fica à

trente do prisma ou da rede de difração

Como essas fontes de luz têm um espectro con-

tinuo, ele é visto intercalado por faixas pretas COrTes-

+*Flgura 13.26, Representação do espectro de emissão pondentes às frequências das radiações absorvidas.
do horogênio. Para comparar esses dois espectros, observe nas fi-

guras 13.26 e 13.27. respectivamente, os espectros de

emissão eabsorção do hidrogênio superpostos ao E5-

+ Figura 13.27. Representação do espectro de absorção pectro continuo da luz Sranca, Note que a posição das
do horogênio. raias é exatamente a mesma nos dois espectros.

250 UMIDADE é — FÍSICA MODEINA

Assim Bohr chegou a uma genial solução para o modelo atômico de Ruther-
ford: ajustou com extraordinária simplicidade a descontinuidade dos espectros,
expressa pela fórmula de Balmer, ao quantum de ação de Flanck, oriundo da ra-
diação do corpo negro. e ao quantum de luz de Einstein, do efeito fotoelétrico. Um
resultado extraordinário para umprocedimento teórico tão amibiguo!

EXERCÍCIO RESOLVIDO sra

2. Arala vermelha do espectro do hidrogênio corresponde à transição do elétron da
órbita n = 3ã órbita n = 2, Determine:
a) a frequência da radiação emitida;
b) a frequência da radiação emitida se a transição do elétron atingir o estado fun=

damental nr = 1),
Dados:
constante de Aydborg: R = 3,2910157),
constante de Planck: h = 6,63 10-»]-5,
Resolução:
a) Basta aplicar a fórmula de Balmer;

(sB4j1-41)

paran,= 2en,= 3

pum 3290=) ara 457Temos, portanto:

b) Analogamente, aplicando a fórmula de Balmer para n, = Ten, = 3, temos:

fu (A1 - a ] = fy= 3,29 1081 /11 — &| = f, = 2,92-10" Hz

Observações:
1º) Afrequência obtida no tema da da rala H
2) A freguência obtida no Item b está além do espectro visivel, na falxa do ultra-

violeta e corresponde à uma linha da série de Lyman.

3. Aprimelra rala violeta do espectro do hidrogênio corresponde à transição do elé=
tron da órbita n = 4 à órbita n = 2, Determine:
a) a frequência da radiação emitida; 8,17 - 10º Hz
b) a frequência da radlação emitida se a transição do elétron atinglsse o estado
fundamental, n = 1, 3,08 10%! Hz
Dados:
constante de Rydberg; R = 3,29-10557;
constante de Planck: = 6,63: 100" 5;
Dev =1,60-10""],

TASITULO 13 — ORIGENS Dá FISICA QUANTICA [251

ATIVIDADES PRÁTICAS

1. CORPO NEGRO E COR PRETA Depols de tampada a calxa, o orlficio aberto pare=

Estas demonstrações não são, a rigor, de Física ce mais preto do que o ortficio tampado com cartolina
moderna, mas são Insplradas por ela e vão ajudá-lo a preta. Por quê?
entender melhor um de seus elementos básicos, D cor=
ponegro. Para a primeira, você val precisar de duas cal- Para responder à esta questão, lembre-se de que
xas de papelão (de sapatos, por exemplo). Faça um orl- umcorpo que não emite luz parece preto, nós só vemos à
sua silhueta, ou seja, o contraste dele com a reglão que o
ficlo circular de aproximadamente 1,5 cm de diâmetro circunda. Um corpo pintado de preto emite luz, nós O ve-
em uma das faces menores de cada uma das calxas. mos da mesma forma que vemos um corpo pintado de
branco, vermelho ou qualquer outra cor.
Revista as duas calxas externamente com carto-
2. COMO VER O INVISÍVEL
lina preta e, Internamente, uma com cartolina preta e a
Uma das dificuldades na aceitação da ldela do áto=
outra com cartolina branca, conforme mostrado nas mo tol a Impossibilidade de detectá-lo diretamente.
AS MADER DESTA PÁRA MÃO ESTÃO Multos fisicas, alnda no Iníclo do século XX, rejeltavam
fotograilas abaixo. REPAEBATADAS BM PAOONÇÃO qualquer Idela baseada em evidências Indiretas. Hoje
toda a Fisica de partículas se apola em evidências Indl-
retas.E fol a partir de evidências Indiretas que Ruther=
ford elaborou o primeiro modelo atômico, O dispositivo
nas fotografias abalxo mostra como é possivel saber a
forma de um corpo Indiretamente.

+ Depois o tampadas [d direita) gun das é Internamente Fegrndas ag fome ds Cesc da fomento + Dispositrro usado
para ferir a forma
branca ou preta? de um corpo,
conhecido como
Inlclalmente, com as calxas abertas, é visivel a dl= pinort
terença de cor vista através do orflcio, Em seguida feche
as caixas: você não será mais capaz de distinguir qual + Vendo o Invisive
das duas é revestida internamente de branco ou preto, como pin arta focma
Por quê? damão aparece
em relevo,
A segunda atividade é feita com uma calxa de pa=
O conjunto de plnos (pregos sem ponta), dispostos
pelão revestida Internamente de branco, mas com dols paralelamente entre si pode deslizar Ilvremente, apolado
orificios lado a ladoum aberto e outro fechado por den= emiduas placas de acrílico perfuradas, Quando apolado so-
tro com um pedaço de cartolina preta, como observado
nas fotografias abalxo, bre um corpo, esse conjunto compõe a forma desse corpo
em alto-relevo, Por essa razão ele é conhecido como pin
Famagrsias iniearciry oi misfiasma, art”, pols permite construlr figuras por melo de pinos. Com
“Encarnado ele pode-se fazer uma analogia com a experiência de Ru-
therford, Os pinos são como as particulas alfa, que, ao en-
contrarem pequenos obstáculos na travessia de uma fina
lâmina metálica, denunciam a existência do núcleo atômico.

+ Caixa revestda de branco com dols orifiõos umaberto é * Esse dispositivo está à venda em algumas lojas de brinquedos
outro tampado, mportados.

E! F ] UMIDADE à = F'SICa MODEINA

CAPITULO A nova Física

4

+ Rel aquarela de Antoine de Saint-Exupéry, 1943,

E rauma vez um rel que vivia só num pequeno planeta, Acreditava relnar não apenas
no seu planeta, mas sobre todos os planetas e estrelas do Universo, Um dia, rece=

beu a visita de um principezinho de outro planeta que, ao tomar conhecimento de tal
poder, desejou ver um pór do sol, seu espetáculo favorito. “Teu pór do sol, tu o terás
Eu o exlgirel. Mas eu esperarel, na minha clência de governo, que as condições sejam
favoráveis", respondeu o rel. “Quando serão? perguntou o principezinho, O rel, con-
sultando um grosso calendário, respondeu: “Será lá por volta de, por volta de sete
horas & quarenta, esta noite, E tu verás como sou bem obedecido", (Fonte: S4INT -
-“EXUPÉRY, Antolne de, Opequeno principeRio de Janelro: Aglr, 2008)

Neste capítulo encerramos o nosso estudo da Fisica, clência que está construln-
do esse “grosso calendario” para que, com a mesma sabedoria do reldessa história,
possa “cominar” todo o Universo,

null

1. O spindo elétron

fescaraçõe: BMaascgoudiisdimareiaaganrasa Omodelo de Bohr, com suas órbitas permitidas para o elétron
definidas apenas pornúmerosinteiros, mostrou-seinsuficiente para
ra explicar o espectro de todos os elementos. Aos poucos se percebeu
que deveria haver outros saltos para justificar outras linhas espec-
ária trais. Em sintesedeveriahaver outros tipos de quantização no uni-=
+ Figura 14,1. Representação. sem escala
verso do átomo, Assim. no inicio da década de 1920, a teoria do áto-
e em cores fantasia, da hipotética órbita mode Bola já havia sido aprimorada por outros fisicos, em particu=
eletrônica de um elétron.
lar pelo alemão Arnold Sormmerteld (1858-1951), cuja colaboração
m sô fot suficientemente relevante para que o modelo atômico de Bohr

a passasse a se chamar modelo de Bohr-Sormmer tela.

+ Figura 14,2, Representação. sem escala, Oproblemainidal eraoque quantizar, Entre as grandezas físicas
dos vetores L de órbitas de orlentações conhecidas na épocandohavida nenhuma quepudesse ser quantizada
permitidas para os elétrons em um átomo, aonivel atómico era preciso crlá-la, Sormmerteldpropôs que se asso-
classe às órbitas eletrónicas um vetor É, definido arbitrariamente de
M SPIN * modo semelhante ao sentido da vetor campomagnético h germdopor
uma espira circular, como visto esquematicamente na figura 141,
Em Inglés, spin significa 'rotação”,
Ovetor L de uma órbita eletrônica tem orlentação semelhan=
Esse nome deve-se à suposição Irdclal de te à do vetor do campo magnético É deuma espira percorrida por
que essa propriedade teria origem em um uma corrente elétrica | com o mesmo sentido de uma hipotética
velocidade angular do elétron, Assim, só algumas dessas órbitas,
movimento de rotação do elétron. Essa correspondentes a determinados vetores L aelas associados se-
ldela, sugerida por alguns líslcos da época, riam permitidas, Tratava-se, portanto, de uma nova quantização
em razão da orientação espacial das órbitas, por Isso essa proprie-=
foi reforçada pola previsão teórica da exis= dade tod chamada de quantização espacial, Veja a figura 14,2
tência de dois tipos opostos de spin, que
Para verificar a validade dessa hipótese, em 1821 os físicos
corresponderlam sos dois sentidos possi-
vels de rotação. Orlglnariamente suposto alemães Otto Stern (1888-1969) e Walter Gerlach (LB89-1979) re-

uma particula pontual, o elétron passou a alizaram uma experência que comprovou essa propriedade, com
exceção do número quântico m, = O, que “não apareceu” nessa
ser considerado uma pequenina esfera car = experiência, À explicação desse resultado só lol dada em 1825, por
regada que poderla girar em torno de um dols jovens fisicos holandeses, George E, Uhlenheck (1900-1DB8)
eixo contral em dois sentidos opostas. Mas, e Sam À, Goudsmit (1902-1978), Segundo Ullenbeck e Goudsmit,
esse 'não aparecimento” se devia a um magnetismo próprio ou
como veremos em seguida, a própria evo- intrinseco do elétron, que eles chamaram de spin.

lução teórica da Mecânica quântica Invla-= Assim, do mesmo modo que outras propriedades da matéria,
bilizou essa hipótese, Assim como não faz Como a carga elétrica e o magnetismo, que se manifestam em duas
sentido atribulr localização definida para o espécies = carga positiva ou negativa; polo sul ou polo norte mag-
néticos =, conclui-se que o spin também tem duas espécies, a550-
cladas a dois vetores É, que sempre aparecem em pares. Para se
ajustarem ao modelo de Bohr-Sommerfeld que prevê estados m,
inteiros, =1,0e =1foram atribuidos a cada vetor L dois números

correspondentes a dois estados quânticos:m, = ++ em,= -b

Afgural43mostra como essa construção teórica substituiio esta-

elétron no espaço, também não tem sen- do quântico m, = O pelos estados quânticos mel
tido supor que ele possa ser uma bolinha
mn, mL2 em, =-L2,
riglda emrotação. No entanto, o nome spin
te+mFdluguarsao1r4i.3e,ntOaeçlõéetsropno,ssníoveeisstacdoorrfeusnpdoanmdeenntteasl,| '
fol mantido, mas a Idela de rotação que é aos seus dois spinsim. *
associada a E55€ nome é incorreta.

E UNIDADE é — FÍSICA MODEINA

2. Pauli e o princípio da exclusão + Feimgufroato14g,r4a.fiWaodlefg1a9n3g3Paull,

Até a descoberta do spin do elétron, cada órbita de umátomo, no modelo de
Eohr-Sormmerfeld, se caracterizava por determinados valores numéricos, conhe-
cidos como múmeros quânticos: número quântico principal (n), relacionado aos

niveis de energia do elétron número quântico orbital WU), relacionado ao vetor Le
à forma da órbita (circunferências ou elipses de diferentes excentricidades);
e número quântico magnético im), que descreve a quantização espacial,

Em 1925, o jovem fisico Wolfgang Pauli (1500-1958), com base na análise de
espectros de diferentes elementos, percebeu que, incluindo o spin do elétron como
quarto número quântico im) obtinha conjuntos de números que, em um mesmo
átomoP,anulu,inhcaavisaedreespceotbiearmt,o mais uma das estranhas regras danatureza que anova
Fisica revelou, A natureza não é apenas discretamas excludente. Em outras pala-
vras, além de serem permitidos aos elétrons determinados estados quânticos,
esses estados são exclusivos de cada elétron em cada átomo, Esse princípio tornou-
-se conhecido como princípio da exclusão de Paul e pode ser assim enunciado:

Em ummesmao átomonão podem existir dois elétrons com omesmo con=
junto de números quânticos,

Cada conjunto de trés números quânticos, n É em, é conhecido atualmente
como orbital Órbita slgnifica trajetória! mas, como se descobrira em pouco tem-
po não faz sentido falar em trajetória para um elétron. Por isso, o termo órbita fot
substituído por orbital, entendido como a região mais provável em que um elétron
pode ser encontrado,

Como só há dois spins para cada elétron, cada orbital só pode conter dois
elétrons Assim, o prindiplo da exclusão, ao limitar o numero de elétrons em cada
orbital, definiu uma única estrutura de camadas na distilbuição dos elétrons em
um átomo, o que permitiu estabelecer a estrutura eletrônica básica dos átomos de
todos 05 elementos,

3. As ondas de matéria

O mesmo problema que afigiu Planck = tentar encontrar o significado físico

de uma fórmula matemática criada para ajustar-se a um gráfico teórico = afitgia
praticamente todos 05 fisicos na década de 1920,

A nova Fistca tinha tido um enorme progresso até então, Parte dela já estava

reformulada pela teoria da relatividade, mas seus fundamentos hásicos, lato é, a
forma como se comportava a matéria no seu nível elementar, alnda eram desco-
nhedidos. Pode-se dizer que o trabalho dos fisicos se orlentava por linhas de con-
duta consensuais. como o principio da correspondência de Bohr, Segundo esse

principio, asnovas formulações da Fisica deveriam convergir para as formulações
clássicas, como ocorre com a teoria da relatividade para velocidades muito meno-
res que a velocidade da luz. Mas sempre se corria orisco de criar um 'Franhenstetn''

teórico, na busca de concilar o Inconciliável

Felizmente, esse quadro estava para mudar. No final da década de 1520 o fisi-
co irancês Louis de Broglie dirigiu sua pesquisateórica para a compreensão de um

dos grandes problemas da Fisica da época, a natureza cual da luz. Como vimos no

CAPÍTULO 14 — à NOVA FISICA EH

É LOUIS DE BROGLIE capítulo 11, há fenômenos em que a luztemum compor -
tamento tipicamente ondulatório, como a interferência
Ofislcofranoés principe LoulsVictor Plerre Raymond eadifração, e também há experiências que demonstram
de Broglie (1892-1087) era de família nobre de origem de forma inequívoca o seu caráter corpuscular
italiana e dela herdou um antigo titulo alemão de principe.
De Broglie conseguiu conciliar caracteristicas
Doutorou-se em Fisica em 1924 na Sorbonne, aparentemente tão distintas de formasimples erevo-
lucionária. Ele atribuiu propriedades ondulatórias à
onde passou a leclanar Fisica teórica a partir de 1928, À
matéria. Se os fótons são particulas de energia, cujo
sua revolucionária hipótese das ondas de matéria tez valor é função da frequência, caracteristica tiplcamen-=
parte de sua tese de doutorado E causou constranglmen= te ondulatória, outras partículas, como o elétron, tam-
to na banca avalladora. que não se sentiu capaz de avallá- bém deveriam ter propriedades ondulatórias
=la, Mas a comunidade clentífica a aceitou e, em 1929,
ele recebeu o prêmio Nobel de Fisica “por sua descober= Vale a pena apresentar aqui parte do raciocínio de
De Broglieexpostanapalestra proferidana ocastão em
tada natureza ondulatória dos elétrons”. que ele recebeu o prêmio Nobel de Física de 1828, para
Entre 1930 61950, dedicou-se do aprofundamen=
que você perceba como raciacinam os clentistas na
to da teoria da Mecânica ondulatória, Nesse periodo, construção de uma teoria:

publicou numerosos artigos sobre a nova teoria da luz, a “De início, a teoria quântica da luz não pode ser

teoria do spin das particulas, as aplicações da Mecânica

ordulatória ma Fisica nuchear, entre outros, atém de 25
livros a respelto desses assuntos.

satisfatória, visto que define a energla de um corpús-

culo de uzpela equação E = hf que contém frequênciaf Mas uma teoria puramen=

te corpuscular não contém nada que nos permita definir uma frequência. Por essa

razão, apenas, somos compelidos, no caso da luz, a introdugir simultaneamente as

idelas de corpúsculo e de pertodicidade, Por outro lado, a determinação do movimen=

to estável dos elétrons no átomo envolve o uso de números Inteiros: e, até aqui, 05

únicos fenômenos que envolvem números inteiros em Fisica são os da Interferência

eos dos modos normais de vibração, Esse fato me sugeriu aldeia de que os elétrons

não poderiam ser considerados apenas como corpúsculosmas que a periodicidade

também lhes deve ser atribuida” (Tradução do autor)

Note que na busca da coerêncianas suas próprias palavras. De Broglie se sen-

tu compelido a introduzir uma nova ideia, Compelida stgnílica 'agir sob coação; ser

obrigado ou forçado a lazer alguma colsa' mas aqui não houve força de expressão,

Overbo está muito bem empregado = a clência e os clentistas não fazem o que que=

rem, mas o que a descrição da natureza 05 compele a lazer

Assim, De Broglie reuniu a expressão clássica da quantidade de movimento

(p = miWjcom as expressões modemas da energia de uma partícula sem massa
(E = pc) e da energia do fóton (E = h/je obteve a expressão do comprimento de
onda (A) associado a uma partícula

Nm o
nov

em que h é a constante de Planck, m é a massa e v é o módulo da velocidade da
partícula,

A revolucionária hipótese proposta por De Broglie desencadeou uma corrida
para sua verificação experimental que se mostrava relativamente simples, Não
havia dificuldades, na época, para acelerar elétrons a velocidades que os fizessem
ter comprimentos de onda da ordem de grandeza dos ralos X. Como a difração dos
raios X já era obtida com facilidade, seria possível observar, por um processo se-
melhante, a difração de elétrons. Basteria fazer passar um feixe de elétrons pela
estrutura cristalina de um metal

FEI UNIDADE é — FÍSICA MODEINA

Fai o que fizeram com êxito os fisicos norte-americanos CJ Davisson (1881-Cs io Deca nado dé Cento Lire Contigo E cioAE PALDENS DESTA AÁgINA NO ESTÃO
-1858) e LH, Germer (1895-1971) em 1927, cerca de quatro anos depois da formu- REZRESEM DADAS EMBROADAÇÃO
lação teórica de De Broglie. Alias, Davisson já Navia observado esses lenômenos
em suas pesquisas no periodo de 1521 a 1523, mas não entendia por que eles acon-
teciam. Como de hábito, quando nãoexiste cu não se conhece a teoria correspon-
dente, é impossivel reconhecer o fenômeno observado,

Para ilustrar, as figuras 14,5 e 14,6 exibem fotografias da difração tanto de
ondas eletromagnéticas quanto de elétrons, respectivamente

i1

|a

ii
]

4|

+ Figura 14,5, Difração de nos À + Figura 14,6, Difração de elétrons
landa etetromagnética) lparticula),

4, A Mecânica ondulatória Za maBisã

De Broglie notou alnda que os fenômenos discretos, que Bam nto Ca o Isaias a

caracterizavam as novas ideias 4 Fisica existiam Larmbiérr Ina + Flgura 14,7. Representação sem escala, Fr Cca iiui: Sguaida[a, SNPaA
de três modos de vibração de uma corda vibrante
Fisica clássica, como modos de vibração das ondas estacloná
+ Figura 14,8. Representação sem escala, das “ondas
ras em una corda lixa nas extremidades Assim como celdtrorn estaclonárias" correspondentes às trás primeiras
órbitas do elétron de um átomo de hidrogêro
só podi ter valores discretos de ener gia, a5 trequér Cias que

geram configurações de ondas estadlonárias também só podem

ter valores discretos diretamente proporcionais a números ir
teiros, À relação matemática de cada caso é dilerente uma da
outra; no entanto, a descontinuidade, vinculada aos números
inteiros, caracteristica dos dois fenômenos, é suliclente para
estabelecer uma relação entre eles, De Broglie percebeu que. se
o elétron tivesse caráter ondulatório, ele só se “encalxariaem
órbitas em que pudesse estabelecer configurações de ondas

estacionárias semelhantes às configurações de ondas em uma
corda, Veja as Agurasl4,7e14,8

A figura 14,7 mostra três modos de vibração de ondas esta-

cionárias em uma corda fixa em ambas as extremidades a figura
14,B mostra as correspondentes ondas estadionárias dos eletrons''
para as três primeiras órbitas de imátomo de hidrogênio, sugen-
das por De Broglie para o modelo do atomo de Bohr -Sommerteid

Supondo que as órbitas fossem circulares, não haveria
extremidades lixas, como nas ondas estaclonárias das cordas,
par isso admitia -se que as ondas estaclonárias associadas aos

elétrons pudessem girar em torno do núcleo do átomo

CAPÍTULO dd — à NOVA FISICA

é Figura 14.9, Min Se essas ondas estacionárias existissem, o comprimento da órbita de um
Schrbdinges, fotografado elêtron de ralo r, (am) deveria conter um número inteiro de comprimentos de
onda Àdesse elétron, ou seja:
em 1927
Err, =nh,
+ Figura 14.10, Medida do
diâmetro de uma arruela Como o comprimento de onda do elétron é À = do, essa expressão, aplica-

da ao átomo de hidrogênio, resultou na mesma expressão do rato da órbita de um
elétron no átomo de hidrogênio, pelo modelo de Bohr-Sommerteld,

Essa comparação possibilitou a criação da Mecânica ondulatória, a mais co-
nhecida formulação da Mecânica quântica, base teórica da Fisica moderna, À Me-
cânica ondulatória foi proposta em janeiro de 1526 pelo físico austriaco Erwin
Schrúdinger (L8B7-1561)

Assim, tornou-se possível determinar teoricamente a estrutura atômica de
um elemento e comprovar essa previsão experimentalmente com base no espec -
tro desses elementos, O acerto dessas previsões, aliado á relativa facilidade de sua
aplicação, deu a essa equação uma acolhida imediata

Além dessa lormulação, duas outras mais complexas foram apresentadas

pelo físico alemão Wemmer Heisenberg (1901-1976) e pelo inglés Paul Dirac (1902-

-1584). A proposta de Heisenberg descreve o comportamento do átomo por meto
de álgebra de matrizes; a segunda, de Dirac, também adota uma álgebra pouco
convencional, Apesar de as tréstecrias. embora independentes, serem equivalen-
tese terem dado a seus criadores o prêmio Nobel de Fisica, o de 1932 a Heisenberg
code 1544 a Schródinger e Dirac, a teoria de Schródinger, por ser mais simples e
compreensível, sempre lol a mais empregada,

5. O princípio da incerteza

Segundo o dicionário Houalss*, a palavra incerteza tem as
seguintes acepções: 1) estado ou caráter do que é Incerto;11)
talta de certeza; dúvida, hesitação indecisãoimprecisão”. Ne-
nhuma delas expressa com clareza o significado que a Fisica dá
aessa palavra por isso é importante saber bem. desde o início,
aque se quer dizer quando falamos emIncerteza; caso contrá-
ro, será impossível entender a ideia que apresentaremos a se-
guir, Bastam dois exemplos:o primeiro em relação à medida do
diâmetro de uma arruela ustrado pela fotografia dafigural4iO,
Se várias pessoas medirem o diâmetro (d) dessa armúela com a régua da fo-
tografia, é bem possível que o resultado final dessa medida, obtido pela média das
medidas individuals, seja expresso na forma d = (155 + 05)mm
Isso significa que, por melo desse processo de medida, em que se usou essa
arruela, realizado por essas pessoas com essarégua, só podemos afirmar que a me-
dida mais provável para o diâmetro da arruela é 15,5 mm, mas valores entre 15,0 mm
2160 mm são aceitáveis. As palavras em destaque evidenciam os limites de vali-
dade desse resultado: basta uma dessas condições se alterar = as medidas serem
feitas por outro grupo de pessoas, por exemplo — e o resultado, incluindo a incer =
teza, pode mudar.

“Houaiss, Antônio. Dicionário Houglss do lingua portuguesa. 1.ed. Rio de Janeiro Objetiva, 2009,
258 UNIDADE é — FÍSICA MODEINA

O segundo exemplo refere-se apesquisas eleitorais ou de opinião pública. Todas
elas têmuma “margem de erro" isto é um limite de incerteza dentro do qual os pes-
quisadores garantem a validade do resultado obtido. E, do mesmo mada que name-

dida do diâmetro da arruela, essa incerteza depende de muitos fatores, como o pro-
cesso usado as dimensões e a qualidade da amostra mas a incerteza sempre existe

Até as duas primeiras décadas do século XX, os flsicos tinham a convicção de
que essa era uma limitação humana, A incapacidade de conhecermos a medida
exata do diâmetro de uma arruela não significava que essa medida não existisse

Talvez nunca fosse possivel chegar à medida exata, mas havia a certeza de que
essa medida existia Para o inconformismo de inúmeros fisicos, a Fisica modema

acabou também com essa “certeza”

Na verdade, o que a Fisica moderna afirma é que a incerteza é inevitável, Não
se trata de limitação de instrumento de medida do processo ou do experimentador

Mesmo que todos = Instrumento, processo e experimentador = sejam perfeitos, a
incerteza sempre existe, pois resulta do próprio ato de medir, Para entender melhor
essa estranha afirmação, veja a situação proposta a seguir Como você poderia saber
com asmãos a forma de uma estatueta de arela escondida dentro de uma calxa”

Essa tarefa é impossivel, pois suas mãos riam destruir a estatueta. Pode-
ramos utilizar um feixe de ralos X, um visor de fibra óptica, ou aínda abrir um

buraco na caixa e ver a estatueta diretamente, Essas alternativas, no entanto
são válidas apenas em relação à escala do mundo macroscópico,

Raios X ou luz são feixes de fótons que incidem na estatueta para que possa=
mos vé-la ou detectá-la, E esses fótons interferem na estrutura molecular ou

atômica dos grãos de areia = o eleito de um fóton Interagindo com um elétron é tão
grande como o de uma bola de bilhar chocando=se com outra Se os grãos de arela

fossem elétrons, bastaria iluminá-los para que a estatueta se desmanchasse,

A figura 14.1 mostra esquematicamente uma situação que a Fisica modema

postula como verdadeira, Suponha que você pudesse detectar o lóton emitido por
um elétron no salto quântico representado, O que você veria? Qual seria a “posição”

do elétron quando esse fóton atingisse sua retina”? É Impossivel responder a essas

perguntas, pois o fóton surge durante a transição do orbital infelal do aldtron
elétron entre dois orbitais, em uma região onde a pro-

babilidade de o elétron estar é praticamente nula. BEEa
Em outras palavras, se essa situação fosse possivel,

veriamos o elétron justamente na “posição” onde ele ad BD... Ds

praticamente nunca está Essa estranha situação mos= ÉqEus nf*ia “noÀ 'a:m, fnáaretrraanmsiiçtãiodo
traainda que não faz sentido falar em posição do elétron,
por isso usarmos aspas quando nos referimos a ela. mo “es Na

Além de tornar explicita essa caracteristica do mi- “ D. A a . das e
erocosmo, o princípio da incerteza, formulado por Hei- ca a “ Q AE
senherg. quantifica essa incerteza. Para isso, ele postu-
ja uma expressão matemática que estabelece uma cr bati

espécie de compensação entre duas grandezas: quando + Feiegumraco14r.e1s1,fRanetparseisa.endtaadçeãtoeceçsãqouedmeátuimcaf,ótsoenmemeistciadloa
por um átomo,
a precisão de uma medida aumenta, a precisão da outra
diminui, evice-versa,

CAPÍTULO 14 — à NOVA FÍSICA 259

Suponha que uma partícula, movendo-se no eixo das abscissas, esteja na
posição x com uma quantidade de movimento de módulo p. As medidas da posição
e da quantidade de movimento dessa partícula são feitas com incertezas AX para
a posição e Ap para a quantidade de movimento. De acordo com Heisenberg, o
valor dessas incertezas obedece a relação:

Ax Apa di

em queh = 662-10"4]-séaconstante de Planck.
Dutra formulação do principio da incerteza relaciona a incerteza da medida

da energia de um corpo (4El com a incerteza do intervalo de tempo (At) em que
essa energia é medida:

ME Ato dl

Pares de grandezas como posição e quantidade de movimento, ou energia &
tempo, para as quais valem as relações de incerteza acima, são chamados de gran=
dezas complementares.

Observação: O termo a pode aparecer também como hou drmx trata-se de
uma escolha decorrente da precisão com que se quer exprimir esse princípio,
Adotamos a primeira por ser mais frequente na literatura,

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS b) Para uma distância de 100 m, essa Incerteza na
medida dessa posição corresponde percentual-
1, Umabola de futebol tem massa de 0,45 kg e mave-
=-Se com velocidade de 20 m/s. Supondo que a quan= mente a:
tidade de movimento seja determinada com uma And) e 8 1D00M
Incerteza de 2,0%, de acordo cam o prlneiplo da In=
certeza, determine: = do(a) = 6/1104 %
a) a Incerteza ao medir a posição dessa bola;
b) essa Incerteza percentual na posição dessa bola Observação: Esse é um valor Inlmaginavelmente
em relação a um comprimento de 100 m. pequeno: 61 antecedido de 37 zeros depois da
virgulaIsto é, não faz sentido levar em consideração
[Dado: do = 411004] 5 o principlo da Incerteza em situações como essa,
resultado que evidencia, mails uma vez. que 05 prin=
Resolução: clplos da Fislca quântica só são significativos no
a) A quantidade de movimento da bola é em módulo, mundo microscópico, como mostra o exercicio re=
solvido a seguir,
p= mv Sendom = 0,45kg e v = 20m/5, temos:
p=0,45-20=p=90kg:m/5 Um elétron move-se na direção do elxo x com velo=
Sendo 2,0% a Incerteza da medida da quantidade cidade de 3,0 «10º m/s. Supondo que se possa me-
de movimento, Ap, temos: dir essa velocidade com uma Incerteza de 2,0%, qual
êalncerteza na medida da posição desse elétron?
Ap=90:20%= Ap= 90:20 =
Dados: a = 1,1:10*]-s;massa do elétron;
= Ap = 018kg:m/s
Pelo principio da Incerteza, obtemos: m = 91107k8)

AX Apa 4x: 018 = 1101045

=An=6110“m

ES] UNIDADE é — FÍSICA MODEINA

Resolução: ax ap= [Ls ax:54 108 =11:10%5

à quantidade de movimento do elétron é p = my. =" Ax=20-10“m
Observação: Apesar da dificuldade em fazer com-
Sendo m, = 91-10"kge v = 3,0:10ºm/s,temos: parações noniívelatômico, pela própriaIncerteza das
p=81:10"".3,0:10!= p= 2,7:10"“kg:m/s
Admitindo-se para a Incerteza da medida da quan= medidas que este resultado mostra, pode-se dizer
que, nesse caso, a mínima Incerteza obtida na posl-
tidade de movimento a Incerteza da medida da ve=
ção do elétron é aproximadamenteIgual ao dlâmetro
locidade, temos:
Ap = 2710" 2,0% => Ap = 2710". te =» de um átomo de hidrogênio no estado fundamental,

=+4p=54:10"*kg:m/s milhares de vezes malor do que o elétron,

Pelo principio da Incerteza, obtemos:

1, Como você poderia medir o diâmetro deuma bola de Dado: h = 1110"=34 ]:s] 6,8. 10-84|
| ar
sorvete? Que imprecisões seriam Inevitávels em sua
3, Umnêéutron move-se na direção do elxo x com velo=
medida? Explique. Brabiasaj di eldade de 6,0 -10"m/s. Supondo que se possa meslir
2. Uma bola de futebol, de 0,40 kg, atinge o gol com
essa velocidade com uma Incerteza de 5,0%, qual a
velocidade de 20 m/s, De acordo com o principio da
incerteza na medida da posição desse nêutron?
incerteza, qual é a Incerteza Inevitável que se come-
(Dados: 2. = 11:10] si massa do neutron:
te ao medir a posição dessa bola, supondo que a
m, = 47 10"kg) ae 22-t0tm
quantidade de movimento é determinada com uma

incerteza de 5,0%?

6. O neutrino e a conservação da energia
Até 1932, 05 Hsicos haviam Identificado cinco par= Partículas elementares
ticulas elementares com as características da tabela ssuas características

no ado: Particula Simbolo Ver É
Ftan Y
Chamavam-se elementares porque não terlames- (Mey Carga (e)
q
trutura interna, seriam indivisíveis, no sentido dado à an- 0
tiga ideia de átomo. Quatro particulas, fóton, elétron, pró-

ton e néutron, originavam toda a matéria existente na Elton e 0.541 =
natureza, compondo um modelo atômico bastante satis- Pósitron e 0.51 +

fatório, enquanto a quinta partícula. o pósitron, trazia a Práton p 9383 4
possibilidade da existência da antimatéria na época,pura
especulação, Néutron n 939,6 D

Mas ainda havia muitas questões teóricas básicas =e aSot4 eroeraEngàFTt, aBostonBroohusCla,Sj a

não resolvidas, Uma delas era a explicação da emissão de

elétrons do múcico de alguns átomos, conhecida como TRANSMUTAÇÃO
decaimento beta. Para entender o problema, vamos apre- Transmutação, entre outros significados, quer

sentar como exemplo a equação com a qual se descrevia dizer alteração ou transformação de alguma cobsa em
na época atransmutação do bismuto-210 em polênio-=210:
outra,
El — Po + e Em Física nuclear, sempre significa a transfor=

mação de um núcleo de um átomo em outro, ou ou=

tros, mediante uma reação nuclear.

CAPÍTULO 14 — 4 MOVA FISICA ERI

Iss0 significa que, no núcleo de um átomo de bismuto com 83prótons e l27 néu-
trons, um dos nêutrons transforma-se em próton e emite um elétron (e) Assim o

núcleo passa a ter Ed prótons (torna-se, então, vm átomo de polônio) e 125 néutrons,

B| D— Veja o esquema da figura 14,12.
“Epa As medidas experimentais desse processo davam um re-

sultado constrangedor: a energja final, gerada no processa, era
menor do que a energia inicial contida no núcleo do bismuto.

Parte da energia desaparecia completamente sem nenhuma
Me justificativaplausível o que colocou em xeque uma das leis fun-
+ Figura 14.12 Representação da transmutação damentals da Fisica = o principlo da conservação da energla,
do bismuto=210 em polônio=210 com a emissão A primeira sugestão para resolver o problema e “salvar” o
de um elétron (8º),
principio da conservação da energia fol proposta por Wolfgang

Pauli, em 1980, Pauli sugeriu que nesse decaimento deveriam

ENRICO FERMI aparecer partículas cuja energla equilibraria as equações, aln-=
danão detectadas por serem eletricamente neutras, Em L5aa,
Enrico Fermi tolo malor fisico Italiano dos
tempas modernos. Doutorou=se em 1922 e de= aexistência teórica dessa partícula passou a ser aceita com a
pois de uma estada na álemanha e na Holanda, publicação de um convincente e cuidadoso trabalho do fisico
voltou para a itália em 1927, onde assumlua ca=
itallano Enrico Fermi (1901-1954),

delra de Fisica teórica na Universidade de Rama Como essa partícula também deveria ser neutra e muito

e formou um grupo de pesquisas que passou a menor que onêéutronFermia chamou neutrino que em ttalia-
dedicar-se à Fisica nuclear, Em 1938, com sua
equipe dispersa por causa da ascensão do fas= no significa “neutronzinho", cujo simbolo é v (ni letra grega),
clsmo e da aliança da Itália com a Alemanha, Fer=
mirecebeu o prómio Nobel de Fisica, Nesse mes= Dessa forma, o decaimento beta, na transmutação do bismu-
to-210 para o polânio=210, passou a ser descrito pela equação:

ma ano, os físicos alembes Otto Habn [L879- uEa l — Eniro re +u
-1968) q F. Strassmann (1902-1980) conse-
gulram realizar a fissão nuclearem laboratório, o
que tornava a Alemanha cada vez mais próxima
de construir um artefato nuclear. Isto é, além da emissão de um elétron, o núcieo emitiria
também outra partícula, o que garantiria a conservação da
Alertado pelos próprios cientistas, entre
eles Elnstein e Formi, o governa nortesameriea= energia, Ao esquema anterior, portanto, deve-se acrescentar
no Indelou o Projeto Manhattan com o mesma
objetivo. Em 26 dejulho de 1945, sob alerança mais uma partícula saindo do núcleo Inicial o neutrino v, que

deve ser representado como na figura l41a
teórica de Fermi, os Estados Unidos lançaram a o».-—B Ítbm
primeirabomba atômica no deserto do Nava Mo = q
xleo, vitima de câncer, Fermi faleceu em 1054,

+ Figura 14,13. Representação
da transmutação do bismuto=210
em polénio=210 com a emissão de um
elétron eumneutelna respeitando
o principio de conservação de energla,
F

A teoria de Fermi estava tão bem formulada e resolvia o problema da conset -
vação da energia de forma tão brilhante que os físicos nunca duvidaram da exis-
tência do neutrino, apesar de suas incríveis caracteristicas = além de não deixar
rastro porque não tem carga. para que um nevtrino se choque com outra particu-
la é preciso que ele atravesse uma parede de chumbo da ordem de 50 anos-luz de

espessura, algo impossivel até de imaginar! Por causa da imensa dificuldade de
percepção, o neutrino só fod detectado pela primeira vez em 1956, 23 anos depois
da sua descoberta teórica,

EF UNIDADE é — FÍSICA MODEINA

Mas o que nem Dirac, nem Pauli ou Fermi podiam imaginar é que depois de
algumas décadas suas bizarras elucubrações mentais seriam usadas no dia a dia

da Medicina: 2 procura pelos neutrinos levou os Ésicos a dominar a técnica da

geração e “uso” da antimatéria = 05 médicos aproveitaram a ideia e passaram a
injetar pósitrons em nossas veias para obter imagens do nosso cor po por meio dos
ralos gama criados com a aniquilação de pares elétron-pósitron = a chamada

tomografia por emissão de pósitrons (PET)

” TOMOGRAFIA POR EMISSÃO DE PÓSITRONS - PET

À Idela desse tipo de exame surglu há cerca de trinta dmiecior da
anos como só é possivel ver ou detectar algo que emita fótons almultanéldade
ou radiação eletromagnética, uma das opções para "ver" o
Interlor do corpo humano é Infetar nele marcadores ou traça= debed foação à cansirução
dores, substâncias nas quais são inseridos elementos radio= da Imagem

ativos como o carbono-11, 6 fúor-18,0 oxlgênio-15 ou o
nitrogênio=13, que tumelonam como fontes Indiretas de fótons.

Esses elementos são isótopos radigativos artilleals cujos
núceos instáveis emitem pósitrons que colidem com elétrons

da tecido humano a ser examinado = ambos se anlguilam e [e
geramum par de ralos gama, tótons de alta energla,

Esses fótons, emitidos simultaneamente, são detecta-

dos e por melo deles determina=se a sua origem e mapela-=se

o órgão onde eles se Inlelaram, Note que esse mapeamento Eação
depende dos elétrons anlguilados que pertencem sos tecidos pósitron x aldiiron

= a localização é à distribuição desses elétrons possibilitam o

diagróstico múdico. Veja a figura po lado,

+ Representação, sem escala e em cores fantasia, de equipamento de ressonância magnátea nuclear,
* s”

4, Se alguém lhe dissesse que a antimatéria é a prova clentífica da existência do
espirito, o que você responderia? veja a resposta no Manunl do Professor.

5. Você acha que é possivel existir um allenigena, semelhante a nós, constituldo de
antimatéria? Se sim, você poderia abraçá-«l67l2 o? aSdmo: ànhroe.spasio ro Mens! do Proinonar

7. Um novo tipo de partícula
Em1938, o fisico japonés Hideki Yulawa (1907-1581) postulou a existência de
umnovo tipo de partícula, De acordo com a teoria de Yukawa, assim como o fóton
é um quantum do campo eletromagnético, deveriam existir outras partículas que
seriam quanta de outros camposparticulas mediadoras das interações ocorridas
nesses campos, Assim, deveriam existir particulas no rúcieo que mediassem a
interação nuclear entre 05 núcleons — ele 25 chamou de mésons,

Fukawa foi ainda mais longe: calculou a massa de um desses mésons, o mé-
son mr, mediador da interação nuclear. Fara obter esse resultado surpreendente —
determinar a massa de uma partícula hipotética — ele se baseou no princípio da

CAPÍTULO 14 — à NOVA FISICA EF

Madirações iiasic Ás Ed fnítaia conservação da energia e no principio da incerteza por
meio de raciocínio ousado e genial,
+ Figura 14,14, Dos Jovens Jogando uma bola de um
para o outro com força. Se cada um estiver sobre Vale a pena nos estendermos um pouco mais para
uma plataforma móvel enquanto Interagem conhecê-lo, pois ele nos permite entender não só como
eles se afastam ou “se repelem", trabalham os fisicos em suas previsões teóricas, mas
também o alcance do principio da incerteza para a com-
+ Elgura 14,15, Quanto mais distantes estiveram um preensão da realidade do microcosmo,
de outro, menor a frequência das interações
portanto menor a força de repulsão entreeles, Os mésons, como particulas mediadoras, só deve-
ram existir durante a mediação que eles viabilizam
Trata-se, portanto, de seres muito estranhos que só exis-
tem em trânsito — eles transferem uma informação de
um núcleon para outro, mas não estão (ou não são ob=
servados) nem em um nem em outro, só entre um e outro,
Essa condição, para ser aceita pela Fisica, implicava a
solução de um enigma: enquanto o méson está em trán-
sita entre um múcicon e outro, ele tera uma energia que
não existia antes de ser emitido e que val desaparecer
depois de ser absorvido. De onde vinha e para onde la
essa energia?

Yulama concluiu que isso só poderia acontecer se
o intervalo de tempo gasto pela partícula mediadora nes-=
sa viagem fosse menor que o previsto pela expressão do

principio da incerteza, AE: At = E .

Em outras palavras, o princípio da Incerteza é o l=
mite de validade das leis físicas, Se o produto AE At for

menor que A «aconservação da energia pode ser vlo-

+ dFiaguborlaa.14e.l1e5s. EesntqãuoansteoaàtrsaJinodvoe,ns disputam a posse ladacas partículas que interagem nessas condições são
chamadas de partículas virtuais,

Essa estranha interação entre partículas exercida
por partículas, sugerida por Yukama tema virtude de ser
uma alternativa à ação a distância,Ideia que sempre cau-
sou desconforto aos fisicos, 8 começar pelo próprio
Newton. o primeiro fisico a sugeri-la. As Aguras 14,14
1415 e 14.16 lustram uma interessante analogia de três
modos pelos quais a interação ou a troca de partículas

pode dar origem a forças de atração ou repulsão entre
dois corpos

O trabalho de Fukawa foi, de inicio, interpretado apenas como especulação
teúrica. No entanto, a partir de 1633 um novo método de pesquisa baseado em emul-
sões fotográficas tornava-se muito promissor e muitos pesquisadores se propu-
seram a procurar a partícula de Yukawa. À emulsão fotográfica é essencialmente
uma camada de gelatina de décimos de milimetro aplicada sobre uma placa de
viro de cerca del mm de espessura. Imersos nessa gelatina estão dispersos cris-

tais de haleto de prata, um sal sensivel a diferentes tipos de radiação que transfor-
mam esse sal em prata metálica, deixando marcado nela o rastro da radiação ou
da particula que a atravessa, conforme se vê na fotografia da figura 14.17

264 UNIDADE é — FÍSICA MODEINA

A figura 1417 mostra um exemplo de emulsão fotográfica com uma série + Flgura 1417, Exemplo de
epraairatlidcaeurnltAalRsfRimÃcúaOaçPãnoideaopsionn,
de eventos que identificam novas partículas — omúen e o pion. Nela foram des-

tacados alguns eventos. No alto, à esquerda, aparecem o choque de um próton

dos ralos cósmicos, que atinge o núcleo de um átomo, e a explosão desse núcleo

em inúmeros fragmentos. Um desses fragmentos, o pion (x) se desloca para a

direita e se desintegra, dando origem aum múen (uje a um neutrino (oneutrino
não deixa rastro porque não tem carga), O múon desloca-se para baixo,

à esquerda, e se desintegra novamente em dois neutrinos (semrastro) e um
elétron (el), que se desloca para a direita,

O muúon, denominado méson q, foi a primeira partícula descoberta por esse
metodo que se assemelhava à partícula de Yukewa, mas mostrou propriedades não
compativeis com a particula esperada, À partícula de Yulkawa, chamada inicialmente
méson r, atualmente pion, só foi descoberta em 1947, quando se aperieiçoou a
tecnologia das emulsões fotográficas, tornando-as capazes de detectar particulas
com velocidades próximasà da luz. Para os brasileiros, fot uma descoberta particu=
larmente significativa, pois dela participou o físico César Lattes (1524-2005),

CÉSAR LATTES

Cesare Mansueto Glullo Lattes, conhecido coma César Lattes, nasceu

em Curltiba, Paraná, em 1924, Fez seus estudos primários na Escola Amerl=
cana de Curitiba, entre 19290 1933, o secundário no Instituto Médio Dan=
te Alighieri, em São Paulo, de 1934 a 1938,Ingressou no curso de Fisica da
Faculdade de Fllasofia, Clências é Lotras da USP (atual Instituto ele Fisica da
USP), concluindo o bacharelado em 1943, Sua carreira clentifica teve Inlelo

em meados dos anos 1940, no então Departamento de Física da Faculdade + doLaeatp1tae8rs4alptáooledesegqauedemarsud.las)MãaeorGçpaaorrddaienoe1cr9i4ac8jl,outsrtoanndo
de Filosofia, Clâncias e Letras da USP, sob a orentação de Glob Wataghin,

destacando-se com a publicação de um trabalho sobre a abundância denú=

cloos no Universo, À partir daí teve seu mome ligado a resultados clentíficos
de grande repercussão e a Inlclativas das mais focundas para o progresso da
ciência no Brasile na América do Sul,

Em 1947, estevenos Andes bolivianos, orde expôs emulsões fotográ= t ae
ficas à ação de ralos cósmicos. A análise dos traços obtidos nessas emulsões, Fotografia
feita por ele como fisico Italiano Gluseppe Dechiaini (1907-1993) e o fisico
Inglês Cecil Frank Pool (1903-1969), permitia a identificação do plom, Em
1548em colaboração com o físico norte-americano Eugene Gardner (1913-

=1950), consegulu obter pions artificialmente no clelotron da Universidade de 1980, da
de Berkeley, Califórnia, Estados Unidas, Acadermi

No Brasil fundou a Centro Brasileiro de Pesquisas Fislcas = CEPEno Rio Fiai

de Jarelro, e fez parte do corpo docente do Instituto de Fislea Gleb Wataghin,

da Universidade Estadual de Campinas (Unicampl, São Paulo, onde se aposentou em 1986, Dono de rara versatilidade, seus
trabalhos Incluem grandes contrlbulções em variados campos da Fisica madema, desde pesquisas teóricas sobre as origens

e abundância de espécies nucigares no Universo o eletrodinâmica clássica até o desenvolvimento de técnicas Instrumentais

na área das emulsões nucleares, que tornaram cssas emulsões, antes precários dispositivos de registro onográficos, efl-
clientes instrumentos de medição que não só viabilizaram a descoberta de plon. como também multas outras descobertas.

Recebeu Inúmeros prémios, medalhas e comendas, no Brasile no exterior (Bolivia, Venezuela), e da Organização dos

Estados Americanos, mas não conseguiu o prémio mais cobiçado pelos clentistas: o Nobel. Especula-se que Lattes esteve

próximo de ganhar o prêmio em duas ocasiões: na primeira, quando Powell fol agraciado, em 1950 = o metodo de emulsão
fotográfica fol tado explicitamente pela Fundação Nobel como justificativa para a premiação (“pelo desenvolvimento do

método fotográfico de estudo dos processos nucleares e suas descobertas examinando mésons com esse método"), mas

apenas como obra de Powell Na segunda, com Gardner, pela obtenção de pions em aceleradores = a premiação não teria
ocorrido por causa da morte precoce do fisico norte-americano (a Academia não premia clentistas falecidos),

Cósar Lattes faleceu em 8 de março de 2005, em Camplnas.

CAPÍTULO 14 — à NOVA FISICA E

8. À Física de partículas

Com a descoberta do pion em 1947, completava-se umnovo e harmonioso
conjunto de catorze partículas elementares já identificadas teórica ouexperimen-
talmente, resumido na tabela a seguir.

14 partículas elementares e suaspropriedades Cargale)
Partícula Simbolo | Massa(Mew/c) |
Fútor ”| õ 0

INeutrino W| Ú q
q
Antireutrino v| D =

Eletron E | q,5n q
1
Púsitron E” | q,5n
q
ii Condo rio o? Cita ei Mitor u | 105,7 a

Arilimeo H | 105,7

mn | 140

Pior m 135

T | 140

Prótom p 938,3

Antiprótom p | 938,3

Méitror n | 939,6

Antnbutror n | 939,6

Fargo das dados TAORNTOM Somplem T; MEX, árcii, Modem Pipes for Sctentintá and Engiesra
4, ed, Bastos: Bronha Cole, 2012

+ Figura 14/18. Detalhe Com exceção do muúon e do antimúon, cuja finalidade ainda é desconhecida,
de uma fotografia obtda todas as demais particulas tinham umpapel bem definido na estrutura da matéria,
e davam aos físicos lundadas esperanças de que 6 universo microscópico estava
numa cámara de nuvem. inteiramente descoberto e mapeado, Mas, como de hábito na história da Fisica,

Bnaco ds Aqua ds aéreos as certezas logo são desleitas,
Nos vinte anos seguintes à descoberta do pion, a party do estudo culdadoso de

fotograllas dos raios cósmicos e, mais tarde, com o notável avanço tecnológico dos
aceleradores de particulas. novas particulas elementares continuaram a ser encon=
tradas. Logo se chegou a mais de duzentas, resultado perturbador para vma ciência
que, no final do século XIX, tinha acreditado na existência de uma única partícula
fundamental, Não havia razão nem função para tantas particulas elementares

b A par r4al as” a À busca da ordem no caos
A
nm A percepção de que devera haver alguma organização nessa caótica proll-
D!j; ecor feração de particulas elementares, que permitisse reduzir esse número, era tão
i óbvia quanto necessária. Por isso, muitos físicos passaram a buscar as bases que
fundamentassem essa organização. E, como na montagem de qualquer quebra-
a
-cabeça, oponto de partida foi encontrar semelhanças, regularidades ou simetrias
+ Figura 14.15 Representação
gráfica, sem escala nas propriedades dessas particulas que possibilitassem agrupá-las para tentar
do que ocorrena fotografia descobrir origens comuns.
da figura 14/18,
Para perceber como isso pode ser feito e como esse trabalho é gigantesco,
veja as imagens das figuras 14.18 e 14.19.

E ] UMIDADE à = FÍSICA MODEINA

A infinidade de traços são os caminhos descritos por partículas. Como um
médico analisando uma radiografia, o pesquisador deve selecionar trechos mais
significativos e procurar identificar o que ocorreu. Isso pode ser feito pela medida
do comprimento de cada ramo, pela sequência dessas ramificações, incluindo a
identificação de ramos invisiveis!

A figura 14,19 representa graficamente o que ocorre na figura 14.18, Um méson
m- interage com um próton em O, em seguidaaparecem um Aº (lambda-zero) uma
partícula 1” euma partícula =”, A partícula Aº não deixa traço e decal ou desinte-
gra-se, produzindo um píon (x) e um próton (p*), Observe que o tracejado que
representa a partícula Aºnão existe na fotografia da figura 14.18,

Essafalta de um traço pode levar o pesquisador, apoiado pelo modelo teórico
que fundamenta o fenômeno descrito por esses traços, a perceber que por ali passou
uma partícula sem carga elétrica. É o caso da partícula Aº Pode-se concluir que na
interação ocorrida em O, além das particulas nº em”, que deixam rastros visiveis,
surgiu tambéma partícula Aº, que logo em seguida decal dando origem aum próton
(pl e a uma particula x”. Partículas como A? não aparecem porque não têm carga
elétrica, ou porque o seu tempo de vida é tão pequeno que esse rastro se reduz às
dimensões de um ponto, Dessa forma, o mapeamento desses eventos permite iden=
tificar as partículas elementares envolvidas e o que elas têm em comum

A partir dessa identificação, o trabalho realizado por milhares de pesquisa=
dores em todo o mundo, com o apoio de um sofisticado Instrumental matemático,
tornou possivel encontrar ordem no caos

À descoberta dos quarks

Na busca dessa ordem, muitos físicos procuraram encontrar relações entre as
particulas que permitissem reuni-las em grupos menores para poder classificá-las,

Entre esses fisicos, destacou-se o norte-americano Murray Gell-Mann (1920-)
queno entender da comissão que atributuy o prémio Nobel correspondente ao resul-
tado dessa investigaçãorealizou o melhor trabalho, Vale à pena abrir um breve pa-
têntese para entender a competência e asmotivações desse extraordinário clentista,

Além da Fisica, Gell-Mann interessou-se por muitos outros assuntos: Ormi=
tologla, História, Linguistica histórica e Arqueologia. Todos eles foram estudados
par Gell-Mann por causa de seu interesse maior: à teoria da adaptabilidade dos
sistemas complexos,

Ele buscou encontrar na Física de particulas características semelhantes ás
de outros sistemas adaptativos complexos, como aqueles em que ocorre à evolução
biológica e cultural, a aquisição da linguagemIncluindo, entre eles, o sistema lmu-
nológico humano e o sistema financeiro internacional Afinal, todos esses sistemas
são manifestações da natureza

A primeira preocupação de Gelli-Mann foi encontrar mais caracteristicas que
pudessem ser atribuídas às partículas elementares para que se ampliassem as
possibilidades de agrupamentos mais bem definidos ou restritos.

NaFisica de particulas. isso equivalia a buscar mais números quânticos, além
dos quatro já existentes (n, é m,e mo) que possibilitaram e construção da tabela
periódica.

CAPÍTULO 14 — à NOVA FÍSICA

+ Figura 14,20, Em1552 ele sugenu a criação do primeiro desses no-
Representação, vos números quânticos, a estranheza, 5, para descrever o
semescala e em longo tempo de vida dos kaons (um dos quatro tipos ins-
cores fantasia, táveis de mésons, produzidos por colisão de particulas de
do caminho dctuplo, alta energla; mésonKdesintegra-se produzindogeraimen-
te dois ou trés prótons, ou um múon e um neutrino) e hi-

perons (bárion,cuja estranheza tem valor diferente de zero).

Em 1961, esse novo número quântico proporcionou
a Gell-Mann, em colaboração com o fisico israelense

Yuva! Ne'eman (1925-2006), a criação de um modelo de
classificação baseado em um cctaedroinspirado em um

principio budista, o caminho óctuplo,

Veja a figura 14,20. Neste arranjo, as partículas das diagonais horizontais do

octógono tém estranhezas (5) +1, De =1, As das diagonais inclinadas têm carga (0)
=1, De +l,

Esse modeto possibilitou dividir tados os hádrons e mésons em familas com oito ou
dez membros, Gell-Marnmn percebeu que essa subdivisão ficaria mais lógica se essas par -
ticulas fossem subdivididas em subparticulas elementares, às quais deuonome de quartos.

Curiosamente, MurrayGell-Mann propôs essa hipóteseem1564, mesmo ano em que
o Úsico norte-americano George Zweig, nascido em Moscou, em 1537, apresentou cutra
igual, Zweig referia-se a essas subpartículas como ases de um baralho, pois ele supunha
existirem quatro, Mas, como já foi dito anteriormente, o prémio Nobel de Fisica de 1568,
reladonado a essa descoberta,foi atribuído apenas a Gell-=Mann “por suas contribuições
e descobertas relacionadas à classificação de partículas elementares e suas interações”,

Hádrons e quarks

O trabalho de Gell=Marmn e Aveig permitiu uma primetra grande divisão, ou classi=

Heação, do universo de particulas elementares, As partículas que têm massa pratlcamen=

teiguale que interagem lortemente no núcleodos átomos, como prótonsenéutrons foram

chamadas de bárionsestesjuntamente comos meésonspertencem áciasse doshádrons.

dr Essa semelhança toi uma das muitas indicações que levaram à
Massa conclusão de que os hádrons são constituídos por outras particu=
Nome (Gev/c) Carga Carga
elétrica decor las elementares, denominadas quarks por Gell-Marn.
(simbolo) A primeira detecção indireta de um quariefoi feita em L967,

Up (uh DD a +2s RGB Atualmente, já foram detectados os seis tipos de quarks previs=
0033 à tos teoricamente: up, down, chorm stronge, top e bottom, Além

Deum (dl) 004 a RG de possulr cargas elétricas fraclonárias da carga elementar e
Strange (5) O, ODSE RGB
QB a RGB positivas cu negativas, cujos valores são do e 2a, os quarks
Dao RGB têm outra caracteristica semelhante à carga elétrica, chamada

Charm (e) 1182 1,34 ++ carga de cor. Escolheu-se esse nome porque, assim como há
tus [hop dois sinais para carga elétrica (= e e — e) que se neutralizam, há
Bettara [b) =4,d
mm Bs três cores que, quando superpostas, se "neutralizam”, ou seja,
dão o branco: vermelho (R), azul (B) e verde (6) (de red, blue e

green, em inglês), A tabela ao lado resume asprincipais carac-

Tbpit) 172 RGB teristicas dos quarks (eles foram colocados em ordem crescen-
te de massa-energla, cujos valores ainda não são definitivos,

Fab das cadas THORNTOPhMyaS4lteeesaefboeerrsSTot;eaRnrEtMiD,srtfosaoecunrede/EwCnMogieon2cde0ers.m. sobretudoostrês primeiros) Nela estão os quarksde matéria que
constituem os hádrons e completam o modelo atual do átomo,

ESI UNIDADE é — FÍSICA MODEINA

Veja a figura 14,21, E importante ressaltar que esse mo- qua : |Íhun
delo atual do átomo não muda a representação esquemática diâmetro Biro « 100 tm

dos orbitais eletrônicos, representados pelo sombreado azul, m n
mas substitui os prótons e os nêutrons, que se constituem
clbirmas 1W“m
de quorks deu. átomo
dibnatro = 19 m
Existem ainda os quarks de antimatéria, os antiquarkes,
que compõem um conjunto de doze quarks previstos pela Fisi- + Figura 14,71, Representação, sem escalã
e emcores fantasia, do átomo, considerando
ca para a natureza, Não se preveem nem foram observados a presença dos quarks

quarksisolados. Eles aparecem sempre agrupados e compõem
particulas eletricamente neutras ou de carga elétrica +ecu -e
Por isso, alnda se admite a carga e do elétron como a carga
elétrica elementar

Léptons Nome (simbolo) Massa (MeV/€º) Carga elétrica

Adém dos hádrons, compostos de bárions emé- Elétron e) 0,57 =8
sons, existem os léptons, partículas que não partici-
pam da interação forte, definida mais adiante, Ao Meutrinaivdaa elétron <22. 100 b
contrário dos hádrons, os léptons não têm estrutura, Muon (pu)
são particulas elementares como os quarkes, O elétron, 105,7 =p
assim como o neutrino, o muúon eo tau são léptons,
MeutrinNo Mdo mar <01 b
Na tabela ao lado estão os léptons de matéria, 768 e
Tau tr)
Existem ainda os léptons de antimatéria, ou antilép=
tons, que compõem também um conjunto de doze Neutrino do tau lv,| <155 Dl
léptons, como os quarks, Essa colncidência agrada
Fonte dos dados THORNTON, Stephen TREM, dndrma!
aos físicos, pois a simetria parece ser uma das regras Modarm Phyades far Selantirta and Englnadra
básicas da natureza. dog, Bostora racha “Cola, 20%

Bósons e as quatro Interações fundamentais

Outra grande divisão do universo de partículas separa, de um lado, aquelas
que constituem a matéria e a antimatéria, compostas de quarks e léptons, Todas
elas compõem o grande grupo dos férmions, porque obedecem a um tratamento
estatístico proposto por Fermi aplicado a particulas que têm alguma individuali=
dadeDe outro lado, estão as partículas mediadoras, aquelas que tornam possíveis
asinterações entre os férmions, São chamadas de bósons porque obedecem a um
tratamento estatístico, proposto por Bose e Elnstein, aplicado apartículas idênticas.

Há quatro interações fundamentais na natureza, ou seja. há quatro formas
pelas quais os férmions interagem entre st forte, eletromagnética, fraca e gravita-
cional, Os bósons existem para viabilizar essas interações,

Osbúsons responsáveis pela interaçãoforte são chamados de glúons, partículas
sem massa que medeiam a interação entre pares de quarks. Assim, a interação farte
entre prótons e néutrons é mediada entre pares de quorks contidos pelos glúons.

Osbósons mediadores da interação eletromagnética são os fótons, enquan-=
to as particulas We Zsão bósons responsáveis pela interação fraca, que transfor -
ma nêutrons em prótons, ou prótons em nêutrons, no decaimento beta, Tanto a
interação eletromagnética como a interação fraca são exercidas sobre léptons &
quarks e atualmente são consideradas uma só interação, a eletrofraca.

CAPÍTULO 14 — 4 MOVA FISICA ES

à interação gravitacional curiosa-

mente a que está mais ligada à nossa vida,

Interação Intensidade Alcance Pao GoNTa é amenos conhecida teoricamente, e o gra-

Forte = 1b-Em glons ig) o viton. partícula mediadora dessa interação,
ainda não foi detectado, é apenas uma hi-

Eletromagnética = fatons (y) ú pótese. A tabela ao lado resume essas inte-

W 204 rações e particulas correspondentes,

Fraca me 107m Mas, felizmente, essa complexidade
Z 51.2 não étão grande como parece, Amaioriadas
Gravitacdiaral no gravitor 0 particulas até aqui apresentadas aparece
apenas nos raios cósmicos ou é criada artl-
Fonte cos dados disponivel emma pág bl gov 202 /abrnga/corterta latga iris, ficialmente e “vive” durante intervalos de

Acesso em ma 2016

tempo incrivelmente pequenos, desintegrando-se em seguida. Elas transiormam-se

em elétrons, neutrinos do elétron ou em partículas compostas de quarks upou down,

O Modelo Padrão e o bóson de Higgs

Modelo Padrão é a teoria mais aceita atualmente para a descrição das parti=
culas fundamentais e do modo como elas interagempode-se dizer que ela sinte-
tiza os lundamentos principais do Universo que conhecemos, Embora não inclua
as interações gravitacionais = além de não existir ainda uma teoria quântica da
gravitação, seus eleitos são despreziveis em relação às altas energlas com as quais
aFísica de particulas trabalha =, seus fundamentos estão muito bem estabelecidos
e comprovados pelo sucesso alcançado na previsão de resultados das mais varia =
das expertências da Fistca de particulas.

Até recentemente, essa teoria tinha apenas uma incômoda lacuna: não era
passível explicar como as partículas adquirem massa, cu seja, não havia explicação
para a “materialidade” do nosso mundo. Como vimos, já se sabia que diferentes
bósons viabllizavam as diferentes interações entre quarks e Jéptons, mas não
havia explicação comprovada de como todas essas partículas adquirem massa e,
nesse quadro, incluem=se outros bósons. We ZA teoria mais aceita para preencher

essa lacuna baseia-se na existência de uma nova partícula que tornaria possivel
a Interação entre todas essas particulas e daria origem à massa que elas têm: o
báson de Higgs nome dado em homenagem ao fisico escocês Peter Higgs, um dos
clentistas que desenvolveram essa teoria,

A esperada comprovação da existência dessa partícula foi anunciada no dia
4 de julho de 2012 pelo CERN (acrônimo da denominação em francês de Conseil
Européen pour la Recherche Nucléaire) atualmente Organização Europela para a
Pesquisa Nuclear (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire), Em 2013
folatribuído o prêmio Nobel de Fisica aos seus descobridores, o fisico belga François
Englert (1932 -) da Universidade Livre de Bruxelas, na Bélgica), e o fisico escocês
Peter W. Higgs (1520 -) da Universidade de Edimburgo, na Escócia De acordo com
o comunicado de imprensa da Fundação Nobel”, o prémio foi atribuído a eles “pela
descoberta teórica do mecanismo que contribui para a nossa compreensão da
origem da massa das partículas subatômicas, recentemente confirmada pela des-

tA cescosertade Englert folrealizada em parceria como fislco belga Robert Brout [1928-2011 não premiado
por já estar falecido,
* Fontes ev nobeprize org/nobel prizes/ physics, laureates/2013/press him»; cu nodelprize org”
nobel prizes/physics/laureates/2013/advanced-physicsprized0ia,pdf» Acesso em: 20 malo Jo.

EI UNIDADE é — FÍSICA MODEINA

coberta dessa. então prevista, partícula fundamental por meio de experimentos

realizados no ATLAS e CMS* no Large Hadron Coliider (LHC) do CERN"

Vale a pena citar a conclusão do comentário que complementa esse comuni-
cado, denominado “Até que enfim!" (“Here at last");

Mesmo que tenha sito uma grande conquista encontrar a partícula de Higes -
peça que faltava no quebra-cabeça do Modelo Padrão - essa não é a peça final do
quebra-cabeça cósmico, Uma das razões para isso é que o Modelo Padrão trata certas
partículas, neutrinos, como sendo praticamente semmassa enquanto estudosrecen-
tes mostram que, na realidade, têm massa. Outra razão é que esse modelo descreve
apenas a matéria visivel. que representa apenas um quinto de toda a matéria (exis-

tente) no cosmos, Um dos objetivos pelo qual os cientistas continuam a busca de par-

ticulas desconhecidas no CERN é encontrar a misteriosa matéria escura”,

ZATLAS é acrónimo em inglés de à ToroidalLHE ApparatuS [Dispositivo instrumental Toroidal do LHE), Cs
vem de Compact Muon Solenald em inglês (Solenoide Compacto de Múons] = são dois experimentos do
LHE destinados a procurar novas partículas ou efeitos além do Modelo Padrão.

( MATÉRIA ESCURA E ENERGIA ESCURA

Em Junho de 2002, a Nasa lançou a sonda espacial WMAP Átomo é,8%
(slgla em inglés de The Vieinson MicroAnisotrogy Probe em
rpeoarltizuagrumêesd,iSdoansdfaunddeamaneinstoatirsopdlea*Codsemmoilcargol-ao=ndcalsê)ncdieasqtuieneasdtaua= SMmatrFAaIA
ndoavsaocrogmepmreeestnrsuãtourdaocceovsomluoçsã,oednoturneievlearssao,sAurRpIrMeeAnPdpeonstseibciolintso-u Energia
aPúcRuAra
tatação de que os átomos complem apenas 4,6% do Uriverso, Em
outras palavras, essa pequena parcela é tudo que nosso conheci= + Composição do Universo segundo site ud Mansa,
mento clemtífico atual nos permite saber do Universo:
Acredita-se que o restante do Universo, no entanto, não seja vazia. O estudo dos resultados dessa missão espacial

Indicam que 23,3% seria composto de matéria escura é 72,1% de energia escura, mas alnda não se sabe o que são essas

substâncias, Veja a representação gráfica nelma,
A existência da energia escura Já havia sido prevista em 1998 quando, por mela do Telescópio Espacial Hubble, fel

possível observar trós supernovas ainda desconhecidas: a mais distante delas a 7,7 bilhões de anos-luz da Terra, distância

malor do que as dimensões até então previstas do Universo, Para explicar esse resultado, cormclulu=se que a aceleração da
expansão do Universo aumenta ao Invis de dlminulr, como 05 clentistas acreditavam, & essa conclusão deu origem à

teoria que propõe a existência da energia escura, assim chamada porque serta algo desconhecido que poderia “preencher”

tado 6 cosmo ou uma propriedade dele,
A matéria escura é mais bem conhecida, Ela não emite ou reflete luz, mas é possível saber onde estálevando em

conta os efeitos gravitacionais observados na matéria visivel no sou redor = galáxias, por exemplo = por melo de lentes

gravitacionais” que possibilitam dos clentistas observar o mado como algo que seria a matéria escura distorce e curva
gravitacionalmente a luz que provém da matéria visivel.

Essas mesmas observações descartam a possibilidade de a matéria escura ser alguma forma de matéria conhocida,

como estrelas, antimatéria ou nuvens escuras*, Para alguns clentistas ela poderia ser buracos negros supermassivos,
outros Incluem nessa classificação anãs marrons, estrelas fracas que exercem força gravitacional, mas não emitem luz.

Apesar da estranha e surpreendente constatação de que só conhecemos menos de um vigésimo do Universo =

a matéria composta de átomos =, a convicção dos astrofíslcos pela sua existência tem motivado Inúmeras pesquisas
sobre a verdadeira natureza dos mails de dezenove vigésimos do que acreditam ser a energia escura e a matéria escura.

Fonte ce pesquisa: What cre dark mother and dork energp? Disporivelem abtipi? “aclaros howetultmarss com diclonasy astronarmmy= beer
cark-matter=cark-energy tro, Acesso err: 7 rar, 205,

* Anisotropla à a tendência drecianal de uma propriedade física de um material; neste caso a propriedade é a radiação de fundo do Universo
[uma espécie de ruido que pode ser captado por qualquer receptor de odas eletromagnéticas | detectada por melo de micro-ondas,

* De acordo com a teoria geral da gravidade, lentes gravitacionais equivalem a lentes comuns que não desviam ou curvam a trajetória da luz
pela refração, mas pela atração gravitacdonal decorrente das grandes massas Junto às quais ela passa

* Nuvens escuras no espaço são nebulosas de absorção ou nebulosas escuras. Nebulosas de absorção são nuvens de gás E poeira que
blaquelam a uz das regiões do espaço atrás delas. Nesulosas escuras são rebulosas que não emitem luz; embora diidimente encontradas,
Elas são observadas pela silhueta sobre regiões brilhantes do espaço,

CAPÍTULO 14 — 4 MOVA FISICA

cd acc Meca to À rd Mi aa dá idiicia À descoberta dessa partícula foi o corcamento de mais
<A
de um século de pesquisas que deram origem ao Modelo Fa-
maddapiee-ti-i0a
drão, teoria que descreve com detalhes e extraordmária pre-
pa
cisão a origem e o comportamento de todas as partículas e
+ Figurai4,i
Representação gráfica do lorças da natureza, exceto a gravitação, que ainda é “exclusi-
Modelo Padrão: note que
todas as particulas vidade” da teoria da relatividade geral
fundamentais se orlginam Para entender a importância dessa partícula, observe a
do bóson de Hges.
figura 14,22, Ela apresenta um esquema do Modelo Padrão e a

importância do bóson de Higgs nessa teoria. Nele estão repre-

sentadas as doze particulas “necessárias” à formação da matéria (caixas vermelha
everde/e as particulas intermediárias das quatro forças fundamentais (caixas vio-
leta), Com exceção do fóton [y) e do glúon(9), que não têm massa, todas as outras
estão vinculadas ao bóson de Higgs, por |sso todas têm massa. Esse esquema torna
evidente a importância da descoberta do bóson de Higes; sem eta, a teoria perde a
sustentação e muito do trabalho e da pesquisa de centenas de fisicos ao longo dos
últimos cem anos estaria perdido. Da! pode-se justificar o extraordinário investi
mento realizado para construir o LHC, a máquina destinada a encontrá-lo,

7 Segundo o Finlos 9. Conclusão
moderma, há antro o imã
eo alfinato uma trocã Os dois últimos capítulos deste livro apresentaram uma síntese das desco-
da fótora virtunia que bertas teóricas e experimentais mais relevantes dos últimos cem anos, Foi um
tranamitom a intaração periodo extraordinário, particularmente no seu início, quando a natureza mos-
elatromagnática anire alan, trou=se bemdiferente do que os fistcos até então descreviam, Foi necessária uma
Em outras palavras, há reformulação radical de concepções e de lormas de pensar para encontrarnovas
particulas mengagelras que maneiras de descrever a natureza, À possibllidade de descrevé-la com precisão,
possibilitam a intaração. oriunda de uma visão mecanicista do Universo, teve de ser abandonada. À nossa
Elas não “avisam” apena, descrição da natureza tornou-se descontínua, lragmentadae estatística,
masa estabslecam, de fato,
minteração, Muitos se decepeionaram comessa nova Imagem, pois contrara arralgadas
concepções Mosólicas sobretudo pela dificuldade de encontrar nela algum elemen=
to unificador de todo o Universo, À outros essa nova imagem trouxe o entusiasmo
da descoberta de um Universo constituido de particulas que medetam interações,
formammatéria e antimatéria, Para a humanidade trouxe uma nova revolução
tecnológica, de aplicações há pouco inimagináveis. É possivel que a Fisica tenha,
afinal, encontrado o caminho para a descrição e a compreensão da natureza, ainda
muito longe de serem alcançadas, Se for necessário fazer correções = e será, sempre

que anatureza o exdgir =,a Fisica saberá fazé-las com a mesma sabedoria do rei que
domina todo o Universo da pequena fábula que abre este capítulo,

TNT o

6. Quals as vantagens do uso das emulsões fotográficas em comparação com a câmara de nuvens? E quals as
desvantagens? (Dica: ele possilita o registro de qualquer trajetória das particulas.)
VVaojcaêaarparoxltmaanuomMainmuãadleduom alfinate. De repente, a certa distância, o alfinete passa a ser atraldo pelo imã. Quem
“avisa” o alfinete que é hora de grudar no imã? Explique,

Da leitura destes dols últimos capítulos você pode conclulr que as experiências orlglnam as teorias, Ou são as
teorias que originam as experlên ae Explique.

ja a resposta no Manual do Profesa
: imo;snnãioy.a contrariar uma lei da Física? E umalel da natureza? Explique,
Veja a resposta no Manual do Professor,
272 UMIDADE é — FÍSICA MODEINA

TESTES 08. A apresentação do trabalho do físico Maxwell
sobre a quantização da energla é considerada
1. (UFRN) O conceito de éter surglu na Grécia antiga, hoje coma o marco oficial da fundação da Física
Moderna.
significando uma espécie de fluldo sutil erarefelto que
preenchia o espaço e envolvia a Terra, Esse conceito x 16. A teoria da relatividade restrita tem como con-
evolui para representar um referencial privilegiado, a sequência a contração espacial e a dilatação
partir do qualsepoderia descrever toda a Física,Inclu= temporal,
slve serta o melo materlal no qual se propagariam as
32. O fenômeno da radiação do corpo negro é ex=
ondas eletromagnéticas(a luz). No entanto, as expe- plizado pela Fislca clássica e pela maderna coma
sendo uma distribuição continua de energla de
rlências de Michaelson=Morley, realizadas em 1887, um sistema,

mostraram a inconsistência desse concelto, uma vez 64, O comportamento dualísticode uma onda-parti-
cula é descrito e aceito pela Fisica dássica, sendo
que seus resultados Implicavam que ou a Terra estava mais aprofundado eexplicado pela Fislea quântica,

sempre estacionária em relação ao éter ou anoção de PROBLEMAS
queo éter representava um sistema de referência ab-=
3. |Fuvest-SP) Segundo uma obra de floção, o Centro
soluto era errônea, devendo, portanto, ser rejeitada, Europeu de Pesquisas Nucleares, Cern, terla recen=
temente produzido vários gramas de antimatéria,
As Inconsistências do conceito de éter levaram Elns= Sabe-se que, na reação de antimatéria com Igual
quantidade de matéria normal, a massa total m é
teln a elaborar a teoria de que a velocidade da luz; transformada em energia E de acordo com a equação
E = me? onde c é a velocidade da luz no vácuo,
a) é constante para qualquer observador e depen- a) CombasenessasInformações, quantosJoules de
energla seriam produzidos pela reação de 1g de
dente de qualquer movimento da fonte ou do antimatéria com 1 g de matéria? 1,8: 10%
observador,
b) Supondo que a reação matéria-=antimatéria ocor-
x b) é constante para qualquer observador e Indepen- ranuma fração de segundo (explosão)a quantas
“Little Boy" (a bamba nuclear lançada em Hlroxl-
dente de qualquer movimento da fonte ou do ma, em 6 de agosto de 1945) corresponde a ener-
Ela produzida nas condições do Item a? 3 bombas |
observador,
c) Seareação matéria-antimatéria pudesse Ses cora”
c) é constante e dependente do observador, porém trolada e a energia produzida na situação desoita
Independente de qualquer movimento relativo da emafosse totalmente convertida em energla elé=
fonte. trica, por quantos meses essa energla poderta su=
prir as necessidades de uma pequena cidade que
d) é constante e Independente do observador, po- utiliza, em média, 9 MW de potência elétrica?
B mases
rém dependente de qualquer movimento relativo
da fonte. NOTE E ADOTE:

2. (UFSC) Com base nos tóplcos de Fisica moderna,ln= e TMN = 105,
dique a(s) proposição(des) cormeto(s). « À explosão de “Little Boy" produziu 60 + 102]

X 01. Corponegro Ideal é tado corpo capaz deabsor- (15 quilotons).
ver toda a radiação que nele Inclde, Quando um « Imês = 2,5-10ºs5,
* Velocidade da luz no vácuo, c = 3,00 m/'s.
corpo negro é aquecido, ele é uma fonte Ideal de
CAPÍTULO 14 — 4 NOVA FISICA EI
radiação térmica,

02, O efeito fotoelétrico só ocorre se a frequência

daluz Incidente sobre o metal far superior a um
valor minimo f,, E a emissão de cargas elétricas

deste materlal independe da Intensidade da ra-

dilação Incidente,
X 04, 4 teoria da relatividade especial, proposta por

Elnstein, está baseada em dois postulados, sen-
da que um deles é enunciado da seguinte forma:
“As lels da Fislca são as mesmas em todos 05
referenciais Inerclals. Ou seja não existe nenhum
sistema de referência Inerclal preferencial",

"eeeeeaii—eaeEeoeeocoeeme
aEqeaeaoaeeSee eoeaaaeeeaoeeeaee
a=nanenioaeaoo=eaEEE—eReaa eAe

o O EFEITO ESTUFA E AS MUDANÇASCLIMÁTICAS

a Ea E ja LR E Ce TE a Observe a figura ao lado, Ela mastra a capa do gula da Rla+ 20 — abrevla-

cdopara a Conferência das Nações Unidas sobre Desenvolvimento Sustentável,

realizada no Ria de Janeiro em Junho de 2012 =, publicado pelo Departamento

RIO+20 de Informação Pública da ONU (DPI). Essa conferência fol promovida para ser

Conferência das uma oportunidade histórica de definir 05 caminhos para um mundo mais segu-
Nações Unidas ra, Igualitário, limpo e próspero para tados

sDoebsreenvolvimento Hoje em dia, basta abrirmos uma revista, assistimos a um telejornal ou
acessar a internet e deparamos com Imagens e noticias sobre mudanças dilmaá-
Sustentável

Rio de Janeiro, Brasil é 20 à 22 de punho do 2012 ticas, redução das emissões de carbono e gases de efelto estufa, nas quais,

Inclusive, flcamos sabendo até de altas reuniões de cúpula entre diferentes

chefes de Estado para decidir sobre um ponto=chave: como preservar o melo

amblente, Em outras palavras, este acabou se tornando um dos temas mals

ay ” E o polêmicos e discutidos na atualidade, suscitando ações polítleas, econômicas,

amblentalistas, em tados os nivels soclals, Ágora vamos entender um pouco

o BI essas mudanças climáticas do ponto de vista clentifico.

Tudo começa no So), No núcleo solar, ocorrem reações de fusão nuclear

O UI Ã emos. que desencadelam a emissão das radiações eletromagnéticas de luz e calar em
direção ao espaço. Apenas uma Inflma parte dessa radiação é praticamente a

fadth única fonte de energia que possibilita a vida na Terra. É clara que nosso planeta
também contribul com esse processo, não sá pela sua composição quimica, mas

também pela forma como a sua superficie e sua atmosfera Interagem com a

+ Capa do guiada Ria 20 radiação solar por melo do efelto estufa, Observe atentamente a figura abaixo

Veja a tercelra seta da direlta para a esquerda na figura. Ela representa uma

parcela da radiação Infravermelha (orlunda do calor absorvido e pardalmente ree=

mitido pela superficie terrestre), que é refletida na alta atmosfera e retorna a essa

superficie = essaparcela é responsável pelo efelto estufa, Mas, apesar de represen-

tar uma pequena parte da energla total que Inclde em nosso planeta, o Impacto do

efelto estufa é Importantissimo — avalia-se
j] que, sem ele, a temperatura média da Terra
a| ser.ta de —18ºô €, em vez dos atualis +15Ea “E
COST TO E TE

i ERRMR PE PR RPA PET TR Pode-se afirmar que sem o efeito

| ESCiET TrO SrDeRESdTeE estufa, se houvesse vij da na Terra, ela não

4 Dis aidO lia rated dd ia seria como a que conhecemos hoje, e nós,
ãÊ PCsEETTuIbesSTDS] seres humanos, certamente não exlstl, -
NE CErLTaLDERTS]a TE rEamos. Para entender como se dá esse
É processo, basta saber que a radiação iIn-
E, Cu TD E TB
Entes Lita fravermelha, ou melhor, os fótons de fre-

ECLdlhidolsp- jaadeTTI]T] Cal quências contidas nessa radiação, Intera-
” gem com as moléculas de alguns gases
[FP iaiiia que compõem a atmosfera, o que resulta

na volta ou reflexão de parte deles à Terra

d suporhicia de Torta abaores a males parta A supesticia daTarra emita racinção Intra + Representação artistica, sem escala
da radiação Infravermelho que chaga a als ermatha: paria dels mirimensna a acmosiara eemocores fantasla, da Interação da radiação
e; alia AesAPI o d2e5l0a dipat1radepnaoraesEPpaUçoDeIxtMeroDreuoiiopaarsatutal Solar com a atmosfera terrestre
E

UNIDADE à — FSIca MODEINA
a ee E ,

ooeaaeaaaeaCiEmEEoaooaaaaaE

Ei isiaaa DiaSiSiaags aSiSia

DE QUÍMICA, BIOLOGIA E SOCIOLOGIA

Entre esses gases, 0s mais relevantes pela quantida- ns> !
D EE
de em que aparecem na atmosfera são o vapor de iainica |
drquo da adianrs
água, o ozônio, o dlóxido de carbono (CO,) e o meta- PARO mena
no (CH,). Os clorofluorcarbonetos (CFCs), apesar de pemeinemmanta da
ps a Fungos a Dacodecina
contidos em proporções multa pequenas na atmos-

fera, têm alguma relevância, polis seu efeito é Intenso.
Se a concentração desses gases aumenta, au-

menta o retorna de fótons térmicos para a Terra e tam- drm
bém a sua temperatura, É dessa forma que o ser hu- Simunto,divs,

mano pode estar ou está alterando a temperatura or ERA PN

média do planeta (assunto comumente referido na lqua eroeiurama piáerio (pfndipalmama de animam
a A Doneda
midia comoproblema do aquecimento global). poreiráiigo
O vapor de água é o gás de efeito estufa mals

abundante na atmosfera. Porém, não há consenso 4 Representação sem ancas

quanto à sua concentração na atmosfera terrestre ou quanto, ao certo, a sua concen- eemcores fantasia

tração tem aumentado nas últimas décadas ou séculos, De todo modo, sabe-se que

não há Interferência direta da ação humana na variação da concentração do vapor de

águana atmosfera, embora o aumento da temperatura global implique o aumento de

sua concentração,

Quanto ao diôxido de carbono, a situação é bem diferente, Sabe-se que até alguns

séculos atrás a atmosfera continha uma quantidade estável desse gás, mantendo umdldo

razoavelmente unilorme e equilibrada de trocas entre a atmosfera e 05 organismos vivos,

mas esse equilibrio delxou de existir desde que o serhumano passou utlizar combustiveis

fósseis = alenha e o carvão, de Inicia, e 05 derivados de petróleo, mais recentemente,

Isso ocorre porque, ao contrário da Interação dos seres vivos com a atmosfera,

em que as trocas de dióxido de carbono constituem uma via de mão dupla (há emis=

são e absorção; alás, o CO, além de não ser poluente é essencial à existência de vida

na Terra), a queima de combustiveis fóssels tem mão única, da superticle da Terta para

a atmosfera. Veja a figura acima.

Note que a seta que se orlglna da figura centralnão tem retorno, ou seja, são fontes

de gás carbônico (gue não é recuperado) originárias da ação humana, produzindo um

desequilíbrio constante com o aumento da concentração de moléculas desse gás na

atmosfera e o correspondente aumento do número de fótons térmicos refletidos por

essas moléculas, 0 que pode aumentar a temperatura média da atmosfera terrestre, Esse

aumento de temperatura pode estar relacionado a mudanças dimáticas e tem gerado

nas últimas décadas grandes debates. movimentos de consclentização ecológica e de=

finições de metas sustentáveis para Indústrias dos países do mundo Inteira,

| AMPLIANDO O CONHECIMENTO enganam

1, Noefeito estufa, os fótons da radiação Infravermelha Interagem com as moléculas de alguns gases que compõem
aatmosfera terrestre e se espalham, o que faz com que voltem ou se refitam em direção à Terra. Esse fenôme-
nose deve ao chamado efelto Compton. Pesquise e discuta com seus colegas o que é esse efelto.

| 2. Pesquise e discuta com seus colegas que ações os paises do mundo têm empreendido com relação às
i mudanças climáticas.

CAPÍTULO 94 — 4 MOVA FISICA EH

aiae—eooaoeeaooo e eiaaaoaeaiee]

RESPOSTAS

UNIDADEI 4 ajá,0107C 7. ajY90pF
biv,=180VV,= 724: V,=36V bláv= 12;
Capítulo 1
. a) Energla cinética é constante, QQ,== 1488-1100"8C;Q, = 3,6 :10"0C;
1. adomN bJZ7M biNão,
cJ0O,027N Q,= 54-10""CQ= 7290""C
6. ajo1am b)=1,5 1058]
Z aii on b)72-10N 7. ajz0-10-8€ b)iAc90-4) 8. aj6,0pF
8 aj50-10-"€ bJQ, = 1210500, = 24 105€;
3. Figuras: F,=0,80N;F,=—0,67N; D,= 48 -10CAV,= 4,04;
F.=—0,13 Nifigura bb F, = 0,34; biv, = 450WV= 454 d4,=80V áV,=B0V
F;= 0,64N;F,=D34N
EBo e) 121004] Questões do Enem
Capítulo 2 e de vestibulares
W= gh
1. aja5ov «bjr300 y l b 2d 8d de
AJ25-10!N/C
b) 5,0 + 10º N/C; sentido: horizontal bj 5004 e po nmUNIDADE2
para a direita, c) Ela volta, a partir do repouso,
namesma direção, Capítulo 5
ch1,5:1025 30 N; direção e sentido 12, Não. 1 afOcampo elétrico é um fenómeno
1.a)4310V b)SIDim/s
da força são os mesmos do vetor c1 1610! mos fisl£o que pode ser descrito mate-
campo elétrico, 17. n)8O OC bjBa10My
2. aj3,0 10! N/€; direção radial com maticamente por uma grandeza
centro em À e sentido de afastas Capítulo 4
mento, 2 baj)€E-,,2==021n,0€0-1100-""FF; vetorial a ele associada = o vetor
bl33m
3. a)143-104 N/€; direção horizontal, c) Qq,,== 184,73--1100--""C€; campo elétrico (É),
sentido orlentado para a direita, d) vi= 6,5 -104V) bnioAficsoircoreqnutee peloédteriscearéduesmerfietnoômmae-s
bj 6,3 10º N/C: direção horizontal,
sentido orlentado para a esquerda. vi= 6,104 tematicamente por uma grandeza
el 4,310! N/E; direção horizontal, alo, = 3,2 10-10/m;
sentido orientado para a direita, escalar à che associada = à Intensi=
o = 8,8 104C/mi
5. Não, dade da corrente elétrica (j),
6. aJE, = 0:E, = 8/0 10º N/Corkenta- 4, Para a mesma diferença de poten= io 0C b)aa-10VA
elal, a energia potencial elétrica do
do radialmente para fora do condutor, capacitor é diretamente proporcia= Sim,
nal à sua capacitância, Então, como
FT. aj3aN/C b/2,9-10-0C/m? na associação em série a capacltár- 24 -W0C
ela do capacitor equivalente é sem-=
Capítulo 3 pre menor do que a capacitância de Na primeira figura, o trecho BC; na
cada capacitor dessa associação, segunda figura, trecho AB,
1. A palavra “potendal” se justifica podemos conchulr que nela a energla
porque a energia potencial elétrica potencial elétrica dirinul, Par racio= 6, 0)5,004 5,005,0/0/6,001
é uma energla de posição, e a pala-= cinto análogo, como na associação
vra “elétrica” se justica porque a em paralelo a capacitância do capa- bjO resistor é considerado ólimica
energia potencial elétrica se origina otor equivalente aumenta, a energla enquanto sua resistência far cons=
dainbesação entre dois ou mals cor= potencial elátrica nossa associação tante; nesse caso, enquanto sua
pos portadoras de carga elétrica, aumenta, resistência valor 5.0 L2.

2 aj+4,5:10-4] 5. 300pF 7. Entrot90e2,
bi =4,5:10-4)
6. aj24pF Capítulo 6 bj30wW
3. Porque o potencial elétrico Vé uma 1 ajorsn
grandeza escalar, definida combase AbVj,O== 42B9V1:0á"V1,C=/a4y8V= 24W;
na energla potencial elétrica, O ve= 2 ais bJ54 kWh
tor campo elétrico É é uma grandeza
vetorial definida com base em uma 3. Figura a: associação em série;figu=

força É e,portanto, só pode ser so- ra b: associação em paralelo; figura

mado vetoralmente. É associação em paralelo,

“, Tanto na associação em série como
na associação em paralelo, a soma
das potências dissipadas em cada
resistor é igual à potência dissipada

no resistor equivalente.

5. aj12000 bj500 <j200N medida obtida pelo voltimetra será clonar como um receptor, por Isso
6 100 também menor. essa associação não pode ser ca-
bj 5,4 mm racterizada como uma associação
+ Não. bi43m A expressão curto-circuito significa de geradores, polis um deles não
B. aj46m um elreulto elétrico em que os flas exerce essa função, Esse é oprinci=
a. alSim condutores foram encurtados. À re= B palinconvenlente dessa associação.
dução do comprimento de um circul= a)Emsére. b/0,00670
10, 148ºC to multas vezes reduz drastlcamen= Trata-se de uma Impossibilidade
te a sua resistência, aumentando teárica, Para que o LED emita luz é
UI, 30m preciso que os elétrons percorram o
multa a Intensidade da corrente que diodo e parte deles dê origem a fó=
Capítulo 7 tons; para Isso é preciso que parte
passa pelos fios encurtados, 50 faz da energla fornecida a esseselé=
L O geradoreletrostático fornece uma com que esses (las se aqueçam é trorg par melo da força eletromotriz
grande quantidade de particulas quelmem as colsas em que estão da pilha seja consumida nesse pros
eletricamente carregadas, mas as cesso, 0 que equivale a uma energla
lIbera quase de uma só vez, Pode encostados, podendo dar origem a dissipada e, portanto, à existência
gerar correntes elétricas de alta In= Incêndios. de uma resistência Interna do LED.
tensidade, mas são quase Instantá= a bj 28 8
neas, O gerador quimico é capaz de 10, Sim, Como o chuveiro mais mader=
produzir uma quantidade continua no dissípa uma potência malor e tem Questões do Enem
de cargas elétricas durante um In= a mesmo valor de tensão, da ex= e de vestibulares
tervalo de tempo razoavelmente pressão P = W podemos conclulr
longo. fornecendo correntes meno= que passará uma corrente de Inten= 1, Na cletrização por atrito, 0 que Im=
res, mas relativamente estáveis. sidade malor pelo clreulto elétrico porta é a proximidade entre 05 cor=
desse chuveiro, Por isso. 085 flos des= pos atritados, O atrito, na realidade,
e Lo 150 e200 se clreulto devem ser trocados por spam ALE é apenas uma forma de estabelecer
outros de malor diâmetro, para evitar um contato mais intimo entre os. c0r=
nj60A a aquecimento da flação por etelto oOocoOncraam pos. Por isso 0 sentido do mevimen=
nO v Joule, o que poderia provocar Incên= ta em que se processa o atrito é In=
cla ela,0W dios, Além disso, é preciso adequar diferente. Na magnetização, o atrito
bJ,0v dizow as lusivels ou disjuntores do clrculto também não Importa, Ele aparece
em que o chuvelro está Instalado, parque se procura aproximar ao má=
nj3a0v bj Bom para que não Interrompam o clrculto slrmo o campo magnético da imã que
quando o chumedro for ligado, Induz a magnetização, do corpo
Sim. imantado. E o máximo de aproxima-
1 Clreulto a trecho CO e trecho EF; ção resulta em atrito. O objetivo des-
No caso do amperimetro, como ele elrculto b: trecho EF, sa aproximação é, portanto, fazer
sempro é colocado em série com o com que o corpo a ser Imantado figue
12, 0) 0,27 À bJZrv
trecho de clreulto em que se quer RESSOSTAS 277]
medir a Intensidade da corrente, a 13.1404-20V
medida por ele apresentada será
sempre menor do que aquela que 4, b) 0,150
passaria por essetrecho sem o ams
15, aj40 A bjao A
perímetro, isso porque a resistência
desse trecho de clrcuito fica sempre 15. aJEma todos os terminais positivos
malor e. mantida a mesma diferença enegativos das pilhas estão ligados
de potencial nesse trecho, a Inten= aos correspondentesterminais po=
sidade da corrente real (sema me= altivos e megativos da assoclação =
essa duma associação de geradores
didor) será sempre maior. No caso
do voltimetro, a alteração é a mes- em paralelo; em b, como a mesma
ma. Como ele deve ser colocado em
paralelo com o trecho de clreuitono corrente atravessa todas as pilhas,
trata-se de uma associação de ge-
qual se quer medir a diferença de radores em série,
potencial, parte da corrente que
atravessava esse trecho passa biEma,sendo todas as plhas Iguais,
também pelo voltimetro e acorren= a força eletromotriz da associação

te ue passa efetivamente pelo tre- é Igual à força eletromotriz de cada
cha de clreulto considerado diminui pilha: em b, a força eletromotriz da
em relação áquela que passaria sem associação é Igual à soma das forças
o voltimetro. Assim, mantida a dife-
rença de potencial nesse trecho, a eletromotrizes de todas as pilhas.

chEmb,

7. É possivel llgá-las em paralelo, mas,

nesse caso, a pilha de 1,5 W val fur=

imerso na região em que o campo localiza numa região de Intenso trá= 1, al5ão torres de transmissão, assim
magnético do imã é mals Intenso, fego aéreo, onde a boa orientação chamadas porque sustentam flos
Maso campo magnético tem sentl= dos voos é Indispensável. pelosquals sepropagamascorrentes
do e a magnetização Induzida tam- alternadas que transportam ou
bém, Se fizermos um movimento de b)5,0+10-17 transmitem a energla elétrica gerada
valvám a magnetização bnduzida em al Saindo do plano da figura. nas usinas aos centros consumido-
um sentida do movimento pode ser b) 4,510! m/s resessas torres precisam ser altas
desfelta no movimento em sentido para que as ondas eletromagnéticas
oposto. Por Isso, recomendamos c)11-10!ey geradas pela oscilação da corrente
que se movimente o Imã em um só não alcancem as pessoas é 05 anl-
sentido. + bj1,2:10-2N mais no sola com Intensidade que
8. a) Para a esquerda. possa lhes causar algum dano.
« Dependendo da forma como ele se
quebra, os pedaços resultantes po bh51D-2A b) São Isoladores, dispositivos des=
dem se repellr ou atrair. Em princi= tinados a Impedir a passagem da
plo, quando q corte delxa 05 polos Capítulo 9 corrente elétrica dos flos para a
opostos em lados separados, há estrutura metálica das torres; as=
atração; quando as extremidades L A particula fica submetida a uma sim, quanto malor a tensão trans=
dos pedaços de Imã têm o mesmo força magnética de módulo portada, mais altas são as torres e
polo, eles se repetem, malores (mais compridos) são es-
F = gra, ses Isoladores.
» Emborao campo magnética do imã 12. a) 28 esplras
em forma de ferradura Interfira na 2 Figura a: resultante nulo; figura by b) 3180 espiras
estrutura molecular da pastilha horizontal para a direlta. ci No Item b 05 enrolamentos das
magnetizando=a, a ação oposta = a)0,36A bobinas têm muto mais esplras que
pastilha desmagnetizando aos blB,=3,8:10"TeB,=2,5-10"'T no ltema bss0 significa que alnten=
poucos o imãem forma de ferradus Sim, aldade da corrente elétrica que
ra= é pratlcamente inexistente, Em atravessa os enrolamentos da bos
autras palavras, o imã em forma de al Perpendiculares aos condutores bina Bié menor, porque a resistência
ferradura é capaz de magnetizar e exercidas em sentidos opostos, é malor (os flos são mais compri-
uma quantidade praticamente llmil= dos) Logo, em prineíplo. namonta-
tada de pequenos imãs sem se bja7 DN gem do item b pode-se usar flos
desgastar. Como explear css mais finos do que na montagem da
energla limitada? Na realidade, a Porque as espiras estão separadas tem a, Como à potência é o produ=
energia necessária para magnetizar entre si, to da tensão pela Intensidade da
a pastilha, alterando sua estrutura corrente, a montagem do item a é
molecular, não se orlglna do ima, T, 38 espiras, mais adequada para as potências
mas do trabalho da mão da pessoa malares, pois a Intensidade da cor=
que faz a pastilha atravessar o imã, 8, 81107 rente é malor, desde que se usem
É mais ou menos como uma pessoa fios mals grossos enquanto a mon-
elovar um carpa a uma determina= Capítulo 10 tagem do item b é melhor para po-
da altura e depois delxar esse corpo tências menores, pols a Intensidade
cair = |850 pode ser felto quantas L a) = 6,0 -1D-tWb da corrente é menor.
VEzos Essa possoa quiser ou puder, b) =1,4 10" Wb
o campo gravitacional da Terra E) =2,0 10-"Wb « A lndução eletromagnética só acon=
“nunca val se cansar" de trazé-lo tece, como sabemos, quando o
sempre de volta, 3, Não. campo magnético varia junto a elr=
cultos olétricos ou bobinas, E o pro-
« Nas proximidades dos polos, as ll- Cada oscilação do imã corresponde cesso tecnológico mais simples,
nhas do campo magnético pene- aumaosclação do pontelro do gal- eficiente o fácil de se obter essa
tram na Terra quase verticalmente, vanômetro, varlação é fazer com que imãsglrem
Isso significa que, nessas reglões, a Junto a bobinas fixas nas quals as
agulha das bússolas tende a ficar na Deve oscilar também, correntes elétricas são induzidas.
vertleal, ou seja, não se orlentaria
em nenhuma direção horizontal De lalli2,5:10"04; 14. Ma caso dos telefones fixos, seus
(paralela à superficie da Terra), que de ll a bl: 6,5 «10-84; fores 0sClariam com a mesma fre=
éa direção em que se orienta o voo del alv: 9,0 10-8V quênela da comentealternada cessa
dos aviões. O polo sul magnético a) 3,6102Wb oscilação se super poria à oscilação
(que fica no hemisfério norte) se da frequência induzida nesses fones
bje=Del=0e==24-10Ve
EIZI RESSOSTAS |=-010 Are = 24-100Ve
I=O10A

c) Na entrada: sentido horário; na
saída: sentido anil-horário.
B, 60 Hz
9 É semelhante,
10. Não.

pelo som a ser transmitido, Como a quências da radiação Incidente, 2 [= 247-109Hz;
Intensidade do som é multo menor A cor verde das folhas mostra que [, = 2,93 10! Hz;
doque a Intensidade da corrente ln= a faixa de freguência correspon= [,=308-10%Hz
duzida, seria Impossivel ouvir qual- dente ao verde é a que a dorofila valor=|lmibe: 3,25 - 10%Hz.
quer outra colsa a não ser o ruído
decorrente da osdllação da corrente. menos aproveita, por isso ela à - BJ6AT OM Hz
No caso dostelégratos ocorreria um
fenômeno semelhante: a vibração reemite, o as folhas nos parecem b) 3,08 -10Hz

dos “martelnhos"”que marcavam as verdes, ássim, pode-se conelulr Capítulo 14
fitas de papel com o código Morse,
transmitida por melo das flos teles que as freguências mais eflelentes 2. Ax=2,8Wm
gráficos, seria superposta pela vl=
braçãocorrespondente à frequência para promover a fotossintese são 3 áxz2210"m
da oscllação da corrente alternada, as que se situam aquém e além das 5. 5lmundo,
extremidades do espectro visivel, 6. Vantagens: 4) as emulsões fota-
tornando impossivel distinguirem=se do vermelho e do azul São os fó=
as suas marcas das marcas decor= tons dessas frequências que têm a gráficas são chapas fotográficas
rentes da transmissão telegráfica, energia necessária para desenca- sensivels à passagem das partl=
dear as reações bloquimicas da fo= culas, portanto não é preciso fo=
15. As fontes não são fontes no sentido tossintese, Da mesma forma, ape= tografar o evento quando ele
estrito da palavra, porque não ge= nas os fótons de determinadas beorré como acontece com a cá-
ram energia: apenas transformam freguências podem arrancar elé= mara de nuvens, o registro do
o modo como essa energia chega trons da estrutura cristalina de um evento é realizado quando à pró=
ao consumidor, O nome “fonte” se metal,
deve, multo provavelmente, no fato prio evento acontece: 2%) por se-
de ela substituir pilhas ou baterias, Coeflelente linear: W negativo;
que são, na realidade, fontes gera- eoellelente angular: h, rem chapas fotográficas, elas po=
doras de energia elétrica, Se esses dem ser colocadas em qualguer
dispositivos substituem fontes, É aja Dt Hz bi73 0-0]
compreensível que sejam chamas lugar, não precisa ser em um las
das também de fontes, Questões do Enem boratório especializado,
e de vestibulares A principal desvantagem está re=
Capitulo 11 laclonada ao registro de trajetó=
l, E ras curvas, que é multo mais
1, Como olmpulso é o produto da for= 2 aj3,0 10-18] fácil em câmaras de nuvens em
ca pelo Intervalo de tempo em que que as particulas se movimentam
ola é exercida, oleo sempre se torna BNB kWma Intensidade da raila= multo mais lvremente da que em
relevante nas naves espaciais por= emulsões que, por serem gelatl-
que a ação dessa força, exercida qão emitida pelo laser é muito mals nosas, favorecem o registro de
pela pressão de radiação solar so= perigosa que à radiação solar; ele trajetórias rotilinoas,
bre a nave, apesar de frágil perdura não deve sor apontado diretamente
durante multo tempo = as naves « Segundo a Fislca moderna, há entre
ficam anos em órbita expostas à para os olhos de uma pessoa. o imãe o alfinete uma troca de tó=
pressão da radiação solar. tons virtuais que transmitem a ln=
a) Dt Hz c)17 ev teração eletromagnética entre
. nj3,3-10"Pa b)2,0104N eles. Em outras palavras, há parti=
bidav di 5,8 104 Hz culas mensageiras que possibilitar
» Pole significa livrar a superticie me= ainteração. Elas não “avisam ape=
tálica de substâncias estranhas so ame nUNIDADE 4 | nas, mas estabelecem, de fato, a
metal. Em outras palavras, em uma Interação,
superficie polida os fótons têm mais Capítulo 12
facilidade de Interagir com os elé= 8. Simunho,
trons da estrutura cristalina do me- 1, Pode ser, mas é Impossivel saber o
tal, pols há menos obstáculos (Im= Questões do Enem
purezas) se opondoa essa Interação, que vocês fazem smutancamente e de vestibulares
e quando a simultaneidade ocorre. Lb
- Damesma forma que uma superti= 2. 010401
cle metálica é mais sensivel à radia= 12-10! m/s 4 alia do4y
cão de determinadas freguências,
aderofila presente nas folhas tam-= 928m b) 3 bombas “Little Boy",
bém é sensivel a determônadas fre =
1,4:10-5kg clêmeses.

b) Essas forças são tão reals ou fle= RESSOSTAS EI
ticas quanto o peso.

Capítulo 13

1, Frequência máxima: 2,47 «10% Hz;

tfreguência minima: O.

“SLÇEITURAS COMPLEMENTAREeS

Os artigos de revistas a seguir podem ser lidos durante o estudo dos capítulos aos quais se referem, e os livros Indi-
cados apresentam conteúdos semelhantes aos estudados neste volume,

Recomendamos que, antes de Inlelar a leitura, você consulte sempre seu professor — ele poderá orlentá-lo sobre o
modo mais adequado e eflciente de estudo,

SUGESTÕESDEARTIGOSDEREVISTAS |
3. “Lâmpadas fluorescentes duram
Unidade 1 Unidade 3
mais tempo e são mais econômicas”
1. “Como funciona um relâmpago” Lydia Cintra, Superinteressonte junho '
1 dali lada ele está entre
Jtuoddro Zfauvnicsiao,naH,oDwisSptounfifveWloerems«=hiCtpoim//o daber2i0c1o1mDiesp/obnliovgesl/eImd:ei«ahst-tvpe:r/cseusp/er.
eb
iclnen,clÁachuaRwDvO odmLÚcommarr,eSlOaNm,pago. mlaamipsa-dtaesm-pfol-ueo=rseasoce-nmtaeiss=-duram=
«ahttp! pit“sdupieraabri]lco! m, dbr/oclencinao
2. A“nBtroansilaoCpaarísiodsosFo1n00emMialrhlõaesIndêes ralos" econamicas,, Acessoem Gmar. 2016,
Zanchetta, Superinteressonte agosto cnoasm»p,oA-cmeasgsnoeteimco9-emlaer-.e2s0t1a6-.entre-
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Disponivel emehttpi// colunas /de-laboratorio=para=a=
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SIGNIFICADO DAS SIGLAS.

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LEITUAAS COMPLEMENTARES E SIGNFICADO DAS SIGLAS FEI

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=SeLossá—rIO,

Ação: grandeza resultante do produto da Corrente elétrica: fluxo continuo (corrente Eletrização por Indução: processo de ele-
energia de uma partícula pela tempo em elétrica continua) ou escliante (corrente trização decorrente da aproximação entre
que ela é observada, elétrica alternada) de parículas portadoras dols corpos em que um dos corpos está
de carga elétrica em um condutor. eletricamente carregado e o outra, eletri-
ampére (A) unldade da Intensidade da cor- camenteneutro, é ligadotemporária e con=
rente elétricano 51 coulomb (E): unidade de carga elétrica do verientemente à Terra,
5.
Amperimetro: Instrumento de medida de Eletroimãe imã temporário formado por
corrente elétrica. Densidade superficial; em eletricidade, uma cumais bobinas enroladas em mate-
razão entre a carga elétrica contida emuma rlalferromagnétics à seu magnetismo só
Bárlan: nome genérico dado a um conjun- superficie condutora linear e a sua área. se manifesta quando percorrido por car=
to de partículas de massas aproslmada- rente elétrica.
mente Iguals que Interagem fortemente no Dislétrico: materia isciante que pode ser
eletricamente polarizado quando subme- Eletromagnetiamo: parte da Fisica que
núcieo atômico. tda a uma diferença de potencial até um engloba o estudo da eletricidade, do mag=
veior=limite; quando passa a ser condutor, netismo, das ordas eletromagnéticas e,
Bobina: conjunto-de espras de mesma for= esse valor-|Iimite é chamado rigidez dlelé- em cursos superiores, da óptica,
ma e eixo central coincidente, trica do materlal
Elétron-volt: energla equivalente ao tra-
Báósona: particulas mediadoras, que tar= Dinamo: gerador eletromagnético. balho minimo realizado por um agente
nam possivel a Interação entre férmians. externo para elevar o potencia elétrico de
Efeito Compton: espalhamento de um fel= um elétron de Tvolt,
Bússola: pegueno imã em forma de agulha xe de ralos X em decorrência da Interação
que pode se mover livremente emumpla- elástica entre os fótons Incldentes dos Eletroscópla: dispositivo com uma ou duas
no horizontal, raios X e os elétrons livres de um alvo de lâminas leves e móveis ligadas aumecorpo
cristal de carbono condutor externo destrado a detectar a
Campo: em Física, é a reglão do espaço em eetrização de um corpo; pode ainda pos=
que se maniesta determinada grandeza = Elolto estufa: fenômeno pela qual as mo= sibilltar a avaliação da carga elétrico neto
alca, por melo da qual ee pode ser descrita léculos dos gasos em sussensão na atmos- contida,
fora retâm porto da energia Ireaciaca pola
Capacidade elótrica: medida da carga elé- superfica terrestra, aguecendo-a mer Energia potencial elétrica: energia armma-
trica de um condutor, obtida pela razão vsse aquecimento, toda a água da superti- zenada em dols ou mais corpos por chusa
entre a carga elétrica nele contida e o seu cwca Terra estaria parmanentemente con= de sua posição matva,
potemelal ehétrico, gelada e a vidana Terra se existissecorta-
mente não seria como a conhecemos. Espectroscopla: bécnica pela qual se ob=
Capacltores: dispositivos destinados a ar- tém o espectro de um elemento com o
rmuzenar cargas elétricas, usados em elr= Eleito fotoslátrico: emissão de elétrons de objetivo de Identificá-lo; o espectro de
cultos osclantes, na retificação de carmen= uma superficie de um determinado mate= um materlal ou de um astro celeste per-
te alternada. como fltro de freguéncias. ral sobra a qual Inode luz ou radiação ele= emite a ldontficação de seus compenen=
entre outros, tromagnádica (fótons) de alta freguência, tes químicos,

Circuito elétrico! carinho fechado consti- Efeito Joube: nome dado as aquecimento Espeetroscápio: equipamento destinado à
tulgo par condutores, geradores, res stores gerado em um flo condutor quando atra= realização da espectroscogia
e outros componentes elétricos percorri= vessado por uma corrente elétrica,
dos por corrente elétrica Esplra: circuito fechado formado por um
Eletrização: processo pelo qual 5 número único condutor, em geral de forma geo=
Comutador: contato elétrico deslizante de elétrons dos átomos de um corpo tor= métrica definida parte elementar de uma
que faz com que as oscilações de uma cor- na-se diferente do seu romero de prótons; Bobina
rente elétrica alternada não Invertam seu em consesuêncda, esse corpo adquire car =
sentido ga elétrica positiva cu negativa Estados estaclonários: em um átoma es=
tados ros quais os elétrons podem ser
Condutância: O inverso da resistência elé- Eletrização por atrito: processo de eletr|- “encontrados.
trlza razão entre a Inbensldade da corren- zação decorrente do contato multo préxi=
te que aravessa um condutor e adferen- me entre dais corpos, em geral obtido por Éter: melo hipotético criado pelos fisicos
ca de potencial a que ele está submetido, para servir de suporte à propagação cas
esfregação, & que possibilita a passagem ondas eletromagnéticas e cuja existência
Condutor: em eletricidade, corpo ou mas de elétrons de um corpo para 0 outro. foi aceita até o Iníclo de século XX
terlal através de qual as pardculas porta-
doras de cargas elétricas podem mever-=se Eletrização por contato: processo de ele- Fármion: particula que tem alguma Indlvi=
com facilidade. trização decorrente do contato entre dois dualdade e pode ser tratada por um pro-
corpos em que um deles esta eletrica- cesso estatístico proposto por Ferml; O
Corpo negro: corpo capaz deemitir ou ab- mente neutro é 6 outro esta eletrlcamen- elétron é um férmion,
sorver atotalidade das radiações que gera te carregado.
du recede. [283
null

Fisica clássica: reunião de todo à conheci= Inclinação magnética: êogula formado pela Magnetismo: hlstorlcamente, propriedade
mento fisico cujas bases foram formadas agulha magnética de uma bússola com & caracterísdca dos imãs cujos polos [norte
até o fim do século XIX. piano horizontal em um determinado local ou suliposem atralr-se, quando diferentes,
sód possivel medi-lo com bússolas espe- ourepelr-se, quando Iguals, é de materlais
Física moderna: reunião de todo conheci- clals que podem se mover llvremente em sensíveis Satração dos Imãs,
mento fisico surgido desde meados da um piano vertical,
século XIX até nossos dias; nela está con- Mecânica clássica: estudo do movimento
tida a Fislca clássica, Indução eletromagnética: fenômeno que
resulta na geração de força eletromotriz das partibuias e dos fluldos, em geral é dl-
Fissão nuclear; processo pelo qual onúcleo em um direulto elétrico decorrente da va-= vidida didaticamente em Cinemádica Es-
de um átomo pesado é fragmentado em rlação do flumo do campo magnédco onde
núcleos mencres. esse circulto está Inserido. tágica, Dinâmica, Fluldodinámica e Mecã-
nica ondulatória
Fluxo: Considerando-se um campo vetorial Intensidade da corrente elétrica: gran=
urifarme & uma determinada área plana deza escalar associada à corrente elétri- Mecânica quântica: estudo do mundo mi-
Imersa nesse campo o fluxo é o produto ca que percorre um condutor, É definida croscóplco das moléculas, dos átomos E
do mádulo do vetor campo [correspon- pela quantidade de carga que atravessa das particulas elementares da matéria.
dente a essa área) pelo cosseno do ângu= uma seção normal desse condutor em
lo formado pela direção do campo e um uma unidade de tempa;na 5I, aunidade Méson: name Ínlcla dado às parituias me-
segmento normal ao plana em que essa de Intensidade de corrente elétrica é & diadoras da Interação forte, responsáve' pela
área está contida. Está reladanado as nú- ampére (A), coesão do núcleo atômica, o méson mpar-
mero de linhas desse campo que atraves= titula medladora da interação entre os nú-
sam essa superficie, Interações fundamentala: formas pelas deonsdonúdes Crama-se agora pen, outro
quals ocorre a Interação entre corpos ou mésen conhecido, chamado Iniclalmente de
Força contraeletromotriz: diferença de particulas: grovitaciana Interação entre méson pn, Bassou à Chamar-5e múon.
potencial aplicada aos terminais de um duas particulas em virtude da massa
receptor; trabalho útil realizado sobre o dessas partículas, eletromagnética, In= Modelo: representação esquemática cu
recestor por unidade de carga elétrica que teração entre duas particulas em razão simplificada de um aspecto da realidade ou
e pescorra dacarga elátrica dessas partículas; forte de como, par hipótese, se supõe que ela
Interação entre núcleona que mantém a seja exemplo; modela atômica
Força elatromotriz: trabalho útil realizado comsão do núcieo do átomo; e froca.
pelo gerado por unidade de carga elétrica ocorrida no núcleo atómico, causa do Multimntro: Instrumento de medida de
que e porcarce a dá celgem a uma diferon= decalmento radioativo, como a emissão várias grandezas elétricas,
ca de potencial entre seus terminais, departiculas beta. Atualmente as Intera=
qões eletromagnética e fraca são conal- Meutrino: particula originada ds decalmen-
Fóton: particula elementar sem massa deradas uma única Interação conhecida to radioativo do núcieo, trata-se de um
portadora da interação eletromagnética; como eistrofroco lépiom; há mês pos de nevtrinos: do elé=
aluz e as radiações constituem-se de tro do mun e do ue três antreutrinos
fótons. Inolante: em eletricidade corpo ou material correspondentes
através do cual as parbculas portadoras de
Frequência: razão entre o número de even- cargas elétricas movem-se com difloulda- Núckson: cada ur das componentes do
tos de um fenômeno iclelos, oscllações de umesrpo au material pode compartar- núcleo: prótons e mbutrona.
completas ou repetições de posições na «se como isolante para uma determinada
mesma fase) e o tempo correspondente, diferença de potencial e como condutor ohm (6) unidade de resistência elbtrica do
reeiproca da periado; a corrente alternada para diferenças de potencial maloces. Gg
é distribuica com uma frequência determi=
nada que, no Brasil é de 60 Ha, Joube (1): unidade de trabalho e enemgla do Ondas eletromagnéticas: ondas constltui-
SI, das por fótons; não recessitam de meis
Função trabalho: coastanta caracteristica para se prosagar,
de um metal dada pela trabalho mínimo Léptons: pardculas que não partidpam da
necessário para que ela abandone sua interação forte: elétrons e reutrinos são Orbital: cada uma das regiões de um áto-
supertiela, léstons, mo onde a probabilidade de se encontrar
seus elétrons é maior,
Galvanómetro: amperimeiro multe sensi- Linha de campo: no campo magnéádes, ||-
vel com 0 ponteiro no melo da escala; usa- nha imaginária que, em cada ponto, é pa- Partículas ala: partículas equivalentes a
de em geral, para detectar a passagem de ralela 25 vetor campo magnético ou | núcleos do hélio originárias do decaimen=
corrente elétrica em um trecho de um dr= conbém. to radlgadivo de um núdes
Euito elétrico.
Linha de força: nó campo elétrico,linha Pêndulo eletrostático: corpo leve, em ge
Hadrons: nome dado às partículas forma- imaginária ta-gente ao vetor campo elé- ralesférico, suspenso por flofina e Isolan=
das por quarks, que se martêm unidas te; quando eletricamente neutro pode
praçasà interação forte. trico (ounele contida) em cada ponto des- detectar a presença próxima deum corpo
eletrizado, senda atraído por esse corpa.
FE G.0554R0 se campo.
Permeablidademagnética constante ele-
null
tromagnédca que desende do meloaper=

mesbidade magnética do vácuo & por
definição, gu, = abr 105! T mia

Permisslvidade: constante elétrica asso- Ralos beta: nome dado a uma das radia- às tornam condutores de corrente elétri-
cães emitidas pelo decalmento de umnú= <a composta de portadores de carga ne-
clada ao melo; seu valor, para O vácuo, é gativa (elétrons) ou positiva (lacunas).
E, = 8,9 1072C2/N «mê quanto malor far cleo radibativo, mals tarde ldentlficadas
essa constante, mais “permissivo” é o Solenolde: conjunto de esplras demesma
meio, como elétrons cu pósitrons. forma, em geral dispostas em espiral, com
um unico elxo central,
Polarização: propriedade pela qual se Ralos catódicos: nome dado a uma radia=
restringe uma onda mecânica transversal ção emitida por um filamento aquecidono Spin: propriedade de particulas atômicas,
ou eletromagnética a um único plana de Interlor de um tubo rarefelto. posterlar- como elétrons, prótons e núcleons, rela=
oscilação. mente Identficada como elétron. conada a possívels “orientações” que
equivalerla, na Fislca, ao momento angu=
Polo magnético: cada uma das reglões Ralos cósmicos: radações e particulas ele- lar de um corpo em rotação; quarto nú=
mero quártlco, necessária para definir
onde as Inhas do campo magnético atra- mentares emitidas pelos corpos extrater = univocamente os níveis de energia deum
wessam a superficie terrestre; a denomi- restres que chegam anós continuamente, átomo,
nação habitual des polos magnéticos é
oposta à sua natureza magnética o polo Ralos X: radiação eletromagnética de alta Supercondutar: nome dado a alguns ma=
norte magnético. próximo ao polo norte frequência, da ordem de 1D“ Hz. terials cuja resistência elétrica se torna
geográfico é, na realidade, um pos mag- praticamente nula a balxissimas bempe=
nético sul; o polo sul magnético, próximo Relatividade geral: sitese entre a Mecá- raturas.
ao polo sul geográfico éna realidade, um nicae a Gravitação por essa teoria alnte=
polo magnético norte. ração gravitacional é função das proprle= Superfcle equipotenclak nocampo elétri-
dades geométricas do espaço, co, superficie imaginária em que todos os
Ponto Curbe: temperatura limite a partir da pontos têm o mesmo potencial elétrico.
qual um material deixa de ser ferromag- Relatividade restrita ou especlak refarmu=
nético. lação dos conceitos de espaço, tempo e Tensão: em eleteleidade, 5 mesmo que d-
energia com o estudo do comportamento Terença de potencial,
Potência total: potência consumida por de particulas em alta velocidade, tendo
uma máguina para funelonar, como base o principle da constância da testa (Th unidade do mádulo do vetor cam=
velocidade ca luz pa magnético no Sl
Potência útil potência fornecida por uma
máquina ao ambiente, Rendimento: razão entre a potércia útll Transformador: dispositivo capaz de
fornecida por uma máguina e a potência “transformar” o valor de determinada far=
Potencial alétrico: grandeza que posslbilll- total por ela consumida sa eletromotria alternada em outro,
ta à descrição matemátea escalar de um
ponto de um campo elétrico;é definida pela Recstatos dispositivo de resistência eiétri= Vetor campo olétrico: grandeza vetorial
razão entre trabalho eeirirma realizado por ca variável, que possibilita a descrição matemática de
um agente externo sobre uma partcula um campo elétrico em um ponto; tem a
eletricamente carregada e a carga dessa Resistôncia elétrica: razão entre a diferen= mesma direção e sentido da força que esse
parbeula quandotrazica do infinito atá esse cade potencia! elétrico entre dois pontos campo exerce sobre uma particuadecar=
ponta. deum condutor e alntensidade da corren= ga colocada nesse ponto e o módulo dado
te elétrica que o atravessa; para uma de- pela razão entre o módulo dessa força e à
Pressãode radiação: pressão exercida pela terminada diferença de potencial, quanto carga dessa partícula
radiação eletromagnética (fútors) sobrea maior a resistêânca de um condutor, menor
superficie em que ela incide a Intensidade de corrente elétrica que à Vetor campo magnética: grandeza vetorial
atravessa. que possibilita a descrição matemática de
Quantum: quantidade minima possível de um ponto de um campo magnético; tem a
certas grandezas físicas, defridaorigina- Resistlvidades constante de um determi= mesma direção da e lentação da agulha de
rlamente para a ação, produto da energia nado material que origina a sua resistência uma bussola colocada nesse ponto, com
deuma particula pela tampe em que ela é elótrica, sentido concidente com o marte apontado
observada exemplo: quontum de enecgla peia aguia o módulo é ostida por meia da
Resistor: componente elétrico destinado, expressão da força exercica sobre uma par=
Quarks: nome de seis particulas elemen- am geiala lrritar a Intensdade da corten- peula carregada que passa por esse ponta
tares que constituem os hádrons. entre te elétrica; quando se destina ao agquecl=
eles os prótons e os elétrons. mento, costuma ser conhecido como re- volt (4): umidade do potencial elétrico no
alstência elétrico. SI,
Radiação: o mesmo que Fradiação; nome
dado 4 propagação de ondas eletromag- Rigidez dielótrica: diferença de potencial Voltimetro: Instrumento de med dade d-
máxima a queum dielétrica pode ser sub= ferença de potendal elétrico ou força ele-
néticas, metido sem tornar-se condutor. tromoriz

Radlaatividade: fenômeno natural au arti- Semicondutores: materials compostos watt (4)unidade de potência do 51
ficial pelo qual os núcleosatâmicos emitem de elementos com quatro elétrons na
radiações alfa (equivalentes a núcipos de úlilma camada, combo sllboeo germa- weber (Wi): unidade de fluxo magnético
hélla): beta (elétrons) e gama (radiações nto, cuja estrutura Cristalina possibilita a nas,
eletromagnéticas de alta frequência). sua dopagem com determinados ele-
mentos como o aluminio e o fósforo, que GLOSSÁRIO EH

null

SSinpice REMISSIVO

A capacidade elétrica, 55 dlelétricos, 55, 64
capacitor, 55, 61-75 diferença de potencial elétrico, 44-46
aceleradores de particulas, 137, 266 dinamo, ver geradores eletromagnéticas
Ampére, André-Marle, 80 de placas paralelas, 62-64 diodos, E
amperimetro, ver clreultos elétricos caráter estatístico da Física, 202 Dirac, Paul, 258
dualidade onda-particula 187,197
anlguilação, 263 carga
de cor, 268 Du Fay, Charles, 11
antimatéria, 251, 263, 269, 271, 272 elétrica, 11-19
aparelhos elátricos, 93, 101 -— elementar, 13, 269 E
aquecedores elétricos, 52
associação catástrofe ultravioleta, 240 Edison, Thomas Alva, 91
clreultos efeito
de capacitores, 68,69
de condutores, 57 elétricos, 111=127 estufa, 274, 275
de geradores, 121 = chaves, 115, 116 fotoclétrico, 1902-197
de resistores, 95 = dispositivos de segurança, Joude, 92
átomo VIB=n18 Elnsteln, Albert, 193, 47, 220
de Bohr, 248 = medidores elétricos, 13,114 eletrodeposição, vor galvanoplastla
de Ruthertora, 244 = paceptores, 112 elotroimã, 150,160,154,184
eldtron livre, 7
B código de cores, 89-00 eldtron=valt, 46
coelletente de resistividade emulsões fotográficas, 254, 265
balança de corrente, 148,140 em relação à temperatura, 98 enerígla
Ballmer, Johann d. 246 comutador, 177, 178189 elótrica, 78,183
Becquerel, Antolne Hen, 243 condutâneia, 85 potencial elétrica, 25, 40=dd
bobina, ver solenaldo condutor, 14
= de umcapacltor, 65
de Tesla, 39 constante Eotvos, Roland, 228
glrante, 149 de Planck, 104, 241 equação do gerador, 107-=N0
Born, Max. 188, 203 de Rydberg. 247 equações de Maxwell, 188, 27]
bóson, 259 dielétrica, 64 espaço-tempo, 230
de Higgs, 270, 272 eletrostática, 18, 35 espectro, 243
Brogle, Louls Victor Perro Raymond de,
256 corponegro, 238-240 de absorção, 250
Brugnatelll, Lily), 131 corrente elútrica, de omlssão, 250
bússola, 135.136, 141,142,146, espectroscóplo, 2393-235
1495-152 alternada, 80, 11 esplra, 1508-177
continua, 79,139-159 estados estaclonários, 249, 250
C induzida, 1656-180 experiências de Dersted 152
sentido expressões
câmara de nuvem, 266 de Raylolgh=Joans, 240
campo - eletrônico, Bi-Bd de Wien, 240
Coulomby Charles de, 17
elátrico, 23-52 Cure, Marte, 243, 244 F
= de um condutor esférico Curie, Plerra, 138, 243, 244
carregado, 33 Faraday, Michael, 20, 56
- de uma partícula eletricamente D Fermi, Enrico, 252
carregada, 27 férmion, 265
= de uma placa unlarmemente Davisson, €.). 257 fissão nuclear, 262
carregada, 35 decaimento beta, 2561-259 fluxo do campo
= vetor campo elétrico, 25-50
declinação magnética, vor campo magnético, 157=170,188, 206
escalar, 25 magnético terrestre
magnético. 132-7180 Demócrito de Abdera 13
densidade superficial de cargas, 35,63
-— terrestre135, 138 Descartes, René, 135
= vetor campo magnético, 141-169
vetorial, 25, 30 detectores eletrostáticos, 21
eletroscóplo, 21
EM pêndulo eletrostático, 21

força J N

contraeletromotriz, 93, 112 Jeans, James, 240 Ne'eman, Yuval, 258
eletromotriz Joule, James Prescott, 92 neutrinos, 263, 265, 270,27
múcizons, 263
= induzida, 170-180 K múmeros quânticos, 255, 267, 268
magnética
Kirehhoff, Gustav Robert, 118 O
-— Sobre condutores, 147
fórmula de Balmer, 247-251 L DerstedHans Christlan151
fóton, 122, 187-=211, 244 Ohm, Georg Simon, E5
Franklin, Benjamin, 11,17,60 Lattes, César, 265 ondas
Fraunhofer, Joseph von, 235 tel
função trabalho, 194,195 de matéria, 255-256
fusão nuclear, 274 de Ampére, 80,153 eletromagnéticas
de Coulomb17,18, 20, 27
G de Faraday, 170-176,188 = natureza corpuscular, 192
de Lenz, 170-176 = quantidade de movimento, 185
Galvand, Lulgl, 103 de Ohm, B4-86 estaclonárias, 240, 257, 258
galvanômetro, 104, 1651-179 leds ce Klrchhofl, TIE orbital, 12,214,255
galvanoplastla, 130, 131 Lenard, Pill, 152 oselladores moleculares, 239, 240
garrafa de Leyden, 56, 60, 104 Lenz, Helnneh, 170
gerador léptons, 2569-270 P
Leucipo de Mileto, 13
potência, TIO linhas para-ratos, 60
rendimento, TIO de campo, 30,141-180 particulas
geradores de força, 20, 30-37,45-52
eletromagnéticos, 174 alfa, 3244-246
eletrostáticos, 15 = de condutores eletricamente elementares, 12,137, 2561-269
quimicos, 105 carregados, 37 Paul, Wollgana, 255, 262
Gerlach, Walter, 254 permeabilidade magnética do vácuo, 153
Germer, LH, 257 M permissividade
Glibert, Millar, 1 do dletótrica, 64
Graham Bell, Alexander, 184 magnotiamo, 135-142 elétrica do vácuo, 35,63
grandezas complementares, 260 máquinas eletrostáticas, 151
Gray, Stephen, 11 Martcourt, Phorre Pelerin Perrin, Joan, 235
(Petrus Peregrinus) de, 1315-136 pilha
H massa
de Volta, 103,104
hádrons, 268, 269 gravitacional, 227 Plank. Max Karl Ernst Ludwig, 240
Heisenberg, Wemer, 258 Inarelal, 227 poder
Henry, Joseph. 150 materials
Hertz, Hebnrleh, 188 antlerromagnáticos, ver materials absortivo, 238
Higgs, Peter, 270 ferrimagnéticos das pontas, 60
diamagnéticos, 137 emissivo, 238
I ferrimagnéticos, 137 polos
ferromagnéticos, 137,138,142 geográficos terrestros, 139
imãs. 135-142 paramagnéticos, 137 ponto Curie, 138
fósseis magnéticos, 138 Maxwell, James Clerk, 188 portadores de carga.14, 40,79-02,
mésons, 2561-269 1056-117
impulsos nervosos, 74,75,143 Michelson, Albert A, 214 potência elétrica, 91
Inclinação magnética, vor campo modela do “pudim de passas”, 244, potencial de repouso, 75
magnético terrestre 245 potencial elétrico
Indução eletromagnética, 1584-156, Morse, Samuel, 184 de um condutor, 52
1784-178 motores elétricos. 177 em campo uniforme, 47
interações fundamentais, 269 total, 43
interferência em fenda dupla, 198 pressão de radiação, 189, 150, 224
isolante, 14 Priestley, Joseph, 17

IND'CE REM SSIVO FEM

principio regra teoria
da conservação, 13,57, 118, 171, da mão direita, 143,152,155, de Fermi, 262
224-226 15811
- da carga elétrica, 13 do saca-rolha, 152 de Yukawa, 263
da correspondência, 255 do fuldo único, 11
da equivalência, 228, 229 reostato, 28 dos dois fluldos, 12
da exclusão de Paull, 255 resistência Tesla, Nikola, 23,142, 178,183
da Incerteza, 2358-260, 264 Thomson, Joseph John, 236
de Fermat, 241 elétrica, B4-BB
Interna, 93,107=121 trabalho minimo, 40,41, 45-61,
processos de eletrização, 14-15 resistividade do material 97
por atrito, 15 resistor, 86 106, 104
por Indução, 16 curvas caracteristicas, BG transformador, 1759-181
ôhmico, 85-86 transistores, 16
pulsos elétricos, 74, 75,103,184 ressonância magnética, 143, 263 transmutação, 2651-262
rigidez dielétrica, 64,66
Q Rbntgen, Nilhelm, 242 U
quanto. 193 Rutherford, Ernest, 245
Uhhenback, George E, 254
de energla, 193, 240 Sehrodinger, Erwin, 258 untado
de luz, 193, 211, 249 semicondutores, 14
quantização espacial, 254,255 sórie fundamental da eletrleldade, 157
quarks, 2567-270
de Balmear, 247 V
R de Lyman, 247
de Paschen, 247 velocidade de arrastamento, Bá
radiação Slemens, Ernst Werner von, 85 Volta, Alessandro, 25,103
dolar, 190, 274 solenolda, 158-150 voltimetro, ver circuitos elétricos,
térmica, 3238-249 Sommer tela, Arnold 254 medidores elétricos
spin, 254-256
radioatividade, 242-244 Stern, Otto, 254 WWWieebne,r,WiWlihlehleml,m,231968
radiômetro de Crookes, 204 supercondutores, 14,165
ralos superticdes equipoteneclals, 44-52 Y

beta, 236, 244 T Yulimna, Hitekl, 263
cotódicos, 193, 234-243
cósmicos, 265-=270 Tales de Mileto, 11,135 Z
K, 234, 242-258 teldgrafo, 177, 184
Raylelgh, John, 240 tensão, ver diferença de potencial Emelg, George, 268
razão carga-massa, 237 alétrico
redes de difração, 244

INDICE AEMISSIVO