Aplicações da Física Moderna

A Física Moderna é vista como uma nova fase nas investigações científicas, como um novo desafio proposto à inteligência e perseverança humanas. Quando, nos finais do século XIX Lord Kelvin (o físico J.J.Thomson) tinha declarado que na Física haviam apenas alguns detalhes insignificantes a serem desenvolvidos, pensou-se que a compreensão da totalidade através de uma perspectiva alicerçada na Física tinha atingido o seu auge. Eis que, ambicionando-se clarificar duas das “nuvens” que tomavam forma no seu horizonte (uma delas era a distribuição de energia na radiação de um corpo aquecido), surgiram as teorias e os estudos mais revolucionários da História desta ciência: a Teoria da Relatividade, a Teoria Quântica e também a Radioactividade.

Desenvolvendo trabalhos espantosos nestas novas ideias, Planck, Einstein, Bohr, Schrödinger, Heisenberg, de Broglie, Born, Pauli, Dirac, Becquerel, os Curie, entre outros, trouxeram-nos um mundo mais rico, na medida em que nos presentearam com uma vastíssima gama de aplicações que nos convidam a espreitar uma vida repleta de novas oportunidades e um futuro bem mais promissor.

Sumariamente, apresentamos algumas das principais áreas e respectivos exemplos de aplicações da Física Moderna:

↘ Indústria Tecnológica (todos os equipamentos high-tech):

• Computação (componentes como microprocessadores e processadores quânticos), que se baseia no efeito de “descoerência prolongada”. Este efeito só recentemente foi considerado, e é basicamente o desaparecimento dos efeitos quânticos num corpo macroscópico numa escala de tempo curta. Logo, estes microdispositivos permitem manipular um enorme número de partículas, o que torna os computadores ainda mais rápidos.

• Nanotecnologia: o estudo da Física Moderna permite uma melhor compreensão do mundo atómico, o que permite superar as importantes modificações das propriedades físicas e químicas que se mostram na passagem do mundo macroscópico para o mundo nanométrico. Assim, vê-se permitida a manipulação e caracterização de materiais à escala nanométrica, cuja produção promete revolucionar as propriedades dos materiais e até mesmo a concepção de novos dispositivos baseados em fenómenos físicos quânticos.

• Microscopia Electrónica: o princípio de funcionamento assenta na mecânica quântica. Num dos tipos, a amostra é “varrida” por uma sonda carregada electricamente, gerando-se uma diferença de potencial entre a sonda e a amostra; no outro tipo, sobre uma amostra incide-se uma radiação que resulta na ionização dos átomos e na produção de sinais. As variações de corrente eléctrica e as alterações de comprimentos de onda determinam as colinas e vales da superfície e caracterizam cada espécie atómica, respectivamente.

• Fotografia/Cinematografia: através de meios químicos é conseguida a fixação de imagens que posteriormente são expostas a radiação (infravermelha e ultravioleta). As sequências de fotografias e as fotografias de objectos em movimento deram origem ao cinema.
↘ Indústria/ Engenharia de Materiais (nesta secção pode-se enquadrar também a engenharia civil, a mecânica e a indústria metalúrgica):

• Novas ligas/fibras metálicas e plásticas, que conferem maior resistência e fiabilidade aos materiais.

• Processos de controlo (ex: qualidade e segurança), que se baseiam nos raios X, que permitem a visualização de corpos opacos.

↘ Medicina:

• Ressonância Magnética

• Radioterapia

• Genética/Biologia Molecular: a difracção de raios X permite determinar estruturas microscópicas, como a do DNA em 1953 por Crick e Watson, sendo uma ferramenta na investigação das estruturas genéticas.

• Tomografia PET: esta técnica permite ver o funcionamento dos órgãos, injectando-se no paciente marcadores radioactivos que reagindo com os positrões emitidos entram em processos de decaimento permitindo ao dispositivo determinar a trajectória de fotões e determinar o percurso do marcador radioactivo, informando acerca do funcionamento dos órgãos do paciente.

• Cosmética: os elementos como o Rádio eram utilizados na remoção de sinais e outros aglomerados de da pele.

↘ Telecomunicações:

• Telemóveis, televisão, rádio, etc.: o funcionamento destes aparelhos e de outros da mesma família baseia-se na transmissão de informação sob a forma de sinais eléctricos e radiações electromagnéticas.

• Satélites, GPS, etc.: como os satélites se encontram muito acima da superfície terrestre e a sua velocidade orbital é elevada, os efeitos da relatividade são muito evidentes, particularmente na medição do tempo. Isto era de prever, pois os relógios num referencial em movimento tendem a atrasar-se. Apesar de serem usados relógios atómicos bastante precisos, há necessidade de os sincronizar, de modo a compensar as discrepâncias nas medições.

↘ Geologia: a visualização, determinação e interpretação do interior da estrutura atómica vieram permitir o estudo das composições das rochas, terrenos, sais minerais, etc.

• Cristalografia

• Mineralogia
↘ Produção de Energia

• Células Fotovoltáicas: baseiam-se no efeito fotoeléctrico para produzirem energia eléctrica.


• Centrais Nucleares: a manipulação de núcleos atómicos de certos elementos permite a produção de enormes quantidades de energia.


↘ Espectroscopia: no século XIX tornou-se um instrumento fundamental na química, essencialmente na identificação de elementos. As linhas dos espectros (de emissão e de absorção) correspondem a frequências exactas distintas de absorção e emissão da radiação, o que é explicado pelos diferentes estados quânticos (e transições electrónicas) dos elementos.