Porque algumas vezes observamos um aro ao redor do Sol?

O aro observado ao redor do sol é um fenômeno óptico, e ocorre em função da presença de nuvens altas translúcidas chamadas cirrustatus, que são nuvens em forma de camadas, bem elevadas na atmosfera (cerca de 8 km acima da superfície, aproximadamente) e formadas basicamente por cristais de gelo. Esses cristais promovem a difração dos raios luminosos, desviando os raios de luz. Assim, forma o aro ao redor do Sol, o halo.

Como os cristais de gelo funcionam como pequenas lentes, o halo pode ser visto de diversas maneiras, dependendo da posição do observador, das condições da atmosfera e do desvio da luz. É comum, por exemplo, ver as cores do arco-íris no halo, devido à decomposição da luz na atmosfera. Em algumas situações, inclusive, o halo, denuncia a presença de nuvens cirrustatus, pelo fato de serem quase transparentes. Algumas vezes com espessuras um pouco maiores, essas nuvens fazem com que o céu fique com um aspecto leitoso, parecendo um pouco esfumaçado.

Geralmente, as nuvens são formadas na vanguarda do sistema frontal (que é o encontro de massas de ar distintas), sendo até indicadoras de mudanças de tempo, como queda na temperatura e aparecimento de chuva. Porém, se uma massa de ar frio seguir para o oceano em vez de para o norte, embora as nuvens possam ser avistadas, não há mudanças significativas no tempo dos dias seguintes. Como temos a atuação mais frequentes de frentes frias desde o outono até o meio da primavera, a ocorrência de halos pode ser maior.

Alem de ser observado ao redor do sol o fenômeno pode ser visto à noite, em volta da Lua.

Fonte: Revista Ciência Hoje, v. 42, agosto de 2008.

Quais os empecilhos para se transformar um acelerador de partículas em meio de propulsão para naves espaciais?

A propulsão de qualquer foguete, incluindo naves espaciais, baseia-se no princípio de conservação de momento. Em um foguete comum, os gases gerados por reações químicas no combustível sólido ou líquido, são expelidos em alta velocidade pela tubeira (ou bocal) de exaustão do veículo, produzindo uma força de reação sobre ele denominada empuxo, que o propele no sentido contrario ao da exaustão do gás propelente. A Força de empuxo é proporcional ao produto da velocidade com que o gás propelente sai da tubeira pela taxa de exaustão. Portanto, para conseguir grande aceleração do veículo, é possível utilizar sistemas nos quais a taxa de exaustão seja alta, o que significa uma rápida queima do combustível, ou nos quais o gás propelente saia com velocidades altíssimas.

Naturalmente, os aceleradores permitem acelerar prótons a grandes energias, de forma que se poderia pensar que, utilizando um acelerador em foguete, seria possível lançá-lo no espaço com uma alta taxa de exaustão, produzindo altos valores de empuxo. No entanto, isso não é viável por uma razão fundamental: é que, ao expelir partículas carregadas no espaço, a espaçonave, como é um corpo isolado, ficaria altamente carregada com a carga contrária, atraindo de volta os íons do “propelente” e impedindo sua aceleração. Alem disso, os aceleradores são dispositivos de grandes proporções e peso, o que deve ser evitado em um veículo espacial.

Uma solução parecida com esse esquema é chamada propulsão iônica. Em vez de se utilizar um acelerador, se produz um gás ionizado, ou plasma, dentro de uma câmara no veículo espacial. Os íons do plasma são extraídos e lançados no espaço através de grades com polarização eletrostática, que repele elétrons e acelera íons. Para se evitar que o veiculo fique carregado negativamente, no seu exterior pode ser colocado um filamento que emite elétrons no espaço. Assim, a carga total emitida pela espaçonave é nula e ela não se carrega. Esse sistema já está sendo utilizado para o controle de órbita de satélites artificiais e está sendo estudada pela Nasa, a Agência Espacial Norte-Americana, para ser o propulsor de espaçonaves para viagens tripuladas a Marte.

Ricardo Galvão, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas.

Ciência Hoje, 12/ 2006.

Quais as evidências que podem garantir que um país está enriquecendo urânio e desenvolvendo armas nucleares?

É difícil notar essas evidências se o país desenvolve armas nucleares secretamente, mas sabemos que, para conseguir isso, um pré-requisito que o país precisa ter é o domínio completo da tecnologia nuclear. Entretanto, quando um tratado internacional é assinado, tendo a Organizações das Nações Unidas (ONU) como pano de fundo, o país está se comprometendo a não produzir armar nucleares. É importante lembrar, contudo, que produzir uma bomba atômica não significa produzir uma arma nuclear. Fazer uma bomba pode ser fácil, mas não é fácil fazer uma arma de destruição em massa, porque precisa ser bastante pequena e leve, para que possa ser lançada por mísseis. Quando o país começa a testar mísseis, ele desperta a preocupação dos outros em relação ao desenvolvimento de armas nucleares e isso pode vir a ser outra evidência.

A demonstração iraniana no domínio das tecnologias nucleares, e de mísseis, tem certa semelhança às demonstrações da Índia e do Paquistão, ao realizarem seus testes nucleares. Atualmente, o único país que mantém uma política de ambiguidade sobre sua capacidade nuclear seria Israel, apesar da forte suspeita internacional sobre a existência de seu arsenal nuclear. O Irã age de maneira explícita e convoca a imprensa para anunciar seus feitos. A demonstração do seu potencial nuclear não seria apenas uma encenação, mas um jogo político para que, por meio do temor de que desenvolva um arsenal nuclear, tenha condições de diálogo no contexto do tratado de não proliferação nuclear (TNP) da ONU.

Fernando de Souza Barros, Instituto de Física (Professor Emérito), Universidade Federal do Rio de Janeiro.

Revista Ciência Hoje, v. 46, n. 272.

Por que os raios não são captados e armazenados em grandes capacitores de modo a se aproveitar sua energia?

Os limites tecnológicos atuais não permitem tal façanha. O problema de acumular de forma prática a carga de um raio (comumente de 16 coulombs, correspondente a um número de elétrons igual a 1 seguido de 20 zeros) em capacitores está na baixa rigidez dielétrica dos materiais isolantes usados na fabricação do equipamento. Hoje esses conjuntos de condutores elétricos separados por isoladores não são capazes de suportar altas tensões e ao mesmo tempo acumular tamanha quantidade de carga elétrica.

Os ultracapacitores ou supercapacitores comercializados atualmente – feitos de nanotubos de carbono e polímero, ou aerogéis, e que chegam a valores incríveis de capacitância, de até 5 mil faradays – podem muito bem acumular uma carga comparável à de um raio, mas suportam apenas baixas tensões, da ordem de alguns volts. Um supercapacitor de 5 mil Faradays, por exemplo, é capaz de acumular a carga de 5 mil coulombs, porém sob o efeito de uma voltagem de apenas 1 volt. Os supercapacitores em seus terminais tensões tão elevadas como as que acompanham os raios (entre 10 milhões e 1 bilhão de volts).

Esse é um problema que a ciência dos novos matérias terá que resolver para no futuro. Enquanto isso, o que se tem feito é associar esses supercapacitores em serie, de modo que a soma de suas voltagem total equivalente àquela associada a um raio. Mas há limitações para esse uso. Além de a capacitância do sistema como um todo diminuir proporcionalmente ao número de capacitores em série, os supercapacitores, vale lembra, têm dois terminais: um positivo e um negativo. Como os raios são imprevisíveis quanto à sua energia, ao local de queda e, principalmente, à sua polaridade (que pode ser positiva ou negativa), caso a associação formada pelos supercapacitores se polarize de forma errada, ela estourará, assim como o capacitor eletrolítico, que também tem terminais polarizados.

Gerson Paiva, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF).

Ciência Hoje, v.44, n. 260.

Por que levamos Choque ao tocar em objetos sem Corrente Elétrica?

O choque é o conjunto de sensações causadas pela passagem de corrente elétrica pelo nosso corpo. Ele ocorre quando tocamos, ao mesmo tempo, em dois objetos entre os quais existia uma diferença de potencial elétrico. Esse potencial resulta da presença de cargas elétricas nos objetos – muitas cargas positivas e poucas cargas negativas, por exemplo, representam um potencial muito positivo, que pode chegar a milhares de volts. Os dois objetos podem perfeitamente ser isolantes (que não conduzem corrente elétrica), mas se entre ele houver uma diferença de potencial elétrico e ambos forem conectados por um condutor, como o corpo humano, irá ocorrer a passagem de corrente, causando a sensação de choque.

Dois isolantes podem ter potenciais elétricos desiguais se um deles contiver muitas cargas negativas e o outro muitas cargas positivas ou se um tiver muitas cargas (positivas ou negativas) e o outro poucas cargas (positivas ou negativas).

Colocando um condutor entre eles, os potenciais elétricos tendem a se tornar iguais, por isso as cargas fluem de um isolante para outro. Essa parte do fenômeno é bem conhecida e fácil de demonstra experimentalmente. Há outra parte muito pouco conhecida: a natureza das cargas elétricas em um isolante eletrizado. As cargas são de elétron (partículas negativas), de íons (átomos ou moléculas eletricamente carregados positiva ou negativamente) ou de quê? Um trabalho recentíssimo (Gouveia ET AL., J. Phys. Chem B, 2005) mostrou que cargas originadas na superfície do filme de sílica – um material isolante – formado sobre uma lâmina de silício são iônicas: as negativas (formadas mais facilmente) são íons silicato e as positivas, íons hidroxônio. Outra descoberta desse mesmo trabalho foi que todos os íons da superfície de sílica eletrizada resultam da quimissorção da água, isto é, da ligação das moléculas de vapor d’ água à sílica.

Fernando Galembeck, Universidade Estadual de Campinas.

Ciência Hoje,v.38, n. 227.

De onde surge o primeiro nêutron que dá origem à reação em cadeia da bomba atômica?

A bomba atômica baseada na fissão nuclear usa o mecanismo da quebra em cadeia dos núcleos de certos elementos químicos, provocada pelo choque de um nêutron vindo de fora. Em geral, os elementos ‘fissionáveis’ emitem alguns nêutrons nos instante da fissão, e se a concentração desses elementos for suficientemente alta, os nêutrons emitidos pelos primeiros núcleos ‘quebrados’ causarão a fissão de outros átomos e a emissão de mais nêutrons, e assim por diante, iniciando um processo em cadeia. Isso não ocorrerá, porém, se a concentração de elementos fissionáveis for baixa; os nêutrons emitidos nas primeiras fissões não provocarão outras de maneira eficiente, impedindo a reação em cadeia.

Portanto, para que ocorra uma explosão nuclear, é necessária, em primeiro lugar, uma concentração suficiente de matéria fissionável (urânio ou plutônio, elementos com grande número de prótons e nêutrons em seu núcleo) – é a chamada ‘densidade crítica’. No caso de uma bomba, essa concentração deve ficar acima da densidade crítica. Isso é obtido pela detonação de algum material explosivo em volta da matéria fissionável. A onda de choque vinda de todos os lados comprime essa matéria (ou seja, provoca sua implosão), resultando em um estado de alta concentração, onde a densidade estará acima do valor crítico.

Atingir o estado de alta concentração da matéria fissionável, porém, não basta para desencadear a fissão. Para isso, é necessário injetar os primeiros nêutrons, que devem ser criados por outros meios – algo que não é muito difícil. Os núcleos atômicos são formados por prótons e nêutrons e, quando dois núcleos colidem, essas partículas podem ser rearranjadas para compor outros, emitindo os nêutrons que sobram. Embora a probabilidade seja pequena, podem existir nêutrons até na atmosfera, devido à colisão de raios cósmicos com núcleos de elementos presentes no ar. No caso de uma bomba atômica, porém, é preciso gerar uma quantidade suficiente de nêutrons exatamente no instante em que ocorre a implosão da matéria fissionável para obter maior eficiência na explosão.

Nas bombas atômicas da época da Segunda Guerra Mundial eram usados, para produzir nêutrons, os elementos polônios (Po-210) e berílio (Be-9). O polônio emite uma partícula alfa que bombardeia o berílio e é absorvida por ele, provocando a emissão de nêutrons. Para que esse mecanismos atue como um gatilho para a bomba, é preciso isolar o polônio e o berílio (colocando entre eles material que absorve a partícula alfa, como uma folha de ouro) e, em determinado instante, retirar essa separação.

O método mais moderno usa um pequeno acelerador de íons para gerar um pulso de nêutrons de forma controlada. De início, cria-se uma fonte de íons de deutério (átomos de hidrogênio com um nêutron, carregados eletricamente) e estes são acelerados – aplicando-se alta tensão – dentro de um tubo de vácuo em direção a um alvo de metal contento trítio (átomo de hidrogênio com dois nêutrons). A tensão aplicada aos íons de deutério faz com que eles colidam com o alvo, pois a energia é superior à necessária para vencer a força repulsiva entre o dêuteron (núcleo do deutério) e o trítio. Ao se tocarem, os dois núcleos se fundem e emitem um nêutron com energia de cerca de 14 milhões de elétrons-volts (milhões de vezes maior que em reações químicas usuais). Esse nêutron é capaz de desencadear a fissão do urânio e do plutônio, desde que a concentração destes seja suficiente. Esse método permite sincronizar com precisão o gatilho da bomba e a implosão do material fissionável, uma dificuldade do método usado nas primeiras bombas.

Takeshi Kodama, Instituto de Física, Universidade Federal do Rio de Janeiro.

Ciência Hoje, v. 39, n. 231.

Qual o Conceito Físico de um Freio com Sistema ABS?

O sistema de freio ABS(do inglês, Anti-Lock Braking System) baseia-se no conceito físico de atrito estático e atrito cinético. A física mostra que a força de atrito estático é maior que a força de atrito cinética. Isso significa que é preciso, por exemplo, aplicar uma força maior para começar a “arrastar uma mesa” do que para mantê-la em movimento (Faça o teste!).

Isso ocorre porque, antes de a mesa começar a se movimentar, a velocidade entre a superfície de contato (os pés da mesa) e o solo é nula, e a força de atrito entre elas é a estática. Quando a mesa começa a se mover, a velocidade entre as superfícies de contato deixa de ser nula e, consequentemente, a força de atrito entre elas passa a ser cinética.

O pneu de um veiculo em movimento sobre uma pista gira sem deslizar. Desta forma, a região do pneu em contato com o solo possui velocidade nula, e a força de atrito entre o pneu e o solo é a estática. Em uma frenagem brusca com um sistema de freios convencional, o pneu pode ser travado pelo freio e começar a deslizar. Assim, a força de atrito estática entre o pneu e o solo se torna uma força de atrito cinética, fazendo com que o veiculo não responda mais a uma tentativa de mudança de trajetória, por exemplo.

O sistema de freio com ABS mede constantemente a velocidade das rodas do veiculo durante a frenagem, reduzindo a aplicação do freio na roda que apresentar travamento. Tal ação maximiza a força de frenagem por garantir que a força de atrito entre o pneu e o solo se mantém na condição estática.

Fabrício Pujatti, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Minas Gerais.

Fonte: Revista Ciência Hoje,  V. 43, n. 258.

Tem alguma aplicação prática a afirmação da teoria da relatividade de que, para um objeto que se desloque em velocidade próxima à da luz, o tempo passa mais devagar?

Sim. Uma aplicação prática é, por exemplo, o sistema de posicionamento global (GPS, na sigla em inglês). O GPS é uma aplicação prática porque os efeitos dessa dilatação do tempo têm de ser levados em conta e corrigidos para permitir a localização de uma pessoa na superfície da Terra com uma precisão de poucos metros. É um equipamento acessível a qualquer cidadão e está presente em muitos tipos de telefones celulares.

Uma consequência dessa dilatação temporal está na radiação invisível, oriunda dos raios cósmicos, que nos bombardeia o tempo todo. Grande parte dessa radiação é composta por múons, partículas com propriedades muitos especiais. A vida em média de um múon é de 2.2 microssegundos. Neste tempo, viajando à velocidade da luz, ele deveria percorrer cerca de 660m. No entanto, essa partícula, criada no alto da atmosfera, viaja poucas dezenas de quilômetros antes de se desfazer (em um elétron e dois nêutrons).

A resolução desse aparente paradoxo está na diferença entre o relógio do observador na Terra e o da partícula. Do ponto de vista do observador, o tempo de vida média da partícula é um, mas do “ponto de vista” da partícula é outro, já que, devido à sua velocidade de deslocamento, esse tempo está bastante dilatado. Ou seja, o que nós vemos como algumas dezenas de quilômetros equivale, do “ponto de vista” da partícula, a apenas algumas centenas de metros.

Ronald Cintra Shellard - Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas

Fonte: Ciência Hoje, n. 266.

Um campo magnético pode barrar partículas radioativas?

O leitor deve estar se referindo às partículas emitidas por núcleos atômicos instáveis no processo de formação de núcleos mais estáveis. Tais partículas denominam-se alfa (um núcleo de dois prótons e dois nêutrons ligados entre si, com carga elétrica positiva) e beta (elétrons com carga elétrica negativa ou sua antipartícula, o pósitron, com carga elétrica positiva). O núcleo atômico instável pode emitir também radiação eletromagnética, denominada raios gama, com carga elétrica nula.

O campo magnético atua sobre partículas com carga elétrica não nula, exercendo sobre elas uma força magnética que se desvia de sua trajetória inicial. Não haverá desvio de trajetória quando um raio gama ou nêutrons penetra na região onde existe campo magnético. Se o leitor estiver pensando em usar um campo magnético para fazer blindagem, não considero essa uma solução adequada, pois raios gamas e nêutrons, bastante penetrante, podem atravessar grandes espessuras. Um campo magnético poderá também interferir no desempenho de equipamentos eletrônicos sensíveis que estejam por perto.

Atualmente, usa-se chumbo para blindar raios gama e água e/ou parafina misturada com boro para blindar nêutrons. Para as partículas alfa e beta, pode-se fazer uma blindagem fina, de materiais leves, como o alumínio. Os raios X (radiação eletromagnética) utilizados em hospitais, clinicas médicas e laboratórios de pesquisas também são penetrantes e não interagem com o campo magnético. A blindagem adotada nesse caso é a mesma usada para proteger contra radiação gama.

Felizmente, para nossa proteção, a terra é envolvida por um campo magnético que 'blinda' os prótons, os elétrons e outras partículas com carga elétrica proveniente do Sol. Algumas dessas podem, no entanto, atingir a superfície terrestre e podem causar problemas se seu fluxo for intenso.

Otavio Portezan Filho

Departamento de Física,

Universidade Estadual de Londrina (PR)

Fonte: Revista Ciência Hoje, janeiro /fevereiro de 2009.

Como é calculada a sensação térmica?

A sensação térmica é um indicie que indica o frio que sentimos na própria pele e é determinado em função da temperatura ambiente (aquela medida pelo termômetro) e da velocidade do vento. Normalmente, nosso corpo irradia calor e gera uma espécie de camada protetora para manter a temperatura em torno dos 37°C. Contudo, nas ocasiões em que a temperatura externa é baixa e a velocidade do vento é elevada, essa capacidade de irradiar calor fica comprometida e, como consequência, sentimos mais frio. Quanto mais baixa a temperatura ambiente e maior a velocidade do vento, maior a diferença entre a temperatura real e a sensação que se tem dela.

A sensação térmica, ao contrário do que muitos pensam, só é calculada para temperaturas inferiores a 20°C, pois acima desse valor, a sensação térmica e a temperatura diferem muito pouco. Em outras palavras, mesmo com ventos fortes, o corpo humano não sente a diferença de temperatura em relação ao ambiente a mais de 20°C.

O cálculo matemático que determina os valores da sensação térmica é complexo e é feito por meio de uma fórmula chamada Windchill, que leva em conta os fatores já mencionados - temperatura do ar e velocidade do vento. Mas, para facilitar, existe uma tabela com os valores já calculados para a sensação térmica sob cada condição de vento e temperatura registrada pelos termômetros meteorológicos. Para se ter uma idéia, com ventos de 7 km/h e temperatura ambiente de -6°C, a sensação térmica é de -7°C. Já com ventos de 50 km/h, a sensação térmica passa para -27°C!

Marcelo Seluchi

Centro Nacional de Monitoramento

e alertas de Desastres Naturais

Fonte:  Revista Ciência Hoje; agosto de 2012.

Como a Luz se comporta na imagem em Três Dimensões e como ela se projeta na atmosfera?

A percepção de tridimensionalidade está associada ao que chamamos “visão estereoscópica”, que significa a visão combinada dos nossos dois olhos. Nosso cérebro recebe, simultaneamente, duas imagens ligeiramente distintas, devido à pequena distância entre os olhos na face. Ele combina essas imagens e extrai as informações de profundidade, distancia, posição e tamanho dos objetos visualizados. Ao bloquearmos um dos olhos, por exemplo, comprometemos a percepção da natureza tridimensional da imagem. Portanto essa percepção está mais associada ao nosso mecanismo de visão do que a qual que particularidade da propagação da luz na atmosfera.

Contudo, há alguns processos físicos que podemos explorar para “enganar” nosso cérebro. É o que acontece, por exemplo, na holografia ou quando utilizamos óculos com lentes polaroides nos cinemas em três dimensões (3D). A estratégia é produzir duas imagens em 2D (duas dimensões), cada uma simulando a imagem vista por um dos nossos olhos, e explorar alguma propriedade física que permita filtrar essas imagens até atingir nossos olhos. Assim, cada olho vai enxergar uma das imagens produzidas, de modo a provocar no cérebro o efeito da visão estereoscópica.

No caso dos polaroides, a filtragem das imagens é feita porque esses equipamentos permitem selecionar e controlar a polarização da luz, ou seja, a direção em que a onda luminosa vibra, que é perpendicular a sua direção de propagação (definida como uma reta no espaço).

Na holografia, registra-se em uma placa 2D, usando laser, a informação de uma imagem 3D, incluindo a profundidade. O material transparente colocado por cima altera de forma controlada certas características dessas ondas luminosas – promovendo diferentes modificações em cada ponto da placa holográfica -, de modo a formar a imagem desejada na sua propagação. Essas alterações também dependem da direção com que a luz atravessa a placa. Assim, podem-se registrar imagens diferentes para ângulos diferentes de propagação a partir da placa. Quando as imagens associadas a cada ângulo correspondem justamente às diferentes imagens de um mesmo objeto visto de diferentes ângulos, a visão 3D é reconstituída.

Antonio Zelaquett Khoury, Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense.

Fonte: Revista Ciência Hoje, n. 226.

A radiação emitida por elementos presentes em areias monazíticas pode ser prejudicial à saúde?

AS AREIAS MONAZÍTICAS, DENSAS, ESCURAS e encontradas em diferentes pontos do litoral brasileiro, contêm maiores níveis de urânio e tório do que outros minerais. Esses dois elementos, naturalmente radioativo, são precursores das chamadas séries ou famílias radioativas naturais: ao se transmutarem, dão origem a outros elementos, também radioativos, que repetem o processo, perdendo o excesso de massa e energia que os tornava estáveis, até chegarem ao chumbo-207, não radioativo.

Em certos pontos de praias de areias monazíticas, os níveis de radiatividade ambiental podem ser até cerca de 50 vezes mais elevados do que a média da região ou do país. No entanto, os estudos epidemiológicos com populações que vivem em regiões de alta radioatividade natural no Brasil ou em outros países não observaram as diferenças estatisticamente significativas na morbidade mortalidade.

Na falta de evidencias clara sobre os efeitos dos níveis naturais e baixos de radioatividade na saúde humana, as normas de proteção radiológica optaram pela prudência, assumindo que qualquer exposição à radiação tem um risco associado e que a exposição deve ser mantida tão baixa quanto possível. Essas normas, no entanto, só se aplicam a exposições resultantes, obtida com o uso de radioisótopos artificiais.

Não há regulamentação para a radioatividade natural, com exceção de alguns casos, como a exposição ao radônio-222 em residências e prédios públicos em países frios, onde a redução da ventilação para a conservação de calor pode promover o acúmulo desse gás radioativo naturas.

Jean Remy Guimarães

Instituto de Biofísica, Universidade federal do Rio de Janeiro.

Fonte: Revista Ciência Hoje, agosto de 2012.

Como funciona um termômetro?

No dia seguinte, a aula foi sobre o funcionamento de um termômetro. E Rex foi pra casa ainda mais animado. Chegou logo dizendo pra Diná e pro Zíper: "Vocês sabiam que para saber como funciona o termômetro precisamos entender um pouquinho sobre trocas de calor? Querem apostar como isso não é nada difícil?!"

Ele falou que, como já havia explicado no dia anterior, todo corpo (objetos ou pessoas) é feito de moléculas que se agitam, e que uma medida do grau de agitação de suas moléculas -- ou seja, o quanto elas se agitam -- é a sua temperatura. E aí lançou o desafio: "Mas o que será que acontece quando dois corpos com temperaturas diferentes estão em contato um com o outro?" E antes que os amigos pudessem responder, veio com a sua idéia da festa:

"Imaginem uma festa em que há uma galera muito agitada, muito animada, dançando muito, com muita empolgação. Imaginem também outra festa, ao lado dessa, em que esteja meio desanimada, com pouca empolgação. Imaginaram? Bom, é claro que a galera do rebuliço não vai deixar aquela turminha desanimada assim e vai tentar animá-la! Logo, as pessoas que tinham maior agitação doam um pouco da sua 'energia' para agitar o outro pessoal! Assim, a turma que antes era quietinha fica mais agitada, e a que antes era a mais esperta fica um pouco mais devagar, mas as duas ficam com a mesma agitação para curtir a festa numa boa! Captaram?"

Zíper e Diná tinham adorado o exemplo e continuaram prestando atenção no amigo que ainda tinha mais para falar: "O que acontece com os objetos com temperaturas diferentes é algo parecido! O que tem maior temperatura transfere parte da sua energia térmica para o que está com menor temperatura. Aí, a temperatura do corpo mais quente diminui e a do corpo mais frio aumenta. No fim, os dois corpos ficam com temperaturas iguais! A energia térmica em trânsito, isto é, que passa de um pro outro, é chamada de calor, e o momento em que os dois corpos em contato estão com temperaturas iguais se chama equilíbrio térmico."

Diná, que estava um ano na frente no colégio, completou: "Guarde que quando um objeto é muito maior do que outro, o grande é chamado de 'reservatório térmico'. Nesse caso, quando eles ficam em contato e entram em equilíbrio, a temperatura do maior quase não muda e a temperatura do menor fica igual à do maior." "Boa, Diná!", disse o Rex. E ela emendou: "Mas continue, quero saber sobre o termômetro."

"Então", disse o dinossauro, "quando colocamos o termômetro em contato com a nossa pele, o termômetro tenta entrar em equilíbrio térmico com o nosso corpo. O nosso corpo não irá diminuir sua temperatura, mesmo doando energia para o termômetro, pois, nesse caso, ele funciona como reservatório térmico. Além disso, o professor disse que temos muitos mecanismos orgânicos que não permitem que a temperatura do nosso corpo mude. Por isso, depois de alguns minutos, o termômetro terá a mesma temperatura que o nosso corpo.".

"O líquido prateado no termômetro é o mercúrio", continuou Rex. "Ele se expande facilmente com pequenas variações de temperatura. Como o tubo que mostra a temperatura é muito fininho, mesmo um pequeno aumento do volume da bolinha de mercúrio que fica na ponta do termômetro faz ele subir bastante no tubinho. Então, quanto maior for a temperatura do termômetro, maior será a expansão desse líquido. As marcações no tubinho são feitas de modo a marcar uma temperatura correspondente à nossa no visor. E é só!"

"Valeu, Rex!", disse Diná. E Zíper completou: "Sei não, mas acho que alguém aí quando crescer vai ser físico!" (Ciência Hoje das Crianças, maio 2004, Patrícia Eugênio de Souza, Departamento de Física,Universidade Federal do Espírito Santo).

O que é temperatura?

Você sabe o que é temperatura? Mas, todo mundo sabe quando um objeto está quente ou quando está frio. Basta aproximarmos a nossa mão dele. Mas será que essa é a melhor maneira de sabermos o quanto um objeto está mais quente ou mais frio que outro?

Com certeza, ficar medindo a temperatura com a mão é algo perigoso, principalmente se você sai metendo a mão em objetos muito quentes. Mas será que é por isso que o método não serve?"Se a gente segurar dois objetos quentes ou dois objetos frios, fica meio difícil saber qual a diferença entre eles. Segundo o professor, os físicos definem temperatura como sendo o grau de vibração das moléculas. Cada parte do nosso corpo (e de qualquer objeto) é feita de pequenas partes chamadas moléculas. Essas moléculas têm um permanente balanço, um movimento que os físicos chamam de agitação, que pode ser menor ou maior. Assim, chama-se temperatura o quanto essas moléculas estão se movimentando. Por exemplo, um objeto (ou uma pessoa!) com temperatura de 40°C tem suas moléculas com maior agitação que outro com temperatura de 39°C". A energia que comanda a agitação dessas moléculas tem o nome de energia térmica.

As moléculas deveriam ser como pessoas dançando em uma festa: quanto mais empolgação tivessem, quanto mais se movimentassem, mais a temperatura do ambiente subiria. E partindo dessa idéia de que a temperatura da festa estaria maior quanto maior fosse a agitação das pessoas, fica a relação de que nos objetos mais quentes o balanço ou a agitação das moléculas é maior.(Adaptado, Ciência Hoje das Crianças 146, maio 2004, Patrícia Eugênio de Souza, Departamento de Física, Universidade Federal do Espírito Santo.)

Um navio petroleiro afundou ano passado no litoral espanhola 3 mil metros de profundidade. Como o petróleo, em temperaturas tão baixas, não solidificou ou ficou tão viscoso a ponto de não vazar dos porões do navio?

Sabe-se que a densidade da água do mar (cerca de 1,03.103 kg/m³) é ligeiramente maior do que a da água doce (aproximadamente 1.103 kg/m³). Vale lembrar que a densidade do mar varia principalmente com dois fatores: o geográfico (o mar Vermelho apresenta densidade bem maior) e a profundidade (ao aumentar a profundidade, diminui a temperatura e cresce a pressão, o que altera a concentração de sais no mar e eleva a densidade). Com a profundidade fornecida pelo leitor, de 3.000 m, pode-se calcular a pressão aproximada por um teorema fundamental da hidrostática (P(h) = Patm + rgh), o que dá um valor igual a 304,14 Pa. Sabe-se também que a temperatura a tal profundidade é inferior à temperatura ambiente, a qual já é suficiente para precipitar parafinas e outros componentes do petróleo, alguns dos quais cristalizam. Contudo, não se pode dizer que todos os componentes do petróleo irão precipitar, pois é necessário conhecer a real temperatura a essa profundidade, entre outros fatores. Considerando que uma parte precipita e outra não, o que é de se esperar, tanto a parte que permanece líquida quanto a que precipita são menos densas que a água do mar e, assim, subirão até a superfície. O leitor ainda questiona sobre a viscosidade que deveria interferir no vazamento do petróleo dos porões. A viscosidade varia exponencialmente com a temperatura: quando esta diminui, a viscosidade aumenta. No entanto, a pressão a tal profundidade produz uma força muito maior que a força resistiva que surge devido à viscosidade, obrigando assim o fluido em questão (petróleo) a sair dos porões. (Sérgio Lucena Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal de Pernambuco; Ciência Hoje,  julho de 2003).

Por que a cor violeta é considerada mais fria que as cores vermelha e amarela se os fótons daquela são mais energéticos que os destas?

Para responder esta pergunta, é preciso distinguir os conceitos válidos nas artes e conceitos da física. A classificação das cores como ‘quentes’ ou ‘frias’, frequentemente empregada a uma pintura e nas artes em geral, não tem qualquer relação com a física. Poderíamos ser levados a pensar que uma cor considerada ‘quente’ nas artes, como, por exemplo, o vermelho, tem mais energia que uma cor ‘fria’ como o violeta. Entretanto, como bem observou o leitor, o que ocorre em física é exatamente o oposto: partículas de luz (fótons) que compõe a radiação de cor violeta carregam mais energia que os fótons da cor vermelha. 

Este fato decorre de um resultado bastante importante da física quântica: a radiação eletromagnética (ondas de rádio, microondas, infravermelho, luz visível, raio X e raios gama) consistem fótons que carregam um ‘pacotinho’ (que os físicos denominam quantum) de energia diretamente proporcional à freqüência de radiação. Assim, quanto maior freqüência de radiação, maior a energia de fóton – os fótons mais energéticos são os de raios gama. A intensidade da radiação é proporcional à energia total que ela transporta e, consequentemente, ao número de fótons.

Esse resultado, devido aos trabalhos de Albert Einstein (1879 – 1955), no inicio do século 20, foi fundamental para explicar experimentos da época, como o efeito fotoelétrico, no qual a luz arranca elétrons da matéria (metais, por exemplo). Foi crucial, ainda, para o desenvolvimento da mecânica quântica, teoria que lida com os fenômenos no diminuto universo atômico e subatômico.

Quando explicado o aspecto visível, ou seja, à porção espectro eletromagnético detectável pelo olho humano – que vai do vermelho (que corresponde a freqüência da ordem de 4,0 x 10(¹4) Hz) ao violeta (com freqüência até aproximadamente 7,5 x 10(¹4) Hz) -, esse principio da física quântica nos mostra que os fótons correspondentes à luz violeta carregam mais energia do que os correspondentes à luz vermelha.

Felipe A Pinheiro, Instituto de Física, Universidade Federal do Rio de Janeiro.

Revista Ciência Hoje, fevereiro de 2010. 

Sendo o grafite e o diamante constituídos pelo elemento carbono, por que o diamante é transparente à luz e o grafite não?

http://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/5805/5327

Por que o campo magnético do planeta desloca-se com o passar do tempo?

O campo magnético da terra, isto é, o campo que os navegantes têm usado durante os últimos séculos para se orientar através de bússolas, tem a sua origem no interior da terra. Ele é produzido por um complexo movimento de cargas elétricas na parte líquida  do interior do planeta, e se acredita que seja formado fundamentalmente por ferro e níquel fundidos. A forma do campo é similar ao campo de um ímã, assemelhando-se, nos pólos, a um chafariz.

Considere um liquidificador com água e sementes de gergelim dentro dele. Apesar de a fonte de movimento ser relativamente simples (as pás metálicas girando), o movimento das sementes é bastante complexo e dificilmente será repetitivo (quer dizer, a mesma semente passar sempre pelo mesmo percurso). Imagine agora o quão complexo pode chegar a ser o movimento de cargas dentro da terra, onde, além do movimento de rotação, temos, entre muitos outros fatores, fontes de calor (elementos radioativos que se decompõem), efeitos da parte sólida do planeta (devido ao movimento de placas tectônicas) e deformações do planeta devido ao efeito da gravidade do Sol e da Lua (não só a água do mar apresenta marés).

Assim, o campo magnético da terra, longe de ser constante, varia continuamente. Essa variação não se dá só em intensidade em cada ponto, como também em direção. Com isso, o pólo norte magnético está em contínuo movimento. Em períodos curtos de tempo (algumas centenas de anos), o percurso do pólo lembra o deslocamento de uma formiga. Para períodos maiores (5 mil anos ou mais), chega a andar tanto que o que conhecemos hoje como pólo magnético Norte já foi o pólo magnético Sul. É isto que é conhecido como reversão do campo magnético terrestre. Os mecanismos que produzem todas essas mudanças são extremamente complexos e estão longe de ser completamente compreendidos. Até hoje, há um grande número de cientistas que se dedica a tentar desvendar seus segredos.

André R. R. Papa, Instituto de Física, Universidade do Estado do Rio de Janeiro e Coordenação de Geofísica, Observatório Nacional.

Revista Ciência Hoje, janeiro de 2007

Pode existir água, em estado líquido, a temperaturas abaixo de 0°C?

http://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/9827/15370

Quais são os efeitos da pressão sobre um mergulhador?

Sempre que um mergulhador submerge ele está sujeito ao aumento da pressão ambiente, gerado pelo peso da água sobre seu corpo. O que não é pouco. A cada 10 metros de profundidade no mar, o aumento da pressão na água equivale ao peso de toda a atmosfera sobre a superfície da terra, cerca de 1 kg/cm². Assim, a 10 metros, a pressão é igual atmosfera e assim sucessivamente.

Essa mudança radical na pressão do ambiente tem alguns efeitos sobre o organismo. Os mais óbvios são exercidos nas cavidades aéreas do corpo, como os pulmões, ouvidos, e seios da face. Estes espaços, ligados entre si, se comprimem conforme a pressão sobre eles aumenta.

Mas não sofrem maiores danos, desde que o ar flua perfeitamente entre eles, equilibrando a pressão.

O ouvido, porém, é o órgão mais vulnerável, já que sua ligação com a região da faringe se dá por canal bastante estreito, a chamada trompa de Eustáquio, que dificulta a passagem do ar. Para superar o desconforto, os mergulhadores, tanto os que praticam o mergulho livre, com snorkel, quanto o autônomo, com equipamento de respiração, usam uma manobra simples: fechar o nariz com os dedos e forçar o ar sair por ele. Mas há dificuldades que só surgem no mergulho autônomo. Uma delas é que o ar comprimido dos tanques deve chegar aos pulmões do mergulhador em uma pressão igual do ambiente. Isso significa que a quantidade de ar inalado deve ser progressivamente maior conforme a profundidade aumenta.

A 10 metros, por exemplo, são necessário 10 litros de ar para encher os pulmões, o dobro do que na superfície. Se ele subir prendendo a respiração, pode sofrer o rompimento dos pulmões, provocado pela expansão do ar comprimido no interior do órgão. Para evitar acidentes graves, deve-se respirar sempre normalmente. A chamada doença descompressiva está diretamente ligada à ação do gás nitrogênio. Este gás responde por cerca de 80% da composição do ar respirável, mas não é aproveitado pelo organismo.

Sob pressão, o gás se dissolve pelo sangue e outros tecidos do corpo. E, durante a subida para a superfície, se o mergulhador não observar os limites do tempo no fundo do mar, velocidade de ascensão e eventuais paradas estipuladas pelas tabelas de mergulho, o nitrogênio dissolvido formam bolhas, que podem causar paralisia e até morte.

Fonte: Luciano Candisani, biólogo e fotógrafo submarino.

Revista Galileu, março de 2000.

Por que ao abrirmos os olhos sob a água vemos, somente, o contorno difuso dos objetos e, ao usarmos uma máscara para mergulho, os objetos são vistos com nitidez maior?

http://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/19876/18275

O ferro que circula no organismo é o mesmo de um carro?

O elemento químico é o mesmo. Há apenas uma diferença: o dos carros é insolúvel em água e o que circula pelo corpo é solúvel porque está na forma de íons (átomos com carga elétrica) que reagem com água. Caso não fosse solúvel, não se ligaria aos aminoácidos para formar a hemoglobina, o pigmento do sangue que carrega oxigênio até os tecidos do corpo. A falta de ferro resulta em anemia. “Além dessa tarefa, o ferro está envolvido na transferência de elétrons dentro das células para fabricação de energia”, diz o bioquímico Jaime A. Farfan, da Universidade de Campinas, em São Paulo.

Super interessante, Setembro de 1995.

Como medir a excentricidade da órbita da Terra?

http://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/7695/14910

A velocidade da luz varia quando ela passa de um meio para outro?

Sim. A maior velocidade da luz atingida enquanto ela se propaga no vácuo: 299 790 quilômetros por segundo. Em qualquer outro meio a velocidade será menor. No ar, a diferença é pequena, mas a velocidade diminui bastante quando a luz passa, por exemplo, para a água ou o vidro. Isso acontece porque a luz interage com a matéria, ou seja, perturba os elétrons que formam suas moléculas. Essa interação pode ser de vários tipos. Um dos mais comuns é o efeito fotoelétrico – quando arranca elétrons dos átomos. A luz pode ainda energizar o elétron e fazer com que ele mude de lugar dentro do átomo.

O “corpo a corpo” da luz com os átomos diminui a sua velocidade, que varia para cada uma das cores. A luz amarela, por exemplo, caminha a 299 700 quilômetros por segundo no ar, 224 242 na água e 197 607 no vidro. “Fica mais fácil entender se compararmos o ar com uma quadra de futebol de salão e o outro meio com a grama que o rodeia”, explica o físico Claudio Furukawa, da Universidade de São Paulo. “A bola tem certa velocidade no campo que é liso e provoca menos atrito. Ao passar para a grama, a bola rola mais devagar”.

Super interessante, Março 1996.

Se em uma folha de papel derramamos água, então, através do papel, podemos ler um texto escrito no lado inverso da folha. Por que isto é possível?

http://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/19874/18270

Como poderia ser enrolada uma bobina de maneira a ter resistência R, mas indutância nula?

http://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/19874/18270

Um líquido, quando colocado num ambiente sem gravidade, flutua em gotas ou como massa compacta?

Como uma massa compacta, com formato esférico. Essa é a posição mais cômoda para o líquido, na qual ele se encontra em equilíbrio, ocupando o menor espaço possível. “O fenômeno é devido a uma propriedade especifica dos líquidos chamada tensão superficial”. Explica o físico Frank Missell, da Universidade de São Paulo. Eles se comportam como se fossem envoltos por uma membrana elástica que lhes permite variar sua forma, mantendo mínima a superfície externa de separação com o meio em que se encontram. A tensão superficial depende da força de coesão molecular, ou seja, a força de coesão moléculas unidas. Enquanto as moléculas internas são sujeitas a uma força que age em qualquer direção, as externas de separação sofrem uma ação de repuxo para o interior e formam uma camada que tende a se contrair, envolvendo o liquido e impedindo que as moléculas mais internas se dispersem.

Super Interessante, Julho 1991.

Uma balança em equilíbrio possui em seus braços corpos com a mesma massa?

http://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/6193/5771

Porque a cor do fogo varia de um material para outro? A temperatura também é diferente?

A cor depende basicamente do elemento químico em maior abundância no material que está sendo queimado. A mais comum, vista em incêndios e em simples velas, é a chama amarelada, resultado da combustão do sódio que emite luz amarela quando aquecido a altas temperaturas. “Vemos com mais frequência esse tipo de labareda porque o sódio é o elemento químico mais comum nas atividades humanas”, explica o químico Vanin, da Universidade de São Paulo. Muitas vezes a base da chama é azul por causa da falta de oxigênio nessa região, que induz a formação de monóxido de carbono. Quando, durante a combustão, são liberados átomos de cobre ou bário, como em incêndios de fiação elétrica a cor da chama fica esverdeada.

Nas queimaduras é comum encontra labaredas de cor violeta, resultado do potássio liberado pela madeira das arvores. Outro tipo de fogo, que dificilmente é produzido pela queima de matérias, mas geralmente aparece nos fogos de artifício, é o vermelho vivo, produto da combustão de cálcio. Algumas vezes a chama pode ser também invisível, como a produzida pelo metanol, um álcool bastante puro que não apresenta nenhum dos quatros elementos químicos citados. Na fórmula Indy, que usa esse combustível são comuns acidentes nos quais os pilotos se queimam sem que o fogo seja visto.

A temperatura depende da constituição química e da quantidade de material que esta sendo queimado, mas não tem relação com a cor. Por exemplo, nas substancias formadas por hidrocarbonetos (carbono e hidrogênio), quanto maior a cadeia de átomos mais quente será a labareda. A chama de uma vela, por exemplo, tem 800 graus e a de um fogão 1 200. A queima do metanol é bem mais fria. Geralmente fica entre 400 e 500 graus. “Existem ainda chamas produzidas pela queima da mistura de substancias químicas, como tetracloreto de carbono e éter de petróleo, que atingem apenas 50 graus e podem ser acesas na palma da mão”, diz Vanin.

Super interessante, Março 1996

Como se produz a água com gás?

A grande maioria das marcas que encontramos à venda a gaseificada artificialmente, em um processo industrial idêntico ao dos refrigerantes: retira-se o oxigênio presente no liquido e injeta-se, em seu lugar, gás carbônico.

A água tem de ser resfriada para absorvê-lo. “Gases a baixas temperaturas têm menor movimento molecular. Isso torna mais fácil agregá-los ao líquido”, afirma o geólogo Uriel Duarte da Universidade de São Paulo (USP). Já o processo natural de formação de água carbogasosa ou carbonatada - como é chamada pelos cientistas –surge do aquecimento subterrâneo.

As fontes estão situadas em regiões onde ocorreram vulcões ou onde a camada de magma está mais próxima da superfície. “Nesses locais, os condutos de magma atravessam as rochas até alcançarem os aquíferos, reservatórios subterrâneos de água. O calor intenso quebra as moléculas dos minerais contidos na água, liberando vapores e incorporando os gases ao líquido”, diz Uriel. Existe ainda outra possibilidade: “O gás carbônico também pode ser formado pela oxidação da matéria orgânica presente  no aquífero”, afirma o hidrogeólogo Ricardo Hirata, também da USP. De qualquer forma, muitas águas gasosas naturais podem apresentar teor de gás carbônico baixo para as convenções comerciais e, nesse caso, recebem artificialmente um reforço de CO₂.

Super interessante, outubro de 2002.

Como é feita a reciclagem de baterias de telefones celulares?

O primeiro passo é moê-las para que o plástico seja separado dos elementos químicos. As baterias possuem um amontoado de pequenas pilhas, feitas de elementos como o níquel, o lítio e o cádmio, todos tóxicos. Depois da moagem, o plástico é derretido para ser reciclado e as células passam por diferentes processos, que dependem da composição de cada uma. O níquel é fundido feito cromo e ferro, criando uma liga que pode ser usada na produção de aço; o cádmio pode ser reutilizado em novas baterias; e o lítio é misturado com outras substancias que o torna inócuo.

No Brasil as normas para reciclagem só foram publicadas este ano pelo Ministério do Meio Ambiente. Por isso, nem todos os usuários sabem o que fazer com as baterias velhas. Ate junho de 2000, no entanto, a situação vai mudar. Esse é o limite para que todas as embalagens de celular tragam, obrigatoriamente, o cuidado que se deve ter ao descartar uma bateria. “Até lá, os fabricantes terão de preparar os sistemas de coleta e tratamento de resíduo tóxico” explica o engenheiro Hilton Mendes, diretor da Motorola na America Latina. Enquanto isso, o melhor que você tem a fazer é não mandar as baterias usadas para o lixo e já começar a enviá-las para a empresa que as produziu.

Revista Super, dezembro de 1999.

Porque o sal no gelo esfria a cerveja mais rápido?

Porque, em contato com a água, o sal tende a se dissolver – mesmo se a água estiver em sua forma sólida. E essa dissolução é um processo endotérmico, ou seja, exige uma quantidade de energia para se concretizar. Em contato direto com o gelo, o sal tem outra opção: “puxa” calor das pedras, que ficam ainda mais frias.

A temperatura da mistura pode chegar a -18°C. E, em 5 minutos, seu isopor será capaz de fazer por sua latinha de cerveja o que o freezer faria em 15.

 Essa mistura é chamada de frigorífica: quando o resultado final tem uma temperatura menor que seus componentes tinham isoladamente. A experiência também funciona com o açúcar ou qualquer substancia solúvel em água. Se você tem pressa triture as pedras. “Quanto maior for a superfície de contato do gelo mais rápido é o resfriamento”, explica Valdir Bindilatti, professor do Instituto de Física da USP.

Fonte: Revista SUPER, setembro de 2008.

Por que as pedras de gelo têm bolhas de ar dentro?

Quando se abaixa a temperatura, a água tende a eliminar tudo o que estiver dissolvido nela. Isso acontece porque, com o resfriamento, aumenta também a força de coesão, que mantém as moléculas de água unidas, expulsando as demais moléculas. Na água existe ar, que se dissolve no líquido quando ele está à temperatura ambiente. Se colocarmos uma mistura de água com sal no freezer, a base do cubo, que se congela primeiro, ficará praticamente sem sal, pois ele será expulso. O mineral se concentrará na superfície, que é a última a se solidificar. “O mesmo acontece com o ar dissolvido na água”, explica o químico Atílio Vanin, da Universidade de São Paulo. À medida que o gelo vai se formando, o ar se separa, criando pequenas bolhas que ficam aprisionadas no topo da água solidificada.

Super Interessante, março 1997.

Por que a TV de tela plana é melhor do que as outras?

As superfícies curvas refletem, em várias direções, a luz que incide sobre elas. Portanto, qualquer fonte luminosa do ambiente, ao incidir sobre uma tela abaulada, terá seus raios rebatidos para o rosto do espectador, causando certo incômodo. Já a tela plana reflete somente a luz que vem de um ângulo reduzido e, com isso, enfraquece a interferência da luz ambiente. Além disso, o painel curvo distorce o que está na tela quando não se está olhando a televisão de frente, o que não acontece com o plano, que mantém a imagem com boa qualidade.

Painel das televisões convencionais é ligeiramente curvo porque, com esse formato, o vidro resiste mais ás pressões do ar, á mudança de temperatura e não se quebra com facilidade. “Os avanços tecnológicos alcançados com a ajuda do computador permitiram o desenvolvimento de um painel mais plano, sem prejuízo para os espectadores”, diz o engenheiro Roberto Varella, da Philips de Brasil.

Revista Super interessante, n. 112, 1996.

Como os rádios piratas influenciam o tráfego aéreo?

Os equipamentos de uso aeronáutico, tanto de comunicação como de navegação, utilizam ondas de rádio. Como as emissoras de rádio no Brasil são concessões de Estado, o Ministério das comunicações exerce um controle para evitar que elas usem a mesma frequência ocupada pela Aeronáutica. No caso das rádios piratas, que não têm registro no ministério, a frequência pode ser a mesma e causar interferências. O equipamento que mais sofre influência das ondas é o Sistema de Aproximação por Instrumento (ILS, sigla em inglês para Instrument Landing Sistem). O ILS é composto por um transmissor no solo e um receptor instalado a bordo das aeronaves, que fornece ao piloto informações da trajetória do avião na aproximação para pouso.

O piloto posiciona a aeronave observando as indicações de um instrumento localizado no painel. Por meio dele, fica sabendo se o avião está alinhado com a pista e se a altura está ideal. Se alguma onda de rádio achar que o avião está alinhado quando não está. Ou o contrário, corrigindo uma posição que era adequada.

“Isso vale só na teoria”, diz Wallace Hermann, presidente da associação de radiofusão popular do Rio de janeiro. “As nossas rádios, que preferimos chamar de comunitárias, trabalham com potências muito baixas. Com certeza, não chegam a afetar a transmissão entre o piloto e o solo”, diz Hermann. Mas, segundo o Ministério da Aeronáutica, já foram observadas interferências na região metropolitana de São Paulo causada por emissoras FM clandestinas.

Revista Super interessante, agosto de 1997.

Qual a fonte de energia do Sol?

O gerador que faz do astro gasoso o que ele é fica bem no seu miolo. No centro da bola incandescente há uma região onde a pressão – exercida pelas camadas externas - é milhões de vezes maior do que no interior da Terra. Essa força poderosa espreme os átomos de hidrogênio que compõem o Sol, uns contra os outros. Apertados, eles se fundem e liberam uma quantidade enorme de energia, na forma de luz e de calor, iluminando e aquecendo todos os planetas do Sistema Solar.

Toda estrela é assim. Sentimos mais a energia do sol porque ele está próximo da Terra. “Um dia, todos esses átomos do núcleo solar vão se fundir, a energia vai acabar e o Sol, se apagar”, conta o físico Adriano Natale, da Universidade Estadual Paulista. “Mas ainda há combustível para bilhões de anos.”

Super Interessante, 1999.

Por que a rotação de todos os planetas do sistema solar acontece no mesmo sentido da rotação da Terra, de Oeste para Leste?A translação também é igual?

Todos os planetas, com exceção de Vênus giram no mesmo sentido de rotação que a Terra (rotação é a volta que o planeta dá em torno do seu próprio eixo). A Terra gira de oeste para leste e os demais planetas do sistema solar fazem o mesmo movimento. Os astrônomos não conseguiram até hoje explicar por que Vênus é do contra. O sentido da Translação – movimento ao redor do sol – também é o mesmo para todos e é igual ao de rotação. O sistema funciona como um imenso furação com pequenos redemoinhos dentro. Isso acontece porque a grande nuvem de poeira e gases que deu origem ao sistema solar, há cerca de 5 bilhões de anos, girava na direção mantida até hoje. “O sentido de rotação e translação dos planetas é como uma marca de nascimento”, explica o astrônomo Augusto Damineli colaborador da SUPER e professor do Instituto Astronômico e Geofísico da Universidade de São Paulo. “Até hoje continuam se movimentando assim por inércia e seria necessária uma força estrondosamente grande para que isso fosse alterado”.

Super, fevereiro 1995.

Por que não se deve usar aparelhos eletrônicos em aviões?

Porque eles da podem interferir no funcionamento da aeronave. “Quase todos os sistemas são controlados eletronicamente desde o motor ate a comunicação com a torre que orienta o voo”, diz o major Maurício Brandão, do Instituto de Tecnologia Aeronáutica, São José dos Campos, São Paulo. Aparelhos como rádios e telefones celulares emitem campos eletromagnéticos que podem interferir na leitura das informações feitas pelos equipamentos de voo e descontrolar a aeronave. Atualmente, os aparelhos eletrônicos são fabricados de acordo com normas que controlam a emissão eletromagnética. Eles possuem uma blindagem para não permitir que os campos eletromagnéticos escapem e por isso estão liberados para funcionar durante o voo. Mas devem ser desligados nos pousos e decolagens, quando o avião fica muito perto do chão e o piloto tem pouquíssimas chances de corrigir qualquer problema.

Super, julho 1996.

O que são air-bags dos automóveis? Como eles funcionam?

Os air-bags são espécies de almofadas, localizadas dentro do volante e no porta-luvas que inflam quando o carro bate. Elas evitam que o motorista e o passageiro do banco dianteiro sejam projetados contra o vidro.

O sistema funciona da seguinte forma: um sensor eletrônico ligado ao sistema de aceleração detecta quando há uma brusca desaceleração. Ele envia a informação para as duas cápsulas geradoras de gás que estão localizadas respectivamente no volante e no porta-luvas. No interior das cápsulas existe um conjunto de pequenas pastilhas de ácido sódico. Ao receber a “notícia” de que o carro desacelerou, uma espoleta dentro da cápsula é acionada, o que faz as pastilhas de ácido sódico entrarem em combustão. Ao queimarem, elas soltam nitrogênio, fazendo o air-bag inflar. Nesse momento, a capa protetora do volante se rompe, abrindo passagem para a bolsa de ar.

Com o impacto, motorista e passageiro são lançados para frente, batem no colchão de ar e voltam para a posição original. Todo o processo acontece milésimos de segundos depois da batida. No Brasil, por enquanto, apenas os modelos importados dispõem desse sistema. Algumas montadoras nacionais pretendem colocar o dispositivo de segurança em seus carros ainda nesse ano.

Revista Super, abril de 1995.

Qual a diferença entre gasolina aditivada e normal?

O aditivo não aumenta a potência da gasolina. Ele nada mais é do que um detergente. Quando o combustível comum circula por partes do motor como o carburador, as válvulas e o pistão, deixa resíduos, que são uma espécie de goma. Com o passar do tempo, o acúmulo de detritos torna difícil a mistura de gasolina com ar, que provoca a queima e gera energia para o motor funcionar. Com isso, diminui a eficiência do carro. A gasolina e também o álcool aditivado quando passam pelo motor, vão dissolvendo a goma, evitando o acúmulo de mais resíduo. A sujeira vai junto com o combustível e também é queimada.

"O problema do acúmulo de goma é maior em veículos à gasolina devido ás substâncias que a formam. Mas nos carros a álcool também ocorre porque este tem uma mistura de 7% de gasolina na sua composição", diz o engenheiro químico José Carlos Fazzole Ferreira, da Esso Brasileira de Petróleo.

O detergente misturado com os combustíveis é diferente do usado para lavar louça. O do aditivo tem cargas positivas, o que torna muito mais fácil sua dissolução na gasolina.

Revista Superinteressante- fevereiro de 1996.

Por que o bico do avião Concorde é móvel?

O bico baixa para que o piloto possa ver a pista na hora do pouso. O Concorde é um avião supersônico – voa a 2.150 quilômetros por hora, 921 a mais que o som. Um dos motivos dessa ligeireza é sua forma: para reduzir o atrito com o ar, o bico é bem mais comprido e afiado do que o dos aviões a jato comuns. Só que, no pouso, ele atrapalha a visibilidade. “Por isso, pelo menos 10 minutos antes de tocar o chão, a parte dianteira avião começa a baixar”, conta o engenheiro aeronáutico Dawilson Lucato, da Universidade de São Paulo, em São Carlos. Mas nem todo aviões supersônicos têm o bico flexível. O bico do caça Mirage é fixo e o piloto só vê a pista pela lateral. Tem de contar com os instrumentos de voo e com sua habilidade para chegar bem ao chão.

Revista Super, março de 1999.

Como funciona um detector de mentiras?

O que habitualmente se chama de 'detector de mentiras' é, na verdade, um polígrafo. O polígrafo é um aparelho que registra simultaneamente diversas respostas psicofisiológicas, tais como pressão arterial, batimento cardíaco, fluxo e ritmo respiratório, condutividade da pele, temperatura corporal, microvariações da onda global (tremores vocais) e etc. Teoricamente, o polígrafo, ao registrar alterações provocadas pelo sistema nervoso simpático (ou seja, não passíveis de controle voluntários), seria capaz de verificar se a pessoa submetida ao exame está mentindo. O pressuposto é que o sujeito, ao mentir, sofreria modificações em alguns dos parâmetros aferidos pelo aparelho.

Na avaliação, e examinador faz algumas perguntas de controle, ou seja, perguntas cujas respostas são necessariamente verdadeiras, de modo a calibrar o sistema para uma posição 'neutra'. Na teoria, se alguma pergunta de interesse tem uma resposta que provoque alterações importantes nos parâmetros medidos pelo polígrafo (isto é, se a resposta se desvia da posição 'neutra'), então é porque o examinador deve está mentindo.

A validade dos testes com polígrafos, no entanto, é bastante controversa. O fato é que não é certo que todas as pessoas reajam da mesma forma ao mentir. Alguns criminosos psicopatas, por exemplo, não apresentam variações significativas ao mentir (é mesmo possível que, em algumas perturbações mentais, o doente nem tenha consciência de que está mentindo). Além disso, sabe-se que um treinamento adequado permite que a pessoa simule respostas psicofisiológicas 'estressadas' mesmo quando fala a verdade, o que desorienta totalmente a avaliação. Diz a lenda que alguns agentes secretos são assim treinados, de modo a poderem mentir caso sejam capsulados. Por causa das suas limitações, o 'detector de mentiras' é empregado com muita cautela. Nos Estados Unidos, onde é mais usado, só tem valor indicial, não podendo ser usado como prova.

Fonte: Ricardo Molina de Figueiredo - Instituto de Pesquisa em Som, Imagem e Texto, Faculdade de Ciências médicas, Universidade Estadual de Campinas (SP).

Revista Ciência Hoje, outubro de 2009.

Todas as camadas da Terra giram com mesma velocidade?

Não. A parte que fica no centro é mais rápida. Com a rotação do planeta, as camadas giram todas juntas, menos o núcleo interno. Por estar boiando no núcleo externo, que é líquido, ele dá uma aceleradinha os cientistas já sabiam que o eixo de rotação do núcleo não coincide exatamente com o da Terra. Há um desvio de mais ou menos 10 graus. No final do ano passado, dois pesquisadores americanos da Universidade de Colúmbia, em Nova York, perceberam que, além da inclinação, o eixo do núcleo também se desloca 1,1 graus por ano, girando em torno do eixo da Terra. Se o núcleo interno girasse juntinho com o restante do planeta, um eixo não mudaria de posição com relação ao outro. “Isso era previsto por simulações de computador”, diz o geofísico Ronald Cohen, do Instituto Carnegie de Washington, nos Estados Unidos. “Mas a comprovação do fato surpreendeu muita gente.”

Super Interessante, setembro 1997.

O aparelho de microondas é eficaz para a esterilização de alimentos? E os processos com raios gama ou ultravioleta?

O aparelho de microondas não é eficaz para esterilizar alimentos. Esse equipamento apenas os aquece. A esterilização é a redução de microorganismos a níveis baixíssimos, o que deve ser feito por empresas especializadas, pois é necessário um controle rigoroso da temperatura e da pressão. A esterilização precisa ser conduzida com bastante rigor, pois, se malfeita, pode causar problemas a saúde. Uma seringa mal esterilizada, por exemplo, pode levar á morte.

É preciso diferenciar esterilização de diminuição de micro-organismos com o objetivo de preservar alimentos por mais tempo. A esterilização é um passo além de simplesmente cozinhar ou diminuir a carga microbiana: é garantir que a possibilidade de o micro-organismo sobreviver seja muito baixa. Na verdade, a maior parte dos alimentos que comemos não é esterilizada, mas apenas submetida a mecanismos para reduzir a qualidade de microorganismos e frear sua reprodução, como a preservação em geladeira, a secagem e a salga.

A radiação gama pode ser utilizada para esterilizar alimentos, mas ainda não é empregada comercialmente no país. Em geral, essa tecnologia é mais usada para reduzir os microorganismos, e aumentar o tempo de vida dos alimentos nas prateleiras dos mercados. O caso mais usual é a irradiação de temperos.

Os raios ultravioletas também podem ser usados para conter a proliferação de microorganismos, mas sua penetração é limitada, não vai além da superfície onde incidem. Esse processo também não é utilizado comercialmente no Brasil para esterilizar alimentos.

Susy Sabato. Centro de Tecnologia da radiação, Instituto de pesquisas energéticas e nucleares, comissão nacional de energia nuclear (SP).

Revista Ciência Hoje, outubro de 2009.

Como se constrói uma câmara escura (caixa ou local onde a única entrada de luz é um pequeno buraco)? Qual deve ser o tamanho do furo que inverte a imagem nesse tipo de câmera? Como ocorre a inversão?

Pode-se montar um câmara escura com uma caixa de sapato, com um furo em um dos lados. Depois retira-se parte do lado oposto da caixa e coloca-se papel manteiga. Para ver a imagem invertida é preciso que a caixa esteja em um lugar escuro (ou que o observador use um pano preto sobre a cabeça). “Quando um objeto bem iluminado é colocado na frente da câmara, sua imagem é projetada invertida no fundo da caixa”, conta o físico Mikiya Muramatsu, da Universidade de São Paulo. Um feixe de luz é formado por pequenos raios. O topo do objeto iluminado emite vários desses raios, mas apenas um deles, que sai do objeto inclinado com determinado ângulo, consegue passar pelo buraco. Os outros são barrados pela parede da câmara. Como a luz anda em linha reta, e não faz curva (a não ser em condições muito especiais), um raio que sai inclinado do topo da vela ira atingir a parte de baixo da caixa. Com isso, a imagem que se forma é invertida. O furo deve ter cerca de meio milímetro. Se for maior, deixa que mais de um raio correspondente a cada ponto do objeto atinja a parede e a imagem fica borrada. Se o orifício for muito pequeno, os raios vão sofre um desvio ao esbarrar na sua borda, diminuindo o contraste.

Super Interessante, Novembro de 1994.

Por que um avião leva o mesmo tempo para contornar a Terra no sentido leste-oeste e oeste-leste, independente do movimento do movimento de rotação da Terra?

Porque, para ele, é como se esse movimento não existisse. Tudo o que está na Terra ou logo acima dela, inclusive o ar, gira com a mesma velocidade de rotação. Caso fosse possível o avião subir verticalmente e permanecer suspenso no ar, ele manteria, por inércia, uma velocidade igual à de rotação – isto é, ficaria no mesmo lugar. Quando são acionadas as turbinas, o avião recebe uma força que faz com que ele adquira uma determinada velocidade, responsável pelo seu deslocamento, independente do movimento de rotação.

Super Interessante, Abril de 1991.

Qual a diferença entre o sistema NTSC usado pelos televisores americanos e o PAL-M usado no Brasil?

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A diferença está na forma de transmitir cores. A imagem filmada por uma câmera é composto de várias linhas (no caso da televisão brasileira, 525), que são depois transformadas em ondas eletromagnéticas e enviadas para as casas. Essas ondas que não são coloridas (nem podem ser vistas) "carregam" as informações sobre as cores que deverão aparecer na tela da TV. Pelo sistema NTSC (abreviação para National Television System Committee), a cor que a onda carrega é exatamente a que aparece na TV. Mas como as ondas esbarram em prédios e montanhas, muitas vezes sofrem distorções. "O que era uma cor vermelha pode aparecer alaranjada na tela", diz o engenheiro eletrônico Edson Pacheco, da Philips do Brasil. Por isso, é preciso que haja no aparelho um botão de ajuste para corrigir erros.

No caso do sistema PAL-M (abreviação para Phase Alternation Line, com o M indicando que a freqüência é de 60Hz), usa-se um artifício para corrigir as distorções ainda durante a transmissão. As ondas não carregam as mesmas cores que serão projetadas na tela. Se o objetivo for um boneco vermelho, as ondas correspondentes á primeira linha da imagem carregarão informações sobre o vermelho. Mas as ondas correspondentes á segunda linha terão informações sobre o verde, que é a cor oposta (complementar) ao vermelho. A próxima linha será vermelha, a outra verde, sucessivamente. Quando a onda correspondente à primeira linha sofrer um erro, a da segunda linha também sofrerá. Só que, como as cores que elas carregam são opostas, os erros também serão opostos e eliminarão um ao outro. Ao chegar à televisão, o aparelho automaticamente converte os sinais em cores normais.

Revista Super interessante, fevereiro de 1996.

Como se formou o Universo?

Deixando de lado o criacionismo e todas as narrativas religiosas sobre a criação do universo, a teoria mais aceita é a do Big Bang. Há cerca de 14 bilhões de anos, toda a matéria e energia do universo estavam concentradas num único ponto extremamente pequeno, quente e denso. “Aliás, dizer que era um ponto pode dar a impressão errada de que havia alguma coisa em volta, quando na verdade o ‘ponto’ era tudo o que existia ”, afirma o cosmólogo Mário Novello, pesquisador do CBPF (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas).

Aparentemente, flutuações minúsculas dentro dessa região espalharam seu conteúdo por todas as direções com violência inimaginável – é o que se costuma chamar de Big Bang, a “explosão” que, de acordo com a maior parte dos físicos, gerou a matéria, a energia, o tempo e o espaço. Não haveria sentido falar em “antes” do Big Bang. A primeira expansão teria sido a mais violenta – o que os cientistas chamam de “universo inflacionário” – uma bolha que cresceu rapidamente, definindo as “fronteiras” daquilo que existe. “Não haveria sequer sentido em falar do que está fora dessa bolha – seria o inobservável, o além”, diz Novello.

Pouco a pouco, depois da primeira inflação, o conteúdo absurdamente energético da expansão começou a formar os primeiros núcleos atômicos leves, de elementos como o hidrogênio e o hélio. O primeiro bilhão de anos do universo presenciou o surgimento das galáxias. Com as primeiras supernovas, a formação de elementos atômicos mais pesados – como carbono e ferro – plantou as sementes para o surgimento do Sistema Solar e da vida aqui na Terra.

Há quem aponte problemas nessa visão aparentemente simples da criação. Se o Big Bang foi realmente o início de tudo, uma região com temperatura infinita e densidade infinita, então as leis da física não se aplicariam a ele – o que é uma inconsistência, porque elas deveriam valer para qualquer momento do universo. É por isso que pesquisadores como Novello sugerem que o Big Bang seja parte de um ciclo, e não o real começo de tudo – mas as duas hipóteses, obviamente, ainda precisam ser provadas.

Super, setembro de 2003.

Por que os planetas são redondos?

Pode parecer estranho, mas uma das razões para que planetas sejam globos é a mesma que explica por que bolhas de sabão são redondas: um conceito conhecido como “energia mínima”. A esfera é a mais estável de todas as formas geométricas encontradas na natureza e, por isso, as partículas necessitam da menor quantidade de energia para chegar a esse formato.

Mas o que torna a esfera tão estável? “Ela é a única figura onde todos os pontos da superfície estão à mesma distância do núcleo”, diz o astrônomo Ronaldo Mourão, do Museu de Astronomia do Rio de Janeiro. Para os planetas, isso é imprescindível. Como são corpos com uma quantidade enorme de massa, eles têm um campo gravitacional fortíssimo, que suga tudo para o seu centro. Assim, o formato esférico é a única maneira de garantir que o que está na superfície não seja sugado para o centro do planeta pela força da gravidade.

Os planetas, no entanto, não são esferas perfeitas. A distorção no formato original acontece por causa do movimento de rotação, que os achata um pouco perto dos pólos.

Revista Superinteressante.

Por que assoprar esfria a sopa?

Porque o sopro empurra para longe o ar quente e úmido que paira sobre a superfície da sopa e o substitui por gases mais frios e secos. Isso facilita o escape do calor do prato. O fenômeno é o mesmo em sopas, molhos ou mesmo uma xícara de chá. “Para o físico, a sopa se comporta como a água – o que simplifica o problema”, afirma o autor francês Hervé This no livro Um Cientista na Cozinha (Editora Ática). Quando aquecidas, as moléculas de água se movimentam muito rápido. Com tanta energia, algumas conseguem romper a tensão superficial do líquido e escapam na forma de vapor. O ar logo acima da superfície também está aquecido, com as moléculas de nitrogênio, oxigênio e outros gases movendo-se em um ziguezague frenético. O vapor que emana da sopa encontra esse “fogo cruzado” e o choque com outras moléculas devolve grande parte dele para o líquido. Após várias colisões, a temperatura da superfície se equilibra com a do ar logo acima dela.

Com o sopro, o vapor não encara essa resistência e é mandado para longe antes que possa voltar à sopa. Como as moléculas que se tornam vapor são jas mais carregadas de energia, sobram no líquido aquelas menos energizadas – em outras palavras, mais frias.

Revista Superinteressante.