Em formação

1.8: Por que é importante - Introdução à Biologia - Biologia


Por que aprender sobre biologia e seus princípios?

Uma noite, enquanto ela estava navegando por seus feeds de mídia social, Cristina viu que seu irmão tinha um link para um artigo sobre alguns dos animais mais estranhos do mundo. À medida que folheava o artigo, Cristina se interessava cada vez mais pelas diferentes características desses animais: alguns sem olhos, outros incolores e outros com feições ainda mais estranhas.

Antes que Cristina pudesse se aprofundar nesses animais, ela recebeu uma mensagem de seu primo Samuel. Ele enviou um link para um artigo sobre alimentos geneticamente modificados e os perigos que eles contêm inerentemente. Cristina estava na metade da leitura do primeiro parágrafo do artigo quando Samuel lhe enviou outro artigo: este elogiando a dieta paleo e seus benefícios. Cristina começou a ler o artigo, mas antes de ir longe, ela lembrou que tinha um trabalho para entregar no dia seguinte. Ela fez uma nota mental para voltar aos artigos de seu primo e marcou o artigo sobre animais.

Embora Cristina possa não perceber, ela acaba de ser apresentada a três questões biológicas diferentes. Como esses animais desenvolveram essas características únicas? Os OGMs são perigosos? As dietas extremas (como a dieta paleo) são benéficas?

Cristina ainda tem que tirar suas próprias conclusões e fazer suas próprias escolhas, mas ter uma compreensão da biologia a ajudará a fazer as melhores escolhas que puder.


Estudo de caso: câncer na família

Figura 5.1.1 Árvore genealógica & # 8211 três gerações.

As pessoas tendem a carregar traços semelhantes aos de seus pais biológicos, conforme ilustrado pela árvore genealógica. Além da aparência, você também pode herdar características de seus pais que você não pode Vejo.

Rebecca fica muito ciente desse fato quando visita seu novo médico para um exame físico. Seu médico faz várias perguntas sobre seu histórico médico familiar, incluindo se Rebecca tem ou teve parentes com câncer. Rebecca diz a ela que sua avó, tia e tio - todos já falecidos - tinham câncer. Todas elas tinham câncer de mama, incluindo seu tio, e sua tia também tinha câncer de ovário. Seu médico pergunta quantos anos eles tinham quando foram diagnosticados com câncer. Rebecca não tem certeza exatamente, mas sabe que sua avó era bastante jovem na época, provavelmente na casa dos quarenta.

O médico de Rebecca explica que, embora a grande maioria dos cânceres não seja causada por fatores hereditários, um grupo de cânceres dentro de uma família pode indicar que há mutações em certos genes que aumentam o risco de contrair certos tipos de câncer, particularmente câncer de mama e ovário. Alguns sinais de que o câncer pode ser devido a esses fatores genéticos estão presentes na família de Rebecca, como câncer com início precoce (por exemplo, câncer de mama antes dos 50 anos), câncer de mama em homens e câncer de mama e câncer de ovário na mesma pessoa ou família.

Com base em seu histórico médico familiar, o médico de Rebecca recomenda que ela consulte um conselheiro genético, porque esses profissionais podem ajudar a determinar se a alta incidência de câncer em sua família pode ser devido a mutações hereditárias em seus genes. Nesse caso, eles podem testar Rebecca para descobrir se ela tem as variações específicas desses genes que aumentariam seu risco de desenvolver câncer.

Quando Rebecca vê o conselheiro genético, ele pergunta como sua avó, tia e tio com câncer estão relacionados a ela. Ela diz que esses parentes estão todos do lado materno - eles são a mãe e os irmãos de sua mãe. O conselheiro genético registra essas informações na forma de um tipo específico de árvore genealógica, chamado de linhagem, indicando quais parentes tinham qual tipo de câncer e como eles se relacionam entre si e com Rebecca.

Ele também pergunta sua etnia. Rebecca diz que sua família em ambos os lados são judeus Ashkenazi (judeus cujos ancestrais vieram da Europa Central e Oriental). "Mas o que isso tem a ver com qualquer coisa?" ela pergunta. O conselheiro disse a Rebecca que mutações em dois genes supressores de tumor chamados BRCA1 e BRCA2, localizados no cromossomo 17 e 13, respectivamente, são particularmente prevalentes em pessoas de ascendência judaica Ashkenazi e aumentam muito o risco de contrair câncer. Cerca de um em cada 40 judeus asquenazes tem uma dessas mutações, em comparação com cerca de um em 800 na população em geral. Sua etnia, juntamente com os tipos de câncer, a idade de início e as relações específicas entre os membros de sua família que tiveram câncer, indicam ao conselheiro que ela é uma boa candidata a testes genéticos para a presença dessas mutações.

Figura 5.1.2 Rebecca não tem certeza se deseja saber se tem um risco aumentado de câncer de mama e ovário.

Rebecca diz que sua mãe de 72 anos nunca teve câncer, nem teve muitos outros parentes daquele lado da família. Como os cânceres podem ser genéticos? O conselheiro genético explica que as mutações nos genes BRCA1 e BRCA2, embora dominantes, não são herdadas por todos em uma família. Além disso, mesmo pessoas com mutações nesses genes não necessariamente contraem câncer - as mutações simplesmente aumentam o risco de desenvolver câncer. Por exemplo, 55 a 65 por cento das mulheres com uma mutação prejudicial no gene BRCA1 terão câncer de mama antes dos 70 anos, em comparação com 12 por cento das mulheres na população em geral que terão câncer de mama em algum momento ao longo de suas vidas.

Rebecca não tem certeza se deseja saber se tem maior risco de câncer. O conselheiro genético entende sua apreensão, mas explica que se ela souber que tem mutações prejudiciais em qualquer um desses genes, seu médico fará a triagem de câncer com mais frequência e em idades mais precoces. Portanto, qualquer câncer que ela possa desenvolver provavelmente será detectado mais cedo, quando geralmente são muito mais tratáveis. Rebecca decide prosseguir com o teste, que envolve a coleta de uma amostra de sangue, e espera nervosamente pelos resultados.


Lições do Curso

Lição 1: Introdução

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Lição 2: Geologia e o oceano

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Lição 3: correntes e marés

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Lição 4: O que há em um nome?

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Lição 5: Invertebrados

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Lição 6: Vertebrados

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Lição 7: peixes marinhos

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Lição 8: Mamíferos marinhos

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Lição 9: Ecossistemas Marinhos

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Lição 10: Vida na costa

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Lição 11: Estuários

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Lição 12: Biologia de recifes de coral

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Lição 13: Ecossistemas de recifes de coral

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Lição 14: Vida nos oceanos polares

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Lição 15: Mar Aberto

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Lição 16: Vida nas profundezas do oceano

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Lição 17: Oceanos em perigo

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  • Exame completo: Lição 17: Oceanos em perigo
  • Concluído: O Exame Final

1.1 Física: Uma Introdução

O universo físico é extremamente complexo em seus detalhes. Todos os dias, cada um de nós observa uma grande variedade de objetos e fenômenos. Ao longo dos séculos, a curiosidade da raça humana nos levou coletivamente a explorar e catalogar uma tremenda riqueza de informações. Do voo dos pássaros às cores das flores, do relâmpago à gravidade, dos quarks aos aglomerados de galáxias, do fluxo do tempo ao mistério da criação do universo, fizemos perguntas e reunimos enormes conjuntos de fatos. Diante de todos esses detalhes, descobrimos que um conjunto surpreendentemente pequeno e unificado de leis físicas pode explicar o que observamos. Como humanos, fazemos generalizações e buscamos ordem. Descobrimos que a natureza é notavelmente cooperativa - ela exibe o ordem e simplicidade subjacentes nós valorizamos tanto.

É a ordem subjacente da natureza que torna a ciência em geral, e a física em particular, tão agradáveis ​​de estudar. Por exemplo, o que um saco de batatas fritas e uma bateria de carro têm em comum? Ambos contêm energia que pode ser convertida em outras formas. A lei da conservação de energia (que diz que a energia pode mudar de forma, mas nunca se perde) vincula tópicos como calorias de alimentos, baterias, calor, luz e fontes de relógio. A compreensão dessa lei torna mais fácil aprender sobre as várias formas que a energia assume e como elas se relacionam umas com as outras. Tópicos aparentemente não relacionados são conectados por meio de leis físicas amplamente aplicáveis, permitindo uma compreensão além da simples memorização de listas de fatos.

O aspecto unificador das leis físicas e a simplicidade básica da natureza constituem os temas subjacentes deste texto. Ao aprender a aplicar essas leis, você irá, é claro, estudar os tópicos mais importantes da física. Mais importante, você ganhará habilidades analíticas que lhe permitirão aplicar essas leis muito além do escopo do que pode ser incluído em um único livro. Essas habilidades analíticas o ajudarão a se destacar academicamente e também a pensar de maneira crítica em qualquer carreira profissional que escolher seguir. Este módulo discute o reino da física (para definir o que é física), algumas aplicações da física (para ilustrar sua relevância para outras disciplinas) e mais precisamente o que constitui uma lei física (para iluminar a importância da experimentação para a teoria).

Ciência e o reino da física

A ciência consiste em teorias e leis que são as verdades gerais da natureza, bem como o corpo de conhecimento que elas abrangem. Os cientistas estão continuamente tentando expandir esse corpo de conhecimento e aperfeiçoar a expressão das leis que o descrevem. A física se preocupa em descrever as interações de energia, matéria, espaço e tempo, e está especialmente interessada em quais mecanismos fundamentais estão por trás de cada fenômeno. A preocupação em descrever os fenômenos básicos da natureza define essencialmente o reino da física.

A física visa descrever a função de tudo ao nosso redor, desde o movimento de minúsculas partículas carregadas até o movimento de pessoas, carros e espaçonaves. Na verdade, quase tudo ao seu redor pode ser descrito com bastante precisão pelas leis da física. Considere um smartphone (Figura 1.3). A física descreve como a eletricidade interage com os vários circuitos dentro do dispositivo. Esse conhecimento ajuda os engenheiros a selecionar os materiais apropriados e o layout do circuito ao construir o smartphone. Em seguida, considere um sistema GPS. A física descreve a relação entre a velocidade de um objeto, a distância que ele percorre e o tempo que leva para percorrer essa distância. Quando você usa um dispositivo GPS em um veículo, ele utiliza essas equações físicas para determinar o tempo de viagem de um local para outro.

Aplicações da Física

Você não precisa ser um cientista para usar a física. Pelo contrário, o conhecimento da física é útil em situações cotidianas, bem como em profissões não científicas. Pode ajudá-lo a entender como funcionam os fornos de microondas, por que metais não devem ser colocados neles e por que eles podem afetar os marcapassos. (Veja a Figura 1.4 e a Figura 1.5.) A física permite que você entenda os perigos da radiação e avalie racionalmente esses perigos com mais facilidade. A física também explica por que um radiador de carro preto ajuda a remover o calor do motor de um carro e por que um telhado branco ajuda a manter o interior de uma casa resfriado. Da mesma forma, o funcionamento do sistema de ignição de um carro, bem como a transmissão de sinais elétricos através do sistema nervoso do nosso corpo, são muito mais fáceis de entender quando você pensa sobre eles em termos de física básica.

A física é a base de muitas disciplinas importantes e contribui diretamente para outras. A química, por exemplo - uma vez que lida com as interações de átomos e moléculas - está enraizada na física atômica e molecular. A maioria dos ramos da engenharia são física aplicada. Na arquitetura, a física está no cerne da estabilidade estrutural e está envolvida na acústica, aquecimento, iluminação e resfriamento de edifícios. Partes da geologia dependem fortemente da física, como datação radioativa de rochas, análise de terremotos e transferência de calor na Terra. Algumas disciplinas, como biofísica e geofísica, são híbridas de física e outras disciplinas.

A física tem muitas aplicações nas ciências biológicas. No nível microscópico, ajuda a descrever as propriedades das paredes e membranas celulares (Figura 1.6 e Figura 1.7). No nível macroscópico, pode explicar o calor, o trabalho e a energia associados ao corpo humano. A física está envolvida em diagnósticos médicos, como raios-x, imagens de ressonância magnética (MRI) e medições de fluxo sanguíneo ultrassônicas. A terapia médica às vezes envolve diretamente a física, por exemplo, a radioterapia do câncer usa radiação ionizante. A física também pode explicar fenômenos sensoriais, como a forma como os instrumentos musicais fazem sons, como o olho detecta as cores e como os lasers podem transmitir informações.

Não é necessário estudar formalmente todas as aplicações da física. O que é mais útil é o conhecimento das leis básicas da física e uma habilidade nos métodos analíticos para aplicá-las. O estudo da física também pode melhorar suas habilidades de resolução de problemas. Além disso, a física reteve os aspectos mais básicos da ciência, por isso é usada por todas as ciências, e o estudo da física torna as outras ciências mais fáceis de entender.

Modelos, teorias e leis O papel da experimentação

As leis da natureza são descrições concisas do universo ao nosso redor; são declarações humanas das leis ou regras subjacentes que todos os processos naturais seguem. Essas leis são intrínsecas ao universo que os humanos não as criaram e, portanto, não podem mudá-las. Podemos apenas descobri-los e entendê-los. Sua descoberta é um empreendimento muito humano, com todos os elementos de mistério, imaginação, luta, triunfo e decepção inerentes a qualquer esforço criativo. (Veja a Figura 1.8 e a Figura 1.9.) A pedra angular da descoberta das leis naturais é a observação que a ciência deve descrever o universo como ele é, não como podemos imaginar que seja.

Todos nós estamos curiosos até certo ponto. Olhamos ao redor, fazemos generalizações e tentamos entender o que vemos - por exemplo, olhamos para cima e nos perguntamos se um tipo de nuvem sinaliza uma tempestade que se aproxima. À medida que levamos a sério a exploração da natureza, tornamo-nos mais organizados e formais na coleta e análise de dados. Tentamos maior precisão, realizamos experimentos controlados (se possível) e anotamos ideias sobre como os dados podem ser organizados e unificados. Em seguida, formulamos modelos, teorias e leis com base nos dados que coletamos e analisamos para generalizar e comunicar os resultados desses experimentos.

Um modelo é uma representação de algo que geralmente é muito difícil (ou impossível) de exibir diretamente. Embora um modelo seja justificado com provas experimentais, ele só é preciso em situações limitadas. Um exemplo é o modelo planetário do átomo no qual os elétrons são retratados orbitando o núcleo, de forma análoga à maneira como os planetas orbitam o sol. (Veja a Figura 1.10.) Não podemos observar as órbitas de elétrons diretamente, mas a imagem mental ajuda a explicar as observações que podemos fazer, como a emissão de luz de gases quentes (espectros atômicos). Os físicos usam modelos para uma variedade de propósitos. Por exemplo, os modelos podem ajudar os físicos a analisar um cenário e realizar um cálculo, ou podem ser usados ​​para representar uma situação na forma de uma simulação de computador. Uma teoria é uma explicação para padrões na natureza que é apoiada por evidências científicas e verificada várias vezes por vários grupos de pesquisadores. Algumas teorias incluem modelos para ajudar a visualizar fenômenos, enquanto outras não. A teoria da gravidade de Newton, por exemplo, não requer um modelo ou imagem mental, porque podemos observar os objetos diretamente com nossos próprios sentidos. A teoria cinética dos gases, por outro lado, é um modelo em que um gás é visto como sendo composto de átomos e moléculas. Átomos e moléculas são muito pequenos para serem observados diretamente com nossos sentidos - assim, nós os imaginamos mentalmente para entender o que nossos instrumentos nos dizem sobre o comportamento dos gases.

Uma lei usa uma linguagem concisa para descrever um padrão generalizado na natureza que é apoiado por evidências científicas e experimentos repetidos. Freqüentemente, uma lei pode ser expressa na forma de uma única equação matemática. Leis e teorias são semelhantes no sentido de que ambas são afirmações científicas que resultam de uma hipótese testada e são apoiadas por evidências científicas. No entanto, a designação lei é reservado para uma declaração concisa e muito geral que descreve fenômenos da natureza, como a lei de que a energia é conservada durante qualquer processo, ou a segunda lei do movimento de Newton, que relaciona força, massa e aceleração pela equação simples F = ma F = ma tamanho 12 <>. Uma teoria, em contraste, é uma declaração menos concisa dos fenômenos observados. Por exemplo, a Teoria da Evolução e a Teoria da Relatividade não podem ser expressas de forma concisa o suficiente para serem consideradas uma lei. A maior diferença entre uma lei e uma teoria é que uma teoria é muito mais complexa e dinâmica. Uma lei descreve uma única ação, enquanto uma teoria explica todo um grupo de fenômenos relacionados. E, enquanto uma lei é um postulado que forma a base do método científico, uma teoria é o resultado final desse processo.

Declarações menos amplamente aplicáveis ​​são geralmente chamadas de princípios (como o princípio de Pascal, que é aplicável apenas em fluidos), mas a distinção entre leis e princípios muitas vezes não é feita com cuidado.

Modelos, teorias e leis

Modelos, teorias e leis são usados ​​para ajudar os cientistas a analisar os dados que já coletaram. No entanto, muitas vezes depois que um modelo, teoria ou lei foi desenvolvido, ele aponta os cientistas para novas descobertas que eles não teriam feito de outra forma.

Os modelos, teorias e leis que às vezes criamos implica a existência de objetos ou fenômenos ainda não observados. Essas previsões são triunfos e tributos notáveis ​​ao poder da ciência. É a ordem subjacente do universo que permite aos cientistas fazer tais previsões espetaculares. No entanto, se experimentar não verifica nossas previsões, então a teoria ou lei está errada, não importa o quão elegante ou conveniente seja. As leis nunca podem ser conhecidas com certeza absoluta porque é impossível realizar todos os experimentos imagináveis ​​para confirmar uma lei em todos os cenários possíveis. Os físicos operam sob a suposição de que todas as leis e teorias científicas são válidas até que um contra-exemplo seja observado. Se um experimento verificável de boa qualidade contradiz uma lei bem estabelecida, então a lei deve ser modificada ou anulada completamente.

O estudo da ciência em geral e da física em particular é uma aventura muito parecida com a exploração de um oceano desconhecido. As descobertas são feitas, modelos, teorias e leis são formuladas e a beleza do universo físico torna-se mais sublime pelos insights obtidos.

O método científico

Conforme os cientistas investigam e reúnem informações sobre o mundo, eles seguem um processo chamado método científico. Esse processo normalmente começa com uma observação e uma pergunta que o cientista pesquisará. Em seguida, o cientista normalmente realiza algumas pesquisas sobre o tópico e, em seguida, elabora uma hipótese. Em seguida, o cientista testará a hipótese realizando um experimento. Finalmente, o cientista analisa os resultados do experimento e tira uma conclusão. Observe que o método científico pode ser aplicado a muitas situações que não se limitam à ciência, e esse método pode ser modificado para se adequar à situação.

Considere um exemplo. Digamos que você tente ligar o carro, mas ele não liga. Você, sem dúvida, se pergunta: por que o carro não pega? Você pode seguir um método científico para responder a esta pergunta. Em primeiro lugar, você pode realizar algumas pesquisas para determinar uma variedade de razões pelas quais o carro não pega. A seguir, você apresentará uma hipótese. Por exemplo, você pode acreditar que o carro não está dando partida porque não tem óleo de motor. Para testar isso, você abre o capô do carro e examina o nível de óleo. Você observa que o óleo está em um nível aceitável e, portanto, conclui que o nível de óleo não está contribuindo para o problema do seu carro. Para solucionar o problema ainda mais, você pode inventar uma nova hipótese para testar e, em seguida, repetir o processo novamente.

A evolução da filosofia natural para a física moderna

A física nem sempre foi uma disciplina separada e distinta. Ele permanece conectado a outras ciências até hoje. A palavra física vem do grego, significando natureza. O estudo da natureza passou a ser chamado de "filosofia natural". Desde os tempos antigos até o Renascimento, a filosofia natural abrangeu muitos campos, incluindo astronomia, biologia, química, física, matemática e medicina. Nos últimos séculos, o crescimento do conhecimento resultou em uma especialização cada vez maior e na ramificação da filosofia natural em campos separados, com a física mantendo as facetas mais básicas. (Veja a Figura 1.11, Figura 1.12 e Figura 1.13.) A física, conforme se desenvolveu da Renascença até o final do século 19, é chamada de física clássica. Foi transformada em física moderna por descobertas revolucionárias feitas a partir do início do século XX.

A física clássica não é uma descrição exata do universo, mas é uma excelente aproximação nas seguintes condições: A matéria deve estar se movendo a velocidades inferiores a cerca de 1% da velocidade da luz, os objetos tratados devem ser grandes o suficiente para serem vistos com um microscópio, e apenas campos gravitacionais fracos, como o campo gerado pela Terra, podem ser envolvidos. Como os humanos vivem sob tais circunstâncias, a física clássica parece intuitivamente razoável, enquanto muitos aspectos da física moderna parecem bizarros. É por isso que os modelos são tão úteis na física moderna - eles nos permitem conceituar fenômenos que normalmente não experimentamos. Podemos nos relacionar com modelos em termos humanos e visualizar o que acontece quando os objetos se movem em alta velocidade ou imaginar como seriam os objetos pequenos demais para serem observados com nossos sentidos. Por exemplo, podemos entender as propriedades de um átomo porque podemos imaginá-lo em nossas mentes, embora nunca tenhamos visto um átomo com nossos olhos. É claro que novas ferramentas nos permitem retratar melhor os fenômenos que não podemos ver. Na verdade, a nova instrumentação nos permitiu, nos últimos anos, realmente "imaginar" o átomo.

Limites das Leis da Física Clássica

Para que as leis da física clássica se apliquem, os seguintes critérios devem ser atendidos: a matéria deve estar se movendo a velocidades inferiores a cerca de 1% da velocidade da luz, os objetos tratados devem ser grandes o suficiente para serem vistos com um microscópio, e apenas campos gravitacionais fracos (como o campo gerado pela Terra) podem estar envolvidos.

Alguns dos avanços mais espetaculares da ciência foram feitos na física moderna. Muitas das leis da física clássica foram modificadas ou rejeitadas, resultando em mudanças revolucionárias na tecnologia, na sociedade e em nossa visão do universo. Como a ficção científica, a física moderna está repleta de objetos fascinantes além de nossas experiências normais, mas tem a vantagem sobre a ficção científica de ser muito real. Por que, então, a maior parte deste texto é dedicada a tópicos da física clássica? Há duas razões principais: a física clássica fornece uma descrição extremamente precisa do universo sob uma ampla gama de circunstâncias cotidianas, e o conhecimento da física clássica é necessário para compreender a física moderna.

A própria física moderna consiste em duas teorias revolucionárias, relatividade e mecânica quântica. Essas teorias tratam do muito rápido e do muito pequeno, respectivamente. A relatividade deve ser usada sempre que um objeto está viajando a mais de cerca de 1% da velocidade da luz ou experimenta um forte campo gravitacional, como aquele próximo ao sol. A mecânica quântica deve ser usada para objetos menores do que podem ser vistos com um microscópio. A combinação dessas duas teorias é mecânica quântica relativística, e descreve o comportamento de pequenos objetos viajando em altas velocidades ou experimentando um forte campo gravitacional. A mecânica quântica relativística é a melhor teoria universalmente aplicável que temos. Por causa de sua complexidade matemática, ela é usada apenas quando necessário, e as outras teorias são usadas sempre que produzirem resultados suficientemente precisos. Descobriremos, entretanto, que podemos fazer muito da física moderna com a álgebra e a trigonometria usadas neste texto.

Verifique sua compreensão

Um amigo diz que aprendeu sobre uma nova lei da natureza. O que você pode saber sobre as informações antes mesmo de seu amigo descrever a lei? Como as informações seriam diferentes se seu amigo lhe dissesse que aprendeu sobre uma teoria científica em vez de uma lei?

Solução

Sem conhecer os detalhes da lei, você ainda pode inferir que a informação que seu amigo aprendeu está de acordo com os requisitos de todas as leis da natureza: será uma descrição concisa do universo ao nosso redor, uma declaração das regras subjacentes que todos os processos naturais Segue. Se a informação fosse uma teoria, você seria capaz de inferir que a informação será uma generalização em grande escala e amplamente aplicável.


Os princípios da HOMEOSTASE (OCR A nível Biologia A)

Professor de ciências de profissão, também sou conhecido por ensinar matemática e educação física! No entanto, por mais estranho que possa parecer, meu verdadeiro amor é projetar recursos que possam ser usados ​​por outros professores para maximizar a experiência dos alunos. Estou constantemente pensando em novas maneiras de envolver um aluno com um tópico e tento implementar isso no planejamento das aulas.

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Esta lição descreve os princípios da homeostase e as diferenças entre feedback negativo e feedback positivo. O PowerPoint e os recursos que o acompanham foram projetados para cobrir o ponto 5.1.1 [c] da especificação de Biologia A de nível A do OCR e explica como esse controle de feedback mantém os sistemas dentro de limites estreitos, mas também foi planejado para fornecer detalhes importantes para os próximos tópicos, como como osmorregulação, termorregulação e a despolarização de um neurônio.

Os intervalos normais de concentração de glicose no sangue, pH do sangue e temperatura corporal são introduzidos no início da lição para permitir que os alunos reconheçam que esses aspectos devem ser mantidos dentro de limites estreitos. Uma série de questões do tipo exame desafiam então a recordação do conhecimento dos tópicos 1 a 8 para explicar por que é importante que cada um desses aspectos seja mantido dentro desses limites. Os alunos foram apresentados à homeostase no GCSE, por isso este processo é revisitado e discutido, de forma a garantir que os alunos consigam relembrar que se trata da manutenção de um estado de equilíbrio dinâmico. Uma rápida competição de questionário é usada para revelar feedback negativo como um termo-chave e os alunos aprenderão como essa forma de controle reverte a mudança original e exemplos biológicos são usados ​​para enfatizar a importância deste sistema para restaurar os níveis aos limites (e ao ótimo) . O restante da lição explica como o feedback positivo difere do feedback negativo à medida que aumenta a mudança original e o papel da oxitocina no nascimento e o movimento dos íons de sódio em um neurônio são usados ​​para exemplificar a ação desse sistema de controle.

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Homeostase, excreção, comunicação neuronal e hormonal (Biologia A de nível OCR)

Este pacote de 20 lições cobre a maior parte do conteúdo incluído nos módulos 5.1.1 - 5.1.4 da especificação de Biologia A de nível A do OCR. Todas as aulas são altamente detalhadas e foram planejadas detalhadamente para garantir que sejam preenchidas com uma ampla gama de tarefas para envolver e motivar os alunos enquanto verifica sua compreensão. Os seguintes pontos de especificação são cobertos pelas lições deste pacote: 5.1.1: Comunicação e homeostase * A comunicação entre células por sinalização celular * O princípio da homeostase * As respostas fisiológicas e comportamentais envolvidas no controle de temperatura em endotérmicos e ectotérmicos 5.1.2 : Excreção como um exemplo de controle homeostático * As funções do fígado de mamíferos * A estrutura geral e histologia do rim * Os processos de ultrafiltração e reabsorção seletiva * O controle do potencial hídrico do sangue * Os efeitos da insuficiência renal e seus tratamentos potenciais 5.1.3: Comunicação neuronal * Os papéis dos receptores sensoriais de mamíferos na conversão de estímulos em impulsos nervosos * A estrutura e funções dos neurônios sensoriais, de retransmissão e motores * A geração e transmissão de impulsos nervosos em mamíferos * As estruturas e papéis das sinapses na transmissão 5.1.4: Comunicação hormonal * Comunicação endócrina por hormônios * O stru ctura e funções das glândulas supra-renais * A estrutura do pâncreas * A regulação da concentração de glicose no sangue * A diferença entre diabetes mellitus tipo I e II * Os tratamentos potenciais para diabetes mellitus Estima-se que demore mais de 2 meses de tempo de ensino de nível A alocado para cobrir os detalhes incluídos nestas lições Se você gostaria de experimentar a qualidade das lições neste pacote, baixe as seguintes lições, pois foram compartilhadas gratuitamente: * Os princípios da homeostase * Controle de temperatura in ectotherms * The functions of the liver * The structure of the kidney * The generation and transmission of nerve impulses * Endocrine communication

Module 5.1.1: Communication and homeostasis (OCR A-level Biology A)

This bundle of 4 lessons covers the content of module 5.1.1 of the OCR A-level Biology A specification, titled communication and homeostasis. As this module tends to be one of the first to be taught in the second year of the course, it's extremely important that links are made to upcoming topics as well as challenging the students on their prior knowledge of modules 2 - 4. This is achieved through a wide range of tasks, that include exam-style questions, differentiated tasks and guided discussion periods. Quick quiz competitions are also used to introduce key terms and values in a fun and memorable way. The following specification points are covered by the 4 lesson PowerPoints and accompanying resources included in this bundle: * The communication between cells by cell signalling * The principles of homeostasis * The differences between negative and positive feedback * The physiological and behavioural responses involved in temperature control in endotherms and ectotherms As detailed above, these lessons have been specifically planned to tie in with the other parts of module 5, including neuronal communication, hormonal communication and animal and plant responses. If you would like to sample the quality of the lessons in this bundle, then download the principles of homeostasis and temperature control in ectotherms lessons as these have been uploaded for free


What is Sustainable Development and Why Does it Matter?

In September 2015, the United Nations achieved international agreement for its 2030 Agenda on Sustainable Development. The agenda identifies 17 Goals and 169 targets to address a number of economic, environmental, and social concerns facing the world today. I was fortunate to attend the UN Summer Academy in Bonn, Germany from August 22-26 to learn more about the Sustainable Development Goals (SDGs). I went to Bonn to learn about the goals and, in particular, make linkages to management practice. In this post, I will discuss what the sustainable development agenda covers and why it matters.

What is sustainable development?

The definition of sustainable development that is used by the UN is: "Development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs."

What do the Sustainable Development Goals cover?

There are 17 Goals that cover five key themes.

Below are excerpts from the descriptions of the five themes:

• People: to ensure that all human beings can fulfil their potential in dignity and equality and in a healthy environment
• Planet: to protect the planet. through sustainable consumption and production, sustainably managing its natural resources and taking urgent action on climate change, so that it can support the needs of the present and future generations
• Prosperity: to ensure that all human beings can enjoy prosperous and fulfilling lives and that economic, social and technological progress occurs in harmony with nature
• Peace: to foster peaceful, just and inclusive societies which are free from fear and violence. There can be no sustainable development without peace and no peace without sustainable development
• Partnership: to mobilize the means required to implement this Agenda through . the participation of all countries, all stakeholders and all people.

How is the Sustainable Development Agenda different to other agendas such as the Millennium Development Declaration?

Eradicating poverty is seen as an "indispensable requirement of sustainable development." This is why the Sustainable Development agenda compliments and extend other agreements. For example, the Sustainable Development agenda extends the 2000 Millennium Development Goals, which were designed to eradicate extreme poverty and improve the health and welfare of the world's poorest people by 2015 it complements the 2015 Paris Agreement on Climate Change.

Another defining characteristic of the Sustainable Development Agenda is that it is intended to apply to all economies, not just the world's poorest. This is why economies such as the USA need to pay close attention to the agenda as the USA (alongside the other 192 economies that signed the Sustainable Development agreement) will now be measured against how well it achieves the goals.

Why is sustainable development on the radar now?

There are growing fears that current levels of economic development are not sustainable. A key focus is the impact economic growth has had on the environment - in particular human activity that has caused an uptick in greenhouse gases such as methane or CO2, which in turn have caused the atmosphere to retain heat.

Climate change was first introduced back in 1896 when Svante Arrhenius predicted that emissions of carbon dioxide due to the burning of fossil fuels and other combustion processes were large enough to cause global warming.

But it is also important to put the concept of global warming into current context. In 1896, when Arrhenius first started writing about climate change, only 1.6 billion people lived on the planet and the world GDP was valued at around US$1.6 trillion. Now, our planet is home to 7.2 billion people and GDP has grown by about 4000%.

Not only has the population grown, but defining characteristics of the population have changed. For example, 700 million fewer people live in extreme poverty conditions in 2010 than in 1990. But as poverty goes down, protein consumption goes up and farming methods become more intensive.

Another phenomenon is that of the rising global middle class, which is predicted to increase from 1.8 billion people in 2009 to 3.2 billion by 2020 and 4.9 billion by 2030. Most growth will come from Asia. In fact, by 2030 Asia will represent 66% of the global middle-class population and 59% of middle-class consumption, compared to 28% and 23%, respectively in 2009.

As the composition of the population changes, policy makers have turned their attention away from economic development to sustainable [economic] development.

Achieving sustainable development requires tradeoffs

As the discussion above indicates, a sustainable development agenda requires tradeoffs across three components: economic, social and environmental. For example, eradicating poverty is accompanied by more intensive farming methods the rising middle class leads to more industrialization and/or growing cities. Each of these changes come at an environmental cost. So the interlinkages between economic, social and environmental issues need to be considered.

Other agreements such as the Millennium Development Agenda or the Paris Agreement on Climate change tend to focus on one of the three components of sustainable development: economic, social or environmental, whereas the SDGs take into account the relationships between these three components.

In addition, a number of the Sustainable Development Goals are new and relate to implementing the sustainable development agenda. Issues of implementation were largely overlooked in, e.g., the Millennium Development agenda. Examples of these new goals include:
• Goal 8: Promote inclusive and sustainable economic growth, employment and decent work for all and
• Goal 9: Build resilient infrastructure, promote sustainable industrialization and foster innovation.

Aside from the relationships between social, economic, and environmental concerns, what else does the Sustainable Development Agenda spotlight?

The UN Summer Academy was action packed and we were fortunate to hear from many speakers covering a vast range of topics. I personally came away with a few other insights that will shape my work in this space:
• Since not all growth is sustainable, countries and organizations should consider the economic consequences of lower growth targets as they balance these against environmental and social considerations.
• In addition, economic growth in high income countries has slowed. This might be because younger generations (e.g., Millennials and Generation Z) care less about consumption and more about the planet than generations before them. Therefore, not only do organizations need to pay attention to the Sustainable Development Goals, and the tradeoffs they require, but also slower economic growth might well be the new normal.

• While economic growth gives people and organizations more choices, measures of economic growth should be considered alongside people-centric measures such as human capital development, inclusivity, happiness or well-being, and environment-centric measures such as reducing the carbon footprint. That is economic growth should be repositioned as the means to the end, rather than the end in and of itself.
• Innovation has both positive and negative consequences. For example, innovation can be directed at productivity improvements, some of which can deplete natural resources, or new product development, some of which results in over-consumption. Innovation also ensures organizational and community sustainability. Again, tradeoffs need to be made.

There is much work to be done to better understand and implement the Sustainable Development Goals but for now, the message is clear: business as usual is not an option.


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The Importance of Earth Science

Today we live in a time when the Earth and its inhabitants face many challenges. Our climate is changing, and that change is being caused by human activity. Earth scientists recognized this problem and will play a key role in efforts to resolve it. We are also challenged to: develop new sources of energy that will have minimal impact on climate locate new sources of metals and other mineral resources as known sources are depleted and, determine how Earth's increasing population can live and avoid serious threats such as volcanic activity, earthquakes, landslides, floods and more. These are just a few of the problems where solutions depend upon a deep understanding of Earth science.


COVID-19 Policies

On July 30, the Academic Senate adopted grading policies effective for all undergraduate and graduate programs, excepting the professional Graduate School of Business, School of Law, and the School of Medicine M.D. Program. For a complete list of those and other academic policies relating to the pandemic, see the "COVID-19 and Academic Continuity" section of this bulletin.

The Senate decided that all undergraduate and graduate courses offered for a letter grade must also offer students the option of taking the course for a “credit” or “no credit” grade and recommended that deans, departments, and programs consider adopting local policies to count courses taken for a “credit” or “satisfactory” grade toward the fulfillment of degree-program requirements and/or alter program requirements as appropriate.


1.1 Physics: An Introduction

The physical universe is enormously complex in its detail. Every day, each of us observes a great variety of objects and phenomena. Over the centuries, the curiosity of the human race has led us collectively to explore and catalog a tremendous wealth of information. From the flight of birds to the colors of flowers, from lightning to gravity, from quarks to clusters of galaxies, from the flow of time to the mystery of the creation of the universe, we have asked questions and assembled huge arrays of facts. In the face of all these details, we have discovered that a surprisingly small and unified set of physical laws can explain what we observe. As humans, we make generalizations and seek order. We have found that nature is remarkably cooperative—it exhibits the underlying order and simplicity we so value.

It is the underlying order of nature that makes science in general, and physics in particular, so enjoyable to study. For example, what do a bag of chips and a car battery have in common? Both contain energy that can be converted to other forms. The law of conservation of energy (which says that energy can change form but is never lost) ties together such topics as food calories, batteries, heat, light, and watch springs. Understanding this law makes it easier to learn about the various forms energy takes and how they relate to one another. Apparently unrelated topics are connected through broadly applicable physical laws, permitting an understanding beyond just the memorization of lists of facts.

The unifying aspect of physical laws and the basic simplicity of nature form the underlying themes of this text. In learning to apply these laws, you will, of course, study the most important topics in physics. More importantly, you will gain analytical abilities that will enable you to apply these laws far beyond the scope of what can be included in a single book. These analytical skills will help you to excel academically, and they will also help you to think critically in any professional career you choose to pursue. This module discusses the realm of physics (to define what physics is), some applications of physics (to illustrate its relevance to other disciplines), and more precisely what constitutes a physical law (to illuminate the importance of experimentation to theory).

Science and the Realm of Physics

Science consists of the theories and laws that are the general truths of nature as well as the body of knowledge they encompass. Scientists are continually trying to expand this body of knowledge and to perfect the expression of the laws that describe it. Physics is concerned with describing the interactions of energy, matter, space, and time, and it is especially interested in what fundamental mechanisms underlie every phenomenon. The concern for describing the basic phenomena in nature essentially defines the realm of physics.

Physics aims to describe the function of everything around us, from the movement of tiny charged particles to the motion of people, cars, and spaceships. In fact, almost everything around you can be described quite accurately by the laws of physics. Consider a smart phone (Figure 1.3). Physics describes how electricity interacts with the various circuits inside the device. This knowledge helps engineers select the appropriate materials and circuit layout when building the smart phone. Next, consider a GPS system. Physics describes the relationship between the speed of an object, the distance over which it travels, and the time it takes to travel that distance. When you use a GPS device in a vehicle, it utilizes these physics equations to determine the travel time from one location to another.

Applications of Physics

You need not be a scientist to use physics. On the contrary, knowledge of physics is useful in everyday situations as well as in nonscientific professions. It can help you understand how microwave ovens work, why metals should not be put into them, and why they might affect pacemakers. (See Figure 1.4 and Figure 1.5.) Physics allows you to understand the hazards of radiation and rationally evaluate these hazards more easily. Physics also explains the reason why a black car radiator helps remove heat in a car engine, and it explains why a white roof helps keep the inside of a house cool. Similarly, the operation of a car's ignition system as well as the transmission of electrical signals through our body's nervous system are much easier to understand when you think about them in terms of basic physics.

Physics is the foundation of many important disciplines and contributes directly to others. Chemistry, for example—since it deals with the interactions of atoms and molecules—is rooted in atomic and molecular physics. Most branches of engineering are applied physics. In architecture, physics is at the heart of structural stability, and is involved in the acoustics, heating, lighting, and cooling of buildings. Parts of geology rely heavily on physics, such as radioactive dating of rocks, earthquake analysis, and heat transfer in the Earth. Some disciplines, such as biophysics and geophysics, are hybrids of physics and other disciplines.

Physics has many applications in the biological sciences. On the microscopic level, it helps describe the properties of cell walls and cell membranes (Figure 1.6 and Figure 1.7). On the macroscopic level, it can explain the heat, work, and power associated with the human body. Physics is involved in medical diagnostics, such as x-rays, magnetic resonance imaging (MRI), and ultrasonic blood flow measurements. Medical therapy sometimes directly involves physics for example, cancer radiotherapy uses ionizing radiation. Physics can also explain sensory phenomena, such as how musical instruments make sound, how the eye detects color, and how lasers can transmit information.

It is not necessary to formally study all applications of physics. What is most useful is knowledge of the basic laws of physics and a skill in the analytical methods for applying them. The study of physics also can improve your problem-solving skills. Furthermore, physics has retained the most basic aspects of science, so it is used by all of the sciences, and the study of physics makes other sciences easier to understand.

Models, Theories, and Laws The Role of Experimentation

The laws of nature are concise descriptions of the universe around us they are human statements of the underlying laws or rules that all natural processes follow. Such laws are intrinsic to the universe humans did not create them and so cannot change them. Podemos apenas descobri-los e entendê-los. Sua descoberta é um empreendimento muito humano, com todos os elementos de mistério, imaginação, luta, triunfo e decepção inerentes a qualquer esforço criativo. (See Figure 1.8 and Figure 1.9.) The cornerstone of discovering natural laws is observation science must describe the universe as it is, not as we may imagine it to be.

Todos nós estamos curiosos até certo ponto. We look around, make generalizations, and try to understand what we see—for example, we look up and wonder whether one type of cloud signals an oncoming storm. À medida que levamos a sério a exploração da natureza, tornamo-nos mais organizados e formais na coleta e análise de dados. We attempt greater precision, perform controlled experiments (if we can), and write down ideas about how the data may be organized and unified. We then formulate models, theories, and laws based on the data we have collected and analyzed to generalize and communicate the results of these experiments.

A model is a representation of something that is often too difficult (or impossible) to display directly. While a model is justified with experimental proof, it is only accurate under limited situations. An example is the planetary model of the atom in which electrons are pictured as orbiting the nucleus, analogous to the way planets orbit the Sun. (See Figure 1.10.) We cannot observe electron orbits directly, but the mental image helps explain the observations we can make, such as the emission of light from hot gases (atomic spectra). Physicists use models for a variety of purposes. For example, models can help physicists analyze a scenario and perform a calculation, or they can be used to represent a situation in the form of a computer simulation. A theory is an explanation for patterns in nature that is supported by scientific evidence and verified multiple times by various groups of researchers. Some theories include models to help visualize phenomena, whereas others do not. Newton's theory of gravity, for example, does not require a model or mental image, because we can observe the objects directly with our own senses. The kinetic theory of gases, on the other hand, is a model in which a gas is viewed as being composed of atoms and molecules. Atoms and molecules are too small to be observed directly with our senses—thus, we picture them mentally to understand what our instruments tell us about the behavior of gases.

A law uses concise language to describe a generalized pattern in nature that is supported by scientific evidence and repeated experiments. Often, a law can be expressed in the form of a single mathematical equation. Laws and theories are similar in that they are both scientific statements that result from a tested hypothesis and are supported by scientific evidence. However, the designation law is reserved for a concise and very general statement that describes phenomena in nature, such as the law that energy is conserved during any process, or Newton's second law of motion, which relates force, mass, and acceleration by the simple equation F = m a F = m a size 12 <> . A theory, in contrast, is a less concise statement of observed phenomena. For example, the Theory of Evolution and the Theory of Relativity cannot be expressed concisely enough to be considered a law. The biggest difference between a law and a theory is that a theory is much more complex and dynamic. A law describes a single action, whereas a theory explains an entire group of related phenomena. And, whereas a law is a postulate that forms the foundation of the scientific method, a theory is the end result of that process.

Less broadly applicable statements are usually called principles (such as Pascal's principle, which is applicable only in fluids), but the distinction between laws and principles often is not carefully made.

Models, Theories, and Laws

Models, theories, and laws are used to help scientists analyze the data they have already collected. However, often after a model, theory, or law has been developed, it points scientists toward new discoveries they would not otherwise have made.

The models, theories, and laws we devise sometimes imply the existence of objects or phenomena as yet unobserved. These predictions are remarkable triumphs and tributes to the power of science. It is the underlying order in the universe that enables scientists to make such spectacular predictions. However, if experimentar does not verify our predictions, then the theory or law is wrong, no matter how elegant or convenient it is. Laws can never be known with absolute certainty because it is impossible to perform every imaginable experiment in order to confirm a law in every possible scenario. Physicists operate under the assumption that all scientific laws and theories are valid until a counterexample is observed. If a good-quality, verifiable experiment contradicts a well-established law, then the law must be modified or overthrown completely.

The study of science in general and physics in particular is an adventure much like the exploration of uncharted ocean. Discoveries are made models, theories, and laws are formulated and the beauty of the physical universe is made more sublime for the insights gained.

O método científico

As scientists inquire and gather information about the world, they follow a process called the scientific method . This process typically begins with an observation and question that the scientist will research. Next, the scientist typically performs some research about the topic and then devises a hypothesis. Then, the scientist will test the hypothesis by performing an experiment. Finally, the scientist analyzes the results of the experiment and draws a conclusion. Note that the scientific method can be applied to many situations that are not limited to science, and this method can be modified to suit the situation.

Consider an example. Let us say that you try to turn on your car, but it will not start. You undoubtedly wonder: Why will the car not start? You can follow a scientific method to answer this question. First off, you may perform some research to determine a variety of reasons why the car will not start. Next, you will state a hypothesis. For example, you may believe that the car is not starting because it has no engine oil. To test this, you open the hood of the car and examine the oil level. You observe that the oil is at an acceptable level, and you thus conclude that the oil level is not contributing to your car issue. To troubleshoot the issue further, you may devise a new hypothesis to test and then repeat the process again.

The Evolution of Natural Philosophy into Modern Physics

Physics was not always a separate and distinct discipline. It remains connected to other sciences to this day. A palavra física comes from Greek, meaning nature. The study of nature came to be called “natural philosophy.” From ancient times through the Renaissance, natural philosophy encompassed many fields, including astronomy, biology, chemistry, physics, mathematics, and medicine. Over the last few centuries, the growth of knowledge has resulted in ever-increasing specialization and branching of natural philosophy into separate fields, with physics retaining the most basic facets. (See Figure 1.11, Figure 1.12, and Figure 1.13.) Physics as it developed from the Renaissance to the end of the 19th century is called classical physics . It was transformed into modern physics by revolutionary discoveries made starting at the beginning of the 20th century.

Classical physics is not an exact description of the universe, but it is an excellent approximation under the following conditions: Matter must be moving at speeds less than about 1% of the speed of light, the objects dealt with must be large enough to be seen with a microscope, and only weak gravitational fields, such as the field generated by the Earth, can be involved. Because humans live under such circumstances, classical physics seems intuitively reasonable, while many aspects of modern physics seem bizarre. This is why models are so useful in modern physics—they let us conceptualize phenomena we do not ordinarily experience. We can relate to models in human terms and visualize what happens when objects move at high speeds or imagine what objects too small to observe with our senses might be like. For example, we can understand an atom's properties because we can picture it in our minds, although we have never seen an atom with our eyes. New tools, of course, allow us to better picture phenomena we cannot see. In fact, new instrumentation has allowed us in recent years to actually “picture” the atom.

Limits on the Laws of Classical Physics

For the laws of classical physics to apply, the following criteria must be met: Matter must be moving at speeds less than about 1% of the speed of light, the objects dealt with must be large enough to be seen with a microscope, and only weak gravitational fields (such as the field generated by the Earth) can be involved.

Some of the most spectacular advances in science have been made in modern physics. Many of the laws of classical physics have been modified or rejected, and revolutionary changes in technology, society, and our view of the universe have resulted. Like science fiction, modern physics is filled with fascinating objects beyond our normal experiences, but it has the advantage over science fiction of being very real. Why, then, is the majority of this text devoted to topics of classical physics? There are two main reasons: Classical physics gives an extremely accurate description of the universe under a wide range of everyday circumstances, and knowledge of classical physics is necessary to understand modern physics.

Modern physics itself consists of the two revolutionary theories, relativity and quantum mechanics. These theories deal with the very fast and the very small, respectively. Relativity must be used whenever an object is traveling at greater than about 1% of the speed of light or experiences a strong gravitational field such as that near the Sun. Quantum mechanics must be used for objects smaller than can be seen with a microscope. The combination of these two theories is relativistic quantum mechanics, and it describes the behavior of small objects traveling at high speeds or experiencing a strong gravitational field. Relativistic quantum mechanics is the best universally applicable theory we have. Because of its mathematical complexity, it is used only when necessary, and the other theories are used whenever they will produce sufficiently accurate results. We will find, however, that we can do a great deal of modern physics with the algebra and trigonometry used in this text.

Verifique sua compreensão

A friend tells you he has learned about a new law of nature. What can you know about the information even before your friend describes the law? How would the information be different if your friend told you he had learned about a scientific theory rather than a law?

Solution

Without knowing the details of the law, you can still infer that the information your friend has learned conforms to the requirements of all laws of nature: it will be a concise description of the universe around us a statement of the underlying rules that all natural processes follow. If the information had been a theory, you would be able to infer that the information will be a large-scale, broadly applicable generalization.


Assista o vídeo: Introdução à Biologia (Dezembro 2021).