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

Sim. A maior velocidade da luz é 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 Cláudio Furukawa, da Universidade de São Paulo. “A bola tem uma certa velocidade no campo que é liso e provoca menos atrito. Ao passar para a grama, a bola rola mais devagar”.

Super, Março de 1996.

Existe água no Sol?

Por mais incrível que possa parecer, sim. Mas só no estado gasoso, devido à altíssima temperatura. Algumas estrelas mais frias chegam a jorrar dezenas de oceanos terrestres por hora, em forma de gás. Mas esse não é o caso do Sol, onde o vapor é rarefeito e se constitui apenas na fotosfera, a primeira camada visível do Sol. O calor nessa região – cerca de 5.500 graus Celsius – é menor intenso do que na fornalha do núcleo, onde as reações nucleares produzem um inferno de 15 milhões de graus Celsius. Lá dentro, os átomos ficam soltos e não conseguem se unir para formar H₂O. A água é mais abundante nas manchas solares, que são as regiões mais frias da fotosfera, com temperaturas de aproximadamente 3.500 graus Celsius. “E não é apenas o termômetro que determina a existência de água. A formação de moléculas também depende da pressão”, explica a astrônoma Beatriz Barbuy, do Instituto Astronômico e Geofísico (IAG) da Universidade de São Paulo. Na superfície do Sol, a pressão é cerca de 10.000 vezes maior do que na superfície terrestre. Isso acaba compensando o calor, que tende a afastar os átomos. Só assim é que se forma o vapor.

 Super, Dezembro de 1999.

Os diamantes são eternos?

Por incrível que pareça, o pequeno diamante encrustado no anel que você deu a sua esposa provavelmente durará, sim, para sempre - pelo menos enquanto a Terra existir. "Como são os minerais mais resistentes do planeta, eles só podem ser derretidos quando expostos a uma temperatura de 5 500 ^oC", diz o mineralogista Rainer Guttler, professor da Universidade de São Paulo. O problema é que, segundo ele, a atmosfera terrestre nunca chegará nessas condições, mesmo que um enorme meteoro se chocasse contra o nosso planeta e eliminasse todas as formas de vida. "Eles só seriam derretidos se, um dia, a Terra entrasse literalmente dentro do Sol, que tem a temperatura de 5 800 ^oC", diz Rainer. O curioso é que, segundo os astrônomos, a Terra de fato deverá entrar dentro do Sol daqui a 7,5 bilhões de anos, quando a estrela estiver próximo da morte.

Mesmo assim, quem apostar que, nessa época, os diamantes serão, enfim, aniquilados, pode perder a aposta. "É que quando isso ocorrer, a temperatura do Sol terá baixado para cerca de 3000 ^oC ", diz o astrônomo Enos Picazzio, da USP. Ou seja: mesmo quando a Terra chegar a ter uma atmosfera tão densa e quente quanto a de Mercúrio, alguns pequenos diamantes poderão ser encontrados por lá.

 Super, Março de 2003.

Por que chove em pingos e não em jatos?

A chuva nada mais é do que um ajuntamento de partículas menores de água que evaporam com o calor e depois voltam para o solo. Assim que as gotas se formam dentro das nuvens, elas caem, atraídas pela força da gravidade. “Não há tempo suficiente para que se junte uma quantidade de água tão grande que chegue ao chão na forma de jato”, explica a meteorologista Maria Assunção da Silva Dias, da Universidade de São Paulo. Para que isso acontecesse seria preciso que uma grande bolha líquida se acumulasse no céu antes de vir abaixo.

Super, Outubro de 1999.

Por que o sal fica mais solto quando se coloca arroz junto com ele?

Existem dois fatores que tornam esse truque doméstico tão eficiente. O sal de cozinha, ou cloreto de sódio, é um verdadeiro mata-borrão, atraindo as gotículas de água que estão no ar. Por isso, nos dias úmidos, as partículas dentro do saleiro se juntam, transformando-se em flocos, e fica praticamente impossível tirá-las de lá. O arroz também atrai o excesso de água. “Apesar de não ser tão amigo dela quanto o cloreto de sódio, o grão é seco e suga uma parte da umidade”, explica o químico Atílio Vanin, da Universidade de São Paulo. Assim, acaba por competir com as partículas de sal na hora de absorver a água do ar. Além disso, o atrito com o arroz ajuda a separar as partículas, que, livres, podem pular do saleiro para o prato.

Super, Outubro de 1999.

Quais as consequências da exposição do diamante ao fogo? Ele resistirá ou será consumido?

O diamante é a fase do carbono estável em altas pressões e temperaturas. É a presença do oxigênio no ambiente que determina seu comportamento durante o aquecimento. Submetido à alta temperatura (entre 900°C e 1.000°C) em uma atmosfera rica em oxigênio, o diamante se transforma em gás carbônico (CO2), sem fundir (derreter). Isso também acontece com a grafite, que tem a mesma composição do diamante, mas diferente estrutura cristalina. Na ausência de oxigênio, tanto o diamante quanto o grafite apresentam temperaturas de fusão extremamente elevadas, já que a energia de ligação entre os átomos é muito forte nas duas estruturas. A temperatura de fusão do diamante é da ordem de 3.500°C, enquanto a grafite é de 3.600°C. Portanto, o diamante e a grafite, na presença de oxigênio, se transformam em gás; sem o oxigênio, eles fundem. Em qualquer um dos casos, a temperatura deve ser muito alta.

Sendo assim, quando aquecido em forno de mufla (forno normal, com ar) ou no bico de Bunsen (instrumento que atinge temperaturas acima de 1.000°C), o diamante volatiliza, ou seja, passa diretamente para o estado gasoso. Exposto ao maçarico oxídrico (com oxigênio), ele também forma CO2, sem fundir; se for pulverizado e colocado sobre uma lâmina de platina, isso ocorre mais facilmente, em temperaturas levemente inferior a 900°C. A grafite volatiliza sem fundir quando submetida à chama do arco voltaico ou arco elétrico (descargas elétricas entre dois eletrodos que geram temperaturas bastante elevadas). Se for pulverizada e misturada com nitrato de potássio, ela explode (devido à reação com o nitrato).

Naira Maria Balzaretti, Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul e Pércio de Moraes Branco, Museu de Geologia, Superintendência Regional de Porto Alegre, Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais

Ciência Hoje, Setembro de 2006.

Quando ocorre um relâmpago, os raios X liberados atingem o solo? Se atingirem, qual o perigo para o ser humano?

Quando um raio atinge o solo, ele emite raios X (radiação eletromagnética com comprimentos de onda entre 0,1 e 10 nanômetros) em todas as direções ao seu redor. Esses raios X são gerados pelos elétrons do relâmpago, através de processos ainda pouco conhecidos. Produzidos em pulsos de curtíssima duração (milionésimos de segundos), esses raios X são cerca de duas vezes mais intensos do que aqueles gerados quando tiramos uma chapa da mandíbula, por exemplo. Contudo, devido à alta densidade atmosférica próxima ao solo, eles são fortemente atenuados ao se propagarem e seus efeitos são perceptíveis a apenas alguns metros do local de incidência das descargas.

Esse fato faz com que o perigo da exposição aos raios X liberados por um relâmpago seja menor do que os riscos associados à própria descarga. Além disso, a incidência de descargas em um mesmo local, mesmo no caso extremo de um prédio muito alto como o Empire State Building, em Nova York (Estados Unidos), que registra cerca de 25 descargas por ano, não seria suficiente para produzir grandes danos ao ser humano.

Osmar Pinto Junior

Grupo de Eletricidade Atmosférica (ELAT), Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (SP)

Revista Ciência Hoje, Agosto de 2006.

As divisões cardeais são válidas quando se está na Terra, mas fora dela esse sistema de orientação perde o sentido. Como, então, se orientam as naves que realizam viagens espaciais?

Uma nave espacial realmente não pode usar os pontos cardeais – Leste, Oeste, Norte, Sul – como orientação no espaço, uma vez que esses conceitos se aplicam apenas na Terra. Sendo assim, ela precisa recorrer a outros mecanismos para orientação. Existem diversos, todos baseados em algum tipo de sensor, isto é, em instrumentos que efetuam medidas.

O sensor solar é um dos mais comuns. Ele determina a direção do Sol em relação à espaçonave e, com base nisso, ela pode orientar. A complexidade desse sensor depende dos requisitos de precisão da missão, podendo ir desde uma simples célula solar até mecanismos ópticos de alta precisão.

A Lua e a própria Terra também podem servir como pontos de orientação no espaço. Há sensores capazes de indicar a posição desses astros, e as informações por eles coletadas também podem orientar a nave.

Um sistema mais sensível é baseado na posição das estrelas. São sensores que as detectam e identificam certo número delas no céu. Tornando assim possível a localização da nave espacial. Quanto maior o número de estrelas consideradas, mais preciso será o posicionamento. A tecnologia envolvida nesse sensor é bem mais complexa, uma vez que a luminosidade das estrelas é bem menor que a dos demais astros. Existem também sistemas que são então baseados na observação de astros, como, pode exemplo, o giroscópio. É um aparelho que utiliza princípios de inércia para medir a rotação que um corpo sofre no espaço. Os mais comuns são baseados em uma massa em rotação – medindo as rotações, é possível saber como a nave muda sua orientação no espaço. Nessa classe de sensores existem também os magnetômetros, que são aparelhos que medem o campo magnético. Com base nessa medida, e conhecendo um mapa de como esse campo varia, é possível saber a orientação da espaçonave.

Antônio Bertachini de Almeida Prado

Divisão de Mecânica Espacial e Controle, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

Ciência Hoje, Agosto de 2012.

As estrelas emitem som?

Acredita-se que sim. O interior das estrelas tem uma temperatura muito alta e esse material quente caminha para a superfície. Isso faz com que ocorram explosões e pequenas erupções vulcânicas. “Esse fenômeno é facilmente observado na superfície do Sol, a estrela que se conhece melhor”, explica o astrônomo Roberto Boczko, do Instituto astronômico e Geofísico da Universidade de São Paulo. Até hoje não foi possível gravar o ruído das explosões. Mas sabe-se que a movimentação de massas sempre emite som. As explosões do Sol e outras estrelas não são ouvidas da Terra porque o som se propaga por meio de ondas, que precisam de gases para caminhar. E a densidade de gases no meio interestrelar é insuficiente para que o som viaje por ele. Só seria possível ouvir o som das estrelas se alguém chegasse bastante perto delas.

Super, Março de 1995.

Por que os disquetes de 3,5 polegadas têm maior capacidade de armazenamento de informação que os de 5,25 polegadas? Como as informações são gravadas neles para serem lidas pelo computador?

Em um disquete de 3,5 polegadas as informações estão armazenadas de forma mais densa, ou seja, ele contém um maior número de trilhas. Os discos flexíveis usados em computador são cobertos com um filme composto por partículas (geralmente de óxido de ferro com cobalto) com capacidade de reter forças magnéticas. “As partículas têm forma de agulhas e, quando excitadas por um sinal elétrico, se polarizam (cargas negativas de um lado e positivas de outro) como se fossem ímãs”, explica o engenheiro eletrônico George Saliby, da BASF, em São Paulo. Um conjunto desses pequenos ímãs forma um bit, a unidade básica de armazenamento.

As partículas magnéticas estão dispostas em filas circulares e concêntricas, as trilhas. Em um disquete de 5,25 polegadas cabem 48 trilhas por polegada enquanto em um de 3,5 cabem 135 trilhas. Como o número de trilhas é maior, cabe também mais informação. A evolução foi possível porque os drivers modernos tem cabeça magnética com aberturas (por onde saem as linhas de fluxo magnético que excitam as partículas) mais finas. Existem duas vantagens em usar discos menores. Primeiro, eles se adaptam melhor aos computadores pequenos. Seria difícil fazer um drive grande para um microcomputador portátil. Segundo, é necessário usar menos material para produzir os discos.

Tantos os disquetes de 3,5 polegadas quanto os de 5,25 são divididos em dois tipos: dupla densidade e alta densidade. Nos de alta densidade, as partículas magnéticas são menores, aumentando a capacidade de guardar informações. Além disso, antes era necessário um sinal (impulso) elétrico inteiro para sensibilizar um número suficiente de partículas para formar um bit. Com a nova tecnologia de gravação usada nos disquetes de alta densidade, é possível sensibilizar as partículas com apenas meio impulso. Com isso, um número menor de partículas é capaz de formar um bit.

Super, Março de 1995.

Como funcionam os telefones celulares? Por que eles recebem esse nome?

Na telefonia celular a voz é transformada em sinais elétricos que caminham como ondas de rádio. Como a onda viaja pelo ar, não é necessário fio. O celular recebe esse nome porque as regiões servidas pelo serviço foram divididas em áreas chamadas células. Cada uma delas possui uma estação rádio base, composta por uma ou mais antenas que captam as mensagens vindas dos aparelhos e, se necessário, as transfere para a Central de Comutação e Controle (CCC). A central, por meio de computadores, localiza o destinatário da ligação, se este não estiver na mesma célula, e completa a chamada. Para o computador localizar a posição de um celular, é preciso que o aparelho esteja ligado.

Se o proprietário de um celular viajar de um estado ou um município para outro, quem telefonar não precisa saber onde ele se encontra. Basta ligar o DDD da cidade onde o celular é registrado e a ligação se completará. Quando de um celular se chama um telefone comum, a central transfere a ligação para a rede normal, que encaminha a chamada. Muitas vezes, mesmo em uma ligação entre celulares, o sinal pode passar pela rede telefônica comum para facilitar sua transmissão.

As células variam de tamanho de acordo com o volume de ligações de uma região e com o relevo ou outros obstáculos às ondas de rádio. Se, durante uma conversação pelo celular, a pessoa estiver em movimento e passar de uma célula a outra, os computadores da CCC transferem automaticamente a ligação. Mas nem todo o país está coberto por estações rádio base. Em regiões onde elas não existem, o telefone simplesmente não funciona. Também não é possível usar o celular em todos os países. É preciso que haja um convênio. No caso do Brasil, há um tratado com os demais participantes do Mercosul (Argentina, Paraguai e Uruguai). Mesmo assim, antes de viajar é necessário avisar a central brasileira, para que as ligações sejam transferidas. Nos Estados Unidos é impossível usar um celular brasileiro, uma vez que não existe acordo prévio.

Super, Março de 1995

Por que a previsão do tempo no Brasil é ruim? Como ela é feita?

Mal, obrigado. No Brasil há apenas um supercomputador – e ainda em fase experimental – trabalhando exclusivamente com fins meteorológicos. Ele está no Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CEPETEC) do INPE (Instituto Nacional de Pesquisa Espaciais), em Cachoeira Paulista, São Paulo. Os supercomputadores são indispensáveis para o trabalho, porque eles são capazes de elaborar modelos matemáticos e processar rapidamente milhares de informações captadas na terra, no mar e no ar. Os outros demoram muito para cruzar os dados coletados e quando a previsão fica pronta já não é mais previsão. Isso explica porque os especialistas aqui falham tanto. Nos Estados Unidos, eles erram menos porque os computadores são mais potentes – e, assim, os apresentadores da previsão na TV podem ser tão populares quanto os artistas.

No Brasil, existem 400 postos de observação do clima, segundo Icléa Grammelsbacher, pesquisadores do 7º Distrito de Meteorologia, que cobre São Paulo e Mato Grosso do Sul. Os postos recolhem dados sobre temperatura, pressão do ar e grau de nebulosidade. As medições são feitas três vezes ao dia, no mesmo horário, e radares verificam ininterruptamente a quantidade de chuva em todo o país. Os registros aéreos são feitos por balões meteorológicos e por satélites. No mar, navios com instrumentos especiais controlam as condições climáticas. As informações são reunidas em computadores que produzem mapas sobre o surgimento de frentes frias (encontro entre massas de ar quente e frio), áreas de instabilidade, chuva e eventuais ciclones.

Super, Julho de 1995.

O que preenche o lugar do petróleo que é extraído da terra?

O petróleo não está distribuído como lençóis ou lagos subterrâneos. “Ele fica no meio de camadas de rocha porosa, chamada sedimentar”, explica o engenheiro Gluseppe Bacocoli, da Petrobrás. Mas essas rochas não abrigam apenas petróleo. Há também gases e água. Devido à maior densidade, a água fica nas camadas mais baixas, logo acima vem o petróleo e depois o gás. Quando o petróleo é extraído, os poros da rocha são preenchidos pela água e a expansão do gás.

Caso o gás também seja retirado, a água vai ocupando todos os espaços. Há casos em que, devido à localização do reservatório ou a sua formação geológica, a água não flui para preencher os espaços deixados pelo óleo. É, então, injetada água. Isso porque, se houver regiões da rocha vazias, não haverá pressão suficiente e o óleo não subirá para o poço.

Super, Abril de 1995.