Física: o que acontece no nível quântico quando rasgo um pedaço de papel?


Melhor resposta

Essa pergunta é muito difícil de responder. Você teria que olhar para milhões de fibras individualmente e explicar o que aconteceu com as ligações moleculares – provavelmente não seriam todas o mesmo tipo de coisa.

Um caso mais fácil seria o que acontece quando uma barra de ferro é perfeitamente cortado ao meio. Primeiro, você realmente não fez um corte limpo se usou qualquer ferramenta de jardim. Fazer com que os pontos e as saliências se alinhassem em duas superfícies que provavelmente foram temporariamente deformadas de inúmeras maneiras pela ferramenta de corte seria uma impossibilidade prática.

Então, vamos colocar uma ou duas etapas intermediárias. Primeiro, equipe-se com as melhores ferramentas de polimento, o tipo de ferramenta que tem a capacidade técnica para tornar as coisas tão suaves quanto lentes de telescópio. Faça o polimento das duas superfícies até que estejam o mais perto de serem perfeitamente planas que alguém conseguiria. Ao colocá-los superfície a superfície, eles ficarão grudados. (Duas lâminas para uso de microscópio também grudam assim. A única maneira que descobri de separá-las é deslizando-as lateralmente até que a área de contato seja muito menor e as regiões descobertas forneçam um grande braço de alavanca para puxar e deslize-os o resto do caminho livre.) Embora eles estejam grudados por forças atômicas, ainda há uma superfície de demarcação entre os dois blocos. Eles estão ligados apenas por forças nas duas superfícies.

Agora coloque os dois blocos em um gabarito que os mantenha alinhados, não os deixará se mover para os lados ou escorregarem, e posicione um grande martelo diretamente acima . Deixe este enorme martelo cair e você obterá um tipo de solda por pressão que às vezes é usada para soldas menores de superfície a superfície, onde a força máxima não é necessária. Duas folhas de metal são presas juntas e, em seguida, um tipo de martelo elétrico ou hidráulico é colocado no local que você deseja soldar e dá às duas folhas uma batida tremenda que força suas regiões superficiais a se fundirem.

Você poderia fazer com que dois pedaços de ferro feitos de um pedaço de ferro “voltassem juntos” novamente, mas não seria uma junta perfeita. Seria um pouco como um osso quebrado que começou a cicatrizar, mas ainda está muito trêmulo para realmente colocar qualquer pressão. (É por isso que eles mantiveram meu braço engessado por 8 semanas.)

A verdadeira maneira de “juntá-los novamente” seria fazer uma solda real em que as duas barras são virtualmente liquefeitas e quando unidos não deixam vestígios das superfícies abertas originais entre eles.

Resposta

Quando você aumenta o zoom, acho que é importante perguntar o que exatamente você está fazendo No nível da molécula, você está correto ao dizer que algumas das ligações covalentes na lignina e na celulose das quais o papel é composto se quebrarão, mas grande parte do rasgo é apenas a separação de cadeias de moléculas compactadas, unidas por ligações de hidrogênio. Em ambas as circunstâncias, se você estivesse apenas dando zoom em um único átomo, você veria a densidade dos elétrons ao redor do átomo mudar ligeiramente se uma ligação de hidrogênio fosse quebrada, e mudaria drasticamente se uma ligação covalente fosse quebrada. Esse átomo pode ser deixado como um íon ou radical, e por um tempo na escala de nanossegundos ele permaneceria neste estado bastante instável te antes de reagir, ponto em que você veria a mudança na densidade do elétron novamente. Você também teria introduzido uma boa quantidade de energia nos estados vibracionais das moléculas, de modo que observaria a localização média dos átomos oscilando ao acaso (o papel provavelmente seria até um pouco mais quente, embora provavelmente não na extensão que você faria observe se você tocou nele).

A estrutura química do papel é muito complexa, então prever exatamente como a densidade do elétron ficaria durante todo o processo é muito desafiador. Você descobriria, se olhasse para um grande número de átomos durante este processo, que cada processo pareceria um pouco diferente para cada um dos átomos.

Claro, se você estivesse realmente curioso sobre como a estrutura das mudanças de núcleos, então Pratik está correto: nada de significativo acontecerá a eles. Os núcleos são bastante insensíveis a qualquer coisa que possamos fazer com as mãos. A densidade das partículas dentro do núcleo quase certamente não mudará em nenhuma quantidade observável.

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