segunda-feira, 7 de janeiro de 2013
CURSO DE FÍSICA - 2 AULA: MECÂNICA ESTATÍSTICA E QUÂNTICA
O que é mecânica quântica?
A mecânica quântica revolucionou nossas noções de energia,
matéria e causalidade. O que pensávamos ser partículas não são partículas nem
ondas, mas comportam-se ora como uns, ora como outros. A natureza parece ser
intrinsecamente indeterminista e só nos é possível prever médias e
probabilidades. No entanto, ao nosso redor há inúmeras tecnologias baseadas na
mecânica quântica, como computadores, DVDs e CDs.
No final do século XIX, vários fenômenos físicos pareciam não
poder ser explicados pela física da época, hoje chamada “física clássica” ou
“newtoniana”. Relacionavam-se com a luz, o calor, os átomos etc. Para dar conta
desses fenômenos, toda a física newtoniana teve que ser substituída. O
resultado foi o que se chama hoje “física moderna”. Inicialmente, ela era
constituída pelas teorias da relatividade (especial e geral) e pela mecânica
quântica.
A revolução da física moderna foi muito profunda. Conceitos
caros como os de espaço, tempo, matéria e causalidade tiveram que ser revistos.
Há muitas características importantes da mecânica quântica diferentes da física
clássica, mas vou ater-me aqui a apenas quatro, que talvez possam resumir a
essência do seu conteúdo:
·
a
quantização da energia
·
o salto
quântico
·
a
dualidade onda-partícula
·
o
indeterminismo
1. A quantização da energia
Na história da mecânica quântica, esta foi a primeira de suas
característica a ser abordada teoricamente. A quantização da energia diz
simplesmente que, em certas situações, a energia só pode ter certos valores –
digamos, 10, 20 e 30 calorias – estando “proibidos” os valores intermediários.
Sabemos hoje que isso acontece em casos onde há partículas “presas”, ou
“ligadas” – como os elétrons em um átomo. Elétrons livres podem ter qualquer
energia.
Como se chegou a essas conclusões
O problema foi resolvido quando Planck supôs que a luz não
era emitida continuamente, mas em “pacotes” de energia. Esses quanta de luz
vieram, depois, a serem chamados fótons. Mais tarde, mostrou-se que a luz em si
era constituída de fótons, e não quando era emitida pelos átomos.
Outras pessoas passaram a aplicar conceitos semelhantes em
outros problemas até então insolúveis, como Niels Bohr, que em 1913 fez uma
nova teoria sobre a estrutura atômica e mostrou que a energia dos elétrons nos
átomos também está quantizada. Posteriormente, mostrou-se que a quantização da
energia acontece com qualquer partícula ligada.
Tudo isso é interessante, mas não parece ser suficiente para
alterar toda a física clássica. Porém, os desdobramentos da hipótese quântica
de Planck foram tremendos e atingiram a física quase toda. Por um quarto de
século, os cientistas exploraram esses desdobramentos até que, em 1924,
conseguiu-se formular uma teoria quântica completa – não só da luz ou dos
átomos, mas uma física nova inteira.
Resumo
A quantização da energia diz que a energia não é sempre
contínua; há casos em que apenas alguns valores específicos são permitidos.
Para passar de um nível permitido para outro, a partícula não
pode passar pelas energias intermediárias, "proibidas", então deve
dar um "salto quântico".
Partículas (incluindo fótons de luz) têm comportamento dual:
comportam-se como ondas enquanto estão transitando pelo espaço, mas podem
comportar-se como corpúsculos quando interagem com a matéria.
A mecânica quântica é indeterminista: só prevê probabilidade
e médias, não tendo instrumentos teóricos para fazer previsões precisas sobre
eventos individuais.
Alguns cientistas, como Albert Einstein, acreditavam que o
determinismo poderia ser recuperado se se completasse a mecânica quântica de
alguma forma. O teorema de Bell, entretanto, sepultou essas esperanças.
Muitas tecnologias modernas estão baseadas na mecânica
quântica, dos chips aos lasers.
Para ler artigo
completo acesse o site: http://afisicasemove.blogspot.com.br/2009/03/o-que-e-mecanica-quantica.html
Mecânica estatística
A mecânica estatística é um ramo da física que estuda os
sistemas físicos compostos por um elevado número de partículas, em que são
aplicados métodos estatísticos a essas mesmas partículas, com o objetivo de
possibilitar um prognóstico das suas propriedades macroscópicas.
A mecânica estatística permite, com um número limitado de
equações, relacionar variáveis de interesse prático. Este problema, se fosse
desenvolvido por métodos newtonianos, conduziria a um número ilimitado de
equações.
A primeira aplicação deste ramo da mecânica foi a tentativa
que o físico austríaco Ludwig Eduard Boltzmann (1844-1906), efetuou para
explicar as propriedades termodinâmicas dos gases com base nas propriedades
estatísticas de uma grande quantidade de moléculas. A esta estatística dá-se o
nome mecânica estatística clássica.
Na mecânica estatística clássica, cada partícula é encarada
como ocupando um ponto no espaço de fase, isto é, como tendo uma posição e um
momento linear exatos em qualquer instante.
A probabilidade de este ponto ocupar qualquer volume pequeno
do espaço de fase, é tomado como sendo diretamente proporcional ao volume.
A lei que indica a distribuição mais provável das partículas
no espaço de fase é a lei de Maxwell-Boltzmann.
Com o desenvolvimento da teoria quântica, esta lei foi posta
em causa e surgiu um novo conceito de estatística quântica que tem como
princípios básicos a estatística de Bose-Einstein e para as partículas que
obedecem ao princípio de exclusão de Pauli a estatística de Fermi-Dirac.
ATIVIDADE
Elabore um texto dissertativo
explicando o que é e qual a contribuição da mecânica quântica. No mínimo 1
lauda
Elabore um texto dissertativo explicando o que é e o que
podemos fazer através da mecânica estatística. No mínimo 1 lauda
SUGESTÃO DE LEITURA:
SUGESTÃO DE VIDEOS:
REFERÊNCIAS
A. F. R. de Toledo Piza, Mecânica Quântica, EDUSP, São Paulo, 2003
H. M. Nussenzveig, Física Básica, Vol.4, Blucher
CURSO DE FÍSICA - 1 AULA: TÓPICOS DE FÍSICA TEÓRICA
EMENTA:
Técnicas experimentais e/ou teóricas
utilizadas no estudo de áreas de fronteira em física contemporânea.
INTRODUÇÃO:
Autores: Carlos
Eduardo M. de Aguiar, Eduardo A. Gama, Sandro Monteiro Costa
A Física é,
em muitos aspectos, a mais básica de todas as ciências naturais (pelo menos é o
que os físicos acham). Ela tem uma abrangência notável, envolvendo
investigações que vão desde a estrutura elementar da matéria até a origem e
evolução do Universo. Usando uns poucos princípios físicos, podemos explicar uma
grande quantidade de fenômenos naturais presentes no cotidiano, e compreender o
funcionamento das máquinas e aparelhos que estão à nossa volta. A inclusão da
Física no currículo do ensino médio dá aos estudantes a oportunidade de
entender melhor a natureza que os rodeia e o mundo tecnológico em que vivem.
Tão
importante quanto conhecer os princípios fundamentais da Física é saber como
chegamos a eles, e porque acreditamos neles. Não basta ter conhecimento
científico sobre a natureza; também é necessário entender como a ciência
funciona, pois só assim as características e limites deste saber podem ser
avaliados.
O estudo da
Física coloca os alunos da escola média frente a situações concretas que podem
ajudá-los a compreender a natureza da ciência e do conhecimento científico. Em
particular, eles têm a oportunidade de verificar como é fundamental para a
aceitação de uma teoria científica que esta seja consistente com evidências
experimentais. Isso lhes permitirá distinguir melhor entre ciência e
pseudociência, e fazer sua própria avaliação sobre temas como astrologia e
criacionismo. Eles poderão também reconhecer as limitações inerentes à
investigação científica, percebendo que existem questões fundamentais que não
são colocadas nem respondidas pela Ciência.
Um terceiro
fator é que, ao ter contato com a Física, os alunos da escola média farão uso
de linguagens e procedimentos de aplicação muito ampla. Objetos e métodos
utilizados corriqueiramente o estudo de Física – sistemas de unidades, gráficos,
modelos matemáticos, tratamento de erros experimentais – fazem parte da maioria
dos processos produtivos modernos, e a familiaridade com eles é um requisito
importante para o acesso a mercados de trabalho de base tecnológica.
ATIVIDADE:
A partir das leituras sugeridas, elabore um texto com o tema: “O
QUE OS ALUNOS DEVEM APRENDER NO CURSO DE FÍSICA?” No minimio 3 laudas
SUGESTÃO
DE LEITURA:
REFERÊNCIAS:
ALVETTI, M. A. S. e DELIZOICOV, D. Ensino de Física Moderna e Contemporânea e
a Revista Ciência Hoje. In: ENCONTRO DE PESQUISADORES EM ENSINO DE FÍSICA,
6., 1998, Florianópolis. Atas...
Florianópolis, Imprensa Universitária da UFSC, p.232-234, 1998.
Curriculares Nacionais: Ensino Médio. Brasília: Ministério da Educação, 1999, 360p.
BRASIL, Ministério da Educação, Secretaria de
Educação Básica, Departamento de
Políticas de Ensino Médio. Orientações Curriculares do Ensino Médio.
Brasília: MEC, SEB, 2004, 400p.
BRASIL, Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCNs+ Ensino Médio: orientações
educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Ciências da
Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: MEC, SEMTEC, 2002, 144p.
GRECA, I. M. Construindo
significados em Mecânica Quântica: Resultados de uma Proposta Didática aplicada
a estudantes de Física Geral 2000. 284f. Tese (Doutorado em Ciências) –
Instituto de Física - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre.
MOTA, L. M.
As controvérsias sobre a interpretação da mecânica quântica e a formação dos
licenciados em física (um estudo em duas instituições: UFBA e UFSC). 2000.
176f. Dissertação (Mestrado em Educação) – Centro de Educação, Universidade
Federal de Santa Catarina, Florianópolis.
OSTERMANN, F.
Tópicos de Física Contemporânea
em Escolas de Nível Médio e na Formação de Professores de Física. 1999.
433f. Tese (Doutorado em Ciências), Instituto de Física, Universidade Federal
do Rio Grande do Sul, Porto Alegre.
REZENDE JUNIOR, M. F e RICARDO, E. C. Os Parâmetros Curriculares Nacionais e a
Inserção da Física Moderna no Ensino Médio: reflexões sobre o livro didático.
In: Anais... XV Simpósio Nacional de Ensino de Física, Curitiba. XV Simpósio
Nacional de Ensino de Física, 2003.
TERRAZZAN, E. A. Perspectivas para a Inserção da Física Moderna na Escola Média.
1994. 241f. Tese (Doutorado em Educação) - Faculdade de Educação, Universidade
de São Paulo, São Paulo.
quinta-feira, 3 de janeiro de 2013
Disciplinas do curso de Prática de ensino aplicada à física contemporânea
FÍSICA
|
C/H
|
Tópicos de Física Teórica na contemporaneidade
|
40
|
Mecânica Estatística e Quântica
|
80
|
Métodos
Experimentais em Física da Matéria Condensada
|
40
|
Relatividade Geral
|
40
|
Teoria
de Grupos Aplicada à Física da Matéria Condensada
|
40
|
CARGA HORÁRIA TOTAL
|
240
|
Assinar:
Postagens (Atom)