PSSC 1 - LIVRO DE FÍSICA - O QUE É FÍSICA - CAPÍTULO 1

5/17/2018 PSSC 1 - LIVRO DE FSICA - O QUE FSICA - CAPTULO 1

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CAPITULO 1 _A !'ISIC./i. e a ciencia fundamental da natureza.lis. nes coma 0 que sabemos 3 J respeito destemundo, como hcmens e mulheres descobrirame que cenhecemos, e como ainda eslao deseo-brindo nos dias de hoje,Quando 0 clarao de urn reHlmpago eorta a es-mridao, a radio produz esralidos, e sew olhosHearn ofuscados poc alguns :segu]ldoli. Urn ins-

tame depois \ ',oce euve 0 estrondo do trova.O, euma vidra.~a 56,)ca estremece. A mllhares de qui-]umctros de diSlanda, num observatorio metee-m 16gico.. urn nidio-]m:alizador pode acusar 0im-pacta do 1'eliQ1pago; e lila cidade, 0 metecralo-gisLa, ouvindc urn estrondo distante, aeena coma r3be~a como se esiivesse esperaado a ternpes-tade,Eis al urna sequencia de [enOmenos, de aeon-tecime ntos diversos, oconendo em ]ugues e tem-pos diferentes, tles estiio tndos encadeades, Comoestao tles imedigados e, exatamente, que esta

aconlerend()l a vina. 30ouvido, 80 rddio. e a p,r6-pr-ia atmoslera>Considere oursa cadeia de aconterimenms ..Noslaboratories de ensalO de uma industria de a~D

V o ( ' , e pede ver uma barra Iiua de uma nova Iigaseado esticada pelas gan~.:lS pOSS3ntea de UIlIa rna-quina de testar do tamanhn de um"a casal ado-nada par urn motor elerrico que giradlpida-mente e nao maior que uma bola de fueebcl, Abarra ' ompacta cede lentamente ao esI6r,~(). Etase distende como se flliSSeurn caramele, e qjUebra"pouco depois, com lllm. ru [do. Como funcionatude is[ot 0 tlue manlem a barra compacta? Poi

que cla cede, Einalmemer E, a proposuo, pmque l: 0 il-;O rnais resistente que Q vidro?' Por quee ele mats pesado qUf'O al.u,m.lnjo? Per que en-[crruja?Os hom ens, antigamenre, lemiama "doene ..de Sol", nas ccasicesem que 0 So! desaparecia ra Terra escurecia, Conhecemos, mais -tarde, 0

rnovirncntu complexo da Luu. Tornou-se muiturnais r;id} pre\rer os eclipses do que 0 t,empo queIara ama n11 i . A Lua vern girundo em volta denO!iS 1)p lan eta m u iro ante do p.rimeh,o i l inrusau-TO 1 '1 udar pela Terra. Urn satelire Ieito pele l I D -rnem pede girar em [(}mo do globo POt um Ion-go pel Iodo sem propuhor, jato . O lll a sas - umaminuscula Iua s,inU!tic3. COntI) se moviraemames S;UCIiLe5? Como podemos elesenhar nossos pr{,prjos sali:litest Como pcdemos visila.:r a Lua?A Hsica nos habil ita a responder :1 tais pergun-tall. Eta nos d;1 a capaeidade de preyer e plane-jar. de campreender e de nos. aventurarrnes no

desconhecido, Novas couas 53.0 Eciws a partir doque apremlemos e. Ifsiea, Com 1Il0V3:5 respo!'.ta!!em Hslca, novas pergumas esHio sempre sllrgin.do .. Mnitas destas pe.rguntas nunea teriam sidoIormuladas, se a propri:a Hsica [laO live sse sidopasl:! em pnitka.Anterinrmente a Galileu OrlO havia teJesc6pimnSLronotnicos. Depois de GalHeu. que asscciouduas lenres para Iazer tim telescopic astrondmico, c descobriu 'qU3tfO Iuas giralldo em volta deJ Uphe r, planejaram-se e COI1S'lfU iram-se melbore ..

telescopios e ern maier numero, Com sua. ajuda,tlescobrirnm.!5.e novos cnrpo.\ celestes, tais comn


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J6 QIIE t Fi:!ilCA.?os numerosos peque llO : !l p l< .ll.U l2 .l: :l~chamaduvuste-r6iuc'i . que !>e dc! ' .locam entre as orbiUi" de Ju-piter c:"i.la.ne.Su 1 " J ~ . i tam. ell lao, uovas IIuestces. Como potk-

Il:3Jl1 ser expl k pOsi5 C a idemjric:a~io das esrn:las !>ac problemas d.eastronomia, mas umestudodo rp:J :e fal as estrelas brilhae e uma parte da as-troUsic.a. A geoHsicR se Dell pa da Hsica de nO\l


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1 - 1. r.~[e dcscnho c do Ji\ ro de Gulilell .. J'wo Xewu."111 r OIUhb. h:i rei 'Ol de 1011 :111}!! , 'IIIOlIlIO iulcriur IlU"cilu e5:lllo a Igllll~ t1,,~ilIJ;In:II1U~Iml l!le i1Sl1.dfl~ em IINI rru-Ilaln!) ,Ol.h; eletttcklndc. rDe "Lih! uudl,rlLers or Fa rn.day", do Dr. B, jOIll:~;[ iIlIgl11.all~. ClIccn)"

, - 3. IJ III IipiUl laboratorlo ruuuricuII


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18 QUE t~blCA?ontrolar urn tipo parti ular de fenomeno, di-games a ondas de radio, urge, en tao. um grupode especialisras cujo trabalho I! tamar proveiro-

sa esta nova aqu.isiflao. j\ engenhasia de rddio eoa eledrcinica surgiram, dClitc modo, como umramo especial da Hsica, e sa o atualmente estuda-das por um manero maier de pessoas e com maiempenho total que a propria fisica. Isto se repe-tiu arias vezes: para a eletricldade, para a avia-fji ,Ie para 0movimenLo do ar e da agua (chama-do aerodinamica e hidro Iiuamlca),Hi 11ezcntos anos, 0 ploneiro Ifsico Italiano'illileu (Ui64-16t12) tentou descobrir como sus-tentar pesadasvigas scm rompe-Ias, Naquela epo-ca, uma Ionga e penosa experiencia de ensaio euro havia ~on:nado pesoas rnais au menc ha-bel na arte de construh ediHcias, endo porernreduzldo 0 conhecimento dentific:o .sabre tais a-UD'toS. Hoje em dia, a cempreensfic desta parteda Iflsica e tao Importante na vida diaria, e e tiltao bern desenvolvlda, que e conflada a UlD gru-po profissional de engenheiros, muito afasradosdo estudo geral de Hsica, Sao clesas pcs.soas queproj tam e constroem arranha-ceus, pontes. e es-iradas, Sell trabalho se ba eia em princlpics fisico lao bem testados em tIes s~cu[m de experien-ria, que ('I fweo Ilio mais duvida de sua aplic.abi-lidade, Ie reconhe e que pouca ceisa nova lhespode er acrescentada. De modo analogo, a Iiber-I:a~io de energia nuclear u)oLcncia aLomica). cria-' tao recente da fisica do. \cu,lo vinte, .esd. no mo-menta, na iminencia de e tornar nma impnrtan-te e Iascinante atividade Lecn i 3, especializada eIndependente, chamada engenlzaria nuclear.:i t tc e 0 rrajeto da Hsica ., E la d a origem a au -U'~5 cicncias e a : suas proveitos '3!l aplicac,;oes. quepodemos denominar tecnologia, Estas dencias, talcomo Iilhas agradecida retrlbulram, frequente-m IU dando a Hsica novo I materiais, novos ill-t rumcntos , e novas id~ias. MuiLOS desres novoinstrumentos sao agora pralicamentc indispellsa.vel ~ Ilsica, 0 radio e outros e li positives electro-nicos, pOl' exemplo, origin;nam-se da ffslra, esao agora 11 ados na solu~iio de problemas do roo-memo em fuica. Tanto a pcsquisa moderna emId~ncia fisictl. como a industria de manute:l"lr;ao detelevi ao estao subordinada , n electrenica, des-end rH e direta do que no laborat6rios de llsicade 19001paredam s.er fen6mcno ObSCUTOS e emimpOIl~ncia.1 - 3. as instrumentos do frsic ,g

fisica nece.ssita de irut!umemos instru~menta de tad,as a s e s~ cie s. orno em q U < l ! S e t~

das as atividades dos s~res hurnanos, 0Instrumen-io-chave do Ilsico e ua mente. Em seguida, l!leprecisa de uma Iinguagem para tamar claro,pt fa si proprio e p::111 '3s outres, 0 que fIe pen ae (et, e 0 que prctende realizar, A matematica,(lye pode set" consfderada come uma Iinguagerninter naciceal especial de relaljao e quaneidade,extremamente clara e Ilexivcl, C. tamb~m.. uminstrumento importante de seu equipamento -e a D multo importantes, sem duvida, seus pro-prios olhos, ouvidcs e 1115 .05 . tle coasidera l!-le'ultimos como 10 5 prin ipais instrumentos na obten :1 0 de in1ormat;ocs sobre as ocorrencias U Omundo que tile tenta ornprcender e contrelar,Alcrn russo. pant auxiliar eus sentidcs e prcdu-z l r : 3 . & ctrcanstanclas espeeiais que por vbes_ de e-ja estudar, el'e deve se valer de uma grande va-iiedade de outra Ierramenras, eutros instrumen-lOS, maquinas, ou inven~oes.

icssos sentidos Ialharn [requem.emente, e e .tao sujeitos a eno. Geralmente nuo nos, e < lWeiJ, POi[" exemplo, dizer e uma coisa acorneccuantes ou depois de Dutra, mas censtatamo queno as a valiacoes de t]1IJanto antes en quanlo de-peis, nao :sao dignas de .onfian9i' (Olbe paraurn nl6gio. depots nao olhe pant. os ponteiresdurante um tem pol q ue [ulga ser cinco minu t Ie verifique, entao'. quanta lempo deeorreu e r e -rivamente). Se voc~ nae tivesse rel 6gio , poderiamedir 0 fluxo do tempo. de modo rudimentar,P .la coniagem das batidas de sell cora4iao. Vocepcrcebera, entretanto, que 0 ritrno de eu pul 0se rnodifica de ilia par. dia, da rnanha part) 0anoitecer, e, por ' \ , e 1 : c s . Ie mlnuto em minute.Scm relogio . voce pederia nag descobrir estasrmnlancas, a nao ser que comparasse sua pulsa-~ao com a : de OuLl'3.S P 5503 . As pnlsacdes de doisde 'laces nao corresponderiam exatameete ao rne-dircm Intervalos de tempo. e voces poderiam,en lao, tentar descobrir algurna coisa [ora de vo-... que batesse mads regulnrmente que seu pul-so .Ha uma histeria muito conhecida que exern-plilica 0 processo que e tivemos discutinde. ED-quanta observava urn grande ['IJstl"e cscilsnde noteto de uma catedral, Galilcu notou que 0 Ius-ire parecia gastar apro. imadamente 0 mes1llO int'cr\oJ,o de tempo rAm complclar cada _oscila~iio,Ieimaginou. lenla , potier Sf valer do lustre) au

de qualquer Olll 0 P nUlllo com movimenlo se~m ]Jl.ante, para usa-lOll omo um born dispo ilh'ode medjda de tempo. A amplimde da osdla~ao,cntrcLanlo, se modilica a considednldmeule: co-me-;


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I - - I ( > i ) . Em 1896" IJ U5iooqull1 '1ico rr.uu:{~Henri B ecquerei rle:iI:Qbrlu a rad i ( , ) : l 1 l\'idJidc p c l l l C X . p n s i ' i f i C l de: urnachapa fotogrMirn a urn sal de IJr:il1io. A chapa fotngn\.ficaCII.[.3\arm ( 1 1 \ ida em papd prtl l!l l. e ~lI'r~ ..Ill fUr:lm co!o'-eades t'lb13h de acel!llto cle ur:tnia.

ie acontecer que 0 riuno da oscila~-ao indepen-desse do coruprirneneo desre areOl Nao obstantesaber Galileu que sua pulsa~;jo IlaO era unlfor-me, tinha ele certeza que seu ritrne estivera sufi-cieuremente regular durante 0- tempo relative-mente CUI to que decei rera a~e 10 lustre p,arar.Consunou ide que 0 mesilla nnmero de pulsa-!fo.es caraeterisava cnda usciLlf;ao, qualquer quefosse a diuoincin percorrida pelo lustre d:ura.ntea mesma. Esra observac;iin de Galileu levou aideia de que um pendulo mantido em. o5dla,~aopor uma mob ou por urn pfso em q lJcua Ienta,rnediria 0tempo com pH!dsfio. Tais relogios 1'0-deriam ser testados dando parlida simulranea ernduis ou rnais d:Ies, C ohse rV:lI1 do . erullo, se elesdariam 0 mesmo mnuero de oscilacces em tem-po igu.n!. 011 conhecidos rclogics de: pSmlulo seoriginaram de sais experieneias, e sio ainda ins-eruraenres praticamente I}io precises e dig nos deconilan~a qu~nm qualqucr nutro tluc 0 homempo~sacomrruir.Esta e a historla t.lpica de como pede ser esta-belecida uma no~ii.o fundamental. Cemeenrnoscom uma e!'(pei'i~m:::i; pessoal preciria,. ,amOBdas b:nidas do corJ~ao, e 3 translerimos paraurn instrumento que pall"(Ie SiC(omponar de ma-ncira mais simples e digna de con];m~a. Testa-mos. entia. 0 instrumeuro, panl verificar se t H eeletivarnente Iuncione como imaglnasnos. [(-sica ecdi{icada de:;Le mode, partindo de nossapr6priaexpe~jcnda.. lam;ando urna hipotc5car.rojada, que (i Ireq uentemen te urn vcrdadeiropasso no escero - Calileu n50 poderia saber comeerteza se 3: mcila'fau do pl:mlulo ll~O estava sirn-

I - .:I(b). A e:>:po~i~aio l"I::!oul l:lnte, COI1:1oa aql.l .i repredu-zida, 'sOntelHe pcx.leria pro, ir de algul113. cm:!h'lO In\ljstvet, porem penctraml". do sal, desde que II~O rai 1 1 c r -milido qu~ 11 IlIZ atingisse 3. ehapa [0logr:HiC2. JEI~ 3 .Jurn exernpte de LurnfCPJ.T'in~illlplc~ usade para ebrer umimpertarue r~ulldll() h!lc~im.plesmente correspondendo a . 'iUJ pulsa~a'o inc-gular-e testando, depois, 3 hipdtese pela veri-fiCfl~O do q_ue eJ.a Uf!VC implirur Conslruimm.desta forma. micrescopios que podem tornar vist-veis eoisas rninusculas, e telescopics enormes quesondam as protucdezas do esp.u;o.Os instrumemos da Ilsica pcdern ser ~irn(Jtes.

Em H39G" Henri Becquerel descobriu ~tS esua-nhas propriedades radioatlvas do ni ~nio, e ini-ciou 0 ramo ooamado f i s icYI micleor, scm outreequipamento alem de uma chapa .cotogriifk:Jl ClI-volvida em rape! preto, e alguns crjst!1is de urnsal qulrnieo especial. Em 19.31.ern Rourar Ferrnie seus ccmpanheiros descobriram a neutron len-'1 : ,0 . base da energia al6rn.ica. Usaram i!lcs ulnaaparelhagem simples - urn suprlmemn hospha-lar de radio, uma pia de marrrmre (om ~gtm cor-rente, alguns peda~os de prata e d e dt.lmio. eurn instrumento feito de pedacinhes de. lima (inafOlha de metal mom ados num pequ.eno micros-c6pio. Prosseguindo no trabalho de Fermi, cincoanos rnals tarde, Hahn e Srrassmann uescohri lOun.a Cissao do uranin. :les rrabalharam com equi-pamento quimko simples e umconrador Geigercomum, Quem sed 0 pn6ximo a descobrir urnramo da ciencia com equipamento simples e urn.ideia efetivamente boa? Nao 0 sabemcs, mas hlOacomecerd com eersera,Os insrrumentos da Iisica podern-se tornar rna-ravillresamente complexes, 0 5illcHte equlpadecom aparelhos e seus [oguetes de Ianeamenm po-dem ser xmasideradcs como os il:'lstI1.HnenIO'li dofisi,eo que p:rocHra. estudar as camadas superjoresda atmosfera e < L chuva de partlculas do- esp;u,;a


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uw ren R arJ inlim l 1 .31 101 11 11 111 rn , I illJ i 11111 LC"cll1l'lu lit: 11m g1'omdlI.: (fllllpiclllll insl'rUlII '1110. () hOJI1('111 1111 rant) inl eriru , ;1 d irei I'", d;'. lima idem dn~ dim'lI;ii -" die. It ['C !U L- ctie urn cquipameute coruplexo, No Uuiversit 01C~lIir inia R diatiun i I J ratm exi te urn en r-me IllIa 1 11 lo rm : 1 .1 , anel, pesando tant qualJi -lO 11111 navin, tiraru ln : ua p01.cn La de gcmdo-rc ufic ierucs pam uprir a~ -neee sidatles de po-lcnria de 1I11ltl PC!UCIUl cidrule (Fig. 1 - 5). rra-\ e s sando II i m :'i h ~ lIl11 IU bu em [Ofilia tie aro ,slIliclelllcillCl1Ile grande de forma "lue nele IIIHhomem pmh:ri:1 I':ISlcj:lI. 0 dinm e 1'0 do u ro c duuunauho de umu qundra de husqucte. Dcvcndo~C]- este tuho mantidn livr Lt' a r, foi uele IejtnUtI1 al 0 vii'Lio. ('01110 U ~. itcrue em '1",Uvula dr;hlio. () disposit ivn t: 1111))1 to '. operad or nma"'de d ' illLC'J'rup res, "iih ula medido C , taorompl lcadu (~U;UHO urua J CqUCIKl. central tcleln-nira, 1 0 : p:tra a 1 1 1 1U l w a J i a pu'lprilrnen te dira, :J.g;ranr'le!ol ' 1 ' :1111


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1 - i l (: : I ) . -\,qllj 11001aiIllLl;IUeIHi:! Jl1~tl'umcmn muito ,COm-ple},,[I. parn ampllar UOliSOS !il!nlidn~. :Est:!. c!Lm:llra de balha~lilt! hidrugl'l1io Uguido, em lig a u l lan ('ump]exo,> tlllC puuro u"sico!> . . , 5 QvuIidelll erneIIte versate is panl se ussenhorearemde lmln~. QUC) teoricos Oil expel inu:ntals.entre-[HIHO'. tnLlm n~ que cUlI!>lmem a ibica sau Ifsicu- .o~Ibi~os p(l(.I.fJ]]~e'l' auxiliudns pOl'" engenhei-l'rJ.i e pur diversos lipas de tccnicos. Toclos cSLes- m. Ilsicos. engenheirus, c l~{:llicns - Iormnru1IIIltl cquipe conrdenada, It eviileute tim:: nenhurniIIdh iduo huhulamente lJOderia tel' coustrunlo,Ill! ruesrn projetado, em seu h)llo,. urn grande euiodernn laboratorio como 0 de lh.-rkdcy. Sao 0:-lJ~ic:o~. entretanto, as pe5soali que rleterminam 0ol-lje:'Lhu a lie!" ~ uing ido pela eq uipe. Oel:J_g;cnhej-IIIwnreml'n seu irueresse principalmenee no pro-jelo e mauc]n dos instrumt:ntol>,oU maquin as,uu processus em mira. 0 f1sico estill irueressado110 quI.! et~ potle descobrfr pelo empri:go d~s,tesinstrumentos, quaisqeer ~luC lYles sejam,FiG.!nirlarn que :oao demos ne te ('aplLu[o uma

defilli~an rabal e 'S imp le .. d o que " a Hsica, Ism

I - li(h). \ mcdida que JJa~ilbte a., quail).1.11 ,11110< ' turnar-se-fin maiv xlnra :1 ruedidn qUl '.I~ usnmos la.s nesie rapltulo inlrn(.\Ul


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22 QUE t:FISICArenfrentar, Estudarulo este assunto em cresoentedesenvclvimento, urn c lo s rn ais sig nH ic ativGlS nahistoria do hornem, voce ted. a oportunidade dealimentar esta curiosidade ,;u:~rGa do mundo noqual n6s, humanos, nos diferenciamcs tao nltl-

LEITURA COMPLEME.NTAR.ANDRADE, E. N. da C. Sir Isaac Newton .. DoubledayAnduu Books, 19.58.CURlE. EVE, Madame Curie. Doubleday, 1949.FERMI. LAURA, Aloms I'~J th ramily. Univers.ity ~fChicago Press, I !I.54. Urn relate da vida e obra deEnrieo Ferrn i.FRAN KLl!N, BENJAMIN, AlJ. luui ( }graphy. 'Pocket mooks.GAMO',\', GEOR.GE, NascinuNilo e Mort do SolGlobe ~ Flli:to Allegre.(Cap. nI: Trausmutacle des Elementos),

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damente des OUtT05 animals, este maravilhososentimento de qun-e1' saber, que se pede consti-tuir Duma profmula satish~ao por toda urnavida.

HEA.THCOTE, N. H. de V., Nobel Pritt Win'nt!l's ir~Physks. Henry Sdlumall Co., !953. Esb6o;o biogrMicoe sumarie do t:rq_balholaureado de cada um,JEAl~S. JAMES. The Growth of' Physical Scilfflce", Casn-bridge Uni\'erllHy Press, 1951. (Galileu, p a g : > . 145[50.171178, Newlon, pags, 1B3-J96, 201:-210,.225-227. Ein-stein, pAgs. 239301).T A'{LOR, F.. SIrER WOOD, A Short History o f Scienceand Seienti(ic TliOU.g!IL Norton. 1949.

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