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História da Física

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Grupo - 4 FQ 11 A

on 11 December 2013

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Transcript of História da Física

outubro 2013
História da
Física

Disciplina: Física e Química A
Docente: Dra Teresa Bernardo
Afonso Teles - 11ºAG4Nº1
Ana Amado - 11ºAG4Nº2
Diogo Nogueira - 11ºAG4Nº7
Fernando Monteiro - 11ºAG4Nº9
Renato Pinto - 11ºAG4Nº13
Introdução
Física (do grego antigo "physis", que significa natureza) é a ciência que estuda a natureza e os seus fenómenos nos seus aspetos mais gerais. Analisa as suas relações e propriedades, além de descrever e explicar a maior parte das suas consequências.
Busca a compreensão científica dos comportamentos naturais e gerais do mundo ao nosso redor, desde as partículas elementares até o universo como um todo.
Com a ajuda do método científico e da lógica, e tendo a matemática como linguagem natural, esta ciência descreve a natureza através de modelos científicos.
Introdução (cont.)
É considerada a ciência fundamental, (sinónimo de ciência natural). As ciências naturais, como a Química e a Biologia, têm raízes na Física. A sua presença no quotidiano é muito ampla, sendo praticamente impossível uma descrição completa dos fenómenos físicos à nossa volta.
A aplicação da Física para o benefício humano contribuiu de uma forma decisiva para o desenvolvimento de toda a tecnologia moderna, desde o automóvel até os computadores quânticos.
Principais áreas da Física
- Mecânica
- Termologia
- Ondulatória
- Acústica
- Óptica
- Física de Plasmas
- Astrofísica


- Eletromagnetismo
- Física de Particulas
- Teoria da Relatividade
- Física Atómica
- Física Molecular
- Física Nuclear
- Mecânica Quântica
- Física de Materiais

Importância da Física
Fig3/4: A exploração espacial é possível graças à aplicação da Física em novas tecnologias.
A Física é uma ciência significativa e influente e as suas evoluções são frequentemente traduzidas no desenvolvimento de novas tecnologias.
O avanço nos conhecimentos em eletromagnetismo permitiu o desenvolvimento de tecnologias que certamente influenciam o quotidiano da sociedade moderna. O domínio da energia elétrica permitiu o desenvolvimento e construção dos aparelhos elétricos.
Fig1/2: A Natureza, o Universo e os seus respetivos fenómenos são objeto de estudo da Física.
O domínio das radiações eletromagnéticas e o controlo refinado das correntes elétricas permitiu o surgimento da eletrónica e o consequente desenvolvimento das telecomunicações globais e da informática, que são indissociáveis da definição de sociedade civilizada contemporânea.

Importância da Física (cont.)
O desenvolvimento dos conhecimentos em termodinâmica permitiu que o transporte deixasse de ser dependente da força animal ou humana graças à invenção dos motores térmicos, que também impulsionou toda uma Revolução Industrial. Nada disso seria possível, entretanto, sem o desenvolvimento da mecânica, que tem suas raízes ligadas ao próprio desenvolvimento da Física.
Importância da Física (cont.)
Fig5: O Engenheiro Nikola Tesla usou conceitos da engenharia elétrica para dar impulso à segunda revolução industrial.
Fig6: A Física foi decisiva para o desenvolvimento das telecomunicações globais.
História da Física
Como surgiu a Física
Pode-se traçar a história da Física a partir do momento em que a humanidade começou a ver e analisar os fenómenos naturais de modo racional, abandonando explicações místicas ou divinas. É na Grécia Antiga que são feitos os primeiros estudos "científicos" sobre os fenómenos da natureza. Surgem os "filósofos naturais" interessados em racionalizar o mundo sem recorrer à intervenção divina.
Física na antiguidade
Atomistas Gregos
A primeira teoria atómica começa na Grécia, no século V a.C. Leucipo, de Mileto, e seu aluno Demócrito, de Abdera, formulam as primeiras hipóteses sobre os componentes essenciais da matéria. Segundo eles, o Universo é formado de átomos e vácuo. Os átomos são infinitos e não podem ser cortados ou divididos. São sólidos mas de tamanho tão reduzido que não podem ser vistos. Estão em constante movimento no vácuo.
480 a.C.
Fig7: Leucipo e Demócrito, respetivamente.
350 a.C.
Física Aristotélica
É com Aristóteles que a Física e as demais ciências ganham o maior impulso na Antiguidade. As suas principais contribuições para a Física são as ideias sobre o movimento, queda de corpos pesados (chamados "graves", daí a origem da palavra "gravidade" ) e o geocentrismo . A lógica aristotélica irá dominar os estudos da Física até o final da Idade Média.
Fig8: Aristóteles - (384 a.C. - 322 a.C. )
260 a.C.
Primórdios da Hidrostática
A hidrostática, estudo do equilíbrio dos líquidos, é inaugurada por Arquimedes. Reza a lenda que Hierão, rei de Siracusa, desafia Arquimedes a encontrar uma maneira de verificar sem danificar o objeto, se era de ouro maciço uma coroa que havia encomendado. Arquimedes soluciona o problema durante o banho. Percebe que a quantidade de água deslocada quando entra na banheira é igual ao volume de seu corpo. Ao descobrir esta relação sai gritando pelas ruas "Eureka, eureka !" ( Achei, achei !).
A partir destas experiências Arquimedes formula o princípio que recebe o seu nome: Qualquer corpo mergulhado num fluído recebe um impulso de baixo para cima, igual ao peso do volume do fluído deslocado. Por isso os corpos mais densos do que a água afundam e os mais leves flutuam.
Princípio de Arquimedes
Fig9: Arquimedes - ( 287 a.C. - 212 a.C.)
Os chineses também iniciaram na Antiguidade estudos relacionados com a Física. Não se ocupam de teorias atómicas ou estrutura da matéria. Procuram explicar o Universo como resultado do equilíbrio das forças opostas Yin e Yang . Estas palavras significam o lado sombreado e ensolarado de uma montanha e simbolizam forças opostas que se manifestam em todos os fenómenos naturais e aspetos da vida. Quando Yin diminui, Yang aumenta e vice-versa .
A noção de simetria dinâmica de opostos inaugurada pela noção de Yin e Yang será retomada no inicio do século XX com a teoria quântica
Yin e Yang
Fig10: O taijitu, a forma mais conhecida de representar o conceito de yin-yang
1510
REVOLUÇÃO COPERNICANA
Em 1510 Nicolau Copérnico rompe com mais de dez séculos de domínio do geocentrismo. No livro "Commentariolus" diz pela primeira vez que a Terra não é o centro do Universo e sim um entre outros tantos planetas que giram em torno do Sol. Enfrenta a oposição da Igreja Católica, que adotara o sistema aristotélico como dogma e faz da Física um campo de estudo específico. Para muitos historiadores, a revolução copernicana consolida-se apenas um século depois com as descobertas telescópicas e a mecânica de Galileu Galilei (1564-1642) e as leis de movimentos dos planetas de Joannes Kepler ( 1571-1630).
Fig11: Nicolau Copérnico - ( 1473 - 1543)
Física Clássica
O século XVII lança as bases para a Física da Era industrial. Simon Stevin desenvolve a hidrostática, ciência fundamental para o seu país, a Holanda, protegida do mar por comportas e diques. Na ótica, contribuição equivalente é dada por Christiaan Huygens, também holandês, que constrói lunetas e desenvolve teorias sobre a propagação da luz. Huygens é o primeiro a descrever a luz como onda. Mas é Isaac Newton (1642-1727), cientista inglês, o grande nome desta época. Newton formulou a teoria geral da mecânica e da gravitação universal e o cálculo infinitesimal.
Fig13: Christiaan Huygens
Fig12: Simon Stevin
Isaac Newton
Newton foi um cientista inglês, mais reconhecido como físico e matemático, embora tenha sido também astrónomo, alquimista, filósofo natural e teólogo.
Formula as três leis fundamentais da Física clássica (as famosas "Leis de Newton"). Pesquisa também a natureza da luz. Demonstra que, ao passar por um prisma, a luz branca decompõe-se nas cores básicas do espectro luminoso: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta.
Em suma, Newton prova que a Física pode explicar tanto
fenómenos terrestres quanto celestes sendo por isso uma ciência universal.
Fig14: Isaac Newton - (1642-1727)
FÍSICA APLICADA
No século XVIII, embora haja universidades e academias nos grandes centros, mais uma vez é por motivos práticos que a Física se desenvolve. A revolução industrial marca uma nova fase da Física. As áreas de estudos especializam-se e a ligação com o modo de produção torna-se cada vez mais estreita.
Fig15: Século XVIII, período da Revolução industrial.
A partir de uma máquina concebida para retirar a água que inundava as minas de carvão, o inglês Thomas Newcomen cria em 1698 a máquina a vapor, mais tarde aperfeiçoada pelo escocês James Watt. É em torno do desempenho destas máquinas que o engenheiro francês Sadi Carnot estabelece uma das mais importantes sistematizações da termodinâmica, delimitando a transformação de energia térmica (calor) em energia mecânica (trabalho).
Termodinâmica
Fig16: O motor a vapor de James Watt, alimentado principalmente com carvão, impulsionou a Revolução Industrial no Reino Unido e no resto mundo.
Fig17: James Watt
ELETROMAGNETISMO
Em 1820, o dinamarquês Hans Oersted relaciona fenómenos elétricos aos magnéticos ao observar como a corrente elétrica alterava o movimento da agulha de uma bússola. Michael Faraday inverte a experiência de Oersted e verifica que os magnetos exercem ação mecânica sobre os condutores percorridos pela corrente elétrica e descobre a indução eletromagnética, que terá grande aplicação nas novas redes de distribuição de energia.
Fig18: Michael Faraday (1791-1867)
Estrutura do Átomo
Em 1803 , John Dalton começa a apresentar a teoria de que a cada elemento químico corresponde um tipo de átomo . Mas é só em 1897, com a descoberta do eletrão, que o átomo deixa de ser uma unidade indivisível como se acreditava desde a Antiguidade.
Fig18: John Dalton
ERA QUÂNTICA
A grande revolução que leva a Física à modernidade é a teoria quântica, que começa a definir-se no fim do século XIX, resultante das várias pesquisas sobre a estrutura do átomo, radioatividade e ondulatória.
Fig19: Max Planck, Prémio Nobel da Física (1918), enunciou a fórmula hoje conhecida por teoria dos quanta ou teoria da radiação de Planck.
RELATIVIDADE
A teoria da relatividade surge em duas etapas e altera profundamente as noções de espaço e tempo. Em 1905 Albert Einstein formula a Teoria da Relatividade Restrita (ou especial), segundo a qual a distância e o tempo podem ter diferentes medidas segundo diferentes observadores. Dez anos depois, Einstein estende a noção de tempo-espaço à força da gravidade. A Teoria Geral da Relatividade (1916) é também uma teoria da gravidade capaz de explicar a força de atração pela geometria tempo-espaço .
Fig20: Albert Einstein, autor da famosa fórmula E= mc^2
Tendências atuais
A fusão nuclear controlada e a Física dos primeiros instantes do Universo são atualmente os campos mais desafiantes da Física.
Fusão Nuclear Controlada - A fusão nuclear é um processo de produção de energia a partir do núcleo do átomo. Neste processo, há uma enorme libertação de energia. Até hoje, só foi possível produzir energia nuclear pela fissão do núcleo dos átomos. Esta "quebra" resulta em energia, mas liberta resíduos radioativos e por isso não pode ser considerada uma fonte segura.
Fig21/22: O combustível para a fusão nuclear, o deutério, é um isótopo de hidrogénio abundante na água. Na fusão nuclear, uma única gota de deutério (obtida a partir de 4 litros de água comum) produz energia equivalente a 1.200 litros de petróleo.
Antiguidade
480 a.C.:
O grego Leucipo chega à conclusão de que a matéria de todos os corpos é composta por partículas microscópicas chamadas de átomos.
Fig23: Leucipo
250 a.C.:
Arquimedes, de Siracusa, formula o princípio de flutuação e das densidades relativas.
Fig24: Arquimedes
1510
Nicolau Copérnico publica “Commentariolus” e apresenta pela primeira vez os princípios do heliocentrismo.
Fig24: Nicolau Copérnico
Cronologia Geral
1654
1687
1760
1847
1888
1896
1900
1913
1916
1975
2000
1589
Galileu Galilei, cientista italiano, chega à conclusão de que todos os corpos caem à mesma velocidade independentemente do seu peso. É o princípio da física moderna e da lei da queda livre dos corpos.
Fig25: Galileu Galilei
Blaise Pascal, francês, prova a existência da pressão atmosférica.
Fig26: Blaise Pascal
Newton publica “Philosophiae naturalis principia mathematica”, em que enuncia a lei da gravitação universal e resume as suas descobertas.
Fig27: Isaac Newton
Antoine Lavoisier, enunciou a lei da conservação da massa (lei de Lavoisier).
Fig28: Antoine Lavoisier
O físico Joule desenvolve a Primeira Lei da Termodinâmica, comprovando que a energia não pode ser criada, nem destruída.
Fig30: James Prescott Joule
O cientista alemão Heinrich Hertz produz em laboratório as primeiras ondas de rádio.
Fig31: Heinrich Hertz
O francês Henri Becquerel descobre a radioatividade.
Fig32: Henri Becquerel
O cientista alemão Max Planck faz pesquisas importantes na campo da Física Quântica. Estes estudos serviram de base para o desenvolvimento da Teoria da Relatividade.
Fig33: Max Planck
O dinamarquês Niels Bohr formula a teoria da estrutura atómica segundo a teoria quântica.
Fig34: Niels Bohr
Einstein publica os seus estudos finais sobre a teoria geral da relatividade.
Fig35: Albert Einstein
O inglês Stephen Hawking conclui que um buraco negro pode evaporar, perdendo uma pequena quantidade de massa.
Fig36: Stephen Hawking
Cientistas do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares comprovam que é possível retirar partículas subatómicas, os quarks, dos protões e neutrões.
Fig37: Globo da inovação do CERN (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares)
1827
O alemão Georg Ohm formula a lei que relaciona o potencial, a resistência e a corrente elétrica.
Fig29: Georg Ohm
Ciência e Física na atualidade
CERN
O CERN foi criado em 1953 e, de acordo com a Convenção assinada pelos Membros Fundadores, o objetivo principal desta organização científica foi a "promoção e a colaboração entre Países Europeus na área da investigação fundamental no domínio da Física da Altas Energias (FAE), de modo a permitir à Europa a liderança nesse domínio". Desde então, o CERN é o maior laboratório de física de partículas do mundo, localizado na região noroeste de Genebra, na fronteira Franco-Suíça.
No CERN são utilizados os maiores e mais complexos instrumentos científicos para criar as condições necessárias na deteção e estudo dos constituintes básicos da matéria e da antimatéria, que vão possibilitar a demonstração das teorias fundamentais da física de partículas, e a descoberta dos princípios elementares da criação do mundo como o conhecemos.
Fig38: Vista aérea do CERN
O CERN construiu e opera um conjunto de aceleradores de partículas, entre os quais o maior acelerador de partículas do mundo, o Large Hadron Collider (LHC). O LHC acelera 2 feixes de partículas a altas energias, que irão colidir em 4 pontos dentro do acelerador, onde estão instalados detetores de partículas de dimensões colossais, para registar os resultados destas colisões.
Fig40: O LHC nas instalações do CERN
Fig39: Esquema da localização do LHC.
Participação Portuguesa
A adesão de Portugal ao CERN foi assinada no ano de 1985, com início a 1 de Janeiro de 1986. Como Estado-Membro, Portugal contribui anualmente para os custos anuais de operação da infraestrutura (cerca de 1% do orçamento global da organização).
Regista-se que em Portugal, durante o ano de 2009, cerca de 66 investigadores estavam a participar nas experiências CMS e ATLAS, instaladas no LHC. Os investigadores em Portugal ligados ao CERN formam equipas no domínio da física de partículas e física nuclear, e representam várias entidades a nível nacional (o Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas - LIP, a Universidade de Lisboa, o Instituto Tecnológico e Nuclear e a Universidade de Aveiro, entre outras).
Conclusão
A Física, como todas as ciências, desenvolveu-se gradualmente ao longo do tempo, passando por crises, avanços e retrocessos, fracassos e sucessos. Um dos factos mais curiosos da história da Física é que, em certos momentos, aparecem grandes génios que veem aquilo que outros não haviam visto, propõem grandes teorias e mudam o desenvolvimento do pensamento humano. A Física está sempre presente no nosso quotidiano, sendo fundamental para compreender o mundo em que vivemos.
Bibliografia
Sites consultados:
http://www.grupoescolar.com/pesquisa/cronologia-da-fisica.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%B3ria_da_f%C3%ADsica
http://www.fct.pt/apoios/cooptrans/cern/
http://www.infopedia.pt/$teoria-da-relatividade;jsessionid=zbv3KvlVpLuLZKmAa19QEA
http://www.fisica.net/fisico/importancia_da_fisica.php
http://www.infoescola.com/curiosidades/um-pouco-da-historia-da-fisica/
http://www.suapesquisa.com/fisica/
http://home.web.cern.ch/about
Motor de busca:
Google
Imagens:
Google imagens
Pesquisa efetuada de 23 de setembro a 6 de outubro.
Físico português pesquisador no CERN
Alberto Palma em adolescente não pensava estudar física, mas com o passar dos anos, a vontade de responder às questões sobre os fenómenos naturais levaram-no a ingressar na faculdade de ciências, em Lisboa. Colabora no CERN desde 2008, na experiência ATLAS. Começou por estudar o Bosão W e transitou para os estudos sobre o Bosão de Higgs, estando ainda a participar neste estudo.
Fig41: Alberto Palma
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