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11 - A crise da Física no inicio do século XX

Joseph John Thomson (1856-1940)

Joseph John ThomsonThomson foi um físico britânico que descobriu o elétron.

Com a descoberta dos elétrons, Thomson propos, em 1904, um modelo atômico em que os elétrons distribuiam-se livremente em torno do volume de carga positiva do átomo, como ameixas num pudim.

Thomson - Modelo pudim de ameixas

Ernest Rutherford (1871-1937)

Ernest RutherfordRutherford foi um físico e químico neozelandês.

Foi estudante de Thomson.

Ele se tornou conhecido como o pai da física nuclear.

Rutherford descobriu o conceito de meia-vida radioativa e provou que a radioatividade causa a transmutação de um elemento químico em outro. Também distinguiu e nomeou as radiações alfa e beta. Por esse trabalho, foi premiado com o Nobel de Química em 1908.

Ficou famoso, também, pelo seu experimento da folha de ouro.

Rutherford - Experimento da folha de ouro

Se o modelo do pudim de ameixas de Thomson estivesse correto, as partículas alfa deveriam atravessar a folha de ouro, com pouco desvio. Em vez disso, quase todas as partículas atravessavam praticamente sem desvio, como se atravessassem espaço vazio, enquanto algumas desviavam fortemente, como num ricochete contra algo muito sólido.

Com esses resultados, Rutherford propos, em 1911, um modelo alternativo ao de Thomson, em que o átomo é quase vazio, toda a carga positiva está concentrada num núcleo e os elétrons orbitam em volta dele, como planetas no sistema solar.

Rutherford - Modelo atômico

A Descoberta da Radioatividade

Pierre e Marie CuriePierre e Marie Curie pesquisaram em química sobre as substâncias a que deram o nome de radioativas, pois emitem continuamente radiações penetrantes, tais como partículas alfa, partículas beta e raios gama. Nenhuma das formas de energia conhecidas até então podia explicar este fenômeno.

A Radiação de Corpo Negro

A teoria clássica previa que um Corpo Negro aquecido emitiria radiação com intensidade cada vez maior à medida que se aproximasse da região do ultra-violeta, fazendo com que a potência total irradiada fosse infinita, o que não corresponde à realidade, divergência conhecida como catástrofe do ultra-violeta

Corpo Negro

Na verdade, observa-se experimentalmente que a frequência emitida com maior intensidade é característica da temperatura. Inicialmente na região do infravermelho, com o aumento da temperatura, começa a se tornar visível no vermelho, passando por amarelo, verde e finalmente acabando no azul, após o que a emissão passa a incluir crescentes quantidades de ultravioleta.

Corpo Negro

Max Karl Ernst Ludwig Planck

Max Karl Ernst Ludwig PlanckPlanck formulou um modelo para o corpo negro.

Formulou a hipótese de qua a radiação só podia ser emitida em pacotes, que denominou, quanta (no singular, quantum). Postulou ainda que a frequência da radiação em cada quantum seria proporcional à energia nele contida.

Planck - quantum

A constante h:, valendo 6,63¤10-34 J·s foi posteriormente denominada constante de Planck.

A Lei obtida, posteriormente denominada Lei de Planckcorrespondia com precisão aos dados experimentais, resolvendo o problema do corpo negro.

Niels Henrick David Bohr (1885-1962)

Niels Henrick David BohrBohr aplicou a teoria de quantificação de Planck ao modelo atômico de Rutherford

Nesse modelo, várias órbitas com diferentes raios estão disponíveis para os elétrons, cada uma com uma energia bem definica. Um elétron, se excitado por um agente externo, pode saltar para uma órbita mais externa e posteriormente retornar à sua órbita original. Essa transição será caracterizada por uma emissão ou absorção de radiação, cuja frequência será proporcional à diferença de energia entre as órbitas, segundo a fórmula de Planck.

Bohr - modelo atômico

Note-se, porém, que, tal como o modelo de Rutherford, não há uma justificativa física para evitar que o elétron em órbita emita toda sua energia em forma de radiação síncrotron e caia sobre o núcleo, colapsando o átomo. Bohr simplesmente postulou que os elétrons nas órbirtas não emitiriam ess radiação.

O modelo de Bohr racionalizou dados espectroscópicos, dando um passo decisivo no conhecimento do átomo, comparável à introdução do sistema de Copérnico. Deu sólida base experimental à elaboração da mecânica quântica e justificou as variações progressivas das propriedades químicas dos elementos.

No entanto, o Princípio de Incerteza de Heisenberg viria tornar sem sentido a própria noção de órbitas dos modelos de Bohr e Rutherford.

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (1887-1961)

Erwin Rudolf Josef Alexander SchrödingerSchrödinger propôs uma nova formulação para a Mecânica Quântica baseada na sua equação que ficou conhecida como Equação de Schrödinger.
Equação de Schrödinger

Suas soluções, coerentes com o Princípio de Incerteza de Heisenberg, descrevem orbitais atômicos e moleculares.

Orbitais atômicos

A Mecânica Quântica tem sido descrita como a teoria "mais comprovada e de maior sucesso na história da ciência" (Jackiw and Kleppner, 2000), no sentido de que suas previsões são confirmadas por bons resultados experimentais.

Na verdade, a história real da Mecânica Quântica é bem mais complexa do que se pode apresentar aqui e bem diferente do que se costuma ver nos livros, na Internet, etc. Para um relato mais preciso, ver Martins (2013).

Albert Einstein (1879-1955)

Albert EinsteinEinstein ficou famoso por desenvolver a Teoria da relatividade .

Em 1895 realiza seu experimento mental, no qual se imagina 'viajando com a luz' e analiza as consequências, o que considerou o início da sua construção da Teoria da Relatividade, a qual começa a elaborar concretamente em 1902.

Em 1905, envia o manuscrito da teoria da Relatividade que é publicado sob o título de 'sobre a Termodinâmica dos corpos em movimento'.

Em 1912, Grossmann sugere-lhe a geometria Riemanniana.

Em 1916, enuncia a teoria da Relatividade Geral, que completa o sucesso da primeira obra.

Segundo essa teoria a velocidade da luz no vácuo, c, é constante em qualquer referencial. Com isso, quando as velocidades se aproximam da velocidade da luz, elas não se somam, simplesmente, como na relatividade galileana. Um reverencial em movimento com velocidade c não vai ver um raio de luz, também com velocidade c, se aproximar com velocidade 2c. A velocidade c é um limite absoluto superior!


Referências
Pós-positivistasConheça, agora, o Pós-positivismo.

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Citar esta página:
dos SANTOS, Renato P. . In Física Interessante. 23 Sep. 2014. Disponível em: <>. Acesso em: .

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