Partícula pontual - Point particle

Uma partícula pontual ( partícula ideal ou partícula semelhante a um ponto , freqüentemente soletrada como partícula pontual ) é uma idealização de partículas muito usadas na física . Sua característica definidora é a falta de extensão espacial ; sendo adimensional , não ocupa espaço . Uma partícula pontual é uma representação apropriada de qualquer objeto sempre que seu tamanho, forma e estrutura forem irrelevantes em um determinado contexto. Por exemplo, de longe o suficiente, qualquer objeto de tamanho finito se parecerá e se comportará como um objeto pontual. Uma partícula pontual também pode ser referida no caso de um corpo em movimento em termos de física.

Na teoria da gravidade , os físicos costumam discutir um Massa pontual , significando uma partícula pontual commassadiferente de zeroe nenhuma outra propriedade ou estrutura. Da mesma forma, noeletromagnetismo, os físicos discutem umcarga pontual , uma partícula pontual comcargadiferente de zero.

Às vezes, devido a combinações específicas de propriedades, objetos estendidos se comportam como semelhantes a um ponto, mesmo em sua vizinhança imediata. Por exemplo, objetos esféricos interagindo no espaço tridimensional cujas interações são descritas pela lei do inverso do quadrado se comportam de forma como se toda a sua matéria estivesse concentrada em seus centros de massa . Na gravitação newtoniana e no eletromagnetismo clássico , por exemplo, os respectivos campos fora de um objeto esférico são idênticos aos de uma partícula pontual de carga / massa igual localizada no centro da esfera.

Na mecânica quântica , o conceito de partícula pontual é complicado pelo princípio da incerteza de Heisenberg , porque mesmo uma partícula elementar , sem estrutura interna, ocupa um volume diferente de zero. Por exemplo, a órbita atômica de um elétron no átomo de hidrogênio ocupa um volume de ~ 10 −30 m 3 . No entanto, há uma distinção entre partículas elementares, como elétrons ou quarks , que não têm estrutura interna conhecida, e partículas compostas , como prótons , que têm estrutura interna: um próton é feito de três quarks.

As partículas elementares às vezes são chamadas de "partículas pontuais", mas em um sentido diferente do discutido acima.

Propriedade concentrada em um único ponto

Quando uma partícula pontual tem uma propriedade aditiva, como massa ou carga, concentrada em um único ponto no espaço, isso pode ser representado por uma função delta de Dirac .

Massa física do ponto

Um exemplo de massa de pontos representada graficamente em uma grade . A massa cinza pode ser simplificada para uma massa pontual (o círculo preto ). Torna-se prático representar a massa do ponto como um pequeno círculo , ou ponto, já que um ponto real é invisível.

Massa pontual ( massa pontual ) é o conceito, por exemplo na física clássica , de um objeto físico (normalmente matéria ) que tem massa diferente de zero, e ainda explicitamente e especificamente é (ou está sendo pensado ou modelado como) infinitesimal (infinitamente pequeno) em seu volume ou dimensões lineares .

Aplicativo

Um uso comum para a massa do ponto reside na análise dos campos gravitacionais . Ao analisar as forças gravitacionais em um sistema, torna-se impossível contabilizar cada unidade de massa individualmente. No entanto, um corpo esfericamente simétrico afeta objetos externos gravitacionalmente como se toda a sua massa estivesse concentrada em seu centro.

Massa do ponto de probabilidade

Uma massa pontual em probabilidade e estatística não se refere à massa no sentido da física, mas sim a uma probabilidade não nula finita que está concentrada em um ponto na distribuição de massa de probabilidade , onde há um segmento descontínuo em uma função de densidade de probabilidade . Para calcular essa massa de ponto, uma integração é realizada em toda a faixa da variável aleatória , na densidade de probabilidade da parte contínua. Depois de igualar essa integral a 1, a massa do ponto pode ser encontrada por meio de cálculos adicionais.

Carga pontual

Potencial escalar de uma carga pontual logo após a saída de um ímã dipolo, movendo-se da esquerda para a direita.

Uma carga pontual é um modelo idealizado de uma partícula que possui uma carga elétrica . Uma carga pontual é uma carga elétrica em um ponto matemático sem dimensões.

A equação fundamental da eletrostática é a lei de Coulomb , que descreve a força elétrica entre duas cargas pontuais. O campo elétrico associado a uma carga pontual clássica aumenta até o infinito à medida que a distância da carga pontual diminui para zero, tornando a energia (portanto, massa) da carga pontual infinita .

O teorema de Earnshaw afirma que uma coleção de cargas pontuais não pode ser mantida em uma configuração de equilíbrio apenas pela interação eletrostática das cargas.

Na mecânica quântica

Um próton é uma combinação de dois quarks up e um quark down , mantidos juntos por glúons .
Artigo principal: Partícula elementar

Na mecânica quântica , há uma distinção entre uma partícula elementar (também chamada de "partícula pontual") e uma partícula composta . Uma partícula elementar, como um elétron , quark ou fóton , é uma partícula sem estrutura interna conhecida. Enquanto uma partícula composta, como um próton ou nêutron , tem uma estrutura interna (veja a figura). No entanto, nem as partículas elementares nem as compostas estão espacialmente localizadas, devido ao princípio da incerteza de Heisenberg . O pacote de ondas de partículas sempre ocupa um volume diferente de zero. Por exemplo, veja orbital atômico : O elétron é uma partícula elementar, mas seus estados quânticos formam padrões tridimensionais.

No entanto, há uma boa razão para que uma partícula elementar seja freqüentemente chamada de partícula pontual. Mesmo uma partícula elementar tem um pacote de ondas deslocalizado, o pacote de ondas pode ser representada como uma superposição quântica de estados quânticos em que a partícula é exactamente localizadas. Além disso, as interações da partícula podem ser representadas como uma superposição de interações de estados individuais que são localizados. Isso não é verdade para uma partícula composta, que nunca pode ser representada como uma superposição de estados quânticos exatamente localizados. É nesse sentido que os físicos podem discutir o "tamanho" intrínseco de uma partícula: o tamanho de sua estrutura interna, não o tamanho de seu pacote de ondas. O "tamanho" de uma partícula elementar, nesse sentido, é exatamente zero.

Por exemplo, para o elétron, a evidência experimental mostra que o tamanho de um elétron é menor que 10 −18 m. Isso é consistente com o valor esperado de exatamente zero. (Isso não deve ser confundido com o raio do elétron clássico , que, apesar do nome, não está relacionado ao tamanho real de um elétron.)

Veja também

Notas e referências

Notas

Bibliografia

Leitura adicional