Primeiros Passos da Física
(Parte4)

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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)
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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)  
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Métodos dos Passos da Física (Parte 1)
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