Como se define a dureza de um mineral? Como um diamante pode cortar um vidro?

A dureza de um mineral é dada pela resistência que sua superfície oferece ao ser riscada. Essa resistência é avaliada de acordo com uma escala chamada Mohs, em homenagem ao mineralogista alemão Friedrich Von Mohs (1773-1839). Em 1820, ele selecionou dez minerais de diferentes durezas e os enumerou conforme a resistência de cada um. Nessa escala, os minerais mais duros riscam os menos resistentes. Por exemplo, a gipsita risca o talco, a fluorita risca a calcita, e assim sucessivamente, até se chegar ao diamante, o mais resistente deles, que risca todos, mas não é riscado. Até hoje, a escala é usada pelos especialistas para comparar a resistência de outros materiais, como o vidro, por exemplo. Ele está situado na faixa intermediária, entre os níveis 5 e 6, e, portanto, é facilmente riscado pelo diamante. Para cortar uma placa de vidro, deve-se apoiá-la em uma superfície plana. E, com o auxílio de uma régua, para que o corte seja perfeito, e um diamante de ponta aguda, fixado em uma ferramenta parecida com uma caneta, risca-se o vidro com certa pressão. Dessa forma, obtém-se um sulco na superfície do vidro até que a linha sulcada coincida com a borda de uma mesa. Por fim, é só segurar com firmeza a parte do vidro apoiada na superfície plana com uma das mãos e, com a outra, forçar a parte do vidro que está livre para baixo até que a placa se rompa.

Ivan Endreffy

Presidente da Associação Brasileira de Gemologia e Mineralogia (ABGM).

 Galileu, Março de 2000.

Por que o plano da órbita da Lua em torno da Terra não coincide com o plano da órbita da Terra em torno do Sol?

A órbita de um corpo celeste é determinada pelo conjunto das forças gravitacionais que atuam sobre ele. No caso da Lua, as forças mais significativas envolvidas são as atrações exercidas sobre esse satélite natural pela Terra e pelo Sol. Existem outras forças, como as exercidas pelos demais planetas do sistema solar, mas vamos desprezá-las nesta explicação.

Um aspecto importante, na resposta à pergunta, é o fato de que o plano da órbita de qualquer satélite natural tende a se aproximar do plano do equador do planeta orbitado. Isso acontece porque a rotação do planeta em torno de seu eixo provoca, ao longo do tempo, o seu “achatamento”, concentrando mais massa nas proximidades do equador, o que aumenta a atração gravitacional nessa região. Em um planeta de grande massa e mais distante do Sol, como Júpiter, essa atração “equatorial” dos satélites é mais intensa.

Como a Terra está mais próxima do Sol, a influência gravitacional desse último aumenta. Além disso, o equador terrestre apresenta uma inclinação de 23,5° em relação ao plano da órbita (chamado eclíptica) do planeta em torno do Sol. Assim, a atuação conjunta das forças de atração do Sol e da Terra faz com que o plano em que nosso satélite se move não coincida com o plano do equador terrestre, nem com o plano da eclíptica – o plano da órbita da Lua é inclinado em 5,1° em relação a este último. Por causa dessa inclinação, o ângulo que a órbita da Lua apresenta em relação ao equador terrestre varia entre 28,6° e 18,4°, os valores que são obtidos por simples aritmética (23,5° + 5,1°, ou 23,5° - 5,1°).

Enos Picazzio

Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, da Universidade de São Paulo

 Ciência Hoje, Março de 2011.

Como pode Mercúrio, o planeta mais perto do Sol, ter uma temperatura de -180°C à noite e de 430°C durante o dia?

A drástica variação de temperatura registrada em Mercúrio, de 430°C, durante o dia, a -180°C à noite, está relacionada, principalmente, à falta de atmosfera ao redor do planeta. Na Terra, a atmosfera cria uma espécie de estufa, evitando transformações muito violentas de temperatura entre o dia e a noite. Lá, devido à falta de atmosfera, durante o dia os raios solares incidem diretamente na superfície do planeta, elevando a temperatura.

No entanto, quando a longa noite vem, Mercúrio perde rapidamente todo o calor recebido e acumulado durante o dia. É bom lembrar que os dias e as noites em Mercúrio são extremamente longos, eles correspondem a 58,65 dias terrestres.

Daniela Lazzaro, Astrônoma do Observatório Nacional do Rio de Janeiro e Ronaldo Rogério F. Mourão, pesquisador do Museu de Astronomia do Rio de Janeiro.

Globo Ciência, Setembro de 1997.

Qual a ligação entre o efeito Doopler nas ondas eletromagnéticas e as distâncias dos corpos celestes?

O efeito Doopler é utilizado na astronomia como uma ferramenta eficiente para se determinar as velocidades de afastamento de estrelas na nossa galáxia e em outras observadas no universo. Essa leitura é feita através do desvio no comprimento de onda das linhas espectrais emitidas por elementos químicos, em relação ao comprimento de onda padrão de laboratório ou de repouso. Se o desvio na velocidade é "positivo", ou para o "vermelho", o objeto está se afastando, o que é mais comum de acontecer. Se o desvio é "negativo", ou para o "azul", o objeto está se aproximando do observador.

Amaury A. de Almeida

Professor do Instituto Astronômico e Geofísico da Universidade de São Paulo.

 Globo Ciência, Setembro de 1997.

Se o ar quente sobe e o frio desce, por que o cume das montanhas é coberto de gelo?

O topo das montanhas altas é gelado porque o ar vai esfriando à medida que sobe. A temperatura do ar depende de dois fatores: a pressão sobre ele e a proximidade de superfícies horizontais. As moléculas próximas ao nível do mar têm uma coluna enorme de ar em cima de si, pressionando. À medida que o ar sobe, o tamanho dessa coluna diminui e, consequentemente, o seu peso cai, fazendo com que o ar quente se expanda. Toda vez que um gás se espalha, ele libera calor, ou seja, se resfria. Com o ar não é diferente. Por isso, ao chegarmos ao topo da montanha encontramos a atmosfera gelada.

Além do mais, como o ar não absorve bem os raios solares, o principal aquecedor da atmosfera é a própria superfície da Terra. Ao absorver a luz do Sol ela emite calor e esquenta o ar que está por perto. E, apesar de os raios solares também atingirem a montanha, eles incidem ali de forma inclinada. Assim, a quantidade de energia absorvida é pequena e insuficiente para aquecer o ar ao seu redor. “Por isso, o ar próximo ao cume de montanhas altas, como o Everest, com 8.848 metros, é muito frio, 30 graus Celsius negativos”, explica a meteorologista Maria Assunção da Silva Dias, da Universidade de São Paulo.

Super, Outubro de 1997.

O que são as glaciações? Existe mais alguma prevista?

São períodos em que o gelo dos pólos avança, cobrindo 30% da Terra, enquanto agora ele ocupa apenas 10%. Durante as glaciações a temperatura do planeta cai em torno de seis graus e as geleiras vão, no hemisfério sul, até a patagônia argentina. No hemisfério norte o avanço é maior porque os oceanos são mais rasos. Os grandes lagos, nos Estados Unidos (perto da fronteira com o Canadá), e o sul da Inglaterra, chegam a congelar.

Nos últimos 2,7 milhões de anos (período em que se tem dados precisos) ocorreram em torno de 25 glaciações. “Cada uma durou cerca de 100.000 anos, com intervalos de 10.000 anos”, diz o glaciologista Jefferson Simões da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. A última acabou em torno de 8.000 anos atrás.

Isto quer dizer que a Terra esteve parcialmente congelada a maior parte do tempo desde que os ancestrais do homem surgiram, há 2 milhões de anos. Atualmente se está em um período interglacial. Acredita-se que, entre 2 mil a 4 mil anos a partir de agora, começará uma nova glaciação. Não existe uma teoria definitiva para explicar o fenômeno. A mais aceita é que envolve várias mudanças nas órbitas terrestres. Primeiro, o eixo de rotação da Terra não forma exatamente 90° com a linha do equador. O planeta está um pouco “inclinado”. E o ângulo dessa inclinação sofre alterações devido à influência da força de gravidade dos demais planetas. Essa é uma das mudanças. Segundo, o eixo de rotação também gira sobre si mesmo como se fosse um pião, por influência da atração do Sol e da Lua. Em terceiro lugar, o movimento em torno do Sol não é sempre igual, também devido à força da gravidade dos planetas. A união das três mudanças faz com que haja, em certos períodos, variação na quantidade de energia que chega do Sol, causando o esfriamento.

Super, Junho de 1995.

Por que a lua fica amarelada de vez em quando?

O fenômeno é ocasionado pela dispersão da luz. Como a lua não tem luz própria, ela reflete a luz do Sol, que é branca – resultado da soma de todas as cores. Quando atravessa a atmosfera do nosso planeta, a luz refletida pela lua se dissipa pelo ar. Em contato com as moléculas dos gases que compõem o ar (oxigênio, nitrogênio e hidrogênio), algumas cores, como o violeta, o azul e o verde, podem se dispersar a ponto de se tornarem imperceptíveis. É o que acontece quando a lua está mais próxima do horizonte – ao amanhecer ou anoitecer. “Nesses momentos, a luz penetra a parte da atmosfera mais próxima do chão e, para isso, tem de atravessar uma camada mais densa de ar. Nesse processo, perde boa parte de sua cor azul e verde. Sobram muito amarelo, laranja e vermelho. A mistura dessas cores é que dá o tom amarelado”, diz Luiz Nunes de Oliveira, professor do Instituto de Física de São Carlos (USP).

Quando está bem no alto do céu, a luz refletida pela lua conserva a cor original, que é o branco. Isso porque o ar é mais rarefeito em altitudes elevadas, fazendo com que a perda das tonalidades luminosas verde, azul e violeta seja bem pequena.

Super, Outubro de 2005.

Qual o lugar mais quente do mundo e onde foram registradas as temperaturas mais baixas da Terra?

Os locais mais quentes do planeta estão localizados em regiões de deserto na África e no Oriente Médio. Em 15 de setembro de 1922, na cidade de Al Aziziyah, na Líbia, os termômetros marcaram 58°C, a temperatura mais alta registrada na Terra.

Já a temperatura mais baixa do planeta foi registrada em 21 de julho de 1983, na estação russa Vostok, na Antártida, quando os termômetros marcaram -89,02°C. O continente, com espessura de gelo em torno de 4,8 km, é a região mais fria do globo.

As maiores médias de temperatura da Terra são registradas na Arábia Saudita e no Irã, chegando a 35°C. No verão, elas podem ultrapassar os 45°C. Já na Antártida, a temperatura média varia entre -35°C a -65°C.

No Brasil, a maior temperatura já registrada foi 44,7°C, em 21 de novembro de 2005, na cidade de Bom Jesus do Piauí.

Expedito Rebello

Instituto Nacional de Meteorologia.

Revista Ciência Hoje, Volume 47

O que causa a inversão térmica? Por que aumenta o índice de poluição?

A inversão térmica é um fenômeno climático que ocorre quando uma camada de ar frio se sobrepõe a uma outra, de ar quente, impedindo o movimento ascendente da atmosfera, que contém os poluentes atmosféricos. Em condições normais, esses poluentes se elevam da camada mais quente de ar – situada próxima à atmosfera – para o ar mais frio, dispersando-se em altas altitudes. Quando ocorre a inversão, a troca de camadas de ar cria uma “tampa” que impede a dispersão dos poluentes. Isso faz com que eles fiquem concentrados próximos à superfície, aumentando drasticamente os índices de poluição. A inversão térmica, ao contrário do que muitos pensam, acontece durante o ano todo, e não apenas no inverno. O problema, contudo, se agrava nos meses de frio, porque algumas condições climáticas desfavoráveis, como ausência de ventos e de chuvas, fazem com que ele ocorra em baixas altitudes.

Luís Paulo Marques Ferraz, Ilhabela, São Paulo.

Revista Ciência Hoje, Volume 83.

Por que os planetas e as galáxias giram em sentido anti-horário?

Os conceitos de horário e anti-horário, frente e trás, em cima e embaixo são relativos, dependem da posição do observador. Portando, não podemos falar deles quando se trata do espaço. Imagine um relógio transparente com ponteiros. Se você olha o relógio de frente, vê os ponteiros girando no sentido horário. Mas se você observa o movimento dos ponteiros por trás, os verá girando no sentido anti-horário.

O mesmo se passa com o movimento dos planetas em torno do Sol ou das estrelas da Via Láctea girando em torno de seu centro. Se você observa esses sistemas de ‘cima’, os vê girando no sentido horário; se os olhar de ‘baixo’, os verá girando no sentido anti-horário.

Além disso, as galáxias e planetas não estão todos em um mesmo plano e, por isso, não é possível verificar se giram em um mesmo sentido. Suponha que as galáxias espirais (que têm rotação) são como um CD. Se duas estão sobre o tampo de uma mesa, posso verificar se estão girando no mesmo sentido ou não. Mas se uma está no plano da mesa e a outra num plano perpendicular, como fazer essa comparação? Impossível.

Laerte Sodré Jr.

Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo.

Revista Ciência Hoje, V. 50.

O que é o fenômeno das ilhas de calor, muito comum em metrópoles? Há alguma forma de evitá-lo?

Ilhas de calor é um fenômeno que resulta da desorganização dos mecanismos de funcionamento do clima. Na verdade, é uma associação de vários fatores. Um deles é a alta urbanização das metrópoles, que removeu boa parte da cobertura vegetal, dando lugar a construções. Isso fez com que se elevasse a capacidade de reflexão da energia solar pelas superfícies. Como a superfície das cidades ficou forrada de construções, e há poucas áreas verdes, elas passaram a acumular maior quantidade de energia, o que contribuiu ainda mais para romper o equilíbrio térmico. Outro fator é o modo como os raios solares atingem a superfície.

A concentração de poluentes e micropartículas suspensas na atmosfera produz uma radiação difusa, característica de grandes cidades, que absorve grande parte da energia que vem dos raios solares. Essa energia é transformada em calor latente, que não é medido por instrumentos, mas está presente nos gases, como no vapor d’água, por exemplo. Esse vapor, ao sofrer condensação, quando retorna ao estado líquido, libera o calor latente na forma de calor sensível – esse o organismo sente e pode ser medido pelos termômetros. Conclusão: quanto mais espessa a camada atmosférica, maior será a absorção de energia. Por isso, o calor latente da atmosfera em regiões urbanas é muito mais acentuado do que em áreas vizinhas, em geral menos edificadas. O fenômeno das ilhas de calor evidencia outro problema: médias térmicas mais elevadas. Durante o dia, a radiação solar que incide sobre paredes e tetos dos prédios se acumula na forma de energia e, à noite, ela é liberada para a atmosfera. Para diminuir o impacto das ilhas de calor devem-se criar mais áreas verdes e fazer espelhos d’água, pois a evaporação ajuda a manter o equilíbrio térmico. Outra solução é restringir a circulação de automóveis.

José Bueno Conti

Professor do Departamento de Geografia da Universidade de São Paulo.

Revista Galileu, Abril de 2000.

Como funciona um tacógrafo eletrônico?

O tacógrafo é constituído por três elementos: sensor, processador de sinal e registrador. Nos tacógrafos para veículos, é usado ainda um sensor de rotação, instalado em algum eixo do sistema de tração, que pode ficar dentro da caixa de mudanças de câmbio. Esse sensor pode ser magnético ou óptico e geral um pulso elétrico a cada volta do eixo. Esse pulso é recebido pelo processador de sinal e assim, através da diferença de tempo entre pulsos dada por um relógio eletrônico, o processador calcula a velocidade média de rotação do eixo a cada volta. Em automóveis e caminhões, os eixos do motor e da caixa de mudança de marcha giram com velocidade da ordem de centenas de rotações por minutos. Dessa forma, a velocidade é medida, aproximadamente, a cada décimo de segundo. A isso pode-se chamar de “velocidade instantânea”. O eixo, em geral, é conectado às rodas, o que, com as informações da razão de redução de rotação entre o eixo instrumentado e a roda, e o perímetro (ou diâmetro) do pneu, o processador de sinal pode fornecer diretamente a velocidade do veículo atualizada a cada décimo de segundo. O registrador grava esses valores em intervalos de tempo pré-definidos, em papel ou disquete, para que se tenha registrado o histórico da velocidade desenvolvida pelo veículo durante o período desejado. Esse instrumento funciona apenas para veículos terrestres, onde há uma relação direta entre a rotação da roda e a distância percorrida pelo veículo.

Ronaldo de Breyne Salvagni

Professor do Departamento de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da USP.

Revista Galileu, Abril de 2000.

Por que o tamanho das antenas parabólicas varia tanto? É possível captar imagens de satélites diversos?

O tamanho das antenas parabólicas é determinado, principalmente, por dois fatores: a frequência de operação e o que os estudiosos chamam de ganho. A frequência de operação é determinada pelo satélite em operação. Quanto maior for a frequência, menor será a antena. Já o ganho está relacionado com o nível de sinal recebido. Se este for muito baixo, a área da antena e, portanto, seu tamanho deve ser maior. Sinais fracos precisam ser amplificados mais que os fortes. Conclusão: uma área maior permitirá captar “mais sinal” e, nesse caso, o ganho será maior.

É praticamente impossível que uma antena parabólica capte imagens de mais de um satélite em função da frequência em que ela opera. Mas, em situações especiais, isso pode até acontecer se houver frequências próximas ou até mesmo um realinhamento correto da antena.

Paul Jean Etienne Jeszensky

Professor da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

Revista Galileu, Maio de 2000.