Estejamos lançando um ônibus espacial ou tentando descobrir outro planeta semelhante à Terra, contamos com leis e teorias científicas para nos guiar. © 2018 HowStuffWorks Os cientistas têm muitas ferramentas disponíveis para tentar descrever como a natureza e o universo em geral funcionam. Freqüentemente, buscam primeiro as leis e teorias. Qual é a diferença? UMA lei científica muitas vezes pode ser reduzido a uma afirmação matemática, tal como E =mc²; é uma declaração específica baseada em dados empíricos, e sua verdade é geralmente confinada a um certo conjunto de condições. Por exemplo, no caso de E =mc², c se refere à velocidade da luz no vácuo.
UMA Teoria científica freqüentemente procura sintetizar um corpo de evidências ou observações de fenômenos particulares. É geralmente - embora nem sempre - um grandioso, declaração testável sobre como a natureza opera. Você não pode necessariamente reduzir uma teoria científica a uma declaração ou equação enérgica, mas representa algo fundamental sobre como a natureza funciona.
Tanto as leis quanto as teorias dependem de elementos básicos do método científico, como gerar uma hipótese, testando essa premissa, encontrar (ou não encontrar) evidências empíricas e chegar a conclusões. Eventualmente, outros cientistas devem ser capazes de replicar os resultados se o experimento for destinado a se tornar a base para uma lei ou teoria amplamente aceita.
Neste artigo, veremos 10 leis e teorias científicas que você pode querer aperfeiçoar, mesmo se você não se encontrar, dizer, operar um microscópio eletrônico de varredura com tanta frequência. Vamos começar com um estrondo e passar para as leis básicas do universo, antes de atingir a evolução. Finalmente, vamos abordar alguns materiais mais importantes, mergulhar no reino da física quântica.
A teoria do big bang © 2018 HowStuffWorks Se você vai conhecer uma teoria científica, torne-o aquele que explica como o universo chegou ao seu estado atual. Com base na pesquisa realizada por Edwin Hubble, Georges Lemaitre e Albert Einstein, entre outros, a teoria do big bang postula que o universo começou há quase 14 bilhões de anos com um evento de expansão massiva. No momento, o universo estava confinado a um único ponto, abrangendo toda a matéria do universo. Esse movimento original continua hoje, à medida que o universo continua se expandindo para fora.
A teoria do big bang ganhou amplo apoio na comunidade científica depois que Arno Penzias e Robert Wilson descobriram radiação cósmica de fundo em micro-ondas em 1965. Usando radiotelescópios, os dois astrônomos detectaram ruído cósmico, ou estático, que não se dissipou com o tempo. Colaborando com o pesquisador de Princeton Robert Dicke, a dupla confirmou a hipótese de Dicke de que o big bang original deixou para trás radiação de baixo nível detectável em todo o universo.
Hubble e sua famosa lei ajudaram a quantificar o movimento das galáxias do universo. © 2018 HowStuffWorks Vamos ficar com Edwin Hubble por um segundo. Enquanto a década de 1920 passou rugindo e a Grande Depressão passou mancando, O Hubble estava realizando pesquisas astronômicas inovadoras. O Hubble não só provou que havia outras galáxias além da Via Láctea, ele também descobriu que essas galáxias estavam se distanciando da nossa, um movimento que ele chamou recessão .
A fim de quantificar a velocidade deste movimento galáctico, Hubble propôs Lei da Expansão Cósmica de Hubble , também conhecida como lei de Hubble, uma equação que afirma: velocidade =H × distância . Velocidade representa a velocidade recessional da galáxia; H é a constante de Hubble, ou parâmetro que indica a taxa na qual o universo está se expandindo; e distância é a distância da galáxia daquela com a qual está sendo comparada.
A constante de Hubble foi calculada em diferentes valores ao longo do tempo, mas o valor atual aceito é de 70 quilômetros / segundo por megaparsec, o último sendo uma unidade de distância no espaço intergaláctico [fonte:White]. Para nossos propósitos, isso não é tão importante. O que mais importa é que a lei de Hubble fornece um método conciso para medir a velocidade de uma galáxia em relação à nossa. E talvez o mais significativo, a lei estabeleceu que o universo é composto de muitas galáxias, cujos movimentos remontam ao big bang.
Lei das áreas de Kepler © 2018 HowStuffWorks Durante séculos, cientistas lutaram entre si e com líderes religiosos sobre as órbitas dos planetas, especialmente sobre se eles orbitavam nosso sol. No século 16, Copérnico apresentou seu conceito controverso de um sistema solar heliocêntrico, em que os planetas giravam em torno do sol - não da Terra. Mas seria necessário Johannes Kepler, com base no trabalho realizado pela Tyco Brahe e outros, para estabelecer uma base científica clara para os movimentos dos planetas.
Kepler três leis do movimento planetário - formado no início do século 17 - descreve como os planetas orbitam o sol. A primeira lei, às vezes chamado de lei das órbitas , afirma que os planetas orbitam o sol elipticamente. A segunda lei, a lei das áreas , afirma que uma linha que conecta um planeta ao sol cobre uma área igual por períodos iguais de tempo. Em outras palavras, se você está medindo a área criada traçando uma linha da Terra ao sol e acompanhando o movimento da Terra ao longo de 30 dias, a área será a mesma, não importa onde a Terra esteja em sua órbita quando as medições começarem.
O terceiro, a lei dos períodos , nos permite estabelecer uma relação clara entre o período orbital de um planeta e sua distância do sol. Graças a esta lei, sabemos que um planeta relativamente perto do sol, como Vênus, tem um período orbital muito mais breve do que um planeta distante, como Netuno.
Graças à lei universal de Newton, podemos descobrir a força gravitacional entre quaisquer dois objetos. © 2018 HowStuffWorks Podemos ter isso como certo agora, mas mais de 300 anos atrás, Sir Isaac Newton propôs uma ideia revolucionária:que quaisquer dois objetos, não importa sua massa, exercem força gravitacional um em direção ao outro. Essa lei é representada por uma equação que muitos alunos do ensino médio encontram nas aulas de física. É o seguinte:
F =G × [(m 1 m 2 ) / r 2 ]
F é a força gravitacional entre os dois objetos, medido em Newtons. M 1 e m 2 são as massas dos dois objetos, enquanto r é a distância entre eles. G é a constante gravitacional, um número atualmente calculado como 6,672 × 10 -11 N m 2 kg -2 [fonte:Weisstein].
O benefício da lei universal da gravitação é que ela nos permite calcular a atração gravitacional entre quaisquer dois objetos. Esta habilidade é especialmente útil quando os cientistas estão, dizer, planejando colocar um satélite em órbita ou mapeando o curso da lua.
Segunda lei do movimento de Newton © 2018 HowStuffWorks Já que estamos falando de um dos maiores cientistas que já existiram, vamos passar para outras famosas leis de Newton. Suas três leis do movimento constituem um componente essencial da física moderna. E como muitas leis científicas, eles são bastante elegantes em sua simplicidade.
A primeira das três leis afirma que um objeto em movimento permanece em movimento, a menos que seja acionado por uma força externa. Para uma bola rolando pelo chão, que a força externa pode ser o atrito entre a bola e o chão, ou pode ser a criança que chuta a bola em outra direção.
A segunda lei estabelece uma conexão entre a massa de um objeto ( m ) e sua aceleração ( uma ), na forma da equação F =m × uma . F representa a força, medido em Newtons. Também é um vetor, o que significa que tem um componente direcional. Devido à sua aceleração, aquela bola rolando pelo chão tem um particular vetor , uma direção em que está viajando, e é contabilizado no cálculo de sua força.
A terceira lei é bastante concisa e deve ser familiar para você:para cada ação há uma reação igual e oposta. Isso é, para cada força aplicada a um objeto ou superfície, aquele objeto empurra de volta com a mesma força.
As leis da termodinâmica em ação © 2018 HowStuffWorks O físico e romancista britânico C.P. Snow disse uma vez que um não-cientista que não conhecia a segunda lei da termodinâmica era como um cientista que nunca leu Shakespeare [fonte:Lambert]. A agora famosa declaração de Snow pretendia enfatizar a importância da termodinâmica e a necessidade de os não-cientistas aprenderem sobre ela.
Termodinâmica é o estudo de como a energia funciona em um sistema, seja um motor ou o núcleo da Terra. Pode ser reduzido a várias leis básicas, que Snow resumiu inteligentemente da seguinte maneira [fonte:Physics Planet]:
Vamos desempacotar isso um pouco. Dizendo que você não pode vencer, Neve significava que, uma vez que matéria e energia são conservadas, você não pode obter um sem desistir de algum do outro (ou seja, E =mc²). Também significa que para um motor produzir trabalho, você tem que fornecer calor, embora em qualquer coisa diferente de um sistema perfeitamente fechado, algum calor é inevitavelmente perdido para o mundo exterior, o que então leva à segunda lei.
A segunda afirmação - você não pode empatar - significa que, devido à entropia cada vez maior, você não pode retornar ao mesmo estado de energia. A energia concentrada em um local sempre fluirá para locais de concentração mais baixa.
Finalmente, a terceira lei - você não pode sair do jogo - refere-se ao zero absoluto, a menor temperatura teórica possível, medido a zero Kelvin ou (menos 273,15 graus Celsius e menos 459,67 graus Fahrenheit). Quando um sistema atinge o zero absoluto, moléculas param todo o movimento, o que significa que não há energia cinética, e a entropia atinge seu valor mais baixo possível. Mas no mundo real, mesmo nos recessos do espaço, chegar a absolutamente zero é impossível - você só pode chegar muito perto disso.
A flutuabilidade mantém tudo flutuando, de patos de borracha a transatlânticos. © 2018 HowStuffWorks Depois que ele descobriu seu princípio de flutuabilidade, o antigo estudioso grego Arquimedes supostamente gritou "Eureca!" e correu nu pela cidade de Siracusa. A descoberta era tão importante. A história diz que Arquimedes fez sua grande descoberta quando percebeu a elevação da água quando ele entrou na banheira [fonte:Tremor].
De acordo com Princípio de flutuabilidade de Arquimedes , a força agindo sobre, ou flutuando, um objeto submerso ou parcialmente submerso é igual ao peso do líquido que o objeto desloca. Esse tipo de princípio tem uma gama imensa de aplicações e é essencial para cálculos de densidade, bem como projetar submarinos e outras embarcações oceânicas.
Um exemplo hipotético (e simplificado) de como a seleção natural pode funcionar entre sapos. © 2018 HowStuffWorks Agora que estabelecemos alguns dos conceitos fundamentais de como nosso universo começou e como a física atua em nossas vidas diárias, vamos voltar nossa atenção para a forma humana e como nos tornamos o que somos. De acordo com a maioria dos cientistas, toda a vida na Terra tem um ancestral comum. Mas, para produzir a imensa quantidade de diferença entre todos os organismos vivos, alguns tiveram que evoluir para espécies distintas.
Em um sentido básico, esta diferenciação ocorreu através da evolução, por meio de descida com modificação [fonte:UCMP]. Populações de organismos desenvolveram características diferentes, através de mecanismos como mutação. Aqueles com características que eram mais benéficas para a sobrevivência, como, uma rã cuja coloração marrom permite que seja camuflada em um pântano, foram naturalmente selecionados para a sobrevivência; daí o termo seleção natural .
É possível expandir essas duas teorias mais detalhadamente, mas este é o básico, e inovador, descoberta que Darwin fez no século 19:que a evolução por meio da seleção natural é responsável pela enorme diversidade da vida na Terra.
A teoria da relatividade geral de Einstein mudou nossa compreensão do universo. © 2018 HowStuffWorks Albert Einstein teoria da relatividade geral permanece uma descoberta importante e essencial porque alterou permanentemente a forma como olhamos para o universo. O grande avanço de Einstein foi dizer que o espaço e o tempo não são absolutos e que a gravidade não é simplesmente uma força aplicada a um objeto ou massa. Em vez, a gravidade associada a qualquer massa curva o próprio espaço e tempo (freqüentemente chamado de espaço-tempo) ao seu redor.
Para conceituar isso, imagine que você está viajando pela Terra em linha reta, indo para o leste, começando em algum lugar do hemisfério norte. Depois de um tempo, se alguém identificasse sua posição em um mapa, você na verdade estaria tanto ao leste quanto ao sul de sua posição original. Isso porque a Terra é curva. Para viajar diretamente para o leste, você teria que levar em consideração a forma da Terra e se inclinar ligeiramente para o norte. (Pense na diferença entre um mapa de papel plano e um globo esférico.)
O espaço é praticamente o mesmo. Por exemplo, para os ocupantes do ônibus espacial orbitando a Terra, pode parecer que estão viajando em linha reta pelo espaço. Na realidade, o espaço-tempo em torno deles está sendo curvado pela gravidade da Terra (como seria com qualquer objeto grande com imensa gravidade, como um planeta ou um buraco negro), fazendo com que ambos se movam para frente e pareçam orbitar a Terra.
A teoria de Einstein teve implicações tremendas para o futuro da astrofísica e cosmologia. Explicou um menor, anomalia inesperada na órbita de Mercúrio, mostrou como a luz das estrelas se curva e lançou as bases teóricas para os buracos negros.
É uma partícula, uma onda ou ambas? © 2018 HowStuffWorks A teoria da relatividade mais ampla de Einstein nos disse mais sobre como o universo funciona e ajudou a estabelecer as bases para a física quântica, mas também introduziu mais confusão na ciência teórica. Em 1927, este sentido de que as leis do universo eram, em alguns contextos, flexível, levou a uma descoberta inovadora pelo cientista alemão Werner Heisenberg.
Ao postular seu Princípio da incerteza , Heisenberg percebeu que era impossível saber simultaneamente, com um alto nível de precisão, duas propriedades de uma partícula. Em outras palavras, você pode saber a posição de um elétron com um alto grau de certeza, mas não seu momentum e vice-versa.
Niels Bohr mais tarde fez uma descoberta que ajuda a explicar o princípio de Heisenberg. Bohr descobriu que um elétron tem as qualidades de uma partícula e de uma onda, um conceito conhecido como dualidade onda-partícula , que se tornou a pedra angular da física quântica. Então, quando medimos a posição de um elétron, estamos tratando como uma partícula em um ponto específico do espaço, com um comprimento de onda incerto. Quando medimos seu momentum, estamos tratando isso como uma onda, o que significa que podemos saber a amplitude de seu comprimento de onda, mas não sua localização.
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Originalmente publicado:19 de janeiro de 2011
