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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Cosmologia


Cosmologia é um ramo da astronomia que envolve o estudo da origem e destino final do universo. Inclui as maiores escalas de espaço-tempo e tudo o que ocorre dentro dele. O campo é uma parte fundamental da astrofísica e da física, onde os cientistas desenvolvem teorias e modelos para entender a composição, estrutura e origem do universo.

A Teoria do Big Bang

Um dos conceitos fundamentais da cosmologia é a Teoria do Big Bang. Esta teoria sustenta que o universo começou com um estado extremamente quente e denso e tem se expandido desde então. O Big Bang não é uma explosão no sentido clássico, mas uma expansão do espaço.

As evidências para o Big Bang incluem a descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, a abundância de elementos leves e a lei de Hubble do universo em expansão. As observações de Hubble mostraram que as galáxias estão se afastando de nós, o que mostra que o universo está se expandindo.

        Lei de Hubble: v = H₀ × d

Onde v é a velocidade da galáxia em movimento, H₀ é a constante de Hubble e d é a distância até a galáxia.

Radiação cósmica de fundo em micro-ondas

A radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) é uma peça fundamental de evidência para a teoria do Big Bang. É um brilho fraco deixado das fases quentes iniciais do universo. O CMB é aproximadamente uniforme em todas as direções, indicando isotropia do universo em grandes escalas.

Esta radiação é observada como um campo de radiação uniforme no espectro de micro-ondas que abrange todo o universo.

Radiação CMB

Teoria da inflação

Para resolver vários problemas do modelo original do Big Bang, nos anos 1980, os cientistas introduziram o conceito de inflação cósmica. Esta teoria afirma que o universo se expandiu exponencialmente logo após o Big Bang. Esta rápida expansão explica a uniformidade do CMB e a distribuição de galáxias em vastas regiões do espaço.

A época inflacionária durou apenas uma fração de segundo, mas durante esse tempo, o tamanho do universo aumentou enormemente, suavizando as irregularidades iniciais.

O destino e o tamanho do universo

A cosmologia também investiga as várias formas possíveis do universo e seu destino final. A geometria do universo é determinada pela quantidade de matéria e energia presente. Existem três propostas principais para a forma do universo:

  • Universo fechado: Se houver matéria suficiente no universo, sua gravidade eventualmente parará e a expansão reverterá, causando um grande colapso.
  • Universo plano: Se a quantidade de densidade no universo for exatamente certa, a expansão diminuirá gradualmente, mas nunca parará completamente.
  • Universo aberto: Se a densidade do universo for menor que a densidade crítica, ele continuará a se expandir para sempre, e a taxa de expansão diminuirá mas nunca chegará a zero.
Universo aberto Universo fechado Universo plano

Matéria escura e energia escura

Um componente importante e misterioso na cosmologia é a matéria escura e a energia escura. As observações mostram que estes elementos compõem cerca de 95% do conteúdo energético total do universo, com a matéria escura representando cerca de 27% e a energia escura representando cerca de 68%.

Matéria escura

A matéria escura não emite, absorve ou reflete luz, tornando-a invisível e detectável apenas através de seus efeitos gravitacionais. Ela desempenha um papel crucial na formação de grandes estruturas no universo, como galáxias e aglomerados de galáxias. A presença de matéria escura foi sugerida pela primeira vez para explicar a velocidade das estrelas que giram nas galáxias, que era mais rápida do que poderia ser explicada apenas pela matéria visível.

Energia escura

A energia escura é tida como responsável pela aceleração da expansão do universo. Ao contrário da matéria escura, que tende a se aglomerar, a energia escura parece ser um campo uniforme que permeia todo o espaço, afetando o universo em escalas maiores.

Princípio antrópico

O princípio antrópico investiga porque o universo tem as condições necessárias para a existência de formas de vida inteligentes capazes de observá-lo. O princípio explica que as leis e constantes do universo parecem estar afinadas e precisas o suficiente para permitir o desenvolvimento da vida.

Esta teoria pode dar origem a ideias filosóficas, pois sustenta que a estrutura do universo não é coincidente ou aleatória de um ponto de vista puramente existencial.

Teoria do multiverso

Alguns cosmologistas exploram a possibilidade de o multiverso, que sugere que nosso universo é apenas um de um número potencialmente infinito de universos com diferentes propriedades. Esses diferentes universos podem ter outras constantes físicas, dimensões e regras.

Este conceito poderia ajudar a explicar por que nosso universo permite a vida, já que é possível que estejamos simplesmente em uma das regiões onde a vida é possível. No entanto, esta ideia é altamente especulativa e desafiadora de testar ou medir cientificamente.

Conclusão

A cosmologia é uma jornada contínua para entender o universo. À medida que nossas capacidades de observação e estruturas teóricas evoluem, nosso entendimento do universo, suas origens, estrutura e destino final continua a crescer e mudar. O campo está preocupado com questões fundamentais sobre a realidade, a natureza da existência e nosso lugar no universo.

Teorias como o Big Bang, a inflação cósmica e a existência de matéria escura e energia escura remodelam nossa visão do universo todos os dias. Em última análise, a cosmologia busca desvendar as complexidades do universo e nossas inúmeras conexões com ele.


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