Física - Ciência à Mão - USP

módulo vi - física moderna e contemporânea
mado de dualidade onda-partícula. Para entender essa situação, o físico dinamarquês
Niels Bohr (1855-1962) propôs o Princípio de Complementaridade:
“Em cada evento a luz comporta-se como partícula ou onda, mas nunca como
ambas simultaneamente”.
HIPÓTESE DE DE BROGLIE
Em 1924, o físico francês Louis de Broglie (1892-1987), mostrou que
uma partícula, por exemplo, o elétron, tem um comportamento análogo à luz,
ou seja, tem um caráter partícula-onda (dual). Em certos momentos nos interessa
o seu comportamento ondulatório, e em outras ocasiões, o seu comportamento
de partícula.
Considerando que as ondas eletromagnéticas podem ser interpretadas de
forma matemática através das equações, as quais já haviam sido desenvolvidas
pelo físicos ao tratar do movimento ondulatório em geral, podemos calcular
a quantidade de movimento de um elétron (ou qualquer outra entidade)
quando ele tem um comportamento ondulatório, pela expressão: Q = .
Para um fóton que se move na velocidade da luz (c = 300.000 km/s ou
3.10 8 m/s), a direção dessa quantidade de movimento coincide com a do raio
luminoso. Quanto maior for a freqüência, maior será a energia e a quantidade
de movimento do fóton e mais evidentes se tornam as propriedades corpusculares
da luz. Dado o fato de a constante de Planck ser muito pequena, é muito
pequena também a energia dos fótons da luz visível. Os fótons correspondentes
à luz verde, por exemplo, possuem a energia de 4.10 -19 J. Contudo, existem
experiências em que o olho humano é capaz de reagir e distinguir diferenças
de intensidade luminosa da ordem de alguns quanta.
(Exercício Proposto -UFMG) A natureza da luz é uma questão que preocupa
os físicos há muito tempo. No decorrer da história da Física, houve o predomínio
ora da teoria corpuscular – a luz seria constituída de partículas – ora da
teoria ondulatória – a luz seria uma onda.
a) Descreva a concepção atual sobre a natureza da luz.
b) Descreva, resumidamente, uma observação experimental que sirva de evidência
para a concepção descrita no item anterior.
(Exercício Resolvido) Imagine um elétron que tem massa de 9,1.10-31 kg,
viajando a uma velocidade de 3.106 m/s. Agora, imagine uma pessoa adulta
de massa 70 kg e que anda a uma velocidade de 1 m/s. Determine o comprimento
de onda (λ) de De Broglie para o elétron e para a pessoa.
Resolução:
Da expressão da quantidade de movimento Q = , podemos escrever:
Para o elétron: λ = = = = 2,4.10 –10 m
Para a pessoa: λ = = = = 9,4.10 –36 m
Observação: note que os valores são minúsculos, pois a constante de Planck
(h) é muito pequena.
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