Trabalho de Mecânica Quântica

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1- INTRO NTROD DUÇÃO UÇÃO

A Mecânica Mecânica Quântica (MC) começou a ser desenvolvida no início do século XX, após os físicos observarem ue a física cl!ssica n"o estava sendo suficiente para e#plicar certos fen$menos físicos ue estavam em fase de e#perimentaç"o% &la &la revo revolu luci cion onou ou as idéi idéias as ue ue foram foram post postul ulad adas as sobr sobree a maté matéria ria até até a'or a'ora% a% Anti'amente tinase como base ue a matéria era composta por partículas ou ondas, porém através do estudo da Mecânica Quântica concluiuse ue a matéria é composta por partículas e ondas simultaneamente% *m dos dos prin princí cípi pios os ue ue re'e re'em m a mecâ mecâni nica ca uân uânti tica ca é o prin princí cípi pioo da ince incerte rte+a +a formulado por einsber'% -e acordo com esse princípio n"o se pode determinar com precis"o e simultaneamente o momento de uma partícula% .u se/a, em uma e#peri0ncia n"o se pode determinar simultaneamente o valor e#ato de um componente do momento p# de uma  partícula e também o valor e#ato da coordenada correspondente,  x. A fórmula ue e#plica o  principio da incerte+a é essa essa ∆px . ∆x ≥ 

, onde p# é conecido como a incerte+a de ∆px , e

a posiç"o # no mesmo instante é a incerte+a ∆x % A Mecânica Quântica estuda os sistemas físicos com tamanos e dimens1es menores ue a de um !tomo% Apesar de ser aplicada, em sua maioria, em elementos microscópicos, também serve para analisar eventos macroscópicos% . estudo da MC é uma !rea muito abran'ente, foi através dela ue foram descobertos os raiosX, a computaç"o uântica, tem participaç"o nos estudos da nanotecnolo'ia e do eletroma'netismo% & ela foi de 'rande importância na ind2stria tecnoló'ica, pois permitiu ue ouvesse um 'rande avanço na mesma, nas mais diversas !reas de aplicaç"o%

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2- TEORIA DE PLANCK 

&m 3455 o alem"o Ma# 6lanc7 postulou a teoria de ue a matéria só podia emitir ou receber ener'ia em peuenas uantidades camadas 8uanta9, essa teoria refutou a teoria ondulatória cl!ssica, ue afirmava a distribuiç"o uniforme da ener'ia através de ondas% As  partículas oscilando só poderiam emitir ener'ia por pacotes contínuos, e a ener'ia destes seria  proporcional a freu0ncia na forma &:f, onde 89 é camado de constante de 6lanc7%

3- EXPERIMENTO DE DUPLA FENDA

*m e#emplo ue a mecânica uântica e#plica é o camado e#perimento de dupla fenda% &le consiste em notar as diver'0ncias da propa'aç"o de um laser, ou fonte de ener'ia uaisuer, dependendo da uantidade de fendas ue a onda atravessa% ;otamos na ima'em ue, ao passar por duas fendas, a onda passa por um est!'io camado de 8superposiç"o uântica9% . ue vem a ser essa superposiç"o Quântica< =e'undo a Mecânica Quântica si'nifica a soma de funç1es de ondas% >asicamente se di+ ue a combinaç"o das ondas resulta eu uma sobreposiç"o, atin'indo o local final (o ue passou por mais uantidade de fendas) com mais intensidade% Apesar deste e#perimento n"o ter aplicaç1es no nosso cotidiano, analis!lo é importante, pois levanta a se'uinte uest"o? Quanto vale o ponto de vista de cada pessoa< &studos dentro da Mecânica Quântica tentam e#plicar o valor de um observador, pois, depois de v!rias tentativas dentro deste e#perimento se constatou o valor do ponto de vista individual, pois, dependendo do observador, as ondas finais poderiam ser vistas em lina reta ou em fei#es sobrepostos%

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Figura 1: Confito entre as ondas após a passagem por duas endas.

4- EFEITO FOTOELÉTRICO

.utro estudo conecido mundialmente ue teve a utili+aç"o da Mecânica Quântica  para ue fosse reali+ado com sucesso é o camado efeito fotoelétrico% &ste e#perimento conse'uiu relacionar a lu+ com corrente elétrica, fato ue levou muitos cientistas ao fracasso na tentativa de e#plic!lo% Quem conse'uiu revolucionar a física e dar uma e#plicaç"o  plausível ue relacionasse as freu0ncias de lu+ com o movimento dos elétrons em uma corrente foi Albert &instein% 6artindo dos princípios estudados por 6lanc7, &instein prop$s ue a ener'ia luminosa deve ser uanti+ada, isto é, um fei#e de lu+ n"o si'nifica ener'ia 8solta9 no ar e sim a'lomerados de ener'ia (uantas)% Alem dessa conclus"o, usando as conclus1es de 6lanc7, &instein nos d! uma formula matem!tica para calcular a ener'ia desses a'lomerados? freu0ncia da onda multiplicado pela constante de 6lanc7% Após todas as aplicaç1es matem!ticas feitas por &instein, a tecnolo'ia se encarre'ou de ue o efeito fotoelétrico participasse do cotidiano do ser umano, por meio de lasers ue usam a freu0ncia da lu+ emitida para 'erar corrente elétrica e, por e#emplo, fa+er a leitura de um aparelo de -@-% o/e em dia este efeito fotoelétrico também é utili+ado no mecanismo de abertura autom!tica das portas de soppin's, acendimento autom!tico das lu+es de um recinto, sensor  de presença embutido nas portas dos elevadores, evitando ue os mesmos se fecem caso a/a al'uém  frente dele, etc%

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5- COMPUTAÇÃO QUÂNTICA

A computaç"o uântica (CQ) est! sendo desenvolvida porue os computadores cl!ssicos possuem limitaç1es, principalmente na sua !rea de inteli'0ncia artificial (BA) em ue n"o e#istem computadores com pot0ncia

ou velocidade suficiente para suportar Bas

avançadas% .s computadores uânticos também est"o sendo desenvolvidos para resolver   problemas de fatoraç"o de n2meros primos muito 'randes, lo'aritmos discretos e simulaç"o de problemas de física uântica% *m computador uântico reali+a c!lculos utili+ando a teoria da sobreposiç"o, ue é uma técnica usada em Mecânica Quântica% .s CQs s"o incrivelmente mais r!pidos ue os computadores atuais, ce'ando ter sua velocidade pró#ima a velocidade da lu+, eles s"o compostos de n0utrons, elétrons, fótons e pósitrons, com isso podese afirmar ue o  processador de um CQ possui tamano em escala at$mica% =e'undo os estudos um computador uântico ser! capa+ de decodificar cripto'rafias, ue os computadores cl!ssicos demorariam anos para decodificar, em apenas al'uns se'undos% A 2nica maneira de contornar essa decodificaç"o seria criando uma cripto'rafia uântica, porém a mesma é praticamente inuebr!vel% *ma das propriedades ue re'e a computaç"o uântica é o emaranamento uântico, essa técnica consiste em elétrons e fótons li'ados por um tipo especial de correlaç"o, emaranamento% . estado físico dessas partículas é indivisível, sendo ue n"o é possível associar um 2nico estado físico a cada uma das partículas, só ao todo, sendo esse estado identific!vel% 6ara ue um computador uântico funcione é necess!rio ue todos os seus componentes se/am uânticos% . bit do computador convencional, ue só pode assumir  valores de 3 ou 5, foi transformado em ubit na computaç"o uântica em ue seus valores  podem ser 3 e 5 simultaneamente, o ubit utili+a a pr!tica uântica camada de sobreposiç"o, ue consiste em uma partícula est! em dois ou mais estados ao mesmo tempo% 6elo fato de um CQ utili+ar fótons, prótons e n0utrons para substituir os cristais de silício, os CQ aduirem um potencial computacional incalcul!vel% Ao invés de tratar as informaç1es de maneira isolada e seuencial, o ubit inte'ra as informaç1es de todos os dados criando novas dimens1es para o processamento, em ue o mesmo é tratado em mais de uma dimens"o%

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. computador uântico admite uma técnica camada de paralelismo% . paralelismo uântico abre um mundo de possibilidades /! ue o mesmo torna possível ue centenas de informaç1es e dados se/am processadas ao mesmo tempo% Apesar de tudo a computaç"o uântica possui suas limitaç1es, em ue o procedimento da sobreposiç"o é muito sensível a ualuer tipo de ruído, e isso pode levar a perda de todos os dados processados% .utro problema é o superauecimento das m!uinas uânticas% A computaç"o uântica ainda est! lon'e de ser uma realidade presente no cotidiano das pessoas, pois os computadores uânticos ue e#istem s"o muito rudimentares e lon'e da realidade ue os cientistas pretendem encontrar% 6orém e#istem v!rios pólos de pesuisas espalados pelo mundo voltados para estudos nessa !rea%

6- MECÂNICA QUÂNTICA E OS MATERIAIS

A 'eraç"o dos raios # é e#plicada pela mecânica uântica% Como As órbitas dos elétrons comportamse como uma onda, a partir daí criase o conceito de ue a matéria apresenta dualidade ondaDpartículaE a nature+a ondulatória do elétron e do n0utron pode ser   provada após fa+er a cl!ssica e#peri0ncia da difraç"o% &m 34FG foi criado o primeiro microscópio eletr$nico, pelos estudantes de en'enaria Hnoll e Ius7a% &sse microscópio era de transmiss"o, e nele o fei#e de elétrons deve atravessar  uma amostra finíssima, a interaç"o do fei#e dos !tomos com a amostra 'era uma ima'em em uma placa pintada com tinta fluorescente% A intenç"o dessa ima'em criada era determinar a estrutura cristalina de cada fase ue constituía o materialE as ima'ens 'eradas eram somente em duas dimens1es, e mostravam apenas o interior da matéria, n"o sendo possível mostrar a superfície da mesmaE Hnoll encarou isso como sendo um problema% &m 34FJ, foi 'erada a primeira ima'em por varredura de elétrons, aparelo ue foi criado pelo próprio Hnoll% &sse método consiste em varrer a seç"o da amostra ue se uer  observar através de uma seuencia de linas% Ao contrario do microscópio de transmiss"o, no de varredura a ima'em e processada e n"o 'erada diretamente% As vanta'ens dessas técnicas, a de transmiss"o e a de varredura, s"o ue através delas a estrutura dos materiais pode ser caracteri+ada, e também porue apresenta a propriedade de uma 'rande distância focal, ue permite por em foco as ima'ens de uma superfície e#tremamente irre'ular%

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As propriedades da mecânica uântica podem au#iliar no estudo de materiais% Mas como ;a deformaç"o de um material d2ctil mais precisamente% &m al'uns metais, os !tomos s"o esferas rí'idas, e ao colidir uma esfera com outra pode aver a deformaç"o das mesmas% Mas para ue essa colis"o ocorra é preciso ue uma esfera se desli'ue da ual tina a sua li'aç"o ori'inal% A Mecânica Quântica 'era um c!lculo da ener'ia de li'aç"o uímica, assim como a e#plicaç"o de como se comportavam as li'aç1es met!licas e covalentes, foi de 'rande importância para prever o comportamento mecânico de metais e cerâmicas% &m 34FK o físico .roLan prop$s ue a estrutura cristalina era imperfeita, ue ao lon'o dos planos at$micos poderia aver falas, a essas falas foram dados os nomes de discordâncias e deslocaç1esE porém os outros estudiosos dessa !rea n"o deram muito valor a essa ideia% Mas através de diversos e#perimentos reali+ados observouse ue a teoria da discordância se aplicava perfeitamente a deformaç"o dos materiais% =omente em 34J um 'rupo de estudiosos observou o efeito da discordância por um microscópio eletr$nico, esses defeitos dos cristais re'em a deformaç"o dos metais, e através do empilamento dos defeitos sur'e uma re'i"o onde os !tomos perdem as suas li'aç1es, e isso resulta no sur'imento e crescimento de trincas, e também causa o endurecimento dos metais% . conecimento de como esses defeitos se comporta, durante a deformaç"o, permite determinar o processamento dos metais%

Figura 2: Um exemplo da deormação de metais é a abricação da porta de um automóel! em "ue uma c#apa de aço plana é colocada entre dois moldes "ue apresentam o ormato $nal da porta.

“As aplicações da mecânica quântica são óbvias na indústria eletrônica, com a criação de componentes como os transistores e os microprocessadores. Mas o desenvolvimento da indústria metalmecânica, o sur!imento de novos materiais, assim como a construção civil, se valeram dos instrumentos que a mecânica quântica "orneceu para a an#lise e caracteri$ação

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dos materiais. %o&e observamos que os m'todos criados pela mecânica quântica se trans"ormaram em instrumentos comuns no ambiente industrial, tanto como controladores de  processos como no controle de qualidade, e que o "im da evolução dos m'todos atuais, e  sur!imento de novos ainda est# lon!e de ser atin!ido.(

>AII.=, Ale#andre M%, uântica e ci0ncia dos materiais, disponibili+ado na internet

7- MEDICINA QUÂNTICA

A mecânica uântica trou#e  medicina muitas possibilidades, os princípios da mesma sobre os uais a medicina uântica se baseia permite ue se/am feitos dia'nósticos, tratamentos e prevenç1es dos mais variados tipo de doenças% A medicina uântica permite dia'nósticos de doenças emocionais (depress"o e ataues do pânico), inflamatórias, les1es, autoimunes, de'enerativas, entre outras% Mas além de fa+er  o dia'nóstico ela trata as doenças através de teorias uânticas% Após de obter o resultado a medicina uântica seleciona o tratamento mais vi!vel para a doença dia'nosticada% ;o 'eral as terapias atuam a um nível vibracional, alterando a freu0ncia do ór'"o, sistema ou emoç"o em deseuilíbrio, devolvendo ao or'anismo o seu funcionamento perfeito%  ;a medicina uântica s"o incorporados efeitos terap0uticos dos diferentes campos do eletroma'netismo como as radiaç1es, infravermela e de pulso de laser, a lu+ vermela visível e do campo ma'nético est!vel, com a intenç"o de transformar as células inst!veis em est!veis e saud!veis% A medicina uântica é e#tremamente efica+ em tratamentos de depress"o e outros deseuilíbrio emocionais e físicos% &la trata s doenças ao nível do tecido fa+endo com ue o estado patoló'ico da inflamaç"o se/a redu+ido a microcirculaç"o com as mudanças de suprimento de san'ue para as células, resultando em les1es isu0micas% Qualuer influ0ncia

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ue ser! capa+ de diminuir a duraç"o do estado isu0mico ter! efeito benéfico sobre a doença, redu+indo a dor ue a acompana% A uantum medicine (medicina uântica) n"o possui somente essas aplicaç1es% &la também au#ilia no dia'nostico de les1es nos ossos, através do aparelo de raiosX ue pode ser e#plicado através do efeito fotoelétrico citado acima% 6elo fato da mecânica uântica se tratar de partículas menores ue as at$micas ela pode au#iliar em muitos processos da medicina, sem alterar drasticamente a matéria, um e#emplo s"o as cirur'ias a lasers ue est"o cada ve+ mais presentes na medicina%

- CONCLUSÃO

A mecânica uântica foi de suma importância para a evoluç"o da física, pois foi através dela ue e#perimentos ue aparentemente n"o tinam resoluç"o foram resolvidos e e#plicados de maneira plausível% -esse ponto em diante a teoria uântica foi evoluindo 'radualmente% . estudo da mecânica uântica trou#e diversos benefícios a vida dos seres umanos,  pois foi através dele ue se descobriram maneiras vi!veis para resolver coisas do cotidiano diretamente ou indiretamente% A computaç"o uântica é o clíma# da mecânica uântica atualmente, apesar de estar  em fase de desenvolvimento, pois ela é capa+ de uebrar diversos paradi'mas da física% Quando, enfim, a computaç"o uântica estiver concluída as pessoas ver"o a verdadeira influ0ncia da mecânica uântica no mundo% Apesar do estudo da mecânica uântica ser relativamente novo, /! se sabe muito sobre o assunto e sobre a sua importância no mundo% Ainda ! muito a se descobrir, teorias e aplicaç1es estupendas, t"o boas uanto a computaç"o uântica% 6or ora é só aproveitar e admirar o ue ela /! oferece%

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!- "I"LIO#RAFIA M$%&'($) *$ (+%&'+&%

>AII.=,

Ale#andre%

Quântica

e

a

ci0ncia

dos

materiais,

/un%

G553%

ttp?DDafisicasemove%blo'spot%com%brDG554D5GDima'ensuanticascomputadores%tml

acesso

ttp?DDLLL%comciencia%brDreporta'ensDfisicaDfisica3G%tm acesso em 3FD5KDG53F% >&NB=OIB., Ioberto% Bma'ens uânticas, computadores uânticos, fev% G554%

em 3GD5KDG53F% CA@ANCA;P&, Hléber% 6rincípio da incerte+a% ttp?DDLLL%brasilescola%comDfisicaDprincipio incerte+a%tm acesso em 3FD5KDG53F% MAIPB;=, &laine%  ora de descobrir os se'redos da computaç"o uântica, a'o% G554% ttp?DDLLL%tecmundo%com%brDcomputacaouanticaDGeoradedescobrirosse'redosda computacaouantica%tm acesso em 3FD5KDG53F% MBIA;-A,

Ruliana%

A

teoria

de

6lanc7,

ttp?DDLLL%sitedecuriosidades%comDcuriosidadeDateoriadeplanc7%tml

fev% acesso

G53G% em

3JD5KDG53F% Medicina

uântica

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cura

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ataues

de

ttp?DDtratamentodadepressao%or'D3SmedicinauanticaD acesso em 3JD5KDG53F%

pânico%

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=*MOIB. 3% G% F% K% J% % T% S% 4%

Bntroduç"o%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%p% 3 Peoria de 6lanc7%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%p% G &#perimento de dupla fenda%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%p% G &feito fotoelétrico%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%p% F Computaç"o uântica%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%p% F Mecânica uântica e materiais%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%p% J Medicina uântica%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%p% T Conclus"o%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%p% S >iblio'rafia%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%p% 4

Norrane Uabriela Castro =oares B+abella de =ou+a Mene+es

>SGCUT

&C3>F5 &C3>F5

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Cleber Carvalo Neocardio

>T33K4F

&C3AF5

Ruliana de Ara2/o Vonteles

>T43J-G

&C3>F5

A6NBCAW&= -A M&CY;BCA Q*Y;PBCA

Prabalo apresentado ao professor ;ilo =erpa  da disciplina de tópicos 'eral de física do curso de &n'enaria Civil

*niversidade 6aulista *;B6 >rasília, 3T de abril de G53F

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A6NBCAW&= -A M&CY;BCA Q*Y;PBCA

>rasília, 3T de abril de G53F