Os 9 ramos da física clássica e moderna

Entre as ramos da física clássica e moderna Podemos destacar acústica, óptica ou mecânica no campo mais primitivo, e cosmologia, mecânica quântica ou relatividade nas aplicações mais recentes.

A física clássica descreve as teorias desenvolvidas antes de 1900, e a física moderna os eventos ocorridos após 1900. A física clássica lida com matéria e energia, em uma macro-escala, sem entrar nos estudos mais complexos de quantums, assunto da física moderna.

Max Planck, um dos cientistas mais importantes da história, marcou o fim da física clássica e o começo da física moderna com a mecânica quântica.

Ramos da física clássica

1- Acústica

O ouvido é o instrumento biológico por excelência para receber certas vibrações das ondas e interpretá-las como som.

A acústica, que trata do estudo do som (ondas mecânicas em gases, líquidos e sólidos), está relacionada à produção, controle, transmissão, recepção e efeitos do som.

A tecnologia acústica inclui música, o estudo de fenômenos geológicos, atmosféricos e submarinos.

A psicoacústica, estuda os efeitos físicos do som nos sistemas biológicos, presente desde Pitágoras ouviu, pela primeira vez, os sons de cordas e martelos vibrantes que atingiram as bigornas do sexto século aC. C. Mas o desenvolvimento mais impressionante na medicina é a tecnologia do ultrassom.

2- Eletricidade e Magnetismo

Eletricidade e magnetismo vêm de uma única força eletromagnética. O eletromagnetismo é um ramo da ciência física que descreve as interações entre eletricidade e magnetismo.

O campo magnético é criado por uma corrente elétrica em movimento e um campo magnético pode induzir o movimento de cargas (corrente elétrica). As regras do eletromagnetismo também explicam fenômenos geomagnéticos e eletromagnéticos, descrevendo como as partículas carregadas dos átomos interagem.

No passado, o eletromagnetismo foi experimentado com base nos efeitos do raio e da radiação eletromagnética como um efeito de luz.

O magnetismo tem sido usado, por muito tempo, como um instrumento fundamental de navegação orientado pela bússola.

O fenômeno das cargas elétricas em repouso foi detectado pelos antigos romanos, que observaram a maneira pela qual um pente atrito atraía partículas. No contexto de acusações positivas e negativas, cargas iguais se repelem, e cargas diferentes se atraem.

Você pode estar interessado em saber mais sobre este tópico, descobrindo os 8 tipos de ondas eletromagnéticas e suas características.

3- Mecânica

Está relacionado com o comportamento dos corpos físicos, quando sujeitos a forças ou deslocamentos, e os efeitos subseqüentes dos corpos em seu ambiente.

No alvorecer do modernismo, os cientistas Jayam, Galileu, Kepler e Newton lançaram as bases para o que hoje é conhecido como mecânica clássica.

Essa subdisciplina trata do movimento de forças em objetos e partículas que estão em repouso ou se movendo a velocidades significativamente mais baixas que a da luz. Mecânica descreve a natureza dos corpos.

O termo corpo inclui partículas, projécteis, naves espaciais, estrelas, partes de maquinaria, partes de sólidos, partes de fluidos (gases e líquidos). As partículas são corpos com pouca estrutura interna, tratados como pontos matemáticos na mecânica clássica.

Corpos rígidos têm tamanho e forma, mas mantêm uma simplicidade próxima à da partícula e podem ser semi-rígidos (elásticos, fluidos).

4- Mecânica dos fluidos

Mecânica dos fluidos descreve o fluxo de líquidos e gases. A dinâmica dos fluidos é o ramo de onde emergem sub-disciplinas, como a aerodinâmica (o estudo do ar e outros gases em movimento) e a hidrodinâmica (o estudo dos líquidos em movimento).

A dinâmica de fluidos é amplamente aplicada: para o cálculo de forças e momentos em aviões, a determinação da massa do fluido de óleo através dos dutos, além da previsão de padrões climáticos, a compressão de nebulosas no espaço interestelar e modelagem da fissão nuclear.

Este ramo oferece uma estrutura sistemática que engloba leis empíricas e semi-empíricas derivadas da medição do fluxo e usadas para resolver problemas práticos.

A solução para um problema de dinâmica de fluidos envolve o cálculo das propriedades do fluido, tais como a velocidade do fluxo, pressão, densidade e temperatura e funções do espaço e do tempo.

5- Ótica

A óptica lida com as propriedades e fenômenos da luz e da visão visíveis e invisíveis. Estudar o comportamento e as propriedades da luz, incluindo suas interações com a matéria, além de construir instrumentos apropriados.

Descreva o comportamento da luz visível, ultravioleta e infravermelha.Como a luz é uma onda eletromagnética, outras formas de radiação eletromagnética, como raios X, microondas e ondas de rádio, têm propriedades semelhantes.

Este ramo é relevante para muitas disciplinas relacionadas, como astronomia, engenharia, fotografia e medicina (oftalmologia e optometria). Suas aplicações práticas são encontradas em uma variedade de tecnologias e objetos do cotidiano, incluindo espelhos, lentes, telescópios, microscópios, lasers e fibras ópticas.

6- Termodinâmica

Filial da física que estuda os efeitos do trabalho, calor e energia de um sistema. Nasceu no século 19 com a aparência do motor a vapor. Trata apenas da observação e resposta em larga escala de um sistema observável e mensurável.

Interações gasosas em pequena escala são descritas pela teoria cinética dos gases. Os métodos se complementam e são explicados em termos de teoria termodinâmica ou cinética.

As leis da termodinâmica são:

• Lei de entalpia: relaciona as diferentes formas de energia cinética e potencial, em um sistema, com o trabalho que o sistema pode realizar, mais a transferência de calor.
• Isso leva à segunda lei, e à definição de outra variável de estado chamada lei de entropia.
• O lei zero define equilíbrio termodinâmico em larga escala, de temperatura em oposição à definição em pequena escala relacionada à energia cinética das moléculas.

Ramos da física moderna

7- Cosmologia

É o estudo das estruturas e dinâmicas do Universo em maior escala. Investigue sua origem, estrutura, evolução e destino final.

A cosmologia, como ciência, originou-se com o princípio de Copérnico - os corpos celestes obedecem a leis físicas idênticas às da Terra - e a mecânica newtoniana, que nos permitiu compreender essas leis físicas.

A cosmologia física começou em 1915 com o desenvolvimento da teoria geral da relatividade de Einstein, seguida por importantes descobertas observacionais na década de 1920.

Avanços dramáticos na cosmologia observacional desde a década de 1990, incluindo o fundo de microondas cósmica, supernovas distantes e pesquisas de redshift na galáxia, levaram ao desenvolvimento de um modelo padrão de cosmologia.

Este modelo adere ao conteúdo de grandes quantidades de matéria escura e energias escuras contidas no universo, cuja natureza ainda não está bem definida.

8- Mecânica Quântica

Ramo da física que estuda o comportamento da matéria e da luz, na escala atômica e subatômica. Seu objetivo é descrever e explicar as propriedades de moléculas e átomos e seus componentes: elétrons, prótons, nêutrons e outras partículas mais esotéricas, como quarks e glúons.

Essas propriedades incluem as interações das partículas umas com as outras e com radiação eletromagnética (luz, raios X e raios gama).

Vários cientistas contribuíram para o estabelecimento de três princípios revolucionários que gradualmente ganharam aceitação e verificação experimental entre 1900 e 1930.

• Propriedades Quantificadas. Posição, velocidade e cor às vezes só podem ocorrer em quantidades específicas (como clicar em número por número). Isso contrasta com o conceito de mecânica clássica, que diz que tais propriedades devem existir em um espectro plano e contínuo. Para descrever a ideia de que algumas propriedades clicam, os cientistas cunharam o verbo quantificar.
• Partículas de luz. Os cientistas refutaram 200 anos de experimentos postulando que a luz pode se comportar como uma partícula e nem sempre "como ondas / ondas em um lago".
• Ondas de matéria. A matéria também pode se comportar como uma onda. Isso é demonstrado por 30 anos de experimentos que afirmam que a matéria (como elétrons) pode existir como partículas.

9- Relatividade

Esta teoria abrange duas teorias de Albert Einstein: relatividade especial, que se aplica a partículas elementares e suas interações - descrevendo todos os fenômenos físicos, exceto gravidade e relatividade geral, que explica a lei da gravitação e sua relação com outras forças de a natureza.

Aplica-se ao reino cosmológico, astrofísica e astronomia. A relatividade transformou os postulados da física e da astronomia no século XX, banindo 200 anos da teoria newtoniana.

Ele introduziu conceitos como espaço-tempo como entidade unificada, relatividade da simultaneidade, dilatação cinemática e gravitacional do tempo e contração do comprimento.

No campo da física, ele melhorou a ciência das partículas elementares e suas interações fundamentais, juntamente com a inauguração da era nuclear.

A cosmologia e a astrofísica previram fenômenos astronômicos extraordinários, como estrelas de nêutrons, buracos negros e ondas gravitacionais.

Exemplos de pesquisa de cada ramo

1- Acústica: investigações da UNAM

O laboratório acústico do Departamento de Física da Faculdade de Ciências da UNAM realiza pesquisas especializadas no desenvolvimento e implementação de técnicas que permitem o estudo dos fenômenos acústicos.

Os experimentos mais comuns incluem diferentes mídias com estruturas físicas diferentes. Esses meios podem ser fluidos, túneis de vento ou o uso de um jato supersônico.

Uma investigação que atualmente ocorre na UNAM é o espectro de freqüência de uma guitarra, dependendo do local onde ela é tocada. Os sinais acústicos emitidos pelos golfinhos também estão sendo estudados (Forgach, 2017).

2- Eletricidade e magnetismo: efeito de campos magnéticos em sistemas biológicos

A Universidade do Distrito Francisco José Caldas, realiza pesquisas sobre o efeito dos campos magnéticos em sistemas biológicos. Tudo isso, a fim de identificar todas as investigações anteriores que foram feitas sobre o assunto e emitir novos conhecimentos.

Pesquisas indicam que o campo magnético da Terra é permanente e dinâmico, com períodos alternados de alta e baixa intensidade.

Eles também falam sobre as espécies que dependem da configuração deste campo magnético para se orientar, como abelhas, formigas, salmão, baleias, tubarões, golfinhos, borboletas, tartarugas, entre outros (Fuentes, 2004).

3- Mecânica: corpo humano e gravidade zero

Por mais de 50 anos, a NASA tem avançado pesquisas sobre os efeitos da gravidade zero no corpo humano.

Essas investigações permitiram que numerosos astronautas se movimentassem em segurança na Lua, ou vivessem por mais de um ano na Estação Espacial Internacional.

A pesquisa da NASA analisa os efeitos mecânicos que a gravidade zero tem sobre o corpo, com o objetivo de diminuí-los e garantir que os astronautas possam ser enviados para lugares mais remotos no sistema solar (Strickland & Crane, 2016).

4- Mecânica dos fluidos: efeito Leidenfrost

O efeito Leidenfrost é um fenómeno que ocorre quando uma gota de um fluido toca uma superfície quente a uma temperatura superior ao seu ponto de ebulição.

Os estudantes de doutoramento da Universidade de Liège criaram uma experiência para conhecer os efeitos da gravidade no tempo de evaporação de um fluido e o seu comportamento durante este processo.

A superfície foi inicialmente aquecida e inclinada quando necessário. As gotículas de água utilizadas foram rastreadas por meio de luz infravermelha, acionando os servomotores a cada vez que se afastavam do centro da superfície (Investigación y ciencia, 2015).

5- Ótica: observações Ritter

Johann Wilhelm Ritter foi um farmacêutico e cientista alemão, que conduziu numerosas experiências médicas e científicas. Entre suas contribuições mais notáveis ​​para o campo da óptica está a descoberta da luz ultravioleta.

Ritter baseou sua pesquisa na descoberta da luz infravermelha por William Herschel em 1800, determinando assim que era possível a existência de luzes invisíveis e conduzindo experimentos com cloreto de prata e diferentes feixes de luz (Cool Cosmos, 2017). .

6- Termodinâmica: energia solar termodinâmica na América Latina

Esta pesquisa enfoca o estudo de fontes alternativas de energia e calor, como a energia solar, tendo como principal interesse a projeção termodinâmica da energia solar como fonte de energia sustentável (Bernardelli, 201).

Para este propósito, o documento do estudo é dividido em cinco categorias:

1- Radiação solar e distribuição de energia na superfície da Terra.

2- Usos da energia solar.

3- Antecedentes e evolução dos usos da energia solar.

4- Instalações e tipos termodinâmicos.

5- Estudos de caso no Brasil, Chile e México.

7- Cosmologia: Pesquisa de Energia Negra

O Dark Energy Survey, ou Dark Energy Survey, foi um estudo científico realizado em 2015, cujo objetivo principal era medir a estrutura em grande escala do universo.

Com esta pesquisa, o espectro foi aberto a inúmeras investigações cosmológicas, que visam determinar a quantidade de matéria escura presente no universo atual e sua distribuição.

Por outro lado, os resultados lançados pelos DES se opõem às teorias tradicionais sobre o cosmos, emitidas após a missão espacial Planck, financiada pela Agência Espacial Européia.

Esta pesquisa confirmou a teoria de que o universo é atualmente composto de 26% de matéria escura.

Também foram desenvolvidos mapas de posicionamento que mediram com precisão a estrutura de 26 milhões de galáxias distantes (Bernardo, 2017).

8- Mecânica quântica: teoria da informação e computação quântica

Esta pesquisa busca investigar duas novas áreas da ciência, como informação e computação quântica. Ambas as teorias são fundamentais para o avanço dos dispositivos de processamento de informação e telecomunicações.

Este estudo apresenta o estado atual da computação quântica, apoiado nos avanços do Grupo de Computação Quântica (GQC) (López), uma instituição dedicada a dar palestras e gerar conhecimento sobre o assunto, com base no primeiro. Turing postula sobre computação.

9- Relatividade: Experiência de Ícaro

A pesquisa experimental de Ícaro, realizada no laboratório de Gran Sasso, na Itália, trouxe tranqüilidade ao mundo científico ao confirmar que a teoria da relatividade de Einstein é verdadeira.

Esta investigação mediu a velocidade de sete neutrinos com um feixe de luz dado pelo Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN), concluindo que os neutrinos não excedem a velocidade da luz, como havia sido concluído no experimento anterior do mesmo laboratório.

Esses resultados foram opostos aos obtidos em experimentos anteriores do CERN, que em anos anteriores haviam concluído que os neutrinos viajavam 730 quilômetros mais rápido que a luz.

Aparentemente, a conclusão anteriormente dada pelo CERN deveu-se a uma má conexão GPS no momento em que o experimento foi realizado (El tiempo, 2012).

Referências

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