Quais os efeitos da pressão sobre um mergulhador? O que é a doença descompressiva?

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 1kg/cm². Assim, a 10 metros, a pressão equivale a 2 atmosferas 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 um 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 a 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 à do ambiente. Isso significa que a quantidade de ar inalado deve ser progressivamente maior conforme a profundidade aumenta. A 10 metros, por exemplo, são necessários 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. (Luciano Candisani, Mergulhador, biólogo e fotógrafo submarino).

 Galileu, Março de 2000

Como funcionam os monitores de computador que respondem por toque na própria tela? A tecnologia utilizada é cara?

Existem quatro tecnologias para se construir as telas sensíveis ao toque que geralmente são usadas em museus, shopping centers e locais turísticos. “A mais usada atualmente chama-se tecnologia capacitiva”, diz o engenheiro eletrônico Sérgio Humberto Marques, da VGArt, empresa que fabrica monitores para computador, em São Paulo. “É ela quem conjuga as melhores condições de preço e bom desempenho”. A tecnologia capacitiva funciona do seguinte modo: o monitor é formado por um sanduíche de um vidro especial, que é resistente e não risca. No meio existe um sensor com uma determinada carga elétrica. Quando alguém encosta o dedo, a própria eletricidade do corpo altera as características elétricas daquele ponto. Existem placas de chips dentro do computador que criam um sistema de coordenadas verticais e horizontais para identificar o ponto e depois traduzir qual é a função que foi selecionada. O tempo de resposta (intervalo entre acionar um comando e o computador realizar a tarefa) é considerado baixo: cerca de 10 milissegundos.

O que diferencia as outras três técnicas é a forma como a tela é sensibilizada. Na tecnologia que usa infravermelho, vários fachos de luz são emitidos por dentro do monitor e o percorrem o tempo todo. Quando encosta-se o dedo, o facho de infravermelho é interrompido em determinado ponto, identificado pelo computador. O inconveniente é que luzes vindas do exterior podem interferir no funcionamento. Esse tipo de tela só pode ser usada em ambientes escuros como discotecas.

Outra tecnologia é conhecida como resistiva. Dentro da tela existem milhares de fios extremamente finos (cerca de um mícron) de material metálico que tem uma certa tensão elétrica e formam uma espécie de rede. Quando a tela é pressionada, a tensão elétrica é modificada e o computador identifica o ponto. Esses fios são menos sensíveis que os sensores da tecnologia capacitiva. Portanto, é preciso pressionar a tela. Com isso, o desgaste do mecanismo é maior.

A última tecnologia é a que usa ondas acústicas. Um emissor envia constantemente ondas de ultrassom que varrem a tela. Quando alguém encosta o dedo, as ondas são interrompidas e o ponto identificado. Uma das vantagens desse sistema é que o tempo de resposta é bem pequeno. Essa tecnologia é ainda pouco usada devido ao preço. Como ela ainda é produzida em pequena escala, custa muito caro.

 Super, maio de 1995.

Qual o efeito sobre um banhista (ou alguém que esteja em um barco) de um raio que caia em um rio ou no mar?

Uma pessoa que se encontra no mar ou no rio a bordo de um barco não correrá tanto risco, pois não se encontra em contato com a água, por onde passará a corrente elétrica do raio. Ao atingir o chão, por exemplo, um raio tem sua corrente elétrica difundida pelo solo. Quanto maior for a condutividade deste, maior será o alcance da eletricidade difundida. No mar, pela alta condutividade da água, os efeitos de uma descarga elétrica serão sentidos a uma distância muito maior do que no solo. Já nos rios, lagos ou outros corpos de água doce, onde a condutividade não é tão alta, mas ainda é maior do que no solo, um alcance intermediário é esperado. Em termos de efeito do raio, a letalidade ou não da descarga elétrica dependerá de quão distante está o ponto onde o raio caiu da pessoa. Para uma mesma distância, no mar seria mais perigoso.

As árvores, pela sua altura, independentemente de estarem próximas ou não de rios, podem atrair os raios, por isso nunca se deve procurar abrigo embaixo delas durante uma tempestade. Árvores situadas em regiões elevadas apresentam maior risco do que aquelas situadas em margens de rios que percorrem regiões de terrenos menos elevados. (Marcelo Saba, Grupo de eletricidade atmosférica, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais.

Ciência Hoje, março de 2012.

Como funciona o foco automático de uma máquina fotográfica?

Assim que você aperta o botão, a câmera envia sinais de ultrassom em direção ao que vai ser fotografado. Ao atingirem um obstáculo, as ondas voltam e são captadas por um sensor. Pelo tempo de ida e volta, a máquina deduz a distância entre ela e o objeto e ajusta o foco. “A câmera vai focar o que estiver no centro da lente”, explica o engenheiro eletrônico Rudolf Reimerink, da Kodak, em São Paulo. Tudo o que estiver no mesmo plano do objeto central será registrado com nitidez. Já o que estiver na frente ou atrás ficará desfocado.

Super, novembro de 1997.

Por que prata, cobre e ouro, bons condutores de eletricidade, não apresentam supercondutividade?

A supercondutividade não deve ser vista simplesmente como um aperfeiçoamento no processo normal de condução. No processo normal, um condutor é essencialmente uma rede tridimensional de átomos, regularmente ordenados, que apresenta grande quantidade de elétrons que não estão fortemente presos aos átomos, chamados elétrons livres ou de condução. Tais elétrons, quando submetidos a um campo elétrico externo, que cria uma diferença de potencial entre as extremidades do condutor, movem-se para reduzir essa diferença, formando a corrente elétrica. Como esses elétrons enfrentam alguma resistência ao seu movimento, perdem energia, dissipada em forma de calor. Apesar de adequado para descrever a condução normal, esse modelo não explica a supercondutividade, que ocorre a baixas temperaturas, é necessário considerar outra forma de interação entre elétrons, que não a seja a repulsiva.

De acordo com a teoria da supercondutividade formulada em 1957, pelos físicos norte-americanos John Bardeen (1908-1991), Leon Cooper e John Schrieffer, no estado supercondutor os elétrons não se movimentam como partículas independentes, mas aos pares (denominados pares de Cooper). Esses pares se formam a temperaturas muito baixas por ação de poderosas forças de atração, com origens em fenômenos de natureza quântica (que os físicos ainda não entendem inteiramente) e com a ajuda de ‘vibrações’ que ocorrem na rede de átomos de alguns materiais. Os pares de Cooper apresentam um estado de energia reduzida e se deslocam pelo material sem enfrentar resistência (portando, sem perder energia).

A explicação para a prata, o cobre e o ouro (os melhores condutores de eletricidade à temperatura normal que conhecemos, nesta ordem) não apresentam supercondutividade, mesmo a temperaturas tão baixas quanto 0,05K (-273,10°C), é a fraca capacidade de interação entre os elétrons e a rede de átomos desses materiais. Neles, a ação das forças de atração responsáveis pela supercondutividade mostra-se incapaz de superar a repulsão natural entre os elétrons, impedindo a produção dos pares de Cooper – e as razões dessa incapacidade ainda são estudadas pelos físicos. (José Fernando Moura Rocha, Departamento de física do estado sólido, Universidade Federal da Bahia).

Ciência Hoje, Março de 2012

O que é a força de Coriolis? Como ela atua nos corpos? Por que tem esse nome?

A força de Coriolis é provocada pelo movimento de rotação da Terra. Ela altera o movimento de um corpo para a direita, no hemisfério Norte, e para a esquerda, no hemisfério Sul. Como isso ocorre? É que o planeta gira com uma velocidade angular constante. Por isso, quando um objeto que não esteja conectado a Terra se move para o Norte ou para o Sul, a velocidade de rotação do planeta vai interferir na posição final do objeto. Por exemplo, imagine uma viagem de avião em linha reta de São Paulo a Brasília. Como o planeta gira de oeste para leste, se a rotação da Terra não for compensada e o vôo prosseguir numa trajetória retilínea, a aeronave poderá chegar a Goiânia, cidade que está à esquerda do destino original, e não Brasília. Um outro exemplo vem dos Estados Unidos. Lá, foram feitas pesquisas comprovando que uma bolinha de beisebol atirada horizontalmente percorrendo 100 metros em 4 segundos (à velocidade de 90 km/h), sofre um desvio para a direita de 1,5 centímetro.

A circulação atmosférica global também sofre influência da força de Coriolis. Ela atua na geração dos ventos alísios, próximo ao equador, e em médias e altas latitudes, nas frentes frias e na circulação da brisa marítima. Muitas pessoas acreditam ainda que a força de Coriolis seria a responsável pelo fato de a água, em uma pia, girar em um sentido no hemisfério Norte, e em outro no Sul. Pura lenda. O modo como a água escoa depende mais da maneira como foi construído o buraco da pia e de sua inclinação. O efeito da força de Coriolis é desprezível em fenômenos de escalas tão pequenas. A força de Coriolis tem esse nome em homenagem ao francês Gaspard Gustave Coriolis (1792-1843), um renomado matemático e físico. (Técio Ambrizzi, Professor do departamento de Ciências Atmosféricas do Instituto Astronômico e Geofísico da USP).

 Revista Galileu, Outubro de 1999

Como funcionam os painéis de LED usados em TVs e telões de estádios?

O painel de LED é composto por dezenas ou centenas de milhares de diodos emissores de luz (LED, na sigla em inglês): cristais semicondutores que acendem quando atravessados por uma corrente elétrica. São usados LEDs que produzem luz verde, vermelha e azul. Por meio da combinação dessas três cores básicas, obtêm-se praticamente todas as tonalidades que a visão humana pode distinguir. A operação do painel depende de um processador central, que recebe um sinal de vídeo proveniente de um DVD, câmera ou computador. O processador separa a informação para cada uma das três cores básicas e redimensiona a imagem conforme a quantidade e posição dos LEDs. Dentro do painel, cada LED está ligado a um circuito que controla o acendimento conforme a informação recebida do processador.
Esse é um dos poucos sistemas que podem ser utilizados ao ar livre, em pleno dia, seja devido à sua robustez, seja pelo seu elevado brilho. Agora estão começando a surgir televisores que utilizam LEDs orgânicos (que não são cristalinos) como elementos emissores de luz. Mas os televisores ditos ‘de LED’ que estão no mercado são, na maioria das vezes, telas de cristal líquidos (LCD), retroiluminadas por LEDs brancos. A vantagem é que a luz do LED permite uma melhor reprodução de cores pelo LCD, além de maior uniformidade e menor espessura da tela. (Guido Stolfi, Laboratório de Comunicações e Sinais, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo).

Revista Ciência Hoje, Outubro de 2012.

Por que algumas pessoas sentem mais frio ou calor do que as outras?

Na pele, existem sensores para frio e calor. Esses receptores detectam a temperatura local enviam sinais elétricos para regiões específicas do cérebro, onde a informação é interpretada e transformada em ‘sensação’, isto é, informação consciente de ‘frio’ ou ‘quente’. Enquanto a temperatura interna do nosso corpo é mantida praticamente constante (cerca de 37°C), a temperatura da pele varia em função de dois fatores: a temperatura externa e a quantidade de sangue que, vindo do interior do corpo, vai irrigar a pele.

Se colocarmos pessoas diferentes em ambiente com a mesma temperatura (22°C, por exemplo), a sensação de frio poderá ser maior em algumas, porque, em temperaturas baixas, os vasos sanguíneos da pele se fecham. Isso diminui a chegada de sangue aquecido (a 37°C) aos tecidos superficiais e ajuda a manter a temperatura interna a 37°C. Num indivíduo em que os vasos se contraem mais, a temperatura da pele será menor. Os sensores de frio enviarão um maior número de sinais elétricos para o cérebro e ele terá uma sensação de frio mais intensa. Assim, a intensidade da sensação de ‘frio’ ou ‘quente’ vai depender da diferença de temperatura entre a pele e o interior do corpo.

Outros fatores, como a velocidade de mudança de temperatura na pele, também influem na intensidade da sensação. Pessoas com alterações dos vasos cutâneos (diabéticos, por exemplo) ou com alterações dos hormônios da glândula tireóide também podem sentir mais frio ou calor do que outras. (José Geraldo Mill, Centro de Ciências da Saúde, Universidade Federal do Espírito Santo). 

Revista Ciência Hoje, Abril de 2012.

O que é microfonia e como evitá-la?

É uma espécie de bola de neve sonora. Aquele chiado insuportável que acontece quando você deixa o microfone perto demais do alto-falante, virado de frente para ele, é o resultado da amplificação exagerada de um barulho. Ocorre porque o som que sai da caixa se soma a um outro, idêntico, ao que está entrando. A caixa, então, realimenta o microfone e o barulho torna-se cada vez mais alto. “Iniciado o processo”, diz o engenheiro Antônio Seabra, da Universidade de São Paulo, “não adianta nem parar de falar, porque o som no ambiente realimenta a cadeia”. O jeito é baixar o volume para diminuir a amplificação do chiado. Ou afastar o microfone da caixa. Alguns amplificadores têm um recurso chamado delay, ou atraso, que emite o som captado uma fração de segundo depois. Isso evita que ele entre imediatamente no microfone.

Revista Super, Outubro de 1998.