Sala Schrödinger - EXPOFísica 2016 - IFES campus Cariacica
Cada ano, o IFES Campus Cariacica organize a semana de ciência e tecnologia aberto ao público. Dentro das várias atividades, acontece a tradicional Expofísica que mostre vários experimentos de física. Aqui compartilhamos informações complementares sobre a sala Schrödinger que aborda a física moderna e onde são discutidos a observação de diversas escalas do universo, a difração, até as ondas gravitacionais!
O início da visita, comece com um microscópio caseiro feito com um apontador laser, uma seringa e um pouco de água "suja" que pode ser reproduzido em casa. O site o manual do mundo fez um vídeo para explicar como construir esse microscópio:
O cientista e comerciante Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) construiu um microscópio que permitiu as primeiras observações de bactérias na água de um lago em 1674! As escalas que podiam ser observadas são da ordem de 10-100 micrômetros. Ele viveu na mesma época que Robert Hooke que também construiu um microscópio menos potente do que ele. Leeuwenhoek pode ser considerado o pai da microbiologia. O microscópio que ele usava só tinha uma lente :
O segundo experimento discute o fenômeno de difração que é um fator que limita a resolução dos microscópios (link em Inglês , link 2 em Português) e impede observar em escala muito menor do que o comprimento de onda da luz visível que se encontre entre 400 e 700 nm. Nos microscópio ópticos modernos a resolução chega a ser da ordem de 250 nm. Para ter uma maior resolução uma possibilidade de microscópio ótico de campo próximo (site em Inglês), que consiste em aproximar o objeto do microscópio a distância da.
Quando colocamos um objeto na frente de uma fonte, esperamos geralmente observar uma sombra que reproduz a forma do objeto. Isso nem sempre é válido mesmo dentro do quadro da óptica geométrica.
Colocamos um cabelo no meio do feixe de um laser, em vez de observar uma linha escura correspondendo a sombra do cabelo, observamos uma linha alternando luz e pontos escuros e um ponto luminoso exatamente onde esperaríamos ver a sombra do cabelo! Aconteceu um episódio semelhante na história da física durante um concurso organizado pela academia de ciências de Paris que é relatado no livro a Luz de Ricardo Borges Barthem, professor da UFRJ. Fresnel tinha submetido um tratado de teoria ondulatória. Poisson mostrou que essa teoria previa um ponto luminoso no meio da sombra do objeto o que parecia ser absurdo. Arago montou imediatamente o experimento e o ponto luminoso de Poisson foi observado. É possível montar um experimento para observar esse ponto (site em Inglês)! Fresnel obviamente ganhou o prêmio!
Com o experimento de difração com cabelo observamos o fenômeno de difração, com alternância de interferência construtiva e destrutiva. Uma fenda de mesmo tamanho do que um cabelo produz o mesmo padrão de difração!
O terceiro experimento trata de espectroscopia e mostre o espectro de emissão do hélio, observado através de uma rede de difração. A cada linha do espectro corresponde a uma transição entre dois níveis atômico. Quando um elétron decai de um nível para outro, é emitido um fóton de energia igual a diferença de energia entre os dois níveis ao qual corresponde um comprimento de onda.
Esse tipo de experimentos que mostre o espectros de emissão de um átomo ou molécula, foram observada durante o século XIX e levaram a escrever leis empírica. O modelo atômico de Bohr permitiu mais tarde explicar o espectro do hidrogênio mas este modelo falhou a explicar o espectro do Hélio para o qual foi necessário construir uma nova teoria, a teoria quântica que levou a equação de Schrödinger.
O quarto experimento é um experimento de difração de elétrons no grafite. em 1924, o Francês Louis de Broglie emitiu a hipótese que a matéria também tem caraterísticas ondulatória. A uma energia pode ser associada um comprimento de onda. São observados anéis de difração, que permitam obter a distância entre átomo o planos atômicos do grafite. Isso só é possível porque o comprimento de onda do elétron é suficientemente pequeno para isso.
Com a possibilidade de diminuir os comprimento de onda dos elétrons, foram construídos microscópio eletrônico de varredura que permitiu alcançar maior resolução e observar permitindo vírus que se encontram na escala de 100 nanômetros, dez vezes menos do que um micrômetro.
O quinto experimento mostre um interferômetro de Michelson. O sistema permite observar interferência entre dois feixes separados em dois. Foi essa configuração que foi usado na primeira medida direta de onda gravitacionais, publicado nesse início de ano. A medida foi feita no interferômetro LIGO (site em Inglês), um interferômetro de Michelson modificado com braços de 4km e com interferômetros de Fabri-Perrot que têm o mesmo efeito do que multiplicar o comprimento dos braços de um fator 300. O artigo que explique esse fenômeno provem de um sistema binário de buraco negros, cada um com uma massa de cerca de 30 massas solares. Logo antes do colapso dos dois buracos negros, estes atingiram uma velocidade de cerca 55% da velocidade da luz! O final do sinal mostre que foi obtido um buraco negro em rotação. Alguns científicos destacam a importância desse fenômeno ao comparar ele ao momento histórico em que Galileu começou a apontar uma luneta astronômica para observar o céu a partir de 1609. Essas observações foram importante para abalar as teorias científicas vigentes desde a Grécia Antiga. De fato, até hoje a maioria da informação que temos sobre o restante do Universo é obtido com as ondas eletromagnética. As ondas gravitacionais são um novo meio de obter informação sobre o universo. Em particular, é possível obter informação sobre a matéria escura que não emite ondas eletromagnética.
O início da visita, comece com um microscópio caseiro feito com um apontador laser, uma seringa e um pouco de água "suja" que pode ser reproduzido em casa. O site o manual do mundo fez um vídeo para explicar como construir esse microscópio:
O cientista e comerciante Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) construiu um microscópio que permitiu as primeiras observações de bactérias na água de um lago em 1674! As escalas que podiam ser observadas são da ordem de 10-100 micrômetros. Ele viveu na mesma época que Robert Hooke que também construiu um microscópio menos potente do que ele. Leeuwenhoek pode ser considerado o pai da microbiologia. O microscópio que ele usava só tinha uma lente :
O segundo experimento discute o fenômeno de difração que é um fator que limita a resolução dos microscópios (link em Inglês , link 2 em Português) e impede observar em escala muito menor do que o comprimento de onda da luz visível que se encontre entre 400 e 700 nm. Nos microscópio ópticos modernos a resolução chega a ser da ordem de 250 nm. Para ter uma maior resolução uma possibilidade de microscópio ótico de campo próximo (site em Inglês), que consiste em aproximar o objeto do microscópio a distância da.
Quando colocamos um objeto na frente de uma fonte, esperamos geralmente observar uma sombra que reproduz a forma do objeto. Isso nem sempre é válido mesmo dentro do quadro da óptica geométrica.
Colocamos um cabelo no meio do feixe de um laser, em vez de observar uma linha escura correspondendo a sombra do cabelo, observamos uma linha alternando luz e pontos escuros e um ponto luminoso exatamente onde esperaríamos ver a sombra do cabelo! Aconteceu um episódio semelhante na história da física durante um concurso organizado pela academia de ciências de Paris que é relatado no livro a Luz de Ricardo Borges Barthem, professor da UFRJ. Fresnel tinha submetido um tratado de teoria ondulatória. Poisson mostrou que essa teoria previa um ponto luminoso no meio da sombra do objeto o que parecia ser absurdo. Arago montou imediatamente o experimento e o ponto luminoso de Poisson foi observado. É possível montar um experimento para observar esse ponto (site em Inglês)! Fresnel obviamente ganhou o prêmio!
Com o experimento de difração com cabelo observamos o fenômeno de difração, com alternância de interferência construtiva e destrutiva. Uma fenda de mesmo tamanho do que um cabelo produz o mesmo padrão de difração!
O terceiro experimento trata de espectroscopia e mostre o espectro de emissão do hélio, observado através de uma rede de difração. A cada linha do espectro corresponde a uma transição entre dois níveis atômico. Quando um elétron decai de um nível para outro, é emitido um fóton de energia igual a diferença de energia entre os dois níveis ao qual corresponde um comprimento de onda.
Esse tipo de experimentos que mostre o espectros de emissão de um átomo ou molécula, foram observada durante o século XIX e levaram a escrever leis empírica. O modelo atômico de Bohr permitiu mais tarde explicar o espectro do hidrogênio mas este modelo falhou a explicar o espectro do Hélio para o qual foi necessário construir uma nova teoria, a teoria quântica que levou a equação de Schrödinger.
O quarto experimento é um experimento de difração de elétrons no grafite. em 1924, o Francês Louis de Broglie emitiu a hipótese que a matéria também tem caraterísticas ondulatória. A uma energia pode ser associada um comprimento de onda. São observados anéis de difração, que permitam obter a distância entre átomo o planos atômicos do grafite. Isso só é possível porque o comprimento de onda do elétron é suficientemente pequeno para isso.
Com a possibilidade de diminuir os comprimento de onda dos elétrons, foram construídos microscópio eletrônico de varredura que permitiu alcançar maior resolução e observar permitindo vírus que se encontram na escala de 100 nanômetros, dez vezes menos do que um micrômetro.
O quinto experimento mostre um interferômetro de Michelson. O sistema permite observar interferência entre dois feixes separados em dois. Foi essa configuração que foi usado na primeira medida direta de onda gravitacionais, publicado nesse início de ano. A medida foi feita no interferômetro LIGO (site em Inglês), um interferômetro de Michelson modificado com braços de 4km e com interferômetros de Fabri-Perrot que têm o mesmo efeito do que multiplicar o comprimento dos braços de um fator 300. O artigo que explique esse fenômeno provem de um sistema binário de buraco negros, cada um com uma massa de cerca de 30 massas solares. Logo antes do colapso dos dois buracos negros, estes atingiram uma velocidade de cerca 55% da velocidade da luz! O final do sinal mostre que foi obtido um buraco negro em rotação. Alguns científicos destacam a importância desse fenômeno ao comparar ele ao momento histórico em que Galileu começou a apontar uma luneta astronômica para observar o céu a partir de 1609. Essas observações foram importante para abalar as teorias científicas vigentes desde a Grécia Antiga. De fato, até hoje a maioria da informação que temos sobre o restante do Universo é obtido com as ondas eletromagnética. As ondas gravitacionais são um novo meio de obter informação sobre o universo. Em particular, é possível obter informação sobre a matéria escura que não emite ondas eletromagnética.
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