FÍSICA
2ª SÉRIE
ÓPTICA FÍSICA 2: DUALIDADE ONDA PARTÍCULA DA LUZ
OBJETIVO
- Apresentar como as ideias de Plank e a descrição do efeito fotoelétrico de Einstein contribuíram para a luz ser considerada partícula.
- Diferenciar o fóton dos corpúsculos de luz de Newton.
O QUE PRECISAREMOS SABER PARA ESTA AULA?
DUALIDADE ONDA PARTÍCULA DA LUZ
Quando a teoria ondulatória para a luz parecia estar consolidada, Max Plank, com o reforço de Albert Einstein, trataram a luz como partícula no estudo de determinados fenômenos. A porta se abria para a discussão sobre o que hoje chamamos de dualidade onda partícula.
https://www.grupoescolar.com/pesquisa/foton.html
FÓTON
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-sao-fotons.htm
Analisando as emissões eletromagnéticas de determinados corpos, o físico alemão Max Plank foi o primeiro a introduzir que a luz era constituída de pequenos pacotes de energia. Isto quer dizer que diferentemente do que se pensava em sua época a luz não é contínua!
FÓTON UMA PARTÍCULA DIFERENTE
Newton descrevera a luz como constituída de pequenas partículas. Com êxito sua teoria explicava muito bem os fenômenos de reflexão e refração da luz.
http://fisicacontextoaplicacoes.blogspot.com
/2016/09/luz-como-particula.html
http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20021/Alexandre/einstein/fotoeletrico.html
Para explicar o efeito fotoelétrico, Einstein propôs uma nova teoria corpuscular. Diferentemente das partículas Newton, os fótons não possuem massa e tem energia proporcional a sua frequência.
ENERGIA DO FÓTON
E = h.f
E = energia (Joule, J)
h = constante de Plank (6,6 x 10-34 m2 kg / s)
f = frequência (frequência, Hz)
Pela equação da energia de um fóton, é possível calcular a energia total de um feixe monocromático* de luz, somando todas as energias dos fótons pela relação E = n.h.f , onde n indica o número de fótons.
*monocromático: apenas uma frequência.
ENERGIA DO FÓTON
E = h.f
É interessante notarmos que a equação da energia de um fóton revela algo muito curioso, a energia de uma partícula tem relação com uma propriedade ondulatória, no caso a frequência.
Outro ponto a se notar é o valor muito baixo da constante de Plank, h = 6,6 x 10-34 m2 kg / s, é possível concluir, a partir deste dado, que a nível macroscópico a energia pode ser considerada contínua, mas, a níveis muito baixos, a energia é dada apenas em múltiplos inteiros dessa constante, ou seja, é quantizada, discreta! O estudo da quantização da energia é denominado FÍSICA QUÂNTICA.
ATIVIDADE
Vamos aprofundar o nosso estudo sobre o que é o fóton? Acesse o link a seguir https://conhecimentocientifico.r7.com/foton/ faça uma leitura criteriosa e elabore uma questão para que um de seus colegas responda
CONSEQUÊNCIAS DA LUZ COMO PARTÍCULA
A quantização da energia da luz proposta por Max Plank e aplicada na descrição do efeito fotoelétrico feita por Albert Einstein em 1905 suscitou dúvidas a cerca da natureza da luz.
POR UM LADO
POR OUTRO LADO
- Difração e interferência são muito bem explicados tomando a luz como onda eletromagnética.
- O efeito fotoelétrico é explicado por uma nova teoria corpuscular, em que as partículas de luz são fótons.
CONSEQUÊNCIAS DA LUZ COMO PARTÍCULA
Afinal, a luz é onda ou partícula? Essa era a pergunta a ser respondida. Várias tentativas experimentais foram propostas, no entanto, a luz continuava a se comportar como onda ou como partícula para determinadas circunstâncias.
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/experimento-das-duas-fendas.htm
O experimento da fenda dupla foi fundamental para a nova interpretação do caráter da luz.
O EXPERIMENTO DA FENDA DUPLA
A observação interfere nos resultados dos experimentos!
Ao se tentar detectar o caráter corpuscular da luz no experimento, os padrões de interferência luminosa da luz desaparecem no anteparo!
Ao se tentar detectar o caráter ondulatório da luz no experimento, a luz perde as suas características corpusculares.
A DUALIDADE ONDA PARTÍCULA DA LUZ
Pelos resultados obtidos no experimento da fenda dupla, a luz tem propriedades ondulatórias e corpusculares, porém, as duas propriedades não podem ser detectadas ao mesmo tempo.
Dois lados da mesma moeda.
https://camaroteleonino.blogs.sapo.pt/godinho-e-carvalho-as-duas-faces-da-1458829?thread=11432077
A DUALIDADE ONDA PARTÍCULA DA LUZ
Caso um experimento seja feito para identificar as características ondulatórias da luz, ela se comportará apenas como onda, e, caso em um experimento seja feito para identificar as características de partícula da luz, ela se comportará apenas como partícula.
A DUALIDADE ONDA PARTÍCULA DA LUZ
Assim, a luz tem caráter dual, do mesmo modo que uma moeda tem dois lados, a luz também possui duas características. É onda e é partícula ao mesmo tempo, mas, em um experimento é possível se detectar apenas uma das duas propriedades!
E a matéria, também é onda?
Louis de Broglie em 1924 propôs que toda matéria possui uma onda associada a ela. Inicialmente repreendido pela comunidade científica, recebeu o prêmio Nobel de Física de 1929 ao ser comprovado o fenômeno ondulatório de difração em feixes de elétrons.
Figuras de difração geradas por raios X e feixes de elétrons sobre uma folha de alumínio
https://sites.google.com/site/afisicamodernadoensinomedio
/topicos-de-fisica-moderna-e-contemporanea/
a-dualidade-onda-particula-da-luz/as-ondas-da-materiafeixes de elétrons
Pasme! Existe uma onda que descreve o comportamento do seu corpo!
ATIVIDADE
Você se convenceu que a luz tem um caráter dual? Leia o artigo a seguir que explica um pouco mais sobre o que é a dualidade onda-partícula da luz https://www.preparaenem.com/fisica/dualidade-onda-particula.htm , elabore uma questão e escolha um de seus colegas para responder.
O QUE VIMOS HOJE?
PIETROCOLA, M. POGIBIN, A. ANDRADE, R. ROMERO, T. Física em Contextos. Vol 2. São Paulo: Ed do Brasil, 2016.
BONJORNO e vários autores. Física: Termologia . Óptica . Ondulatória 2º ano. Vol 2. 3ª ed. São Paulo: FTD, 2016.
BARRETO F, Benigno. SILVA, Claudio. Física aula por aula: Termologia.Óptica.Ondulatória, 2º ano. Vol 2. 3ª Ed. São Paulo: FTD, 2016.
MARTINI, Glorinha. SPINELLI, Walter. REIS, Hugo C. SANT’ANNA, Blaidi. Conexões com a Física. Vol 2. 3ª Edição. São Paulo: Moderna, 2016.
REFERÊNCIAS