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Primeiros Passos da Física
(Parte4)

leobarretos@uol.com.br 

4- Completamento da Física Clássica

Teoria cinética dos gases. Chegando à segunda metade do século XIX, foi sendo gradativamente esclarecida a inter-relação entre a mecânica, a teoria eletromagnética e a termodinâmica, que até então eram desenvolvidas de modo completamente independente, e então se misturaram reunindo-se num só corpo. A origem dessa união foi o sucesso da teoria cinética dos gases, que se deve aos dados obtidos nas reações químicas. Foi D. Bernoulli (1700-1782), já no século XVIII. quem, considerando a pressão como sendo causada pelas colisões de muitas partículas microscópicas sobre a parede do recipiente, deduziu pela primeira vez a lei de Boyle e Mariotte. Todavia não é preciso dizer que foi por volta da metade do século XIX, quando o conceito do átomo e da molécula tornava-se popular na química, que o raciocínio da teoria cinética dos gases foi realmente desenvolvido. 
Em primeiro lugar, supondo que todas as moléculas tinham energias iguais proporcionais à temperatura, Clausius deduzia a lei de Boyle-Charles. Mais ainda, ele apontou que, como existe uma diferença entre o calor específico dos gases a volume constante e à pressão constante, deve-se considerar o grau de liberdade interna das moléculas, e defendeu que as moléculas de hidrogênio, oxigênio etc, eram diatômicas. Em 1859, Maxwell obteve a lei de distribuição das velocidades moleculares e deduziu o calor específico dos gases, a equação de estado, a viscosidade, o índice de difusão etc. em termos das constantes mecânicas. Boltzmann generalizou ainda mais e conseguiu explicar até a segunda lei da termodinâmica, combinando-as com a teoria da probabilidade. Esse tipo de tratamento foi generalizado para outros materiais além dos gases, pelo trabalho de Maxwell, em 1879. Assim, com o surgimento da mecânica estatística clássica, a discriminação entre a mecânica e a termodinâmica tomou-se obscura e uma classificação sob outro ponto de vista passou a ser considerada.

Teoria do elétron. Desde a descoberta do elétron, no fim do século XIX, a teoria eletromagnética começou a revelar outro aspecto. Em meados do século XVIII, quando a eletrologia havia dado um grande passo e a técnica de vácuo havia sido desenvolvida por Guericke e outros, foi descoberta a descarga no vácuo por Grumert (1719-1776), Watson (1715-1787) e outros. Faraday também demonstrou um forte interesse e, em 1836, observou a chamada região negra de Faraday, que aparece perto do cátodo. Depois, o tubo de descarga no vácuo foi melhorado bastante por Geissler (1815-1875), Crooks (1832-1919) e outros, e a rarefação do tubo também progrediu. Em 1858, Plücker (1801-1868) observou que, quando o gás do tubo se torna extremamente rarefeito, desaparece a luminescência e, por sua vez, aparece uma fluorescência na parede do vidro, atrás do ânodo.

Sob o ponto de vista atual, esse é o fenômeno fluorescente causado pelas colisões com o vidro dos elétrons de alta velocidade emitidos do cátodo; mas, no começo, pensava-se que eram novos raios emitidos do cátodo ou oscilação do éter, e a confusão continuava. O nome “raios catódicos” foi dado em 1876 por Goldstein (1850-1930), e a palavra elétron por Stoney (1826-1911) em 1890, quando calculou a quantidade elementar de eletricidade pela combinação da lei da eletrólise de Faraday e o número de Avogadro. A experiência de 1897 de J. J. Thomson (1856-1940) foi o primeiro trabalho que confirmou que os raios catódicos eram a própria corrente de elétrons. Ele aplicou simultaneamente os campos elétrico e magnético aos raios catódicos e mediu a quantidade e/m, onde e é a carga elétrica do elétron e m é a sua massa. [e foi medido com precisão pela experiência da gota de óleo de Millikan (1868-1953), em 1908.]

Com a descoberta do elétron, o significado da corrente elétrica e o mecanismo da emissão de onda eletromagnética ficaram esclarecidos; a teoria eletromagnética e a mecânica que trata dos movimentos dos elétrons começaram a ser relacionadas. Ainda mais, quando as várias propriedades eletromagnéticas da matéria foram sendo explicadas pela teoria dos elétrons através da pesquisa de Lorentz (1853-1928), no início deste século, o estudo das propriedades da matéria tornou-se parecido ao da mecânica, como no caso da termodinâmica.

Completamento da física clássica e sua re-coordenação. À medida que a mecânica, a teoria eletromagnética e a termodinâmica iam sendo relacionadas através da matéria microscópica, que era uma nova descoberta, foi surgindo uma ciência chamada Física, com sua imagem bastante clara. 
No campo da mecânica, até o início do século XIX, devido aos esforços de Euler (1707-1783), Lagrange (1736-1813), Hamilton (1805-1865), Jakobi (1804-1851), e outros, a equação de Newton já podia ser deduzida a partir do princípio mais geral da ação mínima. Além disso, ainda no início do século, pela pesquisa de Lorentz e outros, ficou esclarecido que as equações eletromagnéticas de Maxwell também podiam ser deduzidas de modo análogo a partir de uma equação hamiltoniana convenientemente definida. Como já foi mencionado, a equivalência da termodinâmica e da mecânica foi demonstrada por Boltzmann pela introdução do raciocínio de probabilidade na mecânica. 
A essa altura, tornando-se impossível cada ramo coexistir independentemente, elas foram incluídas em um conceito unificado, denominado física. A sua subdivisão foi sendo feita de acordo com o objetivo de sua utilização, dando origem à mecânica celeste, mecânica de construção, hidrodinâmica, tecnologia eletromagnética, teoria da estrutura da matéria etc. Assim, juntamente com o completamento da física, entramos no estágio da re-coordenação. Neste século, porém, a mecânica de Newton, a teoria eletromagnética de
Maxwell e a mecânica estatística de Boltzmann foram sendo novamente postas em dúvida, devido às descobertas de novos fenômenos (possivelmente, um próximo trabalho a ser posto no Feira de Ciências). Dessa maneira foram sendo criadas novas físicas. Entretanto, como a física de até então forma um sistema completo dentro da região limitada de fenômenos a que pode ser aplicada, resolveu-se mantê-la com o uso de um adjetivo, qual seja, a física clássica.

Primeiros Passos da Ciência (Geral)
Primeiros Passos da Física (parte 1)
Primeiros Passos da Física (parte 2)
Primeiros Passos da Física (parte 3)
Primeiros Passos da Física (parte 4)
Primeiros Passos da Física Clássica (Parte 1)
Primeiros Passos da Física Clássica (Parte 2)
Primeiros Passos da Física Moderna
Primeiros Passos da Mecânica Quântica (Parte 1)  
Primeiros Passos da Mecânica Quântica (Parte 2)  
Primeiros Passos da Mecânica Quântica (Parte 3)  
Métodos dos Passos da Física (Parte 1)
Métodos dos Passos da Física (Parte 2)
Métodos da Teoria da Relatividade (Parte 1)

Métodos da Teoria da Relatividade (Parte 2) (em preparo)
Métodos da Teoria da Relatividade (Parte 3) 
(em preparo)


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