Por que as embalagens vedadas inflam em grandes altitudes?

Porque dentro delas há ar, que se expande de acordo com a altitude. “À medida que se sobe, a pressão atmosférica diminui e as moléculas do ar passam a ficar mais afastadas uma das outras”, explica o físico André Henriques, da Universidade de São Paulo. Com a expansão, as moléculas passam a empurrar para fora as paredes do invólucro e a fazer com que infle. Se a embalagem não fosse vedada, ao se expandir o gás escaparia e ela se manteria com a mesma aparência.

Super, Outubro de 1999

Qual a definição do zero grau nas escalas Fahrenheit, Kelvin e Celsius?

A escala de temperatura fahrenheit foi criada pelo físico polonês Daniel Gabriel Fahrenheit, no século XVIII. Para ele, o zero grau era a temperatura em que uma mistura de 50% de água e 50% de sal se congelava. O ponto em que a água pura se congela foi escolhido como o zero pelo astrônomo sueco Anders Celsius, também no século XVIII. O zero grau da escala Celsius corresponde a 32 graus na de Fahrenheit, porque a água pura se congela a uma temperatura mais alta do que quando misturada com outra substância.

A escala Kelvin foi preparada pelo engenheiro e físico inglês William Thomson kelvin, no século XIX. Ele considerou como zero a temperatura em que todo o movimento de moléculas de um gás para. Elas não se chocariam mais entre si nem contra a parede do recipiente onde estiverem. Essa é uma situação teórica e os cientistas nunca conseguiram atingir o zero absoluto. Mas chegaram bem perto: apenas 170 bilionésimos de grau acima do zero.

Super, Dezembro de 1996.

Por que o avião consegue voar?

Como o avião, mesmo pesando, às vezes, milhares de quilos e carregado de pessoas, cargas e todo tipo de coisa, consegue voar com tanta facilidade? Essa dúvida já deve ter deixado você intrigado alguma vezes, não é? Pois saiba que a explicação é muito mais simples do que você imagina.

O principal responsável pelo voo do avião é o ar. Quando esse aparelho está voando, o ar que passa por suas asas gera uma força para cima, que se equilibra com a força que seu peso faz para baixo, e o sustenta. Mas não é só. O ar produz, ainda, uma força, o arrasto, que se opõe ao movimento para frente do avião. E, para manter uma velocidade constante, os motores fazem uma força no sentido contrário ao arrasto.

O arrasto é uma força que todos nós conhecemos. Ou será que você, ao correr depressa, nunca teve a sensação de que o ar o empurrava para trás? Essa resistência que o ar faz ao nosso movimento é justamente a força de arrasto. Mas como é produzida a outra força, a que joga o avião para cima, impedindo que ele caia?

Dois fatores são responsáveis por isso e ambos estão relacionados ao movimento do ar na asa. Em primeiro lugar, o ar dá um impulso na asa, que é levemente inclinada para cima. Se você, em um dia com muito vento, esticar sua mão, meio inclinada, poderá verificar isso ao vivo: uma força a empurrará um pouco para trás, mas, também, um pouco para cima. Quem a joga para trás é o arrasto, mas quem a empurra para cima é a força que proporciona sustentação ao avião.

Outro fator que ajuda a manter o avião no ar é a pressão. Quando o avião está em movimento, o ar passa tanto pela parte superior das suas asas – que é arredondada e, portanto, mais comprida – quando pela parte de baixo, que é praticamente reta e mais curta. Na parte de cima da asa, o ar alcança uma velocidade maior do que na parte de baixo. Talvez você não saiba, mas quanto maior a velocidade do ar, menos pressão ele gera. Assim, na parte de cima da asa, o ar produz uma pressão menor do que na parte de baixo. Resultado? É gerada uma força de baixo para cima, que empurra o avião para o alto: a força de sustentação!

Os dois fatores que dão sustentação ao avião, porém, apenas surgem quando ele atinge uma certa velocidade. Por isso, as pistas de decolagem são longas e retas: para a aeronave se tornar cada vez mais veloz.

Viu só como o principal responsável por sustentar os aviões lá no céu não é nenhuma força mágica, mas, sim, o próprio ar?

A redação

Com base em entrevista concedida por Maurício Pazini Brandão, Professor do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA).

Ciência Hoje das Crianças, Setembro de 2006.

De que são feitos os combustíveis dos foguetes? Como eles movimentam os foguetes no espaço?

A substância que faz os foguetes se moverem no espaço é o propelente, uma mistura de combustível (aquilo que vai ser queimado) com comburente (que fornece oxigênio para a reação, já que ele não está disponível no espaço). Os propelentes podem ser sólidos ou líquidos. Os líquidos se dividem em monopropelentes (combustível e comburente misturados) e biopropelentes (as duas substâncias são mantidas separadas e só se misturam no momento da utilização). “Estamos desenvolvendo foguetes movidos por bipropelentes à base de querosene e oxigênio”, explica o major Sérgio Giocondo, do Centro Técnico Aeroespacial, em São José dos Campos, São Paulo.

Os propelentes sólidos são produzidos por um processo que faz com que uma mistura de substâncias líquidas e sólidas endureça. Também são divididos em dois tipos: os de base dupla (combustível e comburente unidos, como no caso da nitroglicerina e nitrocelulose) e os compósitos formados por um polímero (combustível) impregnado com um sal inorgânico (comburente). Qualquer um desses tipos de propelente funciona da mesma forma: a reação de combustão gera uma grande quantidade de gases. Quando eles são expelidos pelo foguete, criam uma força propulsiva no sentido oposto.

Super, Março de 1996

Como funcionam e para que servem os acelerados de partículas?

O tubo da televisão é o exemplo mais simples de um acelerador de partículas. Um feixe de elétrons é gerado por emissão termiônica (emissão de elétrons por um filamento aquecido, a alta voltagem) na parte mais fina do tubo e os elétrons são acelerados e focalizados por campos elétricos até atingirem a tela. Mas esse não é o único exemplo de acelerador de partículas com aplicações práticas. Em muitos hospitais, há aceleradores para esterilizar roupas e equipamentos. Esse tipo de esterilização é usado também para aumentar a durabilidade de frutas.

O uso mais visível de aceleradores ocorre na pesquisa científica, em particular, para estudar a estrutura da matéria. Para isso, são construídos aceleradores enormes, que acumulam grande quantidade de energia em uma região diminuta de espaço. Quanto maior a energia, maior o acelerador. Essas máquinas aceleram cargas elétricas do repouso até velocidades muito próximas à da luz. O único mecanismo disponível para acelerá-las são os campos elétricos. 

O elemento acelerador, que gera os campos elétricos, são caixas de radiofrequência, onde se propagam campos eletromagnéticos com frequências características de rádio. Nessas caixas, as partículas entram em fase com as ondas eletromagnéticas e ganham um pouco de energia ao sair das ondas. É como um surfista, que tem que estar em fase com a crista de uma onda. As partículas também ‘surfam’ as ondas eletromagnéticas. 

Há duas possibilidades de fazer com que as partículas ganhem muita energia: a) alinhar uma grande quantidade dessas caixas de radiofrequência em um acelerador linear, com comprimento medido em quilômetros; b) guiar as partículas em um percurso circular (também medindo quilômetros), com campos magnéticos, e fazê-las passar muitas vezes pelas mesmas caixas de radiofrequência. O primeiro método é usado para partículas muito leves, como o elétron, enquanto o segundo é usado para prótons e suas antipartículas (próton carregado negativamente).

O LHC (Large Hadron Collider), que será inaugurado no próximo ano em Genebra, na Suíça, é um acelerador do segundo tipo, onde as partículas irão percorrer um túnel circular com 27 km de comprimento. Já a próxima geração de aceleradores de elétrons, como o ILC (International Linear Collider), planejado para ser construído daqui a 10 anos, alinha cerca de 30 km de caixas de radiofrequência. Qualquer um desses aceleradores tem um consumo de energia equivalente ao de uma cidade de porte médio.

Ronald Cintra Shellard, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas e Departamento de Física, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

Ciência Hoje, Agosto de 2006