Física Moderna. Aula 1 Introdução. Curso - Licenciatura em Física EAD. Prof a. Dra. Ana Paula Andrade Universidade Estadual de Santa Cruz

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1 Física Moderna Aula 1 Introdução Curso - Licenciatura em Física EAD Prof a. Dra. Ana Paula Andrade Universidade Estadual de Santa Cruz Ilhéus - Bahia 1

2 Nesta disciplina... Século XX => novos conceitos: - espaço, tempo, posição, trajetória, simultaneidade, medida e causalidade abra a sua mente e, consequentemente, desfrutar desta nova janela de conhecimento, a física moderna! 2

3 Unidades 1. A Teoria da Relatividade Especial 2. Quantização de Energia, Ondas e Partículas 3. A Física dos Átomos 4. A Mecânica Quântica 5. Aplicações da Mecânica Quântica 3

4 Unidade 1 - Teoria da Relatividade Especial conceito de espaço e tempo relativos; os postulados da relatividade; contração de Lorentz e dilatação do tempo; transformações relativísticas; massa de repouso e energia relativística. 4

5 Moderna X Clássica - O Termo física moderna? - conjunto de teorias desenvolvidas a partir do século XX, tendo por base a teoria da relatividade e a teoria quântica. teoria da relatividade => altas energias teoria quântica => pequenas dimensões 5

6 O que diz a física clássica? Segundo a teoria newtoniana: massa + força => conhecer o estado dinâmico do sistema em qualquer instante futuro, em termos de seu estado inicial Sistema mecânico é completamente descrito por meio das coordenadas da partícula 6

7 uma partícula de massa m, em movimento sob a influência da força, tratada em termos de dois sistemas de referência, sistema S e sistema S, sendo que o sistema S se move com velocidade v em relação ao sistema S. F S => x, y, z, t S => x, y, z, t S S Definição: os eixos x e x sejam colineares e que o sentido de v, por construção, é o sentido positivo destes eixos. Definição: os tempos t e t medidos nos respectivos referenciais são ambos nulos no instante em que o plano y z coincide com o plano yz. => coincidência na origem! 7

8 Movimento da partícula => composição de velocidades! S S x = x + vt y = y z = z t = t x = x vt Estas relações são conhecidas como transformação galileana 8

9 O que diz a física clássica? Se os zeros da escala de tempo são, por definição, iguais em algum instante e posição: t = 0 e t =0 (coincidência entre os planos yz e y z ) => as duas escalas de tempo permanecerão as mesmas para todos os instantes e todas as posições, ou seja, t = t para todo sempre! 9

10 O que diz a física clássica? Mecânica clássica => equação de movimento:... de acordo com a transformação galileana: x = x + vt 0 - Portanto: Analogamente => e 10

11 O que diz a física clássica? - Equações de movimento são equivalentes => o comportamento de ambos os sistemas serão idênticos! Equação de movimento da mecânica clássica é invariante frente as transformações de Galileu! 11

12 É sempre assim? Propagação de uma onda eletromagnética? => descrição pelas equações de Maxwell Ao contrário das equações de Newton, as equações de Maxwell não são invariantes às transformações de Galileu =>mudam de forma matemática quando submetidas às transformações galileanas 12

13 Mas o que acontece com a luz? Se a fonte de luz estiver se movendo? => composição de velocidades? Movimento de rotação da Terra? - velocidades distintas para a luz em direções distintas? Resposta: Experimento de Michelson- Morley 13

14 Experimento de Michelson-Morley => medir a velocidade da luz em duas direções perpendiculares a partir de um sistema de referência fixo à Terra. - construíram um interferômetro com sensibilidade suficiente para detectar uma possível diferença de velocidade da luz associada ao movimento da Terra Resultado: nenhuma variação foi observada! 14

15 Experimento de Michelson- Morley A velocidade da luz é a mesma para todos os observadores inerciais, não importando o movimento da fonte nem do observador! => as transformações de Galileu são incompatíveis com a teoria eletromagnética Einstein optou por modificar as transformações de Galileu! 15

16 O que diz a física moderna? Unidade 1. Teoria da Relatividade Especial Bom estudo!!! 16