Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

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Ondas gravitacionais


As ondas gravitacionais são uma previsão notável da teoria geral da relatividade de Albert Einstein. Elas são ondulações no tecido do espaço-tempo, geradas por alguns dos processos mais violentos e energéticos do universo. Essas ondas viajam à velocidade da luz, carregando informações sobre sua origem catastrófica.

O que são ondas gravitacionais?

As ondas gravitacionais são semelhantes às ondulações que se espalham por um lago quando uma pedra é jogada na água. Sempre que objetos massivos aceleram, como quando estrelas de nêutrons ou buracos negros orbitam uns aos outros ou se fundem, eles podem criar ondulações no espaço-tempo. Essas ondas carregam energia para longe do sistema, fazendo com que os objetos se movam em direção um ao outro.

Objeto gigante Onda gravitacional

Einstein propôs essas ondas como parte de sua teoria da relatividade geral, publicada em 1915. A teoria descreve a gravidade como uma distorção do espaço-tempo causada pela massa: objetos massivos como estrelas e planetas distorcem o tecido do espaço e do tempo ao seu redor. Quando esses objetos se movem ou interagem, eles podem criar ondas como esta que viajam para fora.

Natureza das ondas gravitacionais

A força e o efeito das ondas gravitacionais dependem da massa dos objetos e da natureza de seu movimento. Para dois corpos massivos orbitando um ao outro, como buracos negros binários, os efeitos podem ser tão fortes que podem ser vistos a distâncias de mais de bilhões de anos-luz.

Para fins de compreensão, considere um sistema binário de duas estrelas massivas. À medida que essas estrelas orbitam uma à outra, elas são puxadas mais próximas pela gravidade, acelerando e emitindo ondas gravitacionais. Essa mudança é como uma dançarina girando em alta velocidade.

Potência emitida em ondas gravitacionais (P) ∝ (G⁴m₁²m₂²a⁻⁵) / (c⁵)

Aqui G é a constante gravitacional, m₁ e m₂ são as massas, a é a distância de separação, e c é a velocidade da luz.

Por que são difíceis de detectar?

As ondas gravitacionais tornam-se extremamente fracas quando chegam à Terra. As ondas gravitacionais mais poderosas são produzidas por eventos catastróficos, como a fusão de buracos negros. No entanto, quando chegam até nós, mesmo esses sinais causam apenas pequenas distorções no espaço-tempo.

O tratamento matemático das ondas gravitacionais mostra que elas produzem mudanças que são apenas uma fração do tamanho de um próton. Portanto, sua detecção requer instrumentos altamente sensíveis. Esses instrumentos, como os observatórios LIGO e Virgo, são capazes de medir mudanças na escala de milésimos do diâmetro de um próton.

Fusão de buracos negros

fusão de buracos negros

Quando dois buracos negros se fundem, eles criam uma das fontes mais fortes conhecidas de ondas gravitacionais. À medida que os buracos negros se aproximam, sua fusão violenta envia uma onda de choque de vibrações do espaço-tempo que são detectadas como ondas gravitacionais.

Detecção de ondas gravitacionais

As ondas gravitacionais permaneceram teóricas durante décadas após Einstein as ter previsto. Muitas melhorias na tecnologia e na ciência foram necessárias antes da primeira detecção direta. Este marco ocorreu em setembro de 2015, quando o detector LIGO mediu ondas de buracos negros em fusão. Esta confirmação não só apoiou a relatividade geral, mas também abriu uma nova maneira de ver e entender o universo.

Como funcionam os observatórios de ondas gravitacionais

Esses observatórios são baseados no princípio de medir pequenas mudanças na distância à medida que as ondas gravitacionais passam pela Terra. Por exemplo, o LIGO usa lasers e espelhos arranjados em forma de L para monitorar com extrema precisão o movimento relativo dos espelhos localizados a quilômetros de distância.

feixe de laser

Espelhos estão montados nas extremidades dos dois braços da configuração, e um feixe de laser é dividido para viajar por cada braço. Qualquer onda gravitacional que passa altera ligeiramente o comprimento dos braços, causando variações no padrão dos feixes de luz quando recombinados no detector. Medir essas mudanças ajuda os cientistas a inferir as características das ondas gravitacionais detectadas, como sua origem.

Implicações das ondas gravitacionais

A descoberta das ondas gravitacionais tem enormes implicações para a física e a astronomia. Elas nos permitem "ouvir" processos cósmicos que eram anteriormente invisíveis para telescópios convencionais. As ondas gravitacionais fornecem dados de regiões do espaço que são de outra forma obscurecidas, como os interiores dos buracos negros ou a superfície mais distante do Sol.

Além de provar a teoria de Einstein, essas ondas fornecem insights sobre os seguintes fenômenos:

  • A fusão de estrelas de nêutrons, que pode fornecer pistas para a criação de elementos mais pesados.
  • Supernovas de colapso de núcleo, a morte de estrelas por explosões.
  • O universo muito precoce, fornece uma visão das condições cosmológicas momentos após o Big Bang.

Conclusão

As ondas gravitacionais são uma pedra angular da astrofísica moderna, oferecendo uma nova maneira de estudar e entender nosso universo. Desde os eventos catastróficos que geram essas ondas até sua detecção cuidadosa, a ciência das ondas gravitacionais está na vanguarda da combinação de teoria e tecnologia. À medida que os observatórios continuam a refinar suas medições, temos certeza de aprender muito mais sobre um dos fenômenos mais misteriosos e poderosos do universo.


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