Aplicações da física nos dias atuais

Definição de Física

O que é a Física? Podemos defini-la como a ciência que estuda os fenômenos naturais, especialmente no que concerne as propriedades e interações da matéria e da energia. Trata dos componentes fundamentais do Universo, as forças que eles exercem e os resultados destas forças. Possui aplicações as mais diversas na vida das pessoas.

A Física é tanto significante como influente, em parte porque os avanços na sua compreensão foram muitas vezes traduzidos em novas tecnologias, mas também porque as novas ideias na física muitas vezes ressoam com as outras ciências, matemáticas e filosóficas. Por exemplo, avanços na compreensão do eletromagnetismo influenciaram diretamente o desenvolvimento de novos produtos que transformaram drasticamente a sociedade moderna. (ex: televisão, computadores e eletrodomésticos); avanços na termodinâmica influenciaram o desenvolvimento do transporte motorizado; e avanços na mecânica inspiraram o desenvolvimento do cálculo.

Como ciência, a Física faz uso do método científico; tem por linguagem natural a Matemática e vale-se da Lógica e sobretudo da coerência obrigatória entre idéias e fatos naturais (inerente ao método científico) para a construção e apresentação dos conceitos, modelos e teorias associados a esta cadeira.

O homem sempre quis compreender o comportamento da natureza.

História da Física

Desde os primórdios, a humanidade vem tentando entender o comportamento da natureza. A partir disso, o homem criou diversas explicações para a ocorrência dos fenômenos naturais, as quais variam de acordo com o período histórico. Veja a seguir um quadro com as características de cada momento da civilização:

 

PERÍODO

 

PENSAMENTO

 

EXPOENTES

Idade Antiga Fenômenos físicos como manifestações do sagrado. Explicação da realidade por meio de mitos. Conhecimento humano como um todo.
  • Pitágoras.
  • Euclides.
  • Tales.
  • Arquimedes.
  • Aristóteles.
Idade Média Entre os séculos V e XII, a Filosofia e a ciência quase desapareceram. A religião se transformou em soberana absoluta das ideias e da vida das pessoas. Conhecimento retido nos mosteiros. Nascimento da burguesia como impulsionadora da ciência.
  • Bacon.
  • Al-Khwarizmi.
  • Escolásticos.
Idade Moderna Renascimento científico. Copérnico defende o heliocentrismo. Gilbert estuda o magnetismo. Kepler formula as três leis do movimento planetário. Galileu e o método científico. Newton e a mecânica. Eletricidade. Termodinâmica. Radioatividade.
  • Copérnico.
  • Gilbert.
  • Kepler.
  • Galileu Galilei.
  • Newton.
  • Volta.
  • Faraday.
  • Maxwell.
  • Pierre Curie.
  • Marie Curie.
Idade Contemporânea Revoluções na Física. Teoria da relatividade. Mecânica quântica. Teoria do Big Bang. Física nuclear.
  • Thomson.
  • Einstein.
  • Rutherford.
  • Max Planck.
  • Niels Bohr.
  • Heisenberg.
  • Schrödinger.
  • Hubble.

Aplicações da Física no cotidiano

Quando se estuda Física, principalmente na escola, a idéia que normalmente se tem é que nem tudo o que é aprendido realmente tem alguma utilidade prática. No entanto, muito do que é visto como idealização de modelos, tem grande aplicação no dia-a-dia, desde as atividades físicas que realizamos até os equipamentos sofisticados que carregamos, como os telefones celulares e relógios. Veja a seguir as aplicações de cada área da Física:

 

ÁREA

 

APLICAÇÕES

 

Mecânica

  • Os princípios da cinemática escalar nos permitem conhecer e descrever variados tipos de movimentos.
  • Basicamente, podemos utilizar os conceitos de dinâmica para calcular tudo o que é possível calcular por meio da cinemática.
  • Os conceitos de estática são fundamentais e talvez os mais importantes em construções, já que em um prédio, por exemplo, nada pode se movimentar, ou isto comprometerá toda a construção.
  • Os conceitos de Gravidade e Gravitação Universal são fundamentais para astronomia.
  • Por meio deles, é possível calcular massas de planetas e estrelas desconhecidas, saber como classificar corpos astronômicos através de sua massa e área aparentemente ocupada, como por exemplo, buracos-negros, estrelas-anãs, planetas, asteróides, etc.
  • Devido aos avanços nesta área existem aparelhos com transmissão via satélite, como o GPS (Sistema de Posicionamento Global) e televisão com sinal digital.
 

Ondulatória

  • O estudo dos movimentos harmônicos simples foi fundamental para diversas inovações tecnológicas, desde a construção de relógios de pêndulo até estudos espaciais que possibilitaram, entre outras coisas, a criação de satélites artificiais e sondas espaciais.
  • O estudo das ondas, tanto mecânicas como eletromagnéticas, é umas das partes da física que mais se desenvolveu nos últimos séculos e uma das que mais possibilita aprimoramentos nos modelos atuais.
  • O conhecimento das propriedades das ondas possibilita o estudo de frequências naturais de oscilação das obras de engenharia civil e é muito utilizado para se evitarem problemas futuros nas mesmas.
  • Também é devido à compreensão das ondas, neste caso eletromagnéticas, que puderam se desenvolver os avanços na área de comunicação, principalmente via satélite e rádio.
 

Termologia

  • É devido ao estudo da Termometria que se devem equipamentos de medição de temperatura, tais como, termômetros de mercúrio.
  • A calorimetria é a parte da física que estuda o calor, as trocas de calor, os calorímetros e a propagação do calor. Esta parte da física é responsável pelo desenvolvimento de equipamentos de conservação de temperatura, como garrafas térmicas, que mantém os líquidos em temperatura conservada.
  • O estudo dos Gases é a parte da ciência que estuda todas as variações de gases perfeitos, desde sua estrutura molecular até as transformações que estes podem sofrer.
  • Através destes estudos foram possibilitadas as invenções que ajudaram a movimentar indústrias que requeressem fluidos movimentadores ao mesmo tempo em que um requisito fosse básico, a limpeza. Assim fez-se surgir a Pneumática, que é a parte da indústria que utiliza o ar como fluído.
  • As aplicações da Termodinâmica tornaram-se evidentes durante a Revolução Industrial, que ao se utilizarem grandes máquinas térmicas foi possível um grande impulso na Industrialização por todo o mundo. Hoje em dia, a Termodinâmica estuda meios de aproveitamento da energia da melhor forma possível, desde as inovações nos motores até a criação de novos condutores.
  • O estudo das dilações possibilita a criação de equipamentos com componentes perfeitamente encaixados e presos sem o uso de parafusos ou qualquer outro aderente, já que se pode dilatar o local onde a peça deve ser colocada e depois reduzir a temperatura total.
  • O estudo da Entropia é envolvido principalmente em fenômenos de grande porte, sendo atualmente uma das grandes contribuições para a Cosmologia, que estuda as hipóteses de criação e desenvolvimento do Universo.
 

Eletromagnetismo

  • É devido aos primeiros estudos sobre eletrostática que toda a eletricidade usada por nós diariamente pôde se desenvolver até o ponto de ser transmitida por cabos e chegar a residências centenas de quilômetros distantes do local da produção de energia.
  • O estudo da eletrodinâmica tornou possível a criação, transmissão e armazenagem de energia elétrica.
  • Dentre as aplicações da eletrodinâmica, uma delas é largamente utilizada em empresas, residências e até mesmo nas ruas, que é a transmissão de energia por cabos elétricos. Um dos grandes desafios, que já vem tendo certo sucesso há algum tempo, é o desenvolvimento de materiais que conduzam a eletricidade com maior eficiência e com o menor aquecimento possível.
  • Outra grande aplicação deste ramo físico é a eletrônica, que vem se desenvolvendo cada vez mais e estando cada dia mais presente dentro de nossas casas.
  • O estudo do campo magnético terrestre possibilitou o entendimento de instrumentos de navegação com maior precisão, como as bússolas e por consequência o estudo dos imãs e magnetos.
  • Também foi devido aos avanços desses estudos que se desenvolveram os eletroimãs, que possibilitaram a automatização de diversas partes dos processos industriais.
  • Conforme se notou que a força magnética influenciava certos meios de condução elétrica, este estudo se fez necessário para que fosse possível aumentar ainda mais a eficiência dos condutores da época.
  • Também foi por causa deste conhecimento que vários avanços na eletrônica e na robótica foram possíveis e ainda se desenvolvem vários estudos sobre eles.
  • A principal aplicação da Indução Magnética, ou Eletromagnética, é a sua utilização na obtenção de energia. Atualmente todas as usinas geradoras de energia elétrica utilizam os estudos de indução como forma de trabalho já que é uma forma eficiente e tem diversas formas de ser posta em prática.
  • Outro grande uso deste ramo da física é no desenvolvimento de transformadores e auto-transformadores, que estão cada vez mais aprimorados e sua utilização já é fundamental em quase todas as grandes indústrias.
 

Ótica

  • A reflexão da luz está presente em tudo o que vemos, já que nossos olhos são capazes de captar as imagens devido à luz do Sol ou devido a outras fontes refletidas de forma difusa pelos objetos; dessa forma, podem ser estudados os espelhos e a formação das imagens através deles. Tal conhecimento foi fundamental para a implantação de diversos equipamentos que utilizamos hoje, como projetores, retroprojetores, binóculos e espelhos que aumentam ou reduzem as imagens.
  • A reflexão está presente também na transmissão de informação através de fibra óptica, a qual vem sendo explorada cada vez mais com o avanço da informática e principalmente com a difusão cada vez mais grandiosa da internet.
  • O estudo da difração da luz, quando ocorre mudança no meio de propagação, é muito útil para descrever fenômenos como as cores que se formam numa bolha de sabão ou em uma mancha de óleo, que são provenientes da interferência entre a luz refletida e a luz refratada.
  • Por meio da refração é possível descrever a característica policromática da luz do Sol e verificar as cores monocromáticas que a formam, elucidando também o princípio da formação do arco-íris. Também observamos refração em lentes usadas para corrigir problemas de visão, lentes para aumentar e reduzir imagens, etc.
  • O estudo das lentes esféricas é um dos grandes trunfos da óptica geométrica. Através do conhecimento do comportamento dos raios de luz podemos compreender que por meio deles foi possível aperfeiçoar quase todos os instrumentos ópticos, além de possibilitar a invenção de equipamentos que trouxeram avanços tecnológicos surpreendentes, como os microscópios e os telescópios.
  • Talvez a aplicação das lentes esféricas mais presente no cotidiano seja sua utilização para a correção de problemas de visão, nos quais são usadas para corrigir a possível formação defeituosa das imagens por um globo ocular com problemas de miopia, hipermetropia, astigmatismo, presbiopia, estrabismo, entre outros.

 

Física Moderna

  • A relatividade restrita, que trata dos movimentos com velocidades comparáveis à velocidade da luz no vácuo quando não há nenhum tipo de aceleração nele, é uma matéria bastante intrigante, pois trata o tempo como uma grandeza relativa, diferentemente da maneira absoluta como estamos acostumados a tratar.
  • Através do seu estudo podemos explicar fenômenos como a chegada na Terra de neutrinos vindos do Sol, que têm o tempo de existência menor do que o tempo necessário para que cheguem ao nosso planeta.
  • Também é importante para a cosmologia, pois explica o efeito de RedShift, que é o afastamento das galáxias; este fenômeno justifica o argumento dos cosmólogos de que nosso universo está em expansão.
EXEMPLOS
O GPS decorre de vários estudos da física como a ondulatória e a mecânica.
Os satélites são criados com base no estudo das ondas, do eletromagnetismo e da física nuclear.
A termologia permitiu a invenção de termômetros, equipamentos importantes na medicina, na meteorologia, na agricultura etc.
Os estudos sobre trocas de calor permitiram a criação de garrafas térmicas.
Os estudos de Termodinâmica permitiram o desenvolvimento dos meios de comunicação.
Os estudos de Eletricidade fizeram com que tivéssemos acesso a energia elétrica no nosso cotidiano.
A Ótica possibilitou a criação de novas formas de transmissão de informações, principalmente a fibra ótica.
As lentes esféricas são utilizadas na correção de problemas de visão.
Os avanços da física fazem com que o homem busque a sua origem. O LHC tenta provar que o Big Bang ocorreu.
Infelizmente, os conhecimentos de física foram usados para fins nada nobres, tais como o extermínio de inocentes por interesses econômicos.
A Física também é aplicada na medicina. Aparelhos detectam problemas e são utilizados no tratamento de doenças como o câncer.


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