Por que, quando uma bexiga estoura, faz barulho?

 A pressão do ar dentro da bexiga é cerca de 10% superior à pressão atmosférica fora dela. "Por isso, quando estouramos um balão, fazemos com que haja uma expansão repentina do ar comprimido que estava em seu interior", explica o físico Cláudio Furukawa, da Universidade de São Paulo. A expansão cria uma onda de pressão no ar, parecido com o estouro de uma bomba. A onda se propaga a uma velocidade de 340 metros por segundo até chegar ao ouvido, fazendo vibrar abruptamente os tímpanos. A diferença do estouro da bexiga e e da bomba é que, no primeiro caso, o ar comprimido se expande pelo rompimento da borracha e no caso da bomba pelo rápido aquecimento da combustão.

SUPER, Julho de 1996.

A radiação emitida pelo celular pode causar câncer?

 Atualmente o celular é um dispositivo imprescindível para comunicação, informação e entretenimento. O princípio básico de seu funcionamento é a emissão e recepção de radiação eletromagnética cujas frequências situam-se na faixa do UHF (ultra high frequency) e SHF (super high frequency). No Brasil, as operadoras do sistema 4G atuam nas frequências de 700 MHz, 1,8GHz e 2,5 GHz. Essas frequências não são capazes de arrancar elétrons dos átomos e moléculas presentes em qualquer meio. Por isso, esses tipos de radiações são denominadas não-ionizantes, assim como as radiações do micro-ondas, do rádio e da televisão.  Há também radiações eletromagnéticas ionizantes, como os raios-X, utilizados nas radiografias, e os raios-gama, utilizado nas sessões de radioterapias. Essas são radiações de altíssima frequência e podem arrancar elétrons de átomos e fragmentar moléculas e proteínas. 

A exposição humana à radiação ionizante pode quebrar parte da cadeia de DNA das células de órgãos e tecidos. Felizmente, as células possuem mecanismos naturais de reparo do DNA e conseguem, na maioria das vezes, restabelecer o sequenciamento original. Porém, a exposição intensa e prolongada pode saturar o esses mecanismos e ocasionar danos irreparáveis. Uma vez danificada, a célula têm três possíveis destinos: senescência (envelhecimento), apoptose (morte) ou tornar-se uma célula cancerígena. Neste último caso, o DNA danificado passa a transmitir instruções erráticas para o funcionamento da célula, que leva a um processo descontrolado de multiplicação. 

Radiações não-ionizantes, incluindo as dos dispositivos celulares 3G, 4G e, futuramente, o 5G, não induzem danos diretos ao DNA. Ainda assim, o tema é alvo de debate, porque alguns pesquisadores apontam que essas radiações podem elevar a presença de radicais livres nas células, o que elevaria o risco de câncer. Estudos realizados com ratos e humanos não fornecem evidências da relação de causa e efeito entre a radiação de celulares e o risco de desenvolvimento de câncer. Por outro lado, está comprovado que o alcoolismo e o tabagismo são fatores que elevam o risco de câncer no futuro – mas essa é outra história.

Roberto Linares
Instituto de Física
Universidade Federal Fluminense

Revista Ciência Hoje, Junho de 2021 (n.377).

As roupas realmente nos aquecem?

 Com a chegada do inverno, os armários são revirados e todo tipo de agasalho passa a ser considerado para combater o frio. Cachecóis, gorros, sobretudos… Mas, afinal, as roupas realmente nos aquecem? E qual a melhor maneira de nos vestirmos no inverno? Dicas de moda à parte, claro…

A temperatura do corpo humano é de 36,5 oC, em média. Isso se deve a processos físicos e metabólicos: se há trabalho sendo realizado, haverá calor sendo gerado. Mas esse calor precisa ser dissipado, ou seja, posto para fora do corpo para que a temperatura se mantenha relativamente constante. O suor e a respiração, entre outras funções, são mecanismos de regulação da nossa temperatura. Como o calor sempre passa do meio mais quente para o mais frio, à medida que a temperatura do ambiente diminui, nosso corpo começa a perder calor mais rapidamente e precisamos fazer algo para nos mantermos aquecido. Aqui entram as roupas.

Podemos pensar que as roupas nos aquecem, mas o mais importante é a camada de ar que se forma no interior das roupas, entre corpo e tecido. O ar dentro da roupa se aquece ao absorver calor do nosso corpo e, como está preso, a diferença de temperatura entre corpo e exterior diminui – retemos mais calor. Isso explica por que quando entramos embaixo de um cobertor, por exemplo, ainda está frio: o ar que fica preso ali ainda precisa ser aquecido. Explica também por que ao tirarmos um casaco sentimos frio: o ar quente se desloca, dando lugar ao ar mais frio, que retirará calor do nosso corpo – essas correntes de ar são chamadas correntes de convecção.

É interessante notar, porém, que beduínos, no deserto, usam roupas largas de cores escuras. Poderíamos imaginar que cores claras seriam melhores para reter menos calor, mas não é bem assim… Usar roupas escuras e folgadas realmente faz com que o ar entre o tecido e o corpo fique mais quente, no entanto ele ‘sai’ das roupas mais facilmente, devido às correntes de convecção, levando parte do nosso calor e proporcionando sensação de frescor.

 

Marco Moriconi

Instituto de Física
Universidade Federal Fluminense

Revista Ciência Hoje, Junho de 2021 (n.377).

POR QUE A ÁGUA BORBULHA QUANDO FERVE?

 Chegou o inverno, é hora de colocar em prática as velhas táticas de defesa contra o frio. Já reparou que os adultos adoram tomar chá e café? Talvez tenha sido ao observar sua mãe colocando a água para ferver que a leitora Paula Gomes pensou na pergunta: por que a água solta bolhas quando ferve?

É fácil entender. Na verdade, as bolhas nada mais são do que a água se transformando em vapor, explica Júlio Carlos Afonso, do Instituto de Química Universidade Federal do Rio de Janeiro. “O momento em que a água começa a ferver é o momento em que ela entra em ebulição, ou seja, passa do estado líquido para o gasoso”, conta.

Cada composto químico tem uma temperatura de ebulição diferente a uma dada pressão. No caso da água, a transformação em vapor acontece quando o líquido atinge 100 graus Celsius à pressão atmosférica.

Se você é observador, já reparou que, em uma panela, a água não evapora toda de uma vez só. “As partes do líquido que estão mais próximas à fonte de calor começam a virar vapor primeiro”, ressalta o pesquisador. Por isso, a água do fundo da panela – mais próxima da chama do fogão – atinge a temperatura de ebulição antes do resto e sobe à superfície na forma de bolhas.

As bolhas que se formam no fundo da panela sobem porque o estado gasoso de um composto químico é sempre menos denso do que seu estado líquido. “No trajeto, essas bolhas podem unir-se umas às outras, aumentando o tamanho da bolha. Por isso, as bolhas têm tamanhos diferentes quando chegam à superfície do líquido em ebulição”, acrescenta Júlio.

O vapor, nem preciso dizer, é muito quente, e por isso o melhor é manter distância das panelas de água fervente. Mas, agora que você já sabe o que acontece lá dentro, pode explicar para seus amigos e familiares da próxima vez que tomarem um chá!

CHC, Blogue do REX, matéria publicada em 26.06.2013.

Se toda a água subterrânea aflorasse, como os continentes seriam afetados?

 A hipótese formulada pelo leitor é altamente improvável. É parecida com: " o que aconteceria com as pessoas que vivem na Terra se a força da gravidade sumisse de repente?" Sabemos que somos "colados" ao chão graças à atração mútua existente entre nossos corpos e a Terra. Como a massa do planeta é muitíssimo maior do que a nossa, nós é que nos sentimos "presos' ao chão. Caso, por algum motivo inexplicável, a força da gravidade sumisse, todos seríamos arremessados para o espaço devido à inércia de movimento dos objetivos situados na superfície da Terra.

Com a água, acontece algo muito parecido. Ela também seria lançada ao espaço. Sobrariam os continentes, mas, aos poucos, a Terra se desintegraria, devido à ausência da gravidade que une as rochas. É um cenário que nem o escritor de ficção científica francês Julio Verne (1828-1905) teria imaginado.

O volume total de água existente no planeta é da ordem de 1,387 trilhão de quilômetros cúbicos. A água salgada (existente em oceanos e mares) perfaz 97,2%, e a água subterrânea corresponde a "apenas" 0,62% do total, ou seja, alguma coisa em torno de 8,6 bilhões de quilômetros cúbicos. Se imaginarmos que o volume de água doce armazenado nas calotas polares e geleiras é de 2,15% do total, veremos que abaixo da superfície da Terra há muitíssimo mais do que toda a água presente nos rios, lagos e nuvens: basta calcular a soma: 97,2 +0,62+2,15= 99,97% do volume total de água na Terra.

A água subterrânea aflora na superfície da Terra pelas fontes. Em certas zonas altamente sísmicas, pode haver aumento do volume expelido pelas fontes devido ao fenômeno conhecido como "bombeamento sísmico", mas que é transitório e cessa pouco depois de um terremoto.

Concluindo, é inviável a água subterrânea aflorar por completo: ela está aprisionada e flui lentamente nos poros e fraturas das rochas, sob pressões internas que crescem cada vez mais rumo à base da crosta. Modificar a situação desse sistema natural, que perdura há milhões de anos, requer mudanças absolutamente impensáveis (Celso Dal Ré Carneiro, Departamento de Geociências Aplicado ao Ensino, Instituto de Geociências, Universidade Estadual de Campinas).

Ciência Hoje, Março de 2012.

O céu também é azul em outros planetas?

 

A COR AZUL do nosso céu se deve ao fato de que a componente azul da luz solar que, apesar de a enxergarmos como branca, é, na verdade, composta por todas as cores que vemos no arco-íris - é espalhada em todas as direções enquanto atravessa nossa atmosfera, por causa dos gases nela contidos. A cor azul é mais espalhada do que as outras cores por ter o comprimento de onda da mesma ordem de grandeza das moléculas atmosféricas. Nosso pôr do sol é avermelhado devido ao mesmo fenômeno. Com o Sol perto do horizonte, sua luz, para nos alcançar, precisa atravessar uma camada maior da atmosfera. Nesse percurso maior, a componente azul se espalha tanto que acaba não chegando aos nossos olhos. Sobra apenas a faixa do amarelo ao vermelho, que sofre menos dispersão. E nos outros planetas? Vamos analisar alguns casos. Em Mercúrio, como praticamente não existe atmosfera, o céu é escuro durante o dia, pois não há espalhamento da luz solar. Assim como na Lua, poderíamos ver o Sol e as estrelas simultaneamente. Em Vênus, ocorre o contrário, por ter uma atmosfera extremamente densa, o céu está permanentemente nublado, encoberto. Em Marte, ocorre o fenômeno de cores oposto ao da Terra. Lá, é a componente vermelha da luz solar que é mais espalhada, pois seu comprimento de onda é da ordem de grandeza das incontáveis partículas de poeira em suspensão na sua atmosfera rarefeita. Então, em Marte, o céu é avermelhado durante o dia, e seu pôr do sol é azulado. Nos gigantes gasosos Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, não há uma superfície sólida onde poderíamos nos assentar para apreciar o céu desses planetas. Eugênio Reis Neto (Coordenação de Educação em Ciências, Museu de Astronomia e Ciências Afins).

Ciência Hoje, dezembro de 2015

Por que os gatos sempre caem em pé?

 Gatos… Eles são impressionantes. Caçadores implacáveis, dormem boa parte do dia e estão sempre prontos para executar feitos acrobáticos dignos dos melhores atletas. Quedas, evidentemente, são inevitáveis. E, nessa vida felina, subir em uma árvore atrás de uma presa tem seu preço. Por muito tempo, até a invenção da fotografia, era um mistério entender o que o gato faz para girar no ar e cair em pé. O que intrigava os cientistas era o fato de que esse movimento de rotação parecia violar uma lei básica da física: a conservação do momento angular. Em termos gerais, da mesma maneira que um corpo em repouso não começa a se mover espontaneamente, ele não pode girar. Quando se observa a queda do gato, ele começa com as patinhas para cima e, ao aterrissar, as patas estão no chão, dando a entender que ele girou de 180º, violando a lei de conservação de momento angular. Como pode?

Analisando-se sequências de fotos de queda de gatos é que foi possível verificar o que se passa, e são dois os mecanismos. Em um deles, o principal, inicialmente o gato fica arqueado, na forma da letra “U”. A “parte da frente” gira para em um sentido e a “parte de trás” gira no sentido oposto. Dessa forma ele não viola a conservação de momento angular: como cada parte gira em um sentido, o “giro total” é zero. O outro mecanismo que o gato utiliza é contrair as patas da frente e esticar as de trás. Assim, um pequeno giro em um sentido nas patas de trás, corresponde a um giro maior na parte da frente. Você pode ter experimentado algo assim sentado em uma cadeira giratória: se a parte de cima do corpo gira para um lado, a parte de baixo, juntamente com a cadeira, gira para o outro. Vale dizer que o que apresentamos aqui é um modelo da realidade. Um “gato real” não gira 180º de uma vez, mas repete essas manobras algumas vezes até poder cair em segurança (Marco Moriconi, Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense).

Ciência Hoje, dezembro de 2020.

…por que o refrigerante tem gás?

 Ao puxar o lacre de uma latinha ou girar a tampinha de uma garrafa de refrigerante, bolhas surgem no líquido, uma espuma se forma e finalmente vem o barulhinho: fzzzzz! Isso tudo é resultado do gás adicionado ao refrigerante, o gás carbônico. Essa adição tem dois objetivos: causar uma sensação de refrescância na boca e conservar a bebida.

O estouro das bolhas de gás, que esbarram em pequenas estruturas da nossa língua (os receptores mecânicos), é o responsável pela sensação dentro da boca. Para que isso aconteça, o gás carbônico se combina com a água presente na bebida e gera um novo composto chamado ácido carbônico, um ácido bem fraco que modifica o aroma do xarope do refrigerante e torna o paladar agradável para a maioria das pessoas. Ao mesmo tempo, este ácido fraco conserva a bebida na garrafa, impedindo que bactérias a estraguem.

Não é fácil adicionar gás aos refrigerantes. Para fazer isso, no processo de fabricação é preciso aumentar a pressão sobre o líquido e diminuir a temperatura, assim o gás se dissolve na água e então a garrafa é fechada. Já quando abrimos a garrafa, a pressão do lado de fora é menor e a temperatura é maior, então o gás que estava dissolvido no líquido imediatamente sai, fazendo o tal… fzzzzz.

Talvez você não saiba, mas o gás carbônico é o mesmo que eliminamos ao expirar e é também aquele que sai das chaminés das indústrias gerando poluição. Mas não se preocupe: a quantidade de gás carbônico que é liberada pelo refrigerante é muito pequena e não vai fazer de você um vilão do meio ambiente. Por outro lado, refrigerante não é uma bebida considerada saudável, concorda? Água, chá gelado e suco são opções bem mais interessantes para a saúde! (José Barros, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro).

CHC, n. 320.

Como se medem as distâncias da Terra às Estrelas e Galáxias?

 Calcular as distâncias de objetos a um dado observador sempre foi um problema complicado. Mas algumas soluções engenhosas foram desenvolvidas ao longo do tempo. Uma delas, a mais simples, usa a chamada paralaxe: olhando para um objeto distante, ao nos movermos, temos que ajustar o ângulo para onde apontamos. Observamos isso no dia a dia o tempo todo. Com dois pontos de observação apontando para o mesmo objeto, construímos um triângulo, pois conhecemos um dos lados, o segmento entre os pontos de observação, e os ângulos para onde estamos olhando. Aliás, é por isso que a natureza nos deu dois olhos! Quando olhamos para um objeto, cada olho fica angulado e, a partir desse ângulo, estimamos a distância ao objeto. Além disso, o cérebro se vale de outras informações, como o tamanho relativo - uma pessoa pequenininha está longe, uma bola de gude grande está perto. Mas como usar a paralaxe para medir a distância de objetos celestes?

Se realizarmos medidas astronômicas com seis meses de separação, teremos um triângulo gigante, com um lado sendo a distância entre os dois pontos na órbita da Terra, e dois ângulos formados a partir de observações. Em vez da órbita da Terra, podemos usar satélites, com órbitas maiores que a da Terra. Esse método permite medir distâncias até, aproximadamente, 10.000 anos luz. O problema com esse método é que quanto mais distante mais fraco é o brilho das estrelas e mais difícil é medir os ângulos. Felizmente há outro método, que utiliza um tipo especial de estrelas muito brilhantes, as estrelas cefeidas, que tem uma luminosidade - a quantidade de radiação que emitem - muito alta e que pulsam. Sabemos como o período dessa pulsação está relacionado com a luminosidade. Como é possível medir a pulsação com precisão e, a partir dessa informação, inferir qual a sua luminosidade real, ao ao se comparar com a luminosidade observada, deduzimos a distância à estrela e, assim, à galáxia à qual pertencem. Dessa forma, as medidas chegam a dezenas de milhões de anos luz! Foi usando cefeidas que determinamos o tamanho da Via Láctea e a posição do sistema solar na galáxia (Marco Moriconi, Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense).

Ciência Hoje, dezembro de 2020.

Por que ácido não corrói vidro?

 O principal motivo é a inexistência de afinidade química entre a maioria dos ácidos e a sílica, principal substância que compõe o vidro, ou seja, ácidos e sílica reagem muito pouco entre si. " Outro fator que torna o vidro resistente ao ácido é o fato de ele não ser poroso", explica o físico Colin Graham Rouse, do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo. Isso dificulta a penetração de qualquer líquido e, consequentemente, a interação entre suas moléculas e as do vidro. Mas, alguns poucos ácidos são capazes de destruir o vidro, como o fluorídrico, usado industrialmente.

SUPER, dezembro de 1993.

Por que o buraco na camada de ozônio fica sobre a Antártida se lá a poluição é menor?

O ozônio (O3) é um gás que envolve a Terra e a protege das radiações ultravioletas do Sol. Sua camada protetora é destruída pela ação do gás CFC (clorofluorcarbono), emitido principalmente por sprays e sistemas de refrigeração. Mas o processo demora, o CFC leva 70 anos para atingir a estratosfera onde está a camada de ozônio, espalhando-se uniformemente ao redor de todo o planeta graças as correntes de ar. Quem explica é o físico Volker Kirchhoff, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), em São José dos Campos (SP): "A destruição sobre o polo sul é maior porque a chamada nuvem estratosférica, por seu muito fria, facilita a reação química entre o CFC e o ozônio". As partículas da nuvem servem como suporte sobre as quais ocorre a troca entre o O3 e o CFC, que destrói o ozônio. Isso favorece o crescimento do buraco sobre a Antártida. Fenômeno igual acontece também no polo norte, mas nessa região existem correntes de ar capazes de repor o ozônio destruído.

SUPER, agosto de 1995.