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- Matéria e Energia - Diferenças que você precisa saber!
Posted by :
Thiago V. M. Guimarães
quarta-feira, 24 de julho de 2013
Você leigo,
que adora ler texto sobre física na internet, sempre se depara com a relação entre
matéria e energia, e recebe definições diferentes sobre como elas se
relacionam. Por esse motivo resolvi escrever esse texto, que será enorme e por
isso vou dividir em 3 posts abordando 2 tópicos em cada texto. A idéia é tentar
dar uma definição mais precisa sobre a relação entre matéria e energia para que
você pare de receber conceitos errados e possa ter um conceito mais formal para
carregá-lo para a vida.
Os tópicos
que irei abordar são:
1 – Matéria e Energia realmente são a mesma coisa?
2 –
Aniquilação de partículas não é matéria se transformando em energia.
Mãos a obra:
1 – Matéria e Energia realmente são a
mesma coisa?
Uma causa dos
grandes problemas com a definição da relação entre matéria e energia é que com o
tempo de estudo na física você vai aprendendo a separá-las em sua cabeça e elas
se tornam (e são) coisas realmente diferentes, tanto experimentalmente quanto
matematicamente. Por esse motivo não perdemos muito nosso tempo tentando
explicar as diferenças e similaridades em livros e textos, aí causamos isso, um
monte de gente que não sabe distinguir as duas coisas, já que os textos de
divulgação fazem questão de usar definições ambíguas e que mudam de texto para
texto.
O mais comum
de se ler por aí é que matéria e energia são a mesma coisa e isso não é verdade
– É José, o documentário mentiu pra você. Matéria e energia nem sequer estão na
mesma categoria, mas vamos
definir as coisas com mais calma.
Primeiramente
definiremos o que é matéria e fazer isso é bem complicado. Vamos começar com
uma definição simples que você não terá problemas em compreender:
- A forma
mais automática de se pensar em matéria é ela como sendo as coisas a nossa
volta, como cadeiras, mesas, a água, o ar, a terra. Podemos estender essa
definição para os átomos, e por sua vez estender ainda mais para partículas
ainda menores como elétrons, múons, taus, três tipos de neutrinos, seis tipos
de quarks, ou seja, todos os tipos de partículas que não são bósons – que não
são mediadoras de força.
Mas quero deixar bem claro que até mesmo essa definição acima é um tanto contraditória quando consideramos a matéria escura, por exemplo, mas isso é assunto para um tópico mais adiante.
Embora a
energia seja algo bem definido fisicamente e matematicamente, no dicionário ela
possui mais significados que a palavra “matéria”, ou seja, temos um problema lingüístico
para distinguir precisamente o que é a energia, mas vamos tentar.
- O físico R.P. Feynman possuía uma forma interessante de se definir energia, mais ainda sem ser menos abstrata. Ele dizia que energia é uma quantidade que sempre se conserva, não importa o que você faça com um corpo ou um sistema de corpos, sempre conservará essa quantidade. Mesmo em sistemas com dissipação de energia podemos encontrar a quantidade perdida pelo corpo em forma de calor, som, vibração, etc.
- A energia pode ser “confinada” na massa de um objeto, que é o famoso E = mc², e também chamado de "energia de repouso", uma vez que é a energia que um objeto tem quando está parado.
- A energia está associada com o movimento de um objeto, cujo nome técnico é "energia cinética". Este tipo de energia é bastante intuitiva e nos leva a notar que os objetos mais rápidos têm mais energia do que os mais lentos e juntando com a primeira definição, um objeto de maior massa tem mais energia cinética do que um mais leve, se os dois estiverem viajando na mesma velocidade.
- A energia pode ser armazenada nas relações entre os objetos (energia potencial). Ele pode ser armazenado em uma mola esticada, ou na água atrás de uma represa, ou na interação gravitacional da Terra com o Sol, ou na relação entre átomos numa molécula, ou quando simplesmente levantamos uma pedra com nossas mãos. É aquele conceito simples de energia potencial que aprendemos no ensino médio.
As quatro
definições acima estão longe de serem simples de se entender assim de primeira,
então vá discutir com seus amigos e ler mais textos.
Mas vamos
resumir tudo isso de forma BEM simplória dizendo que energia não é por si só
um objeto. Por exemplo, Um átomo contém energia, mas ele não é energia
propriamente. E você precisa saber que partículas se movendo por conta própria
através do espaço podem ter dois tipos de energia: energia relacionada à massa
e energia relacionada ao movimento.
2 –
Aniquilação de partículas não é matéria se transformando em energia.
(Não é a
minha intenção explicar aqui o processo de aniquilação entre partículas e suas
antipartículas, mas sim analisar seus produtos. Talvez no futuro eu possa
escrever ou traduzir algo sobre isso)
Talvez
aqueles que estejam a pouco tempo pesquisando e lendo materiais de divulgação
sobre física não tenham tido contato com o assunto. Então vou explicar com mais
calma.
Quando uma
partícula e sua antipartícula se encontram elas se aniquilam e, segundo muitos
textos e alguns documentários por aí, o resultado dessa colisão é nada mais que
simples e “pura” energia. Mas infelizmente, a afirmação não é verdadeira.
Na maior parte dos textos que falam sobre isso, a “energia pura” é referida aos
fótons provindos da aniquilação entre elétrons e pósitrons. Mas o fóton também
não é energia, ele contém energia! Por exemplo, minha casa possui a cor branca,
mas ela não é a cor branca, ou seja, a cor branca é apenas uma propriedade da
minha casa.
Mas podemos
considerar o aniquilamento entre outras partículas, por exemplo. Quando um múon
se aniquila com o antimúon, existe a mesma probabilidade de resultar em um par
de fótons ou em um par elétron-pósitron. Ou seja, temos matéria se aniquilando
em matéria e não em energia pura. O aniquilamento do par múon/antimuon em dois
fótons ou no par elétron/pósitron representa exatamente o mesmo processo, então
não precisamos fazer distinções que não existem!
Com isso acredito que tenha ficado claro que não
é verdade que matéria e a antimatéria se aniquilam formando energia
propriamente dita, elas se aniquilam formando outras partículas que contém
energia. Ok?!
Espero que
tenham gostado da nossa primeira parte. À medida que eu for encontrando tempo
vou escrevendo mais. Lembrando que estou me baseando nos textos do professor
Matt Stressler, então dê uma checada no blog dele que vocês irão achar bastante
coisa legal.
2- Acho importante fazer aqui um adendo. Note que falamos que fótons são partículas assim como elétrons, mas no início definimos que elétron é matéria propriamente dita e fótons (que é um bóson) não. O que acontece é que a definição de "partícula" é mais abrangente do que a definição de matéria. Em "partículas elementares" temos duas classes que são os Férmions e os Bóson, os férmions são matéria propriamente dita, da maneira que de definimos. Por sua vez, bóson são partículas mediadoras de força e estão fora da nossa definição de matéria.
*E uma dica
final dessa seção: É corriqueiro até mesmo professores passarem uma visão de
que a energia é quase um substância fluída que passa de um corpo para outro,
mas isso não é verdade, energia não é uma substância e nem é trocada de forma
continua entre dois corpos, mas deixemos isso para um próximo texto
Muito bom!
ResponderExcluirOlá ! Você comenta: "Embora a energia seja algo bem definido fisicamente e matematicamente....." e no entanto não encontrei nenhuma definição da mesma no seu texto. Apenas:
ResponderExcluir...energia é uma quantidade que sempre se conserva......
A energia pode ser “confinada”......
A energia está associada.....
A energia pode ser armazenada ..........
Qual seria o conceito de energia bem definido ao qual vc se refere ?
Obrigado e parabéns pela sua página.
Nelson
Olá Nelson, boa noite e obrigado pelo comentário. Note que eu digo que a energia é bem definida fisicamente e matematicamente, mas infelizmente a linguística fica nos devendo. Então por exemplo, eu experimentalmente consigo medir a energia de uma partícula e consigo demonstrá-la matematicamente (ouseja, definí-la bem do ponto de vista da física e da matemática). Como a línguistica falha ao nos ajudar a definir com palavras o que é energia eu defini ela como "uma quantidade (de alguma coisa) que sempre se conserva", o que não deixa de ser bem abstrato. Mas indico a leitura do Livro Física em 12 lições, em que o autor faz uma excelente abordagem do assunto usando essa mesma definição.
ExcluirConcordo. O problema é mesmo querer que a linguística permita definir algo tão complexo.
ExcluirAbraços
Escreveu, escreveu escreveu, criticou textos e definições sobre energia e matéria e no final das contas não explicou nada! Pra fazer mais do mesmo e não chegar a lugar nenhum, não precisa criticar nada. Se as definições de massa e energia fossem tão simples, não exigiriam um rigoroso estudo e compreensão fenomenológica à luz de várias visões epistemológicas e ontológicas da Física. Se não é para formar Físicos, não precisa tentar impressionar os "leigos". De que são feitas as partículas tão citadas no seu texto?
ResponderExcluirow, calma lá amigão. Primeiramente não estou definindo massa e energia! E disse desde o começo que a definição de matéria e energia era de fato algo complicado. Segundo desde quando só posso escrever "para formar físicos" ?
ExcluirSó para complementar, gostaria de dizer que essas definições que "falam, falam e não dizem nada" saíram do Feynman e Matt Stressler, como citei no texto. Mas deixo aí um convite, um pedido e um desafio; Por favor faça um texto melhor, um que defina precisamente esses termos, que diga alguma coisa. E detalhe, não faça isso para um graduando em física, pois eles não são os únicos com direito a informação, a aprender ciência!
ExcluirAdoro pessoas que tem essa necessidade de masturbação mental como você Jeff Marinho, cada linha que escreve é para se sentir maior e melhor que outros. Sua crítica também é tão simplória e de tão baixa qualidade que não acrescenta em nada na divulgação científica e muito menos na ciência. Fico com NOJO de pessoas elitistas que acham que o conhecimento só serve para formar uma "casta", como se não fosse necessidade da nossa sociedade a divulgação científica. Como se o analfabetismo científico não fosse um problema. Você deveria se envergonhar dessa insignificância mental e limitação ao achar que o conhecimento deve ser limitado para formar físicos e não para instruir toda uma população, são pessoas como você que jogam no lixo a educação brasileira. Pessoas como você que se formam e são péssimos professores que não sabem ensinar e nem qual é a necessidade de trabalhos feitos como desse blog. Parabéns por ser tão limitado.
Excluirpois é, são pessoas assim que desanimam a gente de escrever algumas coisas....
ExcluirDou os parabéns ao Thiago Guimarães pelo texto. Está muito bom. A questão é: é possível formar físicos com um texto? O texto foi perfeitamente informacional. Eu faço textos para leigos, e compreendo a dificuldade de um trabalho. E o texto acima não é para impressionar leigos, é para físicos mesmos, não os tops de carreira, mas os que estão começando, aprendendo.
ExcluirTenho uma dúvida. Se levarmos em conta que o fóton não possui massa de repouso, diferentemente das outras partículas, e sendo também um bóson mediador de força e como você mesmo citou no início, bósons não são enquadrados como matéria. O que acontece no caso é que temos no primeiro exemplo(elétron e um anti-elétron)especificamente como produto, partículas que contém puramente energia. Então quando você diz que o produto não é puramente energia você está se referindo ao fato de ser uma partícula certo? Mas sendo essa partícula um bóson desprovido de massa...fiquei na dúvida.. Belo post, abraço!
ResponderExcluirPrimeiramente a forma que definimos partícula e matéria não é a mesma. A tomar pela definição que usamos no texto o fóton é partícula, mas não matéria propriamente dita. Na aniquilação entre um elétron e um pósitron eu tenho como resultado um fóton, esse fóton por sua vez carrega energia. Compreendeu?
ExcluirÉ bom ver que existem pessoas preocupadas em esclarecer as coisas, muitas vezes assistimos um documentário pensando que determinado assunto foi desenvolvido de forma correta, porém podemos ver que não é bem assim. Parabéns pelo texto.
ResponderExcluir1ºQuando dizem que uma partícula não tem massa,o que isso quer dizer exatamente?
ResponderExcluir2ºSobre o Bóson de Higgs:É a partícula que dá massa a matéria ou a existência da partícula de Higgs comprova o campo de higgs que é o que dá massa a matéria?
Não precisa dá a resposta no meu comentário.Vc pode responder com um texto no blog.Desde que não demore.rsrsrsrsr
1º Uma partícula sem massa quer dizer exatamente que ela não tem massa de repouso, e sua velocidade é a da luz.
Excluir2º Eu traduzi um texto sobre isso que está disponível no site do universo racionalista: http://universoracionalista.org/por-que-o-higgs-e-importante-em-poucas-frases/
texto esclarecedor.
ResponderExcluirAcho que a melhor maneira de explicar isso é via partículas fundamentais bósons/férmions. A radiação seja ela eletromagnética ou resultante do decaimento dos núcleons, também não é a definição completa de energia. E quando a gente fala de "conservação" a gente precisa apontar exatamente a que estamos nos referindo, como por exemplo "conservação de momento angular", "conservação de momento magnético", "conservação de número léptônico, bariônico". A definição nunca será completa...
ResponderExcluirA troca de energia pode ser feita por exemplo via fônons ou momento vibracional. Via movimento browninano, através de colisões ineslásticas...
A real é que ninguém sabe exatamente o que é energia, muito menos matéria e a definição linguística de ambas, é muito vaga. Isso é um verdadeiro vespeiro.
Obrigado pela resposta. E realmente se entrarmos mais para a parte acadêmica conseguimos definir a energia de várias formas e dar uma explicação um pouco mais sólida. Mas infelizmente escrever para não físicos é como andar em um corda bamba, e como você disse, definir em palavras o que é energia de fato é um verdadeiro vespeiro.
Excluirtenho uma pergunta sobre a parte de aniquilaçao:
ResponderExcluirno texto,voce diz:
-"Quando um múon se aniquila com o antimúon, existe a mesma probabilidade de resultar em um par de fótons ou em um par elétron-pósitron. Ou seja, temos matéria se aniquilando em matéria e não em energia pura. "
eu estava lendo um artigo sobre modelo padrao onde fala:
-"Por exemplo, podemos supor que o vacuo esta cheio
de pares virtuais de muons e antimuons que normalmente n~ao s~ao detectados. Porem, em um experimento
de aniquilac~ao de um eletron e um positron (reais) em
um acelerador/colisor de particulas aparecem muons
reais que s~ao observados nos detectores de particulas.
De onde vieram? Um par muon-antimuon virtual recebeu a energia resultante da aniquilac~ao e deixou a
regi~ao (muito pequena) onde ocorreu a interac~ao, como
um par de muons reais."
>ou seja:a aniquilaçao das particulas de materia em materia,na verdade,trata-se da "transferencia" de energia de particulas reais para particulas virtuais?
Parabéns pelo blog. Os textos são concisos e bastante claros. Perco algumas horas lendo, hehe. Continue assim!
ResponderExcluirValeu Willian, já postei a segunda parte desse texto, dá uma olhada lá!
ExcluirExcelente texto Thiago. A divulgação da ciência é de extrema importância e você tem o cuidado de trazer temas que são facilmente distorcidos pelos auto-proclamados divulgadores da ciência. Parabéns pelo seu trabalho!
ResponderExcluirValeu Karen, aproveita e já dá uma lida na continuação do texto que postei hoje!
ExcluirMuito bom os textos. Você deixou no ar a seguinte questão: "E uma dica final dessa seção: É corriqueiro até mesmo professores passarem uma visão de que a energia é quase um substância fluída que passa de um corpo para outro, mas isso não é verdade, energia não é uma substância e nem é trocada de forma continua entre dois corpos, mas deixemos isso para um próximo texto" Você poderia mostrar a resposta ou indicar a bibliografia. Obrigado.
ResponderExcluirOlá! Gostei muito do texto. Sou um leigo curioso e apaixonado pelo mundo da física e pelos mistérios do Universo. Eu criei um grupo para debater o assunto há uns 2 anos e foi por meio do post de um dos membros que eu encontrei esse blog. Grato pelas informações e se me permite, deixarei o link do grupo aqui. Todos os que são interessados no assunto são bem vindos!
ResponderExcluirhttps://www.facebook.com/groups/241103345909291/
Olá, gostaria de saber alguns exemplos de energia
ResponderExcluirLarissa
Desculpe Larissa, mas como assim "exemplos de energia"? Você está falando sobre energia mecânica, química... essas coisas?
ExcluirThiago, bom texto: mas não achas que a definição de energia como sendo "quantidade de alguma coisa que sempre se conserva", acaba não definindo a "coisa" energia, mesmo sendo um ser "abstrato" mas REAL?
ResponderExcluirUma pergunta final: se não existisse matéria, existiria energia?