Universidade São Judas Tadeu - Engenharia Mecânica

Física, ciência que se ocupa dos componentes fundamentais do Universo, das forças que eles exercem entre si e dos efeitos dessas forças. Está estreitamente relacionada às demais ciências naturais e, de certo modo, engloba todas.

A química, por exemplo, ocupa-se da interação dos átomos para formar moléculas; grande parte da geologia moderna é, em essência, um estudo da física da Terra e se conhece como geofísica; a astronomia trata da física das estrelas e do espaço exterior. Mesmo os sistemas vivos são constituídos por partículas fundamentais que seguem o mesmo tipo de leis que as partículas mais simples estudadas pelos físicos.

2.HISTÓRIA Embora as idéias sobre o mundo físico remontem à Antigüidade, a física só surgiu como um campo de estudo bem definido em princípios do século XIX. A ciência moderna surgiu após o Renascimento, no século XVI e começos do XVII, quando quatro personagens de destaque — Nicolau Copérnico, Tycho Brahe, Johannes Kepler e Galileu Galilei — conseguiram interpretar de forma muito satisfatória o comportamento dos corpos celestes. O físico britânico do século XVII/XVIII Isaac Newton, um dos maiores cientistas da história, formulou os princípios da mecânica, formulou a lei da gravitação universal, separou a luz branca em suas cores constituintes e inventou o cálculo diferencial e integral. Sua contribuição mais direta para a descrição das forças da natureza foi a explicação da força da gravidade.Ver Gravitação.

Os fenômenos elétricos e magnéticos só começaram a ser compreendidos no final do século XVIII, quando principiaram os experimentos nesse campo. Em 1785, o físico francês Charles de Coulomb confirmou, pela primeira vez de forma experimental, que as cargas elétricas se atraem ou se repelem com uma intensidade inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. A possibilidade de manter uma força eletromotriz capaz de impulsionar de forma contínua partículas eletricamente carregadas chegou com o desenvolvimento da bateria de pilha química em 1800, pelo físico italiano Alessandro Volta. O cientista francês André Marie Ampère demonstrou experimentalmente que dois cabos por onde circula uma corrente exercem uma influência mútua igual à dos pólos de um ímã. Em 1831, o físico e químico britânico Michael Faraday descobriu que podia induzir o fluxo de uma corrente elétrica num condutor em forma de espiral, não conectado a uma bateria, movendo um ímã em suas proximidades ou colocando perto outro condutor, pelo qual circulava uma corrente variável.

A aparente propagação linear da luz é conhecida desde a Antigüidade. Qualquer teoria satisfatória da luz deve explicar sua origem, seu desaparecimento e suas mudanças de velocidade e direção ao atravessar diferentes meios. No século XVII, Newton ofereceu respostas parciais a essas perguntas, baseadas numa teoria corpuscular. O cientista britânico Robert Hooke e o astrônomo, matemático e físico holandês Christiaan Huygens propuseram teorias do tipo ondulatório. Não foi possível realizar nenhuma experiência cujo resultado confirmasse uma ou outra teoria.

No princípio do século XIX, o físico e médico britânico Thomas Young demonstrou o fenômeno de interferência na luz. O físico francês Augustin Jean Fresnel reforçou decisivamente a teoria ondulatória. James Clerk Maxwell trouxe contribuições importantes para a compreensão da natureza da luz, ao demonstrar que sua origem é eletromagnética: uma onda luminosa corresponde a campos elétricos e magnéticos oscilantes.

Um ramo da física que alcançou pleno desenvolvimento no século XIX foi a termodinâmica. Em primeiro lugar, esclareceu os conceitos de calor e temperatura, proporcionando definições coerentes e demonstrando como podiam relacionar-se com os conceitos de trabalho e energia, que até então tinham um caráter puramente mecânico.

Um dos avanços mais importantres que levou à exploração do interior do átomo foi a espectroscopia. Outro progresso nesse campo foi a própria descoberta das partículas subatômicas. Dois importantes avanços obtidos no primeiro terço do século XX — a teoria quântica e a teoria da relatividade — levaram a novas descobertas e mudaram o modo de compreender a física. Einstein formulou em 1905 sua teoria da relatividade, que exigiu uma cuidadosa reformulação dos conceitos de espaço e tempo e pôs em evidência a imperfeição das noções intuitivas sobre os mesmos.

O físico alemão Max Planck radicalizou ao postular que um oscilador molecular só pode emitir ondas eletromagnéticas em “pacotes” discretos, que chamou quanta ou fótons (ver Teoria quântica). Com sua teoria, introduziu uma dualidade onda-partícula na natureza da luz, que durante um século havia sido considerada um fenômeno exclusivamente ondulatório.

Ernest Rutherford propôs, em 1913, um modelo de átomo com um núcleo central pesado e carregado positivamente e elétrons negativos que se moviam em órbitas ao redor do núcleo, ligadas pela atração elétrica entre as cargas opostas. O físico dinamarquês Niels Bohr postulou que nos átomos existiam certas órbitas em que os elétrons giram sem emitir radiação eletromagnética e explicou o mecanismo pelo qual os átomos emitem luz e outras ondas eletromagnéticas. Em poucos anos (aproximadamente entre 1924 e 1930), desenvolveu-se um novo enfoque teórico da dinâmica para explicar o comportamento subatômico. O novo conceito, chamado mecânica quântica ou mecânica ondulatória, começou quando o físico francês Louis de Broglie sugeriu, em 1924, que não só a radiação eletromagnética, mas também a matéria podia apresentar uma dualidade onda-partícula. O comprimento de onda, das chamadas ondas de matéria associadas com uma partícula, é dado pela equação ë = h/mv, onde m é a massa da partícula e v, sua velocidade.

Em 1928, o físico e matemático britânico Paul Dirac realizou uma síntese da mecânica quântica e a relatividade, que o levou a predizer a existência do pósitron e culminou com o desenvolvimento da mecânica quântica (ver Teoria quântica).

A descoberta da radioatividade do urânio por Becquerel, ocorrida em 1896, também facilitou a compreensão da estrutura atômica. Nos anos seguintes, comprovou-se que a radiação dos materiais radioativos era formada por três tipos de emissões: os chamados raios alfa, beta e gama.

A rápida expansão da física nas últimas décadas foi possível graças aos avanços fundamentais do primeiro terço do século XX e aos recentes avanços tecnológicos, sobretudo na informática, na eletrônica, nas aplicações da energia nuclear e nos detectores e aceleradores de partículas de altas energias.

Além do elétron, do próton, do nêutron e do fóton, foram descobertas muitas outras partículas fundamentais. A teoria dominante sobre a estrutura interna das partículas elementares se baseia nos quarks, subpartículas de carga fracionária. Um próton, por exemplo, é formado por três quarks. Essa teoria foi proposta pela primeira vez em 1964, pelos físicos norte-americanos Murray Gell-Mann e George Zweig.

Outro avanço importante se produziu no campo da fissão nuclear. Os físicos observaram que a fissão liberava, além de alguns nêutrons, uma grande quantidade de energia, devido à perda de massa. Esses resultados sugeriram a possibilidade de uma reação em cadeia auto-sustentada, o que foi obtido pela primeira vez em 1942, quando Fermi e seu grupo fizeram funcionar o primeiro reator atômico. Os progressos tecnológicos foram rápidos: a primeira bomba atômica foi fabricada em 1945, como resultado de um gigantesco esforço de pesquisa, liderado pelo físico norte-americano J. Robert Oppenheimer.

A investigação da fonte de energia das estrelas gerou novos avanços. O físico norte-americano de origem alemã Hans Bethe demonstrou que as estrelas obtêm sua energia de uma série de reações nucleares, que acontecem a temperaturas de milhões de graus. Esse processo, batizado de fusão nuclear, foi adotado como base da bomba de fusão, ou bomba de hidrogênio, ou bomba H. Essa arma, detonada pela primeira vez em 1952, era muito mais potente que a bomba de fissão, ou bomba atômica, ou bomba A. Grande parte das pesquisas atuais busca a produção de um dispositivo de fusão controlada, não explosiva, que seria menos radioativa que um reator de fissão e que deverá proporcionar uma fonte quase ilimitada de energia. Ver Energia nuclear.

Um avanço recente é o laser, acrônimo da expressão em inglês para “amplificação de luz por emissão estimulada de radiação”. Num laser, cuja substância ativa pode ser um gás, um líquido ou um sólido, um grande número de átomos é excitado até um nível elevado de energia e essa energia é liberada simultaneamente, com o que se produz luz coerente em que todas as ondas estão na mesma fase. O laser foi desenvolvido nas décadas de 1950 e 1960, pelo engenheiro e inventor norte-americano Gordon Gould e pelos físicos norte-americanos Charles Hard Toenes, T. H. Maiman, Arthur Schawlow e Ali Javan. É um instrumento muito potente para a ciência e a tecnologia, com aplicações em comunicações, medicina, navegação, metalurgia, fusão e corte de materiais.

Desde a II Guerra Mundial, os astrônomos têm feito muitas descobertas importantes, como os quasares, os pulsares (ver Estrela) e a radiação de fundo. Tais descobertas, que não podem ser totalmente explicadas pela física atual, têm estimulado o avanço da teoria em campos como a gravitação e a física de partículas.

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