Movimento Browniano

Movimento Browniano

Movimento browniano é o deslocamento aleatório de partículas em suspensão num meio fluido. O primeiro cientista a estudar o fenômeno, em 1827, foi o botânico escocês Robert Brown. Estudos vieram demonstrar que o movimento browniano resulta dos choques das moléculas do fluido contra as partículas em suspensão.

Em 1905, chamado o "ano miraculoso da física", Albert Einstein, utilizando o movimento browniano, demonstrou a existência dos átomos e moléculas.

Brown investigava a fertilização de uma nova espécie de flores quando notou no microscópio um "movimento oscilatório rápido" dos grãos de pólen suspensos na água. As primeiras hipóteses atribuíram o movimento às correntes térmicas de convecção do fluido. Observou-se no entanto que partículas muito próximas exibiam movimentos independentes, o que levou ao abandono desse modelo simples. Por volta da década de 1860, físicos teóricos se interessaram pelo fenômeno e procuraram uma explicação congruente para suas principais características: uma partícula suspensa se move igualmente em todas as direções, o movimento futuro é totalmente independente do movimento passado e o movimento nunca cessa.

Como uma maior temperatura do líquido leva a um movimento browniano mais rápido, em 1877 aventou-se que a causa do fenômeno se encontrava no movimento molecular térmico do ambiente líquido. A ideia de que as moléculas de um líquido estão em constante movimento e colidindo entre si é a essência da teoria cinética da matéria desenvolvida no terceiro quarto do século XIX por J. C. Maxwell, L. Boltzmann e R. J. E. Clausius para explicar os fenômenos térmicos. De acordo com a teoria, a temperatura de uma substância é proporcional à energia cinética média com a qual suas moléculas se movem. Era natural imaginar que fosse possível transmitir o movimento browniano a partículas maiores, que pudessem ser observadas ao microscópio. Essa linha de raciocínio permitiu a Einstein, em 1905, formular a teoria quantitativa do movimento browniano.

Einstein escreveu mais tarde que seu maior objetivo era achar fatos que garantissem a existência de átomos de tamanho definido. O cientista mostrou que uma menor partícula, um fluido menos viscoso e uma maior temperatura aumentariam a quantidade de movimento observada. A partícula se desloca em relação à posição inicial e, com base na teoria cinética seria possível calcular a probabilidade P de uma partícula percorrer uma distância x durante um intervalo de tempo t em um meio onde o coeficiente de difusão D é conhecido, sendo D a metade da média do quadrado do deslocamento na direção x. Essa fórmula permite plotar a probabilidade contra o deslocamento. O gráfico é a conhecida curva gaussiana, segundo a qual os deslocamentos aleatórios são a soma de variáveis estatisticamente independentes, no caso os pequenos empurrões que causam o movimento browniano.
A introdução do ultramicroscópio em 1903 permitiu estudos quantitativos ao tornar visíveis pequenas partículas coloidais cujas atividades poderiam ser medidas facilmente. O físico francês Jean-Baptiste Perrin verificou as hipóteses de Einstein com sucesso e foi, por esse trabalho, laureado com o Prêmio Nobel de física de 1926. Seus trabalhos estabeleceram a teoria do movimento browniano e puseram fim ao ceticismo em torno da existência de átomos e moléculas como entidades físicas reais.

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