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Partícula

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 Nota: Para outros significados, veja Partícula (desambiguação).
Os soldadores a arco precisam se proteger de faíscas de soldagem, que são partículas metálicas aquecidas que voam da superfície de soldagem.

Nas ciências físicas, uma partícula (ou corpúsculo em textos mais antigos) é um pequeno objeto localizado que pode ser descrito por diversas propriedades físicas ou químicas, como volume, densidade ou massa.[1][2] Elas variam muito em tamanho ou quantidade, desde partículas subatômicas, como o elétron, até partículas microscópicas, como átomos e moléculas, e partículas macroscópicas, como pós e outros materiais granulares. As partículas também podem ser usadas para criar modelos científicos de objetos ainda maiores, dependendo de sua densidade, como humanos se movendo em uma multidão ou corpos celestes em movimento.

O termo partícula tem um significado bastante geral e é refinado conforme a necessidade de cada campo científico. Qualquer coisa composta de partículas pode ser chamada de particulado.[3] No entanto, o substantivo particulado é mais frequentemente usado para se referir a poluentes na atmosfera terrestre, que são uma suspensão de partículas desconexas, em vez de uma agregação de partículas conectadas.

Propriedades conceituais

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Partículas são frequentemente representadas como pontos. Essa figura pode representar o movimento de átomos em um gás, pessoas em multidões ou estrelas no céu noturno.

O conceito de partículas é especialmente útil na modelagem da natureza, pois o tratamento completo de muitos fenômenos pode ser complexo e também envolver cálculos difíceis.[4] Ele pode ser usado para fazer suposições simplificadoras sobre os processos envolvidos. Francis Sears e Mark Zemansky, em University Physics, dão o exemplo do cálculo do local de aterrissagem e da velocidade de uma bola de beisebol lançada ao ar. Eles gradualmente despojam a bola de beisebol da maioria de suas propriedades, primeiro idealizando-a como uma esfera rígida e lisa, depois negligenciando a rotação, a flutuabilidade e o atrito, reduzindo, em última análise, o problema à balística de uma partícula pontual clássica.[5] O tratamento de um grande número de partículas é o domínio da física estatística.[6]

Tamanho

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As galáxias são tão grandes que as estrelas podem ser consideradas partículas em relação a elas.

O termo "partícula" é geralmente aplicado de forma diferente a três classes de tamanhos. O termo partícula macroscópica geralmente se refere a partículas muito maiores que átomos e moléculas. Estas são geralmente abstraídas como partículas pontuais, embora tenham volumes, formas, estruturas, etc. Exemplos de partículas macroscópicas incluem pó, poeira, areia, pedaços de detritos durante um acidente de carro ou mesmo objetos tão grandes quanto as estrelas de uma galáxia.[7][8]

Outro tipo, partículas microscópicas, geralmente se refere a partículas com tamanhos que variam de átomos a moléculas, como dióxido de carbono, nanopartículas e partículas coloidais. Essas partículas são estudadas na Química, bem como nas físicas atômica e molecular.

As menores partículas são as partículas subatômicas, que se referem a partículas menores que os átomos.[9] Estas incluem partículas como as constituintes dos átomos – prótons, nêutrons e elétrons – bem como outros tipos de partículas que só podem ser produzidas em aceleradores de partículas ou raios cósmicos. Essas partículas são estudadas na física de partículas.

Devido ao seu tamanho extremamente pequeno, o estudo de partículas microscópicas e subatômicas se enquadra no âmbito da mecânica quântica. Elas exibirão fenômenos demonstrados no modelo de partícula em uma caixa,[10][11] incluindo a dualidade onda e partícula[12][13], e se as partículas podem ser consideradas distintas ou idênticas[14][15] é uma questão importante em muitas situações.

Composição

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Um próton é composto por três quarks e mantido unido pela interação forte.

As partículas também podem ser classificadas de acordo com a composição. Partículas compostas referem-se a partículas que têm composição – ou seja, partículas que são feitas de outras partículas.[16] Por exemplo, um átomo de carbono-14 é feito de seis prótons, oito nêutrons e seis elétrons. Em contraste, partículas elementares (também chamadas de partículas fundamentais) referem-se a partículas que não são feitas de outras partículas.[17] De acordo com nossa compreensão atual do mundo, apenas um número muito pequeno delas existe, como léptons, quarks e glúons. No entanto, é possível que algumas delas possam ser partículas compostas, afinal, e apenas pareçam elementares para os cientistas agora.[18] Embora partículas compostas possam frequentemente ser consideradas pontuais, embora tenham estrutura interna, descobriu-se até agora que partículas elementares não têm estrutura.[19]

Estabilidade

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Sabe-se que partículas elementares (como múons) e compostas (como núcleos de urânio) sofrem decaimento de partículas. Aquelas que não sofrem são chamadas de partículas estáveis, como o elétron ou um núcleo de hélio-4. O tempo de vida de partículas estáveis pode ser infinito ou longo o suficiente para dificultar tentativas de observar tais decaimentos. Neste último caso, essas partículas são chamadas de "observacionalmente estáveis". Em geral, uma partícula decai de um estado de energia alta para um estado de baixa energia emitindo alguma forma de radiação, como a emissão de fótons.

Simulação de N-corpos

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Ver artigo principal: Simulação de N corpos

Na física computacional, simulações de N-corpos (também chamadas de simulações de N-partículas) são simulações de sistemas dinâmicos de partículas sob a influência de certas condições, como estar sujeito à gravidade.[20] Essas simulações são comuns na cosmologia e na dinâmica de fluidos computacional.

N refere-se ao número de partículas consideradas. Como simulações com N mais alto são mais intensivas em termos computacionais, sistemas com grande número de partículas reais frequentemente serão aproximados a um número menor de partículas, e os algoritmos de simulação precisam ser otimizados por meio de vários métodos.[20]

Distribuição de partículas

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Ver artigo principal: Coloide

Partículas coloidais são os componentes de um coloide. Um coloide é uma substância microscopicamente dispersa uniformemente por outra substância.[21] Tal sistema coloidal pode ser sólido, líquido ou gasoso; bem como contínuo ou disperso. As partículas da fase dispersa têm um diâmetro entre aproximadamente 5 e 200 nanômetros.[22] Partículas solúveis menores que isso formarão uma solução em oposição a um coloide. Sistemas coloidais (também chamados de soluções coloidais ou suspensões coloidais) são o assunto da ciência de coloide e interface. Sólidos suspensos podem ser mantidos em um líquido, enquanto partículas sólidas ou líquidas suspensas em um gás formam um aerossol. As partículas também podem ser suspensas na forma de material particulado atmosférico, o que pode constituir poluição do ar. Partículas maiores podem, de forma semelhante, formar detritos marinhos ou detritos espaciais. Um conglomerado de partículas sólidas discretas e macroscópicas pode ser descrito como um material granular.

Ver também

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Referências

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  1. ↑ «Particle». AMS Glossary. American Meteorological Society. Consultado em 12 de abril de 2015 
  2. ↑ «Particle». Oxford English Dictionary 3rd ed. Oxford University Press. Setembro de 2005  |url-access= requer |url= (ajuda)
  3. ↑ Lambe, T. W.; Whitman, R. V. (1969). Soil Mechanics. [S.l.]: John Wiley & Sons. p. 18. ISBN 978-0-471-51192-2. A palavra "particulado" significa "de ou pertencente a um sistema de partículas". 
  4. ↑ Sears, F. W.; Zemansky, M. W. (1964). «Equilibrium of a Particle». University Physics 3rd ed. [S.l.]: Addison-Wesley. pp. 26–27. LCCN 63015265 
  5. ↑ F. W. Sears; M. W. Zemansky (1964). «Equilibrium of a Particle». University Physics 3rd ed. [S.l.]: Addison-Wesley. p. 27. LCCN 63015265. Um corpo cuja rotação é ignorada por ser irrelevante é chamado de partícula. Uma partícula pode ser tão pequena que seja uma aproximação de um ponto, ou pode ser de qualquer tamanho, desde que as linhas de ação de todas as forças que atuam sobre ela se cruzem em um ponto. 
  6. ↑ Reif, F. (1965). «Statistical Description of Systems of Particles». Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. [S.l.]: McGraw-Hill. pp. 47ff. ISBN 978-0-07-051800-1 
  7. ↑ Dubinski, J. (2003). «Galaxy Dynamics and Cosmology on Mckenzie». Canadian Institute for Theoretical Astrophysics. Consultado em 24 de fevereiro de 2011. Cópia arquivada em 2 de novembro de 2021 
  8. ↑ Coppola, G.; La Barbera, F.; Capaccioli, M. (2009). «Sérsic galaxy with Sérsic halo models of early-type galaxies: A tool for N-body simulations». Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 121 (879): 437. Bibcode:2009PASP..121..437CAcessível livremente. arXiv:0903.4758Acessível livremente. doi:10.1086/599288Acessível livremente 
  9. ↑ «Subatomic particle». YourDictionary.com. Consultado em 8 de fevereiro de 2010. Arquivado do original em 5 de março de 2011 
  10. ↑ Eisberg, R.; Resnick, R. (1985). «Solutions of Time-Independent Schroedinger Equations». Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, Ions, Compounds and Particles 2nd ed. [S.l.]: John Wiley & Sons. pp. 214–226. ISBN 978-0-471-87373-0 
  11. ↑ Reif, F. (1965). «Quantum Statistics of Ideal Gases – Quantum States of a Single Particle». Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. [S.l.]: McGraw-Hill. pp. vii–x. ISBN 978-0-07-051800-1 
  12. ↑ Eisberg, R.; Resnick, R. (1985). «Photons—Particlelike Properties of Radiation». Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles. 2nd ed. [S.l.]: John Wiley & Sons. pp. 26–54. ISBN 978-0-471-87373-0 
  13. ↑ Eisberg, R.; Resnick, R. (1985). «de Broglie's Postulate—Wavelike Properties of Particles». Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles 2nd ed. [S.l.]: John Wiley & Sons. pp. 55–84. ISBN 978-0-471-87373-0 
  14. ↑ Reif, F. (1965). «Quantum Statistics of Ideal Gases – Identical Particles and Symmetry Requirements». Fundamentals of Statistical and Thermal Dynamics. [S.l.]: McGraw-Hill. pp. 331ff. ISBN 978-0-07-051800-1 
  15. ↑ Reif, F. (1965). «Quantum Statistics of Ideal Gases – Physical Implications of the Quantum-Mechanical Enumeration of States». Fundamentals of Statistical and Thermal Dynamics. [S.l.]: McGraw-Hill. pp. 353–360. ISBN 978-0-07-051800-1 
  16. ↑ «Composite particle». YourDictionary.com. Consultado em 8 de fevereiro de 2010. Arquivado do original em 15 de novembro de 2010 
  17. ↑ «Elementary particle». YourDictionary.com. Consultado em 8 de fevereiro de 2010. Arquivado do original em 14 de outubro de 2010 
  18. ↑ D'Souza, I. A.; Kalman, C. S. (1992). Preons: Models of Leptons, Quarks and Gauge Bosons as Composite Objects. [S.l.]: World Scientific. ISBN 978-981-02-1019-9 
  19. ↑ US National Research Council (1990). «What is an elementary particle?». Elementary-Particle Physics. [S.l.]: US National Research Council. p. 19. ISBN 0-309-03576-7 
  20. ↑ a b Graps, A. (20 de março de 2000). «N-Body / Particle Simulation Methods». Consultado em 18 de abril de 2019. Arquivado do original em 5 de abril de 2001 
  21. ↑ «Colloid». Encyclopædia Britannica. 1 de julho de 2014. Consultado em 12 de abril de 2015 
  22. ↑ Levine, I. N. (2001). Physical ChemistryRegisto grátis requerido 5th ed. [S.l.]: McGraw-Hill. p. 955. ISBN 978-0-07-231808-1 

Leitura adicional

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