dicas do vestibulard d e b rElaborado pelo professor Ananias do Sistema de Ensino Energia.fisica: advento da fisica moderna

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1) Introdução

4) Pardoxo dos gêmeos

3) Mecânica relativística

6) Experiência de Thomson

8) Experiência de Millikan da gota de óleo Aparato de Millikan

2) Mecânica clássica

5) Efeito fotoelétrico

7) Postulado fundamental da física quântica

Durante 2005, foi comemorado em todo o planeta o Ano Internacional da Física. A escolha da data não foi por acaso, pois tivemos naquele ano o centenário de grandes publicações realizadas por Albert Einstein, entre elas a teoria da relatividade (mecânica relativística), que foi contra vários princípios físicos até então tomados como intocáveis e perten-centes à mecânica clássica.

Suponhamos que dois gêmeos idênticos sejam colocados em situações diferentes, um fica na Terra e o outro é colocado no interior de uma nave que se move com velocidade próxima à da luz. Ao retornar à Terra, segundo a mecânica relativística, o gêmeo viajante será mais novo do que o que ficou na Terra. Assim, quanto maior a velocidade, mais devagar o tempo passa; portanto, os gême-os deixariam de ser idênticos. Já para a mecânica clássica, isso não aconteceria.

De acordo com a mecânica relativística:

· a massa de um objeto é variável, dependendo do seu estado de movi-mento; quanto mais próximo de c (velocidade da luz no vácuo), maior a massa do objeto;o tempo passa mais devagar quanto mais próxima de c for a velocida-de de um objeto;o comprimento depende da velocidade e este diminui quanto mais pró-xima de for a velocidade do objeto;a velocidade da luz é constante para qualquer referencial inercial, isto é, que não esteja acelerado por exemplo. Se a velocidade de um mesmo pulso luminoso for medido por um observador em repouso na Terra e outro que se desloca ao lado dele com velocidade v, o resulta-

8 do será sempre o mesmo para ambos: 300000 km/s (3 . 10 m/s).

·

· c

·

Em 1897, o físico inglês J. J. Thomson, através de experiências realiza-das com a ampola de Croockes (tubo de raios catódicos), conseguiu

11medir a relação entre a carga e a massa (e/m = 1,7 . 10 C/kg ) de cor-púsculos (achou um valor constante para essa quantidade). Hoje, esses corpúsculos são chamados de elétrons. Assim, Thomson rece-beu o crédito pela descoberta da primeira partícula subatômica, o elé-tron, e isso lhe rendeu, em 1906, o prêmio Nobel.

O cientista norte-americano Robert Millikan realizou, entre 1909 e 1913, várias experiências que lhe permitiram determinar a carga de um elétron individual. Lançou gotículas de óleo no interior de uma câmara que pos-suía duas placas horizontais paralelas, submetidas a uma d.d.p. Na queda da gota, essas placas se eletrizavam geralmente com carga nega-tiva, podendo ocorrer equilíbrio entre o peso da gota e a força elétrica. A partir desse equilíbrio e repetindo a experiência milhares de vezes, Millikan

–19 –obteve o valor da carga do elétron: q = 1,6 . 10 C carga de e . Tendo des-coberto o valor de utilizando a relação determinada por Thomson (e/m),

–31também encontrou a massa do elétron (m = 9,1 . 10 kg).

–e–e

Segundo a mecânica clássica (newtoniana):

a massa de um objeto não depende do referencial ou do seu estado de movimento;o tempo passa do mesmo jeito para qualquer observador, ou seja, para qualquer referencial;o comprimento (distância, altura, largura etc.) possui o mesmo valor para qualquer referencial parado ou em movimento, com alta ou baixa velocidade, acelerando ou freando;a velocidade depende do referencial, mesmo para a luz.

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Em1887, Heinrich Hertz notou descargas elétricas com maior facilidade entre dois condutores submetidos a uma d.d.p. quando esses eram expostos a radiação ultravioleta. Esse fenômeno ficou conhecido como efeito fotoelétrico. Einstein, em 1905, postulou que um feixe de luz consiste em pequenos pacotes de energia, os quantas de luz ou fótons, que pode ser transferi-da para o elétron da estrutura metálica. Essa transferência é um proces-so de tudo ou nada, em que o elétron obtém toda ou nenhuma energia do fóton. O fóton, então, deixa de existir. A energia obtida pelo elétron pode permitir-lhe escapar da superfície do metal se ele estiver se deslo-cando no sentido adequado. Esse fenômeno é chamado de efeito fotoe-létrico. Esta explicação, correta, dada por Einstein, proporcionou a ele, em 1921, o prêmio Nobel.

De acordo com a teoria quântica, uma energia radiante (luz, raio X, ultravioleta etc.) é descontínua, ou seja, está dividida em pacotes de energia que recebem o nome latino de quantum de energia. A quanti-dade de energia de cada quantum é diretamente proporcional à fre-qüência dessa radiação, resultando na equação formulada por Max Planck em 1900 (em que h é conhecido como constante de Planck): E = h . f.

Albert Einstein, 1905.

Funcionamento básico do tubo de raios catódicos (TRC).

Esquema de funcionamento do aparato usado por Millikan em seu experimento.

Albert Einstein, 1947.

Joseph Thomson.

Robert Millikan.

Isaac Newton.

Heinrich Hertz.

Max Planck.

cátodo

ânodo

bomba de vácuo

ímã

+++

++ + +

+++++

raios catódicos

luminosidadeesverdeada

pulverizador

placa A

placa B

+++++++

– – – – – – – – – – – – – – – – –

+++++++

orifício

d

gotas de óleo

VAB

fonte de tensão variável

luneta

+

–