Física Experimental - Experimental physics

Física experimental é a categoria de disciplinas e subdisciplinas no campo da física que se preocupam com a observação de fenômenos físicos e experimentos . Os métodos variam de disciplina para disciplina, de experimentos e observações simples, como o experimento Cavendish , até os mais complicados, como o Large Hadron Collider .

Visão geral

Laboratório de Sir Ernest Rutherfords, início do século XX. (9660575343)

A física experimental reagrupa todas as disciplinas da física que se preocupam com a aquisição de dados, métodos de aquisição de dados e a conceituação detalhada (além de simples experimentos mentais ) e realização de experimentos de laboratório. Freqüentemente, é colocado em contraste com a física teórica , que está mais preocupada em prever e explicar o comportamento físico da natureza do que na aquisição de conhecimento sobre ele.

Embora a física experimental e a teórica se preocupem com diferentes aspectos da natureza, ambas compartilham o mesmo objetivo de compreendê-la e têm uma relação simbiótica. O primeiro fornece dados sobre o universo, que podem então ser analisados ​​para serem compreendidos, enquanto o último fornece explicações para os dados e, assim, oferece uma visão sobre como melhor adquirir dados e como configurar experimentos. A física teórica também pode oferecer uma visão sobre quais dados são necessários para obter uma melhor compreensão do universo e sobre quais experimentos planejar para obtê-los.

História

Como um campo distinto, a física experimental foi estabelecida no início da Europa moderna , durante o que é conhecido como a Revolução Científica , por físicos como Galileo Galilei , Christiaan Huygens , Johannes Kepler , Blaise Pascal e Sir Isaac Newton . No início do século 17, Galileu fez amplo uso de experimentação para validar teorias físicas, que é a ideia-chave do método científico moderno. Galileu formulou e testou com sucesso vários resultados em dinâmica, em particular a lei da inércia , que mais tarde se tornou a primeira lei das leis do movimento de Newton . Em As Duas Novas Ciências de Galileu , um diálogo entre os personagens Simplicio e Salviati discute o movimento de um navio (como um quadro móvel) e como a carga desse navio é indiferente ao seu movimento. Huygens usou o movimento de um barco ao longo de um canal holandês para ilustrar uma das primeiras formas de conservação do momento .

Considera-se que a física experimental atingiu um ponto alto com a publicação do Philosophiae Naturalis Principia Mathematica em 1687 por Sir Isaac Newton (1643–1727). Em 1687, Newton publicou os Principia , detalhando duas leis físicas abrangentes e bem-sucedidas: as leis do movimento de Newton , das quais surge a mecânica clássica ; e a lei da gravitação universal de Newton , que descreve a força fundamental da gravidade . Ambas as leis concordaram bem com o experimento. O Principia também incluiu várias teorias em dinâmica de fluidos .

Do final do século 17 em diante, a termodinâmica foi desenvolvida pelo físico e químico Boyle , Young e muitos outros. Em 1733, Bernoulli usou argumentos estatísticos com a mecânica clássica para derivar resultados termodinâmicos, dando início ao campo da mecânica estatística . Em 1798, Thompson demonstrou a conversão do trabalho mecânico em calor, e em 1847 Joule estabeleceu a lei da conservação da energia , tanto na forma de calor quanto na mecânica. Ludwig Boltzmann , no século XIX, é o responsável pela forma moderna da mecânica estatística .

Além da mecânica clássica e da termodinâmica, outro grande campo de investigação experimental dentro da física era a natureza da eletricidade . Observações no século 17 e 18 por cientistas como Robert Boyle , Stephen Gray e Benjamin Franklin criaram uma base para trabalhos posteriores. Essas observações também estabeleceram nosso conhecimento básico de carga e corrente elétrica . Em 1808, John Dalton descobriu que átomos de elementos diferentes têm pesos diferentes e propôs a teoria moderna do átomo .

Foi Hans Christian Ørsted quem primeiro propôs a conexão entre eletricidade e magnetismo após observar a deflexão de uma agulha de bússola por uma corrente elétrica próxima. No início da década de 1830, Michael Faraday havia demonstrado que os campos magnéticos e a eletricidade podiam gerar um ao outro. Em 1864, James Clerk Maxwell apresentou à Royal Society um conjunto de equações que descrevia essa relação entre eletricidade e magnetismo. As equações de Maxwell também previram corretamente que a luz é uma onda eletromagnética . Começando com a astronomia, os princípios da filosofia natural se cristalizaram em leis fundamentais da física que foram enunciadas e aprimoradas nos séculos seguintes. Por volta do século 19, as ciências haviam se segmentado em múltiplos campos com pesquisadores especializados e o campo da física, embora logicamente preeminente, não podia mais reivindicar a propriedade exclusiva de todo o campo da pesquisa científica.

Experimentos atuais

Uma visão do detector CMS , um esforço experimental do LHC no CERN .

Alguns exemplos de projetos de física experimental proeminentes são:

  • Colisor Relativístico de Íons Pesados que colide íons pesados ​​como íons de ouro (é o primeiro colisor de íons pesados) e prótons , está localizado no Laboratório Nacional de Brookhaven , em Long Island, EUA.
  • HERA , que colide elétrons ou pósitrons e prótons, e faz parte do DESY , localizado em Hamburgo , Alemanha.
  • LHC , ou Grande Colisor de Hádrons , que concluiu a construção em 2008, mas sofreu uma série de contratempos. O LHC começou a operar em 2008, mas foi desligado para manutenção até o verão de 2009. É o colisor mais energético do mundo após a conclusão, ele está localizado no CERN , na fronteira franco-suíça perto de Genebra . O colisor tornou-se totalmente operacional em 29 de março de 2010, um ano e meio depois do planejado originalmente.
  • LIGO , o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, é um experimento e observatório de física em grande escala para detectar ondas cósmicas gravitacionais e desenvolver observações de ondas gravitacionais como uma ferramenta astronômica. Atualmente existem dois observatórios LIGO: Observatório LIGO Livingston em Livingston, Louisiana , e Observatório LIGO Hanford perto de Richland , Washington .
  • O JWST , ou Telescópio Espacial James Webb , está planejado para ser lançado em 2021. Ele será o sucessor do Telescópio Espacial Hubble . Ele pesquisará o céu na região do infravermelho. Os principais objetivos do JWST serão compreender os estágios iniciais do universo, a formação de galáxias, bem como as formações de estrelas e planetas, e as origens da vida.

Método

Artigo principal: Experimento

A física experimental usa dois métodos principais de pesquisa experimental , experimentos controlados e experimentos naturais . Os experimentos controlados são freqüentemente usados ​​em laboratórios, pois os laboratórios podem oferecer um ambiente controlado. Experimentos naturais são usados, por exemplo, em astrofísica ao observar objetos celestes onde o controle das variáveis ​​em vigor é impossível.

Experimentos famosos

Experimentos famosos incluem:

Técnicas experimentais

Algumas técnicas experimentais bem conhecidas incluem:

Físicos experimentais proeminentes

Físicos experimentais famosos incluem:

Linhas do tempo

Veja os cronogramas abaixo para listagens de experimentos de física.

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Taylor, John R. (1987). Uma introdução à análise de erros (2ª ed.) . Livros de Ciências da Universidade. ISBN 978-0-935702-75-0.

links externos