OS 13 RAMOS DA FÍSICA CLÁSSICA E MODERNA - FISICA - 2025

Entre os ramos da física clássica e moderna, podemos destacar a acústica, a óptica ou a mecânica no campo mais primitivo, e a cosmologia, a mecânica quântica ou a relatividade nos de aplicação mais recente.

A física clássica descreve as teorias desenvolvidas antes de 1900, e a física moderna os eventos que ocorreram depois de 1900. A física clássica lida com a matéria e a energia, em uma escala macro, sem se aprofundar nos estudos mais complexos dos quânticos. da física moderna.

Max Planck, um dos cientistas mais importantes da história, marcou o fim da física clássica e o início 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 sonoros.

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

A psicoacústica estuda os efeitos físicos do som sobre os sistemas biológicos, presentes desde que Pitágoras ouviu, pela primeira vez, os sons de cordas vibrantes e martelos batendo em bigornas no século VI aC. Mas o desenvolvimento mais chocante na medicina é a tecnologia de 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 da eletricidade e do 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 de átomos interagem.

Anteriormente, o eletromagnetismo era experimentado com base nos efeitos do raio e da radiação eletromagnética como um efeito de luz.

O magnetismo tem sido usado há muito tempo como um instrumento fundamental para a navegação guiada por bússola.

O fenômeno das cargas elétricas em repouso foi detectado pelos antigos romanos, que observaram a maneira como um pente atritado atraiu as partículas. No contexto de cargas positivas e negativas, cargas semelhantes 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 ao comportamento dos corpos físicos, quando são submetidos a forças ou deslocamentos, e aos efeitos subsequentes dos corpos em seu ambiente.

No início do modernismo, os cientistas Jayam, Galileo, Kepler e Newton estabeleceram as bases para o que agora é conhecido como mecânica clássica.

Esta subdisciplina lida com o movimento de forças sobre objetos e partículas que estão em repouso ou se movendo a velocidades significativamente mais lentas do que a da luz. A mecânica descreve a natureza dos corpos.

O termo corpo inclui partículas, projéteis, naves espaciais, estrelas, partes de máquinas, partes de sólidos, partes de fluidos (gases e líquidos). 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 semirrígidos (elásticos, fluidos).

4- Mecânica dos fluidos

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

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

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

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

5- Óptica

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

Descreve 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 objetos e tecnologias cotidianas, incluindo espelhos, lentes, telescópios, microscópios, lasers e fibras ópticas.

6- Termodinâmica

Ramo da física que estuda os efeitos do trabalho, calor e energia em um sistema. Nasceu no século XIX com o surgimento da máquina a vapor. Ele lida apenas com a observação em larga escala e a resposta de um sistema observável e mensurável.

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

As leis da termodinâmica são:

• Lei da Entalpia: Relaciona as várias formas de energia cinética e potencial, em um sistema, com o trabalho que o sistema pode realizar, mais a transferência de calor.
• Isso nos leva à segunda lei e à definição de outra variável de estado chamada lei da entropia.
• A lei zero define o equilíbrio termodinâmico em larga escala, da 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 do princípio de Copérnico - os corpos celestes obedecem a leis físicas idênticas às da Terra - e da 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 grandes descobertas observacionais na década de 1920.

Avanços dramáticos na cosmologia observacional desde a década de 1990, incluindo o fundo cósmico em micro-ondas, supernovas distantes e elevações do redshift da 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, nas escalas atômica e subatômica. Seu objetivo é descrever e explicar as propriedades das 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 entre si e com a 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 podem ocorrer apenas em quantidades específicas (como clicar número por número). Isso contrasta com o conceito da mecânica clássica, que afirma 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 os elétrons) pode existir como partículas.

9- Relatividade

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

Isso se aplica ao reino da cosmologia, astrofísica e astronomia. A relatividade transformou os postulados da física e da astronomia no século 20, banindo 200 anos da teoria newtoniana.

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

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

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

10-física nuclear

É um campo da física que estuda o núcleo atômico, suas interações com outros átomos e partículas e seus constituintes.

11-Biofísica

Formalmente, é um ramo da biologia, embora esteja intimamente relacionado à física, pois estuda a biologia com princípios e métodos físicos.

12-Astrofísica

Formalmente, é um ramo da astronomia, embora intimamente relacionado à física, pois estuda a física das estrelas, sua composição, evolução e estrutura.

13-Geofísica

É um ramo da geografia, embora esteja intimamente relacionado com a física, uma vez que estuda a Terra com os métodos e princípios da física.

Exemplos de pesquisa de cada ramo

1- Acústica: pesquisa UNAM

O laboratório de acústica do Departamento de Física da Faculdade de Ciências da UNAM desenvolve investigação especializada no desenvolvimento e implementação de técnicas que permitem o estudo dos fenómenos acústicos.

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

Uma investigação que está ocorrendo atualmente na UNAM é o espectro de frequência de uma guitarra, dependendo de onde ela é tocada. Os sinais acústicos emitidos por golfinhos também estão sendo estudados (Forgach, 2017).

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

A Universidade Distrital Francisco José Caldas desenvolve investigação sobre o efeito dos campos magnéticos nos sistemas biológicos. Tudo isso para identificar todas as pesquisas anteriores que foram feitas sobre o assunto e para emitir novos conhecimentos.

A pesquisa indica que o campo magnético da Terra é permanente e dinâmico, com períodos alternados de alta e baixa intensidade.

Também falam das espécies que dependem da configuração desse campo magnético para se orientar, como abelhas, formigas, salmões, baleias, tubarões, golfinhos, borboletas, tartarugas, entre outros (Fuentes, 2004).

3- Mecânica: corpo humano e gravidade zero

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

Essas investigações permitiram que muitos astronautas se movessem com 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 reduzi-los e garantir que os astronautas possam ser enviados para locais mais remotos do sistema solar (Strickland & Crane, 2016).

4- Mecânica dos fluidos: efeito Leidenfrost

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

Alunos de doutorado da Universidade de Liège criaram um experimento para descobrir os efeitos da gravidade no tempo de evaporação de um fluido e seu comportamento durante esse processo.

A superfície foi inicialmente aquecida e inclinada quando necessário. As gotículas de água utilizadas foram rastreadas por meio de luz infravermelha, acionando servo motores cada vez que se afastavam do centro da superfície (Research and Science, 2015).

5- Óptica: observações de Ritter

Johann Wilhelm Ritter foi um farmacêutico e cientista alemão que conduziu vários experimentos médicos e científicos. Entre suas contribuições mais notáveis ​​para o campo da ótica está a descoberta da luz ultravioleta.

Ritter baseou sua pesquisa na descoberta da luz infravermelha por William Herschel em 1800, determinando assim que a existência de luzes invisíveis era possível 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 tanto, o documento de estudo está dividido em cinco categorias:

1- Radiação solar e distribuição de energia na superfície terrestre.

2- Usos da energia solar.

3- Antecedentes e evolução das utilizações da energia solar.

4- Instalações e tipos termodinâmicos.

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

7- Cosmologia: Pesquisa de Energia Escura

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

Com essa investigação, o espectro foi aberto para inúmeras investigações cosmológicas, que buscam determinar a quantidade de matéria escura presente no universo atual e sua distribuição.

Por outro lado, os resultados produzidos pelo DES contradizem as teorias tradicionais sobre o cosmos, formuladas após a missão espacial Planck, financiada pela Agência Espacial Europeia.

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

Também foram desenvolvidos mapas de posicionamento que mediam 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 a informação e a computação quântica. Ambas as teorias são fundamentais para o avanço das telecomunicações e dos dispositivos de processamento de informações.

Este estudo apresenta o estado atual da computação quântica, apoiado nos avanços obtidos pelo Grupo de Computação Quântica (GQC) (López), instituição que se dedica a dar palestras e gerar conhecimento sobre o assunto, a partir do primeiro Postulados de Turing sobre computação.

9- Relatividade: experimento Ícaro

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

Essa pesquisa mediu a velocidade de sete neutrinos com um feixe de luz fornecido pelo Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN), concluindo que os neutrinos não ultrapassam a velocidade da luz, como já havia sido concluído em experimentos anteriores no mesmo laboratório.

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

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

Referências

1. Como a física clássica difere da física moderna? Recuperado em reference.com.
2. Eletricidade e magnetismo. Mundo das Ciências da Terra. Copyright 2003, The Gale Group, Inc. Obtido em encyclopedia.com.
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4. Fluid Dynamics. Recuperado em wikipedia.org.
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6. Óptica. McGraw-Hill Encyclopedia of Science and Technology (5ª Ed.). McGraw-Hill. 1993.
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8. O que é termodinâmica? Recuperado em grc.nasa.gov.
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10. Will, Clifford M (2010). "Relatividade". Enciclopédia Multimídia Grolier. Recuperado em wikipedia.org.
11. Quais são as evidências do Big Bang? Recuperado em astro.ucla.edu.
12. Planck revela um universo quase perfeito. Recuperado em esa.int.