Estrutura da Matéria

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1 Estrutura da Matéria Dados do Professor Professor : Marcelo Pires Formação: Bacharelado em Física Área de Pesquisa: Física Teórica marcelo.pires@ufabc.edu.br Sala: Bloco B; 1050 Fone:

2 Estrutura da Matéria Conteúdo da Disciplina 1) Forças fundamentais e macro/micro 2) Hipótese Atômica 3) Evidência do elétron 4) Modelos Atômicos 5) Dualidade Onda-Partícula 6) Átomo de hidrogênio 7) Tabela Periódica 8) Ligações Química 9) Formação de Estrutura e Materiais

3 Estrutura da Matéria Site do Curso As informações sobre a disciplina estarão no site:

4 Estrutura da Matéria Bibliografia Na primeira parte do curso indicarei a bibliografia do tema, além de estarem nas notas de aula dos diversos professores. Na segunda adotaremos o livro do Mahan e do Atkins.

5 Estrutura da Matéria Avaliação Os alunos serão avaliados pela média de duas provas, uma contendo os temas de 1 5 e a segunda de 6 9 A sub substitui a menor nota, mesmo ela sendo a menor

6 Estrutura da Matéria O conceito será dado pela média das provas seguindo a tabela Conceito Intervalo de notas A 10,0-8,5 B 8,4-7,0 C 6,9-5,0 D 4,9-4,5 F 4,4-0,0

7 Estrutura da Matéria Datas importantes Turmas tarde noite Prova 1 10/12 10/12 Prova 2 28/01 28/01 Prova Sub 04/02 04/02

8 Estrutura da Matéria O que é matéria? Tudo que pertence ao mundo material. E o que não pertence não é matéria Exemplo: Mundo Material Não material Exemplos Mesa, giz, o professor Amor, alma, anjos

9 Matéria Como diferenciar o mundo material do mundo não material? Vamos dizer, por enquanto, que o mundo material é tudo que passa pelos nossos sentidos.

10 Matéria Sendo assim, a pedra no outro lado da lua não pode pertencer ao mundo material pois jamais a tocaremos. A pedra no Lado escuro Da Lua

11 Matéria Necessitamos de uma definição mais geral e precisa sobre o que é matéria da qual não houvesse dúvidas sobre a existência. Para resolver podemos dizer que: Matéria é tudo aquilo que compõe os objetos E objetos é tudo aquilo que tem uma extensão no espaço e, portanto, um volume no espaço

12 Matéria Dessa forma colocamos a pedra na Lua na condição de objeto pois ocupa uma extensão e seu conteúdo é bem definido como matéria.

13 Quantificação da extensão Podemos quantificar a extensão da matéria associando o volume a uma grandeza mensurável proporcional a uma medida padrão de volume. Aceita-se, como padrão de medida de extensão o metro como sendo o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante um intervalo de tempo de 1/ de segundo. Um padrão para o volume é um cubo com 1 metro de lado, seu volume é de 1m³.

14 Outros padrões O metro foi definido como padrão em quase todos o países (exceto EUA, Libéria e Mianmar) e faz parte do Sistema Internacional de Medidas. Existem outros padrões de medida de comprimento que não o metro, segue exemplos: Metro Jarda Pés Côvado 0,9144 0,3048 0,3333

15 Escala de comprimento Por vezes, nos é colocado valores muito pequenos ou muito grandes de comprimento. O metro é considerado a unidade principal de medida de comprimento, seguido de seus múltiplos e submúltiplos.

16 Exercício 1) Quantos centímetros cúbicos estão em um metro cúbico? 2) Quantos litros estão em um metro cúbico? 3) Quantos centímetros cúbicos estão em um litro? 4) A torre Eifel tem 300m, qual é a altura dela em: (a) km; (b) cm e (c) mm? 5) Um milímetro cúbico de óleo é espalhado sobre a superfície da água e forma uma camada que se estende por 1m². Qual a espessura dessa camada?

17 Interações Observamos que todos os objetos interagem. As interações age de forma: 1) contato (ex. A mão interage com a mesa quando colocamos ela sobre a mesa) 2) ação à longas distâncias (ex. Ao soltarmos uma chave ela cai ao chão devido a interação dela com a Terra)

18 Interações Observamos a interação através da força que outros objetos agem sobre o objeto em questão. Caso não haja interação de outros objetos, pela 1ª lei de Newton esse objeto seguiria em velocidade constante.

19 Interações Newton mostrou com a 2ª lei que o objeto altera sua velocidade caso um outro objeto esteja exercendo uma força sobre ele. Essa variação de velocidade com o tempo, também conhecida por aceleração do objeto. A 2ª lei diz que a força que o objeto sofre é proporcional à aceleração,

20 Massa inercial Essa constante de proporcionalidade chamamos de massa inercial, ou simplesmente, massa do objeto. Dessa forma, a matéria que compõe o objeto tem volume e tem massa.

21 Medida de massa A observação mais direta da massa de um objeto é a interação dele com a Terra. Essa interação, como veremos, faz com que o objeto caia com uma aceleração devido a força que a Terra exerce no objeto.

22 Balança Podemos conter a queda do objeto utilizando de um objeto que exerce uma força contrária para cessar o movimento acelerado. Chamamos esse objeto de balança. Eventualmente esse objeto pode ter sua extensão alterada devido a essa interação.

23 Medida da balança Ao medir essa deformação podemos inferir uma proporcionalidade da massa do objeto que provocou a deformação. Se dois objetos deformarem do mesmo modo a balança, diremos que eles tem massas iguais.

24 Unidade de massa Define-se no sistema internacional o padrão de medida de massa o kilograma. Esse padrão é um cilindro eqüilátero de 0,039m de altura por 0,039m de diâmetro composto por irídio e platina que está localizado no Escritório Internacional de Pesos e Medidas na cidade de Sèvres, França desde 1889.

25 Interações Fundamentais Existe três tipos de interações fundamentais: 1) interação gravitaciomal 2) interação eletromagnética 3) interação nuclear

26 Interação gravitacional A interação gravitacional de dois objetos com suas respectivas massas inerciais, se dá por uma força atrativa, chamada de gravitacional, proporcional ao produto das massas inerciais uma constante gravitacional universal,g e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os dois objetos.

27 Interação gravitacional Esta força é de longo alcance sendo seus efeitos observado em objetos distantes a milhares de milhares de quilômetros.

28 Interação eletromagnética Desde os tempos bíblicos notaram-se que dois objetos, quando friccionados, podem produzir uma interação atrativa ou repulsiva. No século XVII, Coloumb determinou que essa força é inversamente proporcional ao quadrado da distância, proporcional a uma constante universal, k, e ao produto da chamada carga elétrica que caracteriza a matéria de cada um dos objetos.

29 Interação eletromagnética Alguns objetos metálicos apresentavam uma interação atrativa ou repulsiva de natureza diferente da força elétrica determinada por Coloumb, a essa interação chamou-se de magnética por se tratar de magnetos (ímã em grego). Foi com a astúcia de Michael Faraday e o espírito analítico de James Clark Maxwell, que pudemos afirmar a igualdade da natureza dessas duas forças.

30 Interações eletromagnéticas Essa força é de curto alcance e pode ser observada no dia-a-dia como força de atrito, força normal, além de está presente a nossa volta. É devido a ela que o caderno é um caderno, a cadeira é uma cadeira e nós somos o que somos.

31 Interações nucleares Não podemos explicar alguns fenômenos utilizando tão somente as forças gravitacionais e eletromagnéticas que atuam em alguns objetos como exemplo nossa estrela, o Sol, bem como não há explicação possível partindo das forças gravitacionais e eletromagnéticas a transmutação de alguns materiais.

32 Interações nucleares Essas interações de curtíssimo alcance ocorrem dentro da menor parte da matéria, o núcleo, e é responsável pela existência de diferentes substâncias.

33 Medindo a matéria e as interações Existem diversas grandezas na natureza como, por exemplo, força, pressão, carga elétrica, energia, potência etc.

34 Sistema Internacional de Unidades Há um acordo entre as Nações para termos um sistema internacional de unidades na qual seja composto por algumas medidas básicas.

35 Unidades para outras grandezas Partindo das medidas básicas, temos outras unidades para outras grandezas derivadas dessas.

36 Análise dimensional A natureza de uma grandeza é também denominada de dimensão, e há uma simbologia para expressar a dimensão de uma grandeza. Para dimensões de: Comprimento = [L] Tempo = [T] Massa = [M]

37 Análise dimensional A análise dimensional consiste na averiguação de que uma dada equação seja dimensionalmente homogênea Como exemplo temos a força F=m a

38 Análise dimensional Como exemplo temos a força cuja unidade é o newton (N). Qual a dimensão da força? Da 2ª lei temos F=m.a

39 Análise dimensional Como a dimensão da aceleração é a de velocidade por tempo a=[v]/[t] E como velocidade é v=[l]/[t] Temos a=[l]/[t]² E F=[M][L]/[T]²

40 Homogeneidade dimensional Uma equação que traduz uma lei física é homogênea. Neste caso as parcelas constituem os dois membros da igualdade apresentam os mesmos símbolos dimensionais, tendo respectivamente as mesmas dimensões. EXEMPLO: Verifique se há homogeneidade na equação definida da conservação de trabalho, W=Ec(f)-Ec(i)

41 A Medida A unidade de medida de extensão e de massa adotada (o metro e o kilograma) metro, é conveniente para medir objetos comparados a escala humana.

42 A medida pelo homem Tanto o kilograma quanto o metro são medidas em que sua representação é de fácil escrita 3,5 Kg 20x 0,4 m 4x 70kg 1,7m Porém, o que fazer quando os objetos são muito maiores ou muito menores que o homem

43 Notação científica Notação científica é uma forma breve de representar números, em especial muito grandes ou muitos pequenos com a ajuda das potências de base 10. Seja um número real qualquer, ele pode ser representado em notação científica dado por: nx10* onde n é um número entre 9,0 e 1,0 conhecido como o coeficiente e * é o expoente. Segue exemplos:

44 Notação científica Uma outra maneira de representar uma grandeza é associar a sua potência a um símbolo. 1 cm = 0,01 m = 10-2 m 1 kg = 1000 g = 103 g 1 GeV = = ev = 109 ev 1 nm = = 0, m = 10-9 m

45 Ordem de grandeza Para avaliar o quão grande ou quão pequeno é o objeto de estudo, definimos a ordem de grandeza de uma medida através da notação científica.

46 Exercícios 1) Determine a ordem de grandeza do número de gotas de água que cabem em uma banheira. 2) Usando a regra prática sugerida no texto, escreva os números seguintes em notação de potência de 10. (a) ; (b) 0, ) Uma pessoa utiliza em média, por dia, aproximadamente 200 litros de água. Qual deveria ser a ordem de grandeza, em metros cúbicos, do volume de um reservatório capaz de fornecer água para a população de qualquer umadas maiores cidades do mundo, durante 1 dia, sem reabastecimento.

47 Ordem de grandezas extremas Temos como limite: 1026 m m

48 Perguntas da disciplina Neste curso, vamos mostrar um pouco da resposta que a ciência forneceu a duas perguntas: * Do que tudo é feito? ( Partículas Elementares ) * Por que a matéria do mundo se organiza da forma como ela se organiza? ( Interações ) Estas respostas não são simples. A humanidade levou séculos para desenvolvê-las, desde suas primeiras idéias de sucesso até os detalhes que conhecemos hoje. Muitas partes destas respostas envolvem uma matemática muito complicada, que não podemos descrever neste curso. Muitas vezes vamos apresentar regras que não poderemos justificar por não dominar a matemática necessária.