F sica moderna i aula 2
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Física Moderna I Aula 2. Professor Daniel Micha CEFET-RJ UnED Petrópolis Curso de licenciatura em física 5º período - 2011/1. 2. Os dois novos ramos da física: uma apresentação. Eletromagnetismo. Física Quântica E Teoria da Relatividade. Mecânica. Termodinâmica. Mecânica.

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Física Moderna I Aula 2

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F sica moderna i aula 2

Física Moderna IAula 2

Professor Daniel Micha

CEFET-RJ UnED Petrópolis

Curso de licenciatura em física

5º período - 2011/1


2 os dois novos ramos da f sica uma apresenta o

2. Os dois novos ramos da física: uma apresentação

Eletromagnetismo

Física Quântica

E

Teoria da Relatividade

Mecânica

Termodinâmica

Mecânica

Eletromagnetismo

Termodinâmica


F sica moderna i aula 2

2. Os dois novos ramos da física: uma apresentação

Aplicações da relatividade

Sistema de posicionamento global

(GPS)

Reatores nucleares

Bomba atômica

Medidas de distâncias cosmológicas

Universo em expansão

Curvatura do espaço-tempo

Melhor entendimento do universo

Teoria do “Big Bang”


F sica moderna i aula 2

2. Os dois novos ramos da física: uma apresentação

Aplicações da física quântica

Microscopia de

maior resolução

Laser

Microprocessadores

Computadores

Radiodiagnóstico

Transistores

Radioterapia

Telefone celular

Nanotecnologia

Supercondutividade

Computação quântica

Física de partículas

Trem-bala

Célula fotoelétrica

Melhor entendimento da

estrutura da matéria


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3. Introdução à teoria da relatividade especial

Relatividade

Princípio da relatividade: As leis que governam as mudanças de estado em quaisquer sistemas físicos tomam a mesma forma em quaisquer sistemas de coordenadas inerciais.

-Trata da descrição dos fenômenos físicos quando vistos da perspectiva de diferentes referenciais inerciais

Especial ou restrita

-Trata da descrição dos fenômenos físicos quando vistos da perspectiva de diferentes referenciais não-inerciais (acelerados)

Geral


F sica moderna i aula 2

3. Introdução à teoria da relatividade especial

Teoria da relatividade clássica

z

z’

S

S

r

r’

y

y’

x

x’

v

Relações entre os referenciais (Galileu):

Coordenadas espaço-temporais

Velocidades

Acelerações (forças)


F sica moderna i aula 2

3. Introdução à teoria da relatividade especial

Problemas da TRC

Velocidade da luz – o éter: o éter, matéria de densidade nula, porém com propriedades elásticas, deveria compor o espaço vazio do universo, de forma que as ondas de luz tivessem um meio material para se propagar. No referencial do éter a luz devia ter velocidade c ~ 3,0.108m/s. Com isso, a velocidade da luz observada em outro referencial, com velocidade V em relação ao éter, deveria ser obtida através das transformações de Galileu.

Mas...

Houve um experimento realizado em 1887 por Michelson e Morley para verificar a alteração na velocidade da luz dada pelo movimento da Terra em relação ao éter.


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3. Introdução à teoria da relatividade especial

Problemas da TRC

O experimento de Michelson e Morley

Espelho 1

Semi-espelho

Fonte de luz

Espelho 2

2

1

Padrão de interferência


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3. Introdução à teoria da relatividade especial

Problemas da TRC

Teria de ser válida, portanto, uma das seguintes opções:

1) A mecânica newtoniana e as equações de Maxwell são válidas, mas o

princípio da relatividade não se aplica a todas as leis físicas: existe um referencial

absoluto (o éter), onde a velocidade da luz é c em todas as direções, e deve ser

possível, por meio de experiências eletromagnéticas, detectar um movimento

retilíneo e uniforme em relação ao referencial absoluto do éter.

2) O princ厓io da relatividade aplica-se a todas as leis físicas e a mecânica

newtoniana ・correta. Nesse caso, as equações de Maxwell teriam de ser

modificadas, e deveria ser possível observar desvios das leis da eletrodinâmica

clássica.

3) O princípio da relatividade aplica-se a todas as leis físicas, e as

equações de Maxwell são corretas. Nesse caso, a mecânica newtoniana e a

transformação de Galileu não podem ser corretas: deve ser possível observar

desvios das leis da mecânica newtoniana => única compatível com os fatos

experimentais.


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3. Introdução à teoria da relatividade especial

Problemas da TRC

O experimento de Michelson e Morley

Teste experimental da primeira opção. Se ela fosse válida, deveria ser possível

detetar um movimento retilíneo uniforme em relação ao éter usando a lei de Galileu

de composição de velocidades c’= c-V: a velocidade da luz num referencial em

movimento relativo ao éter deveria ser diferente em direções diferentes.

Um referencial onde o Sol estaria em repouso é com boa aproximação um

referencial inercial. A velocidade de translação da Terra (V) em relação a esse

referencial é da ordem de 30km/s. Pela lei de composição de velocidades, isso

daria origem a desvios da ordem de na velocidade de propagação da

luz.

Numa série de experiências realizadas entre 1881 e 1887, Albert Michelson, em

colaboração com Edward Morley, procuraram detetar esses desvios usando o

interferômetro de Michelson, representado esquematicamente a seguir:


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3. Introdução à teoria da relatividade especial

Problemas da TRC

O experimento de Michelson e Morley

- Seus braços têm comprimentos L1 e L2

- F é a fonte de luz

- DF é uma placa semiespelhada divisora do feixe

- E1 e E2 são espelhos

- A é o anteparo

1) A Terra está se movendo em relação ao

hipotético éter com velocidade V na direção OE1.

Como c e V são paralelos ao longo de L1 temos:


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3. Introdução à teoria da relatividade especial

Problemas da TRC

O experimento de Michelson e Morley

2) Percurso na direção L2. Visto do referencial do éter

o percurso é oblíquo.


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3. Introdução à teoria da relatividade especial

Problemas da TRC

O experimento de Michelson e Morley

A diferença de caminho ótico entre os dois percursos é:

Se girarmos agora de 900 o dispositivo todo, os papéis de L1 e L2 são intercambiados. A figura observada anteriormente sofrerá um deslocamento correspondente ao caminho ótico:


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3. Introdução à teoria da relatividade especial

Problemas da TRC

O experimento de Michelson e Morley

A diferença de caminho ótico em termos de franjas é:

Ou seja, o fenômeno é de 2ª ordem em V/c (b). É por ser tão pequeno que se

necessita de uma técnica interferométrica!

Na 1ª experiência de Michelson e Morley (1881), era L1 ~ L2 ~ 1,2m e l = 6x10-7m (luz amarela)

|dm|~0,04 de franja -> Não observou

Na experiência (1887), era L1 ~ L2 ~ 11m |dm|~0,4 de franja -> colocaram

como limite dm<0,01 -> Não observaram nenhum deslocamento


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