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

Graduação ↓


Física nuclear e de partículas


A física nuclear e de partículas é um ramo fascinante da física que se aprofunda no mundo das menores estruturas do universo. Ela explora o comportamento, interações e propriedades dos núcleos atômicos e partículas fundamentais. Vamos embarcar em uma jornada para entender esses pequenos blocos de construção que regem o universo.

Fundamentos da estrutura atômica

Os átomos são as unidades básicas da matéria, consistindo de um núcleo cercado por elétrons. O núcleo é composto por prótons e nêutrons, coletivamente chamados de núcleons. Os prótons têm carga positiva, e os nêutrons são eletricamente neutros. Os elétrons, que são carregados negativamente, orbitam o núcleo.

O número de prótons no núcleo determina o número atômico e a identidade do elemento. Por exemplo, o hidrogênio tem um próton, enquanto o hélio tem dois. Os nêutrons contribuem para a massa do átomo e desempenham um papel importante na estabilidade nuclear.

Forças nucleares e estabilidade

Na física nuclear, o foco principal está nas forças que mantêm o núcleo coeso. Apesar da força elétrica repulsiva entre os prótons carregados positivamente, o núcleo é firmemente ligado devido à presença da forte força nuclear, também conhecida como interação forte.

Essa força é cerca de 100 vezes mais poderosa que as forças eletromagnéticas e atua em distâncias muito curtas da ordem de 10^-15 metros. É responsável por unir prótons e nêutrons em núcleos.

Radioatividade

Alguns núcleos são instáveis e sofrem decaimento radioativo para mudar para uma configuração mais estável. Existem três principais tipos de decaimento radioativo:

  • Decaimento alfa: O núcleo emite uma partícula alfa, que é composta por dois prótons e dois nêutrons (um núcleo de hélio).
  • Decaimento beta: Um nêutron no núcleo se transforma em um próton, emitindo uma partícula beta (um elétron ou um pósitron) e um antineutrino ou neutrinos.
  • Decaimento gama: Após o decaimento alfa ou beta, o núcleo filho pode estar em um estado excitado e liberar energia na forma de raios gama para atingir um estado de energia mais baixo.

Modelagem do núcleo

Cientistas usam diferentes modelos para entender a estrutura e o comportamento do núcleo. O modelo de gota líquida e o modelo de casca são dois importantes conceitos teóricos na física nuclear.

Modelo de gota líquida

O modelo de gota líquida compara o núcleo a uma gota de líquido nuclear incompressível. Ele explica fenômenos nucleares como energia de ligação e fissão. O modelo inclui vários termos que representam energia de volume, energia de superfície, energia de Coulomb, energia de simetria e energia de emparelhamento.

E_{binding} = a_V A - a_S A^{2/3} - a_C frac{Z(Z-1)}{A^{1/3}} - a_{sym} frac{(A-2Z)^2}{A} + delta

Modelo de casca

O modelo de casca é semelhante ao modelo de casca de elétrons para átomos. Ele sugere que núcleons ocupam níveis de energia discretos dentro do núcleo. Semelhante às configurações eletrônicas, os núcleons preenchem cascas atômicas, e certos "números mágicos" de núcleons levam a núcleos particularmente estáveis.

Fissão e fusão

Reações nucleares são interações entre dois núcleos atômicos ou entre um núcleo e uma partícula subatômica. Fissão e fusão são os dois principais tipos de reações nucleares.

Fragmentação

A fissão nuclear ocorre quando um núcleo pesado se divide em núcleos menores, liberando uma quantidade considerável de energia. Este processo é usado em usinas nucleares e bombas atômicas. O núcleo original absorve um nêutron, torna-se instável e se divide em dois ou mais produtos de fissão com o nêutron adicional.

Fusão

A fusão, por outro lado, é o processo pelo qual dois núcleos mais leves se combinam para formar um núcleo mais pesado, liberando energia no processo. A fusão alimenta o Sol e outras estrelas. Se for efetivamente controlada na Terra, promete fornecer uma fonte de energia limpa e praticamente ilimitada.

Física de partículas

A física de partículas avança nossa compreensão das menores partículas da matéria, chamadas partículas elementares. Estas incluem quarks, léptons, bósons e outras partículas. O modelo padrão da física de partículas é uma teoria que descreve como essas partículas interagem através das forças fundamentais.

Modelo padrão

O Modelo Padrão classifica todas as partículas elementares conhecidas e descreve três das quatro forças fundamentais do universo: eletromagnética, fraca e forte. A gravidade não está incluída neste modelo. As principais partículas do Modelo Padrão são:

  • Quarks: Os blocos de construção de prótons e nêutrons. Existem seis tipos de quarks: up, down, charm, strange, top e bottom.
  • Léptons: Estes incluem elétrons, múons, tau e seus neutrinos associados.
  • Bósons de calibre: Carreadores de força - o fóton para a força eletromagnética, os bósons W e Z para a força fraca e o glúon para a força forte.
  • Bóson de Higgs: Fornece massa a quarks e léptons através do mecanismo de Higgs.
,
|Tipo|Partícula|Símbolo|
,
| lepton | elétron | e^- |
| | Neutrino do elétron | ν_e |
| | muon | μ^- |
| | Neutrino do muon | ν_μ |
| | tau | τ^- |
| | Neutrino do tau | ν_τ |
,
| Quarks | Up | U |
| | down | d |
| | Charm | C |
| | Estranho |s |
| | top | t |
| | bottom | b |
,
| Bóson de calibre | Fóton | γ |
| | Bóson W | W^± |
| | Bóson Z | Z^0 |
||Glúon|G|
,

Detecção e experimentação

A maior parte do conhecimento em física nuclear e de partículas é obtida através de experimentação usando aceleradores de partículas e detectores. Aceleradores de partículas, como o Grande Colisor de Hádrons (LHC), aceleram partículas a altas velocidades e as fazem colidir. Essas colisões podem revelar informações sobre estruturas e forças subatômicas.

Detectores são usados para identificar as partículas produzidas por essas colisões, caracterizando-as com base em sua energia, momento, carga e interações. Detectores podem ser experimentos em larga escala que requerem colaboração internacional.

Aplicações da física nuclear e de partículas

A física nuclear e de partículas tem muitas aplicações em várias áreas de estudo. Aqui estão alguns exemplos:

  • Imagem médica e terapia: Técnicas como a tomografia por emissão de pósitrons (PET) usam os princípios da física de partículas para imagem médica. A radioterapia, usando radiação para tratar o câncer, é outra aplicação.
  • Produção de energia: Reatores nucleares usam reações de fissão para produzir energia. A fusão tem potencial para energia limpa se for usada efetivamente.
  • Pesquisa científica: Percepções obtidas da física atômica avançam nossa compreensão das forças fundamentais e da matéria no universo.
  • Rastreamento ambiental: Métodos de rastreamento isotópico ajudam na datagem de mudanças ambientais e na datação cronológica.

Conclusão

A física nuclear e de partículas proporciona uma visão extraordinária dos processos fundamentais que definem o universo. Desde o comportamento dos núcleos atômicos às interações de partículas elementares, o campo combina simplicidade experimental com profundas implicações teóricas. Físicos em formação que se dedicam à física nuclear e de partículas descobrem as maravilhas do mundo microscópico, aprendendo sobre as forças que moldam nossa realidade.


Graduação → 8


U
username
0%
concluído em Graduação

← Anterior (7.2.3)
Efeito Hall
Próximo (8.1) →
Estrutura Atômica

Comentários 



Física nuclear e de partículas

https://www.physicsflow.com/ug/8?pfal=pt