Como funciona a força da gravidade?

De verdade, ainda não sabemos tudo sobre a força da gravidade. Mas o que podemos afirmar com toda certeza é que nada no universo escapa dessa força. Ela existe entre dois corpos sempre. Por exemplo: tanto entre você e a cadeira em que está sentado(a) quanto entre a Terra e a Lua, a força da gravidade atua. Mas vamos saber um pouquinho mais...
Passamos a vida experimentando a ação da força da gravidade sem associar os fatos a ela.Notamos, por exemplo, que os objetos caem "para baixo", como a maçã madura que despensa da árvore.  E como? Foi o físico inglês Isaac Newton o primeiro a a apresentar,  em 1686, uma descrição correta do funcionamento dessa força na Terra e no sistema solar,  propondo que ela valesse para todo o universo. Segundo Newton, todo corpo existente no universo atrai e é atraido por todos os outros corpos. Ele concluiu ainda que, além de ser essa a força que puxa os corpos em direção ao centro da Terra, é também ela a responsável pelo fato de a Lua ficar em órbita ao redor do nosso planeta,  que,  por sua vez, gira ao redor do Sol.
Mais tarde, em 1915, outro grande cientista, o alemão Albert Einstein, desenvolveu um pensamento complexo - a chamada Teoria da relatividade - levando em conta a força da gravidade. A Teoria de Einstein consegue descrever tudo o que a de Newton descrevia, mas funciona também em outros casos em que a do inglês não funciona, como no modo de a gravidade agir até na luz! Será que em um futuro próximo conseguiremos explicar exatamente como essa força misteriosa funciona? Será você, leitor da CHC, o cientista a descobrir isso? Tomara!


Eder C. Molina (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciência Atmosféricas, USP).

Ciência Hoje das Crianças, dezembro de 2012.

O que é a 'ilha de estabilidade' dos átomos?

'ILHA DE ESTABILIDADE' diz respeito a um grupo específico de elementos com núcleos na região de 114 prótons e 184 nêutrons que teriam um tempo de sobrevida suficientemente longo para que possam ser quimicamente caracterizados e ter suas propriedades investigadas. Eles pertencem a uma categoria chamada elementos superpesados - assim denominados por terem um número atômico (quantidade de prótons no núcleo) maior que 103 e número de massa (soma de prótons e nêutrons) maior que 270 -  cujas meias-vidas (tempo para metade dos átomos se desintegrar) são extremamente curtas, da ordem de micro ou milissegundos, permitindo apenas determinar o número atômico e o número de massa.
Até hoje, foram produzidos em laboratório 15 elementos superpesados, indo número atômico 104 ao 118. Em abril de 2010, foi anunciada a produção artificial do elemento 117, com 177 nêutrons, isótopo de maior número de nêutrons observado até agora. Essa descoberta representa um indício experimental de que os pesquisadores estão se aproximando da 'ilha de estabilidade'. (Odilon Tavares, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas).

Revista Ciência Hoje, Dezembro de 2011.

Como funciona a tela sensível ao toque?

Quando falamos em tela sensível ao toque, pensamos logo em algo bem moderno, sem precisar teclar ou apertar botões. Mas fique você sabendo que essa tecnologia surgiu muito antes de você nascer, em 1971, nos Estados Unidos. Os anos se passaram e muitas evoluções aconteceram. Hoje, as telas sensíveis ao toque estão em celulares e monitores, como os de caixas-eletrônicos. Agora, diz aí: como elas funcionam?
Você já jogou batalha naval? A tela sensível de um computador ou de um celular é parecida com um tabuleiro desse jogo. Cada posição da tela tem, por trás, um endereço, uma combinação de dois símbolos (dois números ou um número e uma letra), que ativa alguma função quando tocada. OK! Mas você pode perguntar: e a sensibilidade ao toque, de onde vem?
Boa! Ela é obtida por meio de microfeixes de luz infravermelha (um tipo de luz invisível) que há na superfície da tela. Quando o usuário toca a a tela, os feixes correspondentes são interrompidos, um horizontal e outro vertical, aí o dispositivo detecta em que parte da tela houve o toque. Aquelas portas de aeroporto, hotel e shopping, que abrem e fecham sozinhas, têm o mesmo princípio: quando a pessoa passa pelo feixe de luz, ele é interrompido, fazendo a porta abrir.
O princípio de sensibilidade ao toque pode também estar associado a outras tecnologias, como a que usa fios bem pequenos dispostos debaixo da tela. Por esses fios passa corrente elétrica, que é interrompida quando a tela é tocada. Há, ainda, uma forma que usa ondas sonoras de alta frequência, que funciona de maneira parecida com a da tela por infravermelho.
É difícil dizer qual tecnologia é a melhor. Mas a verdade é que essas telas, independentemente de como funcionam, apresentam como benefício o uso mais fácil, mais intuitivo do que os botões e as teclas tradicionais. (Jorge Duarte Pires Valério, Departamento de Engenharia de Sistemas e Computação, UERJ).

CHC, Janeiro/fevereiro de 2012.

Por que a temperatura diminui à medida que a altura aumenta?

Quem já teve a oportunidade de escalar uma montanha ou mesmo de passear por uma cidade serrana pode afirmar com toda a certeza: quanto mais alto é o lugar, mais frio faz! Para você ter uma ideia, eu mesmo decidi checar a temperatura média entre duas cidades próximas: uma fica bem perto do mar, e  a outra, no alto da montanha, a setenta quilômetros de distância. O resultado foi uma grande diferença de temperatura. Mas como explicar esse fenômeno?
Existem diversos fatores que influenciam a temperatura de um local. A posição geográfica é um deles. No meu teste, constatei o que o meu corpo já sentia: quanto mais alta a cidade fica em relação ao nível do mar, menor é a sua temperatura. É por isso que as cidades serranas costumam ser mais frias do que as litorâneas. Mas a explicação mesmo tem a ver com o comportamento do ar que compõem a atmosfera. Tudo faz parte de um ciclo...
A Terra recebe energia do Sol, através da radiação solar, e parte dessa energia é absorvida pela superfície do nosso planeta. O solo e o mar, então, transferem o calor absorvido para o ar acima deles. Quando esta porção de ar é aquecida, a velocidade média das moléculas que o compõem aumenta, elas ficam mais agitadas e ocupam maior espaço, a sua densidade diminui, ou seja, ele se torna mais "leve". Acontece que há mais ar acima desta porção que se tornou leve, e esse ar de cima, que está mais "pesado", pela força da gravidade, desce e obriga a porção do ar mais leve a subir. Aí, o ar que desceu e ficou mais próximo da superfície passa a ser aquecido, se expande e sobe, fazendo tudo começar outra vez.
Há um detalhe, porém: a porção de ar que se expande, se torna mais leve e sobe perdendo calor, por isso, a temperatura da atmosfera costuma ser mais baixa em cidades com maior altitude.
E então, entendeu? Que bom! Agora, vou lhe fazer um revelação: na atmosfera, existem regiões onde ocorre o contrário: a temperatura aumenta conforme a altitude aumenta. Mas essa história rende outra seção Por quê? Na CHC - até mais!

Gustavo Rubini (Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento em Ensino de Matemática e Ciências e Espaço Ciência Viva, Universidade Federal do Rio de Janeiro).

CHC, n. 214, Julho de 2010.

Se a expansão do universo se deve à maior explosão já conhecida, o Big Bang, poderia essa aceleração ser causada pela segunda maior explosão conhecida pela Astronomia atual, as supernovas?

As supernovas não se comparam em energia com o Big Bang e o Big Bang não foi uma explosão.
Não sabemos se o universo teve uma origem ou se existe desde sempre - boa parte dos físicos acredita que o universo se originou com o Big Bang, mas isso ainda não foi totalmente estabelecido. Sabemos que ele está em expansão há cerca de 14 bilhões de anos e o inicio dessa expansão ganhou o apelido de Big Bang, cuja tradução literal é 'grande bum'. Em português, é mais comum usarmos 'grande explosão', o que nos leva ao erro de achar que o que ocorreu no passado foi de fato uma explosão, quando, na verdade, foi o início da expansão do universo.
Uma das grandes dúvidas da cosmologia do século era saber se o universo iria se expandir para sempre. O modelo vigente previa que, a partir do Big Bang, o universo estaria sujeito apenas à força da gravidade, que é sempre atrativa. Ou seja, a gravidade, aproximando as coisas entre si, serviria como um freio cósmico para a expansão global do universo. A pergunta básica era: quanta massa há no universo? Muita massa implicaria intensa interação gravitacional: o 'freio' seria forte e o universo pararia de se expandir no futuro. Pouca massa significaria o oposto: o 'freio' seria fraco e o universo se expandiria para sempre.
Como é mais fácil medir as velocidades de expansão do que a quantidade de masa do universo, o raciocínio se inverteu com o tempo. Foram feitas observações para descobrir a taxa de desaceleração do universo, que nos diria, por consequência, a quantidade de massa existente. Mas havia uma certeza implícita nesse raciocínio: forte ou fraca, o 'freio' gravitacional era o único agente atuando no sistema. Em 1999, porém, houve uma reviravolta. Observações de supernovas indicavam que o universo estava acelerando em sua expansão. Não só o freio' não estava funcionando, mas havia também um 'acelerador'.
O fato de supernovas terem sido a base dessas observações pode levar algumas pessoas a pensar que essas explosões são a causa da expansão acelerada. Não é verdade. A energia liberada pelas supernovas é insignificante se comparada ao universo como um todo. A energia que causa a expansão acelerada é algo novo em nossos modelos e ainda desconhecido em sua natureza. Por falta de nome melhor, essa energia misteriosa tem sido chamada de energia escura.
Conhecemos o seu efeito (a expansão acelerada), mas não a sua causa (o que é a energia escura). Ainda assim, podemos descartar alguns agentes, como as supernovas, que não têm energia suficiente para explicar a expansão do universo.

Alexandre Cherman (Fundação Planetário do Rio de Janeiro).

Revista Ciência Hoje, agosto de 2013.

Como funciona o submarino?

Navegar em águas profundas e conhecer um mundo diferente, o misterioso fundo do mar. Sabia que tempos atras muitos cientistas, inventores e até escritores - como o francês Júlio Verne, autor do conto publicado nesta edição - já sonharam com  aventuras debaixo dá água. Hoje, explorações desse tipo se tornaram possíveis graças ao submarino!
Esse meio de transporte subaquático é feito de metais super-resistentes, como o aço, porque sua estrutura precisa suportar a grande pressão que existe no fundo dos oceanos. Sua forma também é especial, muitos são inspirados no corpo da baleias - já reparou como esses gigante marinhos entram e saem da água com facilidade?
Dentro do submarino há comandos como rádio, radar e outros sistemas que fazem a navegação ter comunicação com a terra. Em filmes e desenhos animados, podemos ver que os submarinos ora aparecem submersos, ora flutuando. E como funciona isso? Bem, para flutuar, a embarcação precisa se tornar menos densa do que a água; para afundar, mais densa.
Parece complicado, mas vejamos...
Dentro do submarino existem tanques internos, com válvulas. Quando se deseja afundar, os tanques se enchem de água e o ar dentro deles fica comprimido. Já para flutuar, esses tanques se enchem com o ar comprimido, que expulsa a água, fazendo com que o submarino fique menos denso do que ela.
O controle desse "boia e afunda" é feito por um comando que regula o ar dentro do submarino, ora comprimindo-o para deixar entrar a água, ora deixando-o ocupar os tanques, tirando a água do seu interior.
Em poucas palavras, o funcionamento básico do submarino depende da sua den-si-da-de! Não se esqueça!

Felipe Damásio (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina)

Revista CHC, abril de 2010.

Como funciona a caixa-preta?

Nem sempre são as notícias boas que ganham destaque na TV, no rádio, nos jornais e nas páginas da internet. Notícias sobre quedas de avião, por exemplo, são sempre tristes e se espalham muito depressa. Já reparou que sempre que há um acidente grave com aviões fala-se em encontrar a caixa-preta? Quem sabe o que é isso? E como funciona?
Ao contrário do que o nome diz, a caixa-preta não é preta. Até já foi, mas hoje em dia, para facilitar sua localização, ela é pintada de cores fortes, como o vermelho e o laranja.
A caixa-preta funciona como um gravador de vozes da tripulação na cabine de comando e, também, como um arquivo de dados do voo, registrando, o tempo todo, a velocidade do avião, sua aceleração, altitude, alerta de falhas dos sistemas etc.
Para resistir a imprevistos como incêndio, explosões e grandes profundidades aquáticas, a caixa-preta é feita de materiais muito resistentes, um deles é o titânio. Ela quase sempre fica localizada na cauda da aeronave, que costuma ser ser a última parte a sofrer o impacto da queda.
Localizar a caixa-preta não é importante apenas para saber o que aconteceu nos casos de acidente. Ela é fundamental para que se possam corrigir falhas e prevenir situações semelhantes em outros voos.
Na opinião de muitos especialistas, as informações contidas na caixa preta ajudam a fazer com que o avião seja um dos meios de transporte mais seguros.

Pedro Teixeira Lacava
Divisão de Engenharia Aeroespacial, Instituto Tecnológico de Aeronáutica.

Revista Ciência Hoje das Crianças, dezembro de 2015.