
A mecânica clássica descreve o movimento de objetos macroscópicos, desde projéteis a partes de máquinas, além de corpos celestes, como espaçonaves, planetas, estrelas e galáxias. A mecânica clássica em si também é muito ampla e várias especializações são derivadas dela. Referente aos conceitos abordados, pode ser dividida em Cinemática, que estuda os movimentos sem se preocupar com suas causas, a Estática, que aborda sistemas sob ação de forças que se equilibram, e a Dinâmica, que estuda o movimento considerando suas causas, em outras palavras, aborda sistemas sob ação de forças que não se equilibram.[99]
Surgiu durante a revolução científica, juntamente com a consolidação da física como ciência moderna. Galileu Galilei pode ser considerado o marco inicial da mecânica clássica,[93] mas sua consolidação definitiva veio com a publicação dos Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, de Isaac Newton, considerada a obra científica mais influente de todos os tempos.[47] Entretanto, em certos sistemas, a mecânica de Newton passa a ser pouco eficiente para ser usado na resolução de problemas. No final do século XVIII e durante o século XIX a mecânica foi reformulada por Joseph-Louis Lagrange e William Rowan Hamilton, para que abarcasse a resolução analítica de um maior número de problemas com um ferramental matemático mais refinado.[100][101]
A mecânica não se limite à análise de partículas discretas, mas estuda também meios contínuos. O momento de inércia de um disco rígido com centro de rotação coincidente com o seu próprio centro é diferente de uma partícula isolada que orbita um centro de rotação qualquer.[102] A mecânica de meios contínuos é a mecânica que aborda o estudo dos materiais de massa contínua, em oposição de materiais de partículas discretas ou isoladas. A mecânica dos fluidos e a Dinâmica de corpo rígido são exemplos de divisões da mecânica de meios contínuos.[103]
É considerada a divisão base da física, pois as outras divisões são derivadas dela. Seu escopo continua sendo o estudo dos entes fundamentais da física: espaço, tempo, matéria e energia. De suas relações e consequências, surgem outros conceitos, como as leis de Newton, posição, dimensão, invariância de Galileu, velocidade, aceleração, força, torque, momento linear, momento angular, energia mecânica, trabalho, potência, massa, inércia, momento de inércia, referencial, entre outros.[104]
[editar]Ondulatória
Ver artigos principais: Oscilação e Onda
Padrão de franjas observado em um anteparo causada pela interferência de dois feixes de laser. A interferência da luz, assim como em qualquer outra onda, é um fenômeno estudado pela ondulatória
A ondulatória, na física clássica, estuda as características e as propriedades das ondas e seus movimentos e relações. A onda consiste-se de perturbações, pulsos ou oscilações ocorridas em um determinado meio, que pode ser material ou não. Transporta energia cinética da fonte para o meio, sendo incapaz de transportar matéria.[105]
Seu estudo clássico também iniciou-se com Galileu Galilei e Isaac Newton inclui seu estudo em seu Principia Mathematica ao analisar a mecânica dos fluidos, a mecânica dos corpos que não possuem rigidez ou volume próprios.[106] A acústica é a parte da Ondulatória que estuda especificamente a propagação das ondas sonoras pelo ar.[107] A luz foi considerada um fenômeno ondulatório a partir da experiência da dupla fenda de Thomas Young.[108] Seus conceitos principais são ondas (transversais e longitudinais) comprimento de onda, oscilação, amplitude, frequência, fase, reflexão, refração, difração, interferência, polarização, efeito Doppler, entre outros.[109]

[editar]Termodinâmica
Ver artigos principais: Termologia, Termodinâmica, Teoria cinética e Física estatística
Transferência de calor através da convecção.
Precedendo a termodinâmica pode-se encontrar a Termologia, que é basicamente o estudo do calor, ou seja, o estudo da energia térmica em trânsito, que se diferencia de temperatura, que é o grau de agitação das moléculas. Porém, os conceitos mais arraigados desta área encontram-se na termodinâmica, que estuda as relações entre o calor trocado e o trabalho realizado.[110]
Máquinas térmicas tinham sido inventadas e aperfeiçoadas ao longo dos séculos XVII, XVIII e XIX. No entanto, a atenção científica sobreveio apenas em meados do século XIX com Sadi Carnot. Seus estudos foram aprimorados ao longo daquele século por James Prescott Joule, Lord Kelvin e Rudolf Clausius.[111] Seus princípios ajudaram no estabelecimento da teoria cinética e no consequente desenvolvimento da física estatística.[112] Seus principais conceitos são calor, temperatura, pressão, volume, energia térmica, entalpia, entropia, capacidade térmica, calor específico, entre outros.[113]

[editar]Eletromagnetismo
Ver artigos principais: eletricidade, magnetismo, óptica e eletromagnetismo
Uma lâmpada de plasma, constituída por um bulbo com gás à pressão baixa. O grande potencial elétrico aplicado ao eletrodo em seu centro excita o gás em seu torno, que passa ao estado de plasma e passa a ser eletricidade. Esses conceitos são abordados pelo eletromagnetismo
O eletromagnetismo é basicamente a unificação da eletricidade, que é o estudo das cargas elétricas, estáticas ou em movimento, com o magnetismo, que é basicamente o estudo dos ímãs. A luz é uma radiação eletromagnética, e seu campo de estudo, a óptica, também faz parte do eletromagnetismo.[114][115][116]
William Gilbert foi o pioneiro no estudo do magnetismo e da eletrostática,[57] parte da eletricidade que aborda o estudo das propriedades físicas das cargas elétricas estacionárias, em oposição à eletrodinâmica, que estuda a relação da força eletromagnética entre cargas e correntes elétricas. Otto von Guericke, Benjamin Franklin e Alessandro Volta contribuíram para o desenvolvimento desta área, mas Hans Christian Ørsted foi o primeiro a perceber, em 1820, a ligação entre o magnetismo e eletricidade, até então áreas independentes e sem conexões. Michael Faraday descobriu a indução eletromagnética[58] e James Clerk Maxwell unificou as descrições matemáticas da eletricidade e magnetismo em um grupo de quatro equações, conhecidas como Equações de Maxwell.[59]
Seus principais conceitos são capacitância, carga elétrica, corrente elétrica, condutividade elétrica, campo elétrico, permissividade elétrica, potencial elétrico, resistência elétrica, indução eletromagnética, radiação eletromagnética, campo magnético, fluxo magnético, monopolo magnético, permeabilidade magnética, entre outros.[117]
Embora a maior parte da física clássica esteja englobada na mecânica clássica, Ondulatória, termodinâmica e eletromagnetismo, outras especializações também podem ser consideradas clássicas, pois não utilizam a princípio conceitos modernos, ou seja, conceitos que recorrem à relatividade ou a física quântica, embora não estejam delimitados exclusivamente dentro das concepções clássicas. Destaca-se a teoria do caos nesta área.[118]
[editar]Física moderna
Ver artigo principal: Física moderna
No final do século XIX, permeava no pensamento científico a satisfação de que todos os fenômenos naturais poderiam ser descritos pela ciência já desenvolvida até então. Restava apenas a conquista de uma maior precisão do valor das constantes universais e da resolução de alguns "pequenos" problemas. Estes se tornaram uma grande dor de cabeça com o passar dos anos, pois continuariam insolúveis.[61] Entre estes fenômenos "problemas" destacam-se a radiação de corpo negro e a catástrofe do ultravioleta, o espectro de raias dos elementos e o efeito fotoelétrico.[62][63][64] As contribuições iniciais de Max Planck e sobretudo Albert Einstein abriram novos campos para a explicação destes fenômenos e abriram margens para descobertas e ponderações até então imagináveis.[61][65]
[editar]Relatividade
Ver artigos principais: Relatividade restrita e Relatividade geral
Em 1905, Albert Einstein publicou os fundamentos da relatividade restrita, afirmando constância da velocidade da luz em qualquer referencial inercial e postulando que as leis da física são as mesmas para qualquer referencial. Isso implica em efeitos e consequências que não são previstas pela mecânica clássica, como a dilatação do tempo e a contração do comprimento. Dez anos mais tarde Einstein publica a teoria da relatividade geral, que generaliza, através da equações de campo de Einstein, os efeitos descritos pela relatividade restrita para referenciais não-inerciais. Também engloba a mais completa descrição da gravidade disponível atualmente, sendo esta meramente um efeito da curvatura do espaço-tempo provocada pela presença de grande quantidade de massa.[95]

[editar]Mecânica quântica
Ver artigos principais: mecânica quântica e Teoria quântica de campos
Amplitude de probabilidade correspondente às funções de onda de um elétron em um átomo de hidrogênio
Max Planck, em 1900, durante seus estudos sobre radiação de corpo negro, apresentou uma descrição matemática do fenômeno que coincidia com os resultados experimentais. Esta descrição tentava fugir da descrição clássica, que levava ao que foi conhecido como catástrofe do ultravioleta. Nesta descrição, Planck argumentou que a distribuição energética era discreta, não contínua, como na descrição clássica. Cinco anos mais tarde, Einstein apresentou argumentações físicas para os resultados de Planck, elucidando também o efeito fotoelétrico. Planck e Einstein fundamentaram os princípios da mecânica quântica, que é basicamente a física das dimensões subatômicas. Seu desenvolvimento foi impulsionado, entre outros, por Niels Bohr, Louis de Broglie, Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger.[96]
A teoria mais precisa elaborada pela ciência é a eletrodinâmica quântica de Richard Feynman, onde é utilizado as noções da mecânica quântica para a descrição e explicação de campos eletromagnéticos. Feynman elaborou uma das primeiras e a mais famosa teoria quântica de campos e foi sucedido pela elaboração da cromodinâmica quântica, a teoria quântica do campo da força forte, que levou à previsão e a posterior descoberta dos quarks. Após a fusão das descrições da força fraca com o eletromagnetismo em altas energias, três das quatro forças fundamentais são descritas por teorias quânticas de campos. Entretanto, a gravidade ainda não é descrita por nenhuma teoria quântica de campos corroborada experimentalmente.[119]
A física moderna não está limitada apenas à relatividade e à mecânica quântica. Destacam-se também a física das partículas elementares, que estuda as propriedades das partículas elementares que constituem a matéria; a física nuclear, que estuda as propriedades dos núcleos atômicos; a física atômica e molecular, que estuda as propriedades físicas da associação dos núcleos e elétrons; a física da matéria condensada, que aborda o entendimento do comportamento da matéria composta por um grande número de átomos; e a física do plasma, que estuda as propriedades da matéria que exibe um grau de agitação térmica suficiente para que elétrons e núcleos consigam se manter separados (plasma).[120] A óptica, que é uma área da física ligada ao eletromagnetismo, também tem pilares na Mecânia quântica, pois a luz visível, uma faixa de toda a radiação eletromagnética, exibe propriedades duais: comporta-se como ora como partícula ora como onda.[120] As disciplinas físicas da astronomia, como a astrofísica, utilizam grandemente a mecânica clássica em seus estudos, mas a relatividade geral encontra a sua maior aplicação nesta cadeira, especialmente na cosmologia.[121]













