Aula 21-Prática de Ensino em Ciência II - UFCG-2022.2 - Projeto Científico e Dualidade Onda-Partícula da Luz. Professor Rafael, nesta sexta, 2 de junho

 

Nesta aula 21 da disciplina de Prática de Ensino em Ciência II - UFCG-2022.2 -  , analisaremos o comportamento da luz como sendo composta de partícula com comportamento de onda, considerando o efeito fotoelétrico. Antes revisaremos a lei de Coulomb. Professor Rafael, nesta sexta-feira, 2 de junho.

Foi visto

A Lei de Coulomb vale somente para partícula. Considere duas partículas separadas por uma distância d e cargas elétricas Q_1 e Q_2. Verifica-se experimentalmente o seguinte:

(i) A força elétrica é proporcional ao produto das cargas elétricas

(ii) A força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância de separação.

Portanto, o módulo da força elétrica torna-se:

Questões de eletrostática.

1)  Considere duas partículas no vácuo nas extremidades de uma haste na vertical, de comprimento 4cm, tendo um elétron na extremidade inferior e dois prótons na extremidade superior, sendo (e) a carga elementar no SI. Determine a força elétrica sobre o elétron. 

Solução

q=-e=-1,6x10^-19C.

Q=2e=3,2x10^-19C.

Como a carga elementar no SI, 

e=1,6x10^-19C.

(Aqui C é a unidade de carga elétrica é em homenagem ao cientista Coulomb).

d=4cm=0, 04m=   4x10^-2 m ⇒ d²= 16x10^-4m² 

A constante eletrostática no vácuo,

k₀=1/( 4𝛑∈₀)=9x10⁹(Nm²)/C²

^Com  

∈₀=1/( 4𝛑k₀)

sendo a constante de permissividade elétrica no vácuo.

Lei de Coulomb, para duas part;icupas com cargas Q e q.

⇒ F = k₀.IQI.IqI/d²                                  

Como todos os dados estão no SI, badsta substituir os valores numéricos de cada um na equação a força elétrica, ou seja, 

⇒ F =   9x10⁹ x 3,2x10^-19  x1,6x10^-19/16x10^-4  

⇒ F = 9x 3,2x10^9-19-19+41,6/16

Note que, 

1,6/16=16x10^-1/16=10^-1

Portanto, obtemos a seguinte intensidade da força elétrica:

⇒ F = 9x 3,2x10^9-19-19+4-1

⇒ F =  3x10^-25 N 

2) Considere que três pontos materiais estão eletrizados com as seguinte distribuição de particulas, no vácuo,  com cargas positivas:

Q_a = 3e, Q_b = 6e,  Q_c = 2e.

Sendo o vácuo o meio considerado (K_0 = 9.10⁹ Nm²/C²), calcule a resultante da força atuante sobre a a partícula b, tendo a seguinte distribuição de particulas com cargas elétricas, em uma linha horizontal. 

A partícula "a" está na origem, "b" está a 3cm de "a", "c" está a 2cm de "b".

Solução

Como  todos os dados  não estão no SI, o primeiro passo será transformar as distância de centímetro para metro.

d_a=0, d_b=3cm=0,03m. d_c=3vm+2cm= 5cm=0,0m.

Dualidade Onda-Partícula da Luz

^{Quando se propaga a Luz, é uma onda. O cientista Maxwell, mostrou, em 1685, que o campo elétrico faz parte da onda eletromagnética(unificação do campo elétrico e campo magnético) se propagando no espaço com uma velocidade muito alta, a saber, no vácuo:  c=300.000km/s, ambos campos vibrando em direções perpendiculares a direção de propagação.}

Essa velocidade da luz no vácuo, v=c, no SI e na notação científica, lembrando-se que 1km=1000m,  torna-se: 

c=300.000km/s= c=300.000.000m/s= 3x10⁸m/s.

Quando interage com a matéria a luz é composta de partícula. Depois, em 1905, Einstein mostrou que a Luz é composta de partículas(pacote de energia com massa nula), quando ela interagem com a matéria. Isso aconteceu, quando Einstein teve a intuição para explicar o efeito fotoelétrico, assumindo que a luz se comporta como partícula. Isso é o que chamamos de dualidade da Luz, ou seja, quando a luz se propaga ela se comporta como uma onda eletromagnética, sofreno interferêncoa e difração. Quando  a luz interagir com a matéria ela se comporta como partícula, o que está de acordo com o modelo corpuslar da luz proposto por Newton, em 1627. 

Em 1924, o conceito de dualidade da luz foi extendio para as partículas. O francês Louis De Broglie propôs em sua tese de doutorado que o elétron poderia ter um comprimento de onda, exibindo as propriedades de difração e interferência.. Em 1926, o autríaco Schrödinger propoôs uma equação de onda para as partículas, cuja solução é uma função de onda, que carrega toda informação sobre a particula e fonece a quantização da energia.

Como elaborar um Projeto científico?

Como orientação para os estudantes das disciplinas que exigem um relatório técnico científico, o professor Rafael Rodrigues decidiu escrever uma síntese da estrutura de um projeto. Na disciplina de instrumentação em ciência da Natureza e suas tecnologias do curso de licenciatura em Física da UFCG, campus Cuité, é solicitado ao estudante elaborar um projeto do kit. Após a execução do experimento com materiais alternativos é feito um relatório.

Se ele não fez o projeto, deve escrever o relatório completo. Se ele fez o projeto, no relatório, basta fazer uma descrição experimental e colocar os resultados, tabelas, gráficos e a conclusão.

O que é um projeto científico? Um projeto é a previsão planejada de algo a ser executado. O projeto científico é baseado na pesquisa de temas da ciência.

O ato de pesquisar não é simplesmente a aplicação de uma técnica científica. Se faz necessário da elaboração de um projeto, para que o trabalho seja feito de maneira organizada, ganhando em vários aspectos: o tempo, recursos, etc.

Para elaborar um projeto devemos responder as seguintes perguntas:

Fazer o que?(Tema) Para que?(Objetivos) Para quem?(Clientela) Como fazer?(Metodologia) Quanto tempo gasto?(cronograma) Quanto custa?(Orçamento) Consultar o que? (Bibliografia)

Portanto, em um projeto científico temos as seguintes etapas:

1-Explicar porque irá fazer o projeto

2-Fundamentação teórica

3- Objetivos

4- Materiais utilizados

5- Metodologia

6- Cronograma

7- Orçamento

8- Bibliografia

Neste plano de estudo está incluído as hipóteses e a meta a ser cumprida, o plano detalhado da pesquisa visando alcançar os objetivos traçados.

Blog rafaelrag