64ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 7. Física Geral

O COMPORTAMENTO DA LUZ E O NASCIMENTO DA FÍSICA MODERNA

Lucas Feitosa Carneiro 1 Mateus Alves de Almeida Castanho 1 Maria Beatriz Dias da Silva Maia Porto 2

1. Instituto de Aplicação Fernando Rodrigues da Silveira – CAp-UERJ 2. Profa. Dra./ Orientadora - Depto de Ciências da Natureza -Instituto de Aplicação Fernando Rodrigues da Silveira – CAp-UERJ

INTRODUÇÃO:

No final do século XIX Maxwell havia proposto que a luz era uma onda eletromagnética e este fato havia sido comprovado por Hertz. O Eletromagnetismo e a Mecânica, Clássicos, explicavam satisfatoriamente todos os fenômenos observados. Acreditava-se que a Física havia chegado ao fim. Nesta época foram observados fenômenos, como a radiação do Corpo Negro e o Efeito Fotoelétrico, que a Física Clássica não era capaz de explicar. No que diz respeito à radiação emitida por um corpo negro, a Teoria Clássica discordava da experiência, sobretudo para pequenos comprimentos de onda. Planck contornou o problema propondo que as cargas na superfície destes corpos oscilavam com energia quantizada. Lenard, assistente de Hertz, verificou que a luz, era capaz de arrancar elétrons de uma placa metálica. O Modelo Ondulatório para a Luz, aceito na ocasião, não explicava tal efeito, chamado de Fotoelétrico. A explicação para o fenômeno foi dada por Einstein, utilizando um Modelo Corpuscular para a luz. O principal objetivo deste trabalho, desenvolvido a partir do primeiro ano do ensino médio, é a inserção dos alunos na área de Física, sobretudo em tópicos de Física Moderna, fazendo-o despertar para uma carreira científica e/ou tecnológica.

METODOLOGIA:

O trabalho foi desenvolvido em várias etapas. A primeira foi a realização do levantamento bibliográfico dos temas propostos, tanto por parte dos alunos envolvidos quanto da professora orientadora e, em seguida, foi feita uma seleção crítica do material levantado; foram realizadas leituras de diversos livros, alguns utilizados em cursos de graduação, e os estudantes fizeram resenhas dos textos; todos os tópicos estudados foram transformados em seminários semanais, apresentados pelos estudantes envolvidos no projeto à Professora Orientadora. Além das leituras e seminários, os estudantes realizaram diversos cálculos, relativos aos temas em questão. O procedimento adotado permitiu aos estudantes um aprofundamento do seu conhecimento matemático e o primeiro contato com a pesquisa e a linguagem acadêmica. Todo o projeto foi desenvolvido no Instituto de Aplicação Fernando Rodrigues da Silveira, o CAp-UERJ.

RESULTADOS:

A teoria clássica para a radiação é baseada no fato de todo corpo emitir espontaneamente radiação eletromagnética, associada com a sua temperatura, e na composição do material emissor. No caso dos corpos negros a radiação emitida depende somente da temperatura. A intensidade da radiação emitida por um corpo negro, em função do comprimento de onda, previsto pela teoria eletromagnética clássica, estava em discordância com a experiência, principalmente para os pequenos comprimentos de onda - “Catástrofe do Ultravioleta”. Para contornar a situação Planck propôs que as cargas na superfície do corpo negro oscilavam com energia E = nhν, n =1,2,3 ... n, sendo n um inteiro, h a constante de Planck e ν a frequência de oscilação das cargas. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons, por uma placa metálica, quando se incide sobre ela radiação de determinados comprimentos de onda. A experiência mostrava que a emissão de elétrons pela placa era instantânea. Classicamente, o elétron levaria um tempo para absorver energia da frente de onda; para contornar o problema Einstein admitiu, baseado na hipótese de Planck,que os elétrons absorvem energia na forma de pacotes localizados, de energia E=hν. Para Einstein a radiação se comportava como partícula.

CONCLUSÃO:

Existe atualmente uma tendência crescente a se inserirem temas relacionados à Física Moderna, desenvolvidos no início do século XX, nos programas de Física do Ensino Médio. Tal tendência se baseia na ideia de universalização dos avanços do conhecimento, pois a sociedade não deve ser alijada dos patrimônios culturais já estabelecidos, que lhes permitirão compreender os progressos tecnológicos e, mais do que isso, ter acesso ao conhecimento científico que transformou a nossa visão do mundo. No entanto, embora a Física Moderna tenha sido desenvolvida há mais de um século, as tentativas de sua inserção nos programas escolares se defrontam muitas vezes com um conteúdo escolar extremamente extenso, que deve ser assimilado pelo aluno visando a um bom desempenho no vestibular. Buscamos contornar a situação através de um Projeto de Iniciação Científica Junior. Quanto ao comportamento da Luz, sabe-se hoje que ela tem uma natureza dual, podendo comportar-se como onda ou como partícula.

Palavras-chave: Radiação do Corpo Negro, Efeito Fotoelétrico, Comportamento da Luz.