Para melhorar a recepção de uma rádio FM, devemos alterar o tamanho da antena segundo a frequência dessa rádio?

A questão é relevante em face da variedade atual de formas e tamanhos de antenas e suas aplicações. Consideremos o seguinte: a onda de rádio captada pela antena induz nesta um tensão e uma corrente elétrica que são inter-relacionadas pela impedância da antena [grandeza que mede a resposta de um circuito elétrico quando percorrido por uma corrente alternada]. Esse parâmetro depende da frequência da onda, bem como da forma e do tamanho da antena. Conforme a impedância, a tensão e a corrente podem ter defasagem, isto é, não ter sincronia no tempo, dando baixa potência de sinal recebido. O desenho da antena deve contornar esse e outros problemas.
uma regra geral é que o tamanho da antena deve ser comparável ao comprimento de onda do sinal, sendo no mínimo um quarto desse valor. Isso maximiza a corrente e a potência do sinal. Para comprimentos de onda curtos, a dificuldade prática é menor, pois antenas pequenas são mais efetivas.
No caso de FM (frequência modulada), que está faixa de frequência de 88 a 108 MHz, o comprimento de onda está entre 2,8 a 3,4 m. Assim, seguindo a regra acima, a antena de FM deve ter entre 69 e 85 cm. Um modelo tido como eficiente para FM é a antena de 5/8 de dipolo, que consiste de dois fios ou hastes alinhados sequencialmente na horizontal, cada um dos quais com 5/8 do comprimento de onda (para FM isso dá entre 1,7 e 2,1 m).
Portanto, respondendo à questão da leitora: sim, teoricamente, para cada estação deveríamos usar uma antena de tamanho diferente para otimizar a recepção, mas o ganho prático comparado à complicação tecnológica não é viável.
Finalizando, talvez seja oportuno encerrar citando um interessante fato em que o tamanho de uma antena nos trouxe um episódio talvez bizarro: em 1913, a própria Torre Eiffel foi usada como antena para  comunicação com o Observatório da Marinha Norte-americana, nos Estados Unidos! Naquela época, o radialismo usava frequências muito baixas, as chamadas ondas longas, que requeriam antenas gigantes (Celso de Araújo Duarte, Departamento de Física, Grupo de Propriedades Ópticas, Eletrônicas e Fotônica, Universidade Federal do Paraná).

Ciência Hoje, outubro de 2015.

Por que a nitroglicerina explode? Quem descobriu seu uso?

As moléculas que formam a nitroglicerina são muito instáveis, ou seja, quebram facilmente. Isso acontece porque os grupos de moléculas formadas pelo nitrogênio (um dos principais elementos que compõem a nitroglicerina) repelem-se uns aos outros, devido às suas cargas elétricas. "A repulsão provoca a quebra das moléculas, liberando grande quantidade de energia, que é a explosão", explica o químico Atílio Vanin, da Universidade de São Paulo. O químico sueco Alfred Nobel (1833-1896), que instituiu o Prêmio Nobel, descobriu uma forma de controlar a explosão. Ele misturou nitro glicerina com a chamada terra diatomácea, que são os restos de esqueletos e algas transformados em pó, criando a dinamite.

Super, Novembro de 1994.

Por que alguns objetos enferrujam?

Aquela lapiseira que você adora, repare, parece já apresentar uns pontinhos de ferrugem.
Antes que você reclame, preste atenção: é fatal que objetos feitos à base de ferro, com o tempo, enferrujem. Dos pequenos pontinhos às grandes corrosões, o processo é o mesmo e totalmente natural: inclui o ferro, o oxigênio e a água.
Na verdade, o ferro reage é com o oxigênio, tanto que o nome mais pomposo da ferrugem é oxidação do ferro. Quer saber onde entra a água nessa história? Pois bem, a água - sob forma líquida ou de vapor - é importante neste processo porque ela ajuda o ferro a se combinar com o oxigênio, formando o óxido de ferro - a ferrugem. Então, é correto dizer que a formação da ferrugem é quase imperceptível quando não há água envolvida. É ela que acelera o processo de corrosão. Aí, perdem-se lapiseiras, carros, eletrodomésticos...
Para evitar a ferrugem, a dica é manter os objetos limpos, secos e, se possível, lubrificados. Vale pintar ou recobrir a peça que se quer proteger com tinta a óleo ou verniz. Assim, a água e o oxigênio não entrarão em contato com o ferro.
Para impedir a oxidação, as indústrias usam cada vez mais aço, ou seja, uma liga de ferro com carbono. O chamado aço inoxidável não enferruja porque é ativado com outros dois elementos químicos: níquel e cromo. Aliás, adicionar cromo ao ferro para tornar os objetos mais resistentes foi moda nos anos 1960 e 1970. Naquela época, era comum encontrar pará-choque de automóveis, pés de mesa, base de liquidificador etc. cromados.
Bom, agora que você já sabe por que a sua lapiseira enferrujou, pode evitar que o mesmo aconteça com outros utensílios que você deseja preservar (Joab Trajano Silva, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro).


CHC, março de 2006.

Como funcionam as auroras boreal e austral?

Quando chove e faz sol ao mesmo tempo costuma surgir um belo arco-íris para colorir o céu. Mas existe outro fenômeno, mais intenso, que enche o céu de cor e impressiona os olhos de quem vê, as auroras boreal e austral. Vou contar para você como é que isso funciona...
Todas duas acontecem por causa dos ventos solares, um fenômeno que, como o nome indica, se inicia no Sol. São explosões fortes, que jogam pra fora da atmosfera partículas com carga elétrica.
Essas partículas viajam em todas as direções, inclusive em direção à Terra, com velocidade acima de um milhão de quilômetros por hora! Aí, quando passam pela camada mais externa da nossa atmosfera, a ionosfera, elas se chocam com átomos de oxigênio e nitrogênio presentes ali. Está acompanhando? Então, vamos seguir!
Você já deve ter ouvido falar que a Terra funciona como um imã gigante. Pois, é verdade. Seus polos - isto é, o extremo norte e o extremo sul do nosso planeta - atarem essas partículas dos ventos solares que, como vimos, se chocam com os átomos da nossa atmosfera, liberando energia na forma de luz verde e vermelha. A tonalidade verde é gerada pela colisão das partículas que vieram do Sol com as moléculas de oxigênio, já a vermelha é produzida pela colisão como os átomos de nitrogênio.
Agora fica mais fácil entender, que, ao contrário do arco-íris - um fenômeno que pode ocorrer em qualquer parte da Terra -, as auroras não acontecem em qualquer lugar. Elas ocorrem somente nos polos do nosso planeta e em regiões próximas a eles, por conta da história da atração que vimos no parágrafo anterior.
Dependendo do polo onde se forma, autora recebe um nome diferente. No Groenlândia, no norte do Canadá e no Alasca, é chamada boreal. Já na Antártica, sul da Austrália e Nova Zelândia, é conhecida como aurora austral
Eu adoraria presenciar uma aurora dessas, você não? (Jorge Molina, Faculdade de Engenharia, Universidade Nacional de Assunção, Paraguai).

CHC, setembro de 2012.

Você sabia que existe lixo no espaço?

Pedaços de foguetes, ferramentas, satélites em desuso e até -  sinto muito, mas é preciso dizer - cocô e xixi congelados de astronauta giram em torno da terça. Sim, isso é o que se chama de lixo espacial!
A maior parte desse lixo, vale ressaltar, é resultante da explosão acidental de satélites, que os faz em pedacinhos. Para você ter uma ideia, mais de 120 eventos desse tipo já foram detectados pela NASA - a Agência Espacial Americana - e acredita-se que esse número pode ser bem maior.
Alguns satélites também são deliberadamente destruídos. Como foi, por exemplo, o caso do teste de um míssil chinês realizado em 2007. Ele foi lançado com o objetivo de atingir um satélite que estava em desuso. Todo o material resultante da destruição - pedaços do satélites e do míssil - continua na órbita da Terra. Podem ocorrer, também, colisões entre o material abandonado no espaço, gerando ainda fragmentos.
É importante destacar que a maior parte do lixo espacial orbita a menos de dois mil quilômetros de distância da superfície da Terra, tornando-se um risco para os novos lançamentos que são realizados, dado que quase todas as missões tripuladas ficam abaixo dessa altitude. Já existem até alguns casos de colisão desses objetos com naves tripuladas, ainda bem poucos, mas que já foram registrados. Um perigo a mais para os astronautas.
Para minimizar o problema, já se imagina produzir uma lixeira espacial com o objetivo de recolher esse material abandonado. Ela seria composta por satélites com capacidade de coletar o lixo abandonado no espaço. Já há uma lixeira desse tipo em funcionamento na Estação Espacial Internacional, é a nave automática russa Progress, responsável por levar periodicamente suprimentos para a estação e, no retorno para a Terra, trazer o lixo produzido por lá.
Como se não fosse o suficiente poluir a superfície do nosso planeta, estamos também poluindo o espaço! As novas gerações terão um trabalho e tanto (Marcelo de Oliveira Souza, laboratório de Ciências Físicas, Universidade Estadual do Norte Fluminense).

Números do lixo espacial: Desde o Sputnik - o primeiro satélite artificial da Terra, lançado em 1957 - até o início de setembro de 2007, foram realizados cerca de 4.500 lançamentos orbitais. A NASA estima que haja atualmente, girando ao redor da Terra, cerca de 11 mil objetos com diâmetro superior a 10 centímetros e mais de 100 mil objetos com diâmetro entre um e 10 centímetros, além de mais de 10 milhões com tamanho menor do que um centímetro. Haja lixeira!

Ciência Hoje das Crianças, jan/fev de 2008.

Todas as camadas da Terra giram com a mesma velocidade?

Não. A parte que fica no centro é mais rápida. Com a rotação do planeta, as camadas giram todas juntas, menos o núcleo interno. Por estar boiando no núcleo externo, que é líquido, ele dá uma aceleradinha. Os cientistas já sabiam que o eixo de rotação do núcleo não coincide exatamente com o da Terra. há um desvio de mais ou menos 10 graus. No final do ano passado, dois pesquisadores americanos da Universidade de Colúmbia, em Nova York, percebam que, além da inclinação, o eixo do núcleo também se desloca 1,1 grau por ano, girando em torno do eixo da Terra. Se o núcleo interno girasse juntinho com o restante do planeta, um eixo não mudaria de posição com relação ao outro. "isso era previsto por simulações de computador", diz o geofísico Ronald Cohen, do Instituto Carnegie de Washington, nos Estados Unidos. "Mas a comprovação do fato surpreendeu muita gente."

Super, Setembro de 1997.

Como funciona a transmissão de luz por fibras ópticas?

A fibra óptica é um meio de propagação da luz composto de um núcleo (por onde passa a luz) e de uma casca (camada que reveste o núcleo), concêntricos entre si, com índices de refração distintos, mas bem próximos. A fibra óptica (núcleo e casca) ainda é protegida por uma capa (revestimento primário). A depender da aplicação, o diâmetro do núcleo pode chegar a ordem de grandeza de um micrômetro (10^-6 m), algo menor que o diâmetro de um fio de cabelo.

A produção das fibras ópticas de sílica parte da elaboração de uma matriz/preforma de sílica (SiO₂) pura, dopada no interior – através de um processo de deposição - com um material que altera o índice de refração da sílica e sua perda óptica. Entre os elementos dopantes estão: GeO₂, P₂O₅, B₂O₃, F, TiO₂, Al₂O₃ etc.

A preforma é então aquecida e estirada, num maquinário chamado de torre de estiramento, até o diâmetro final especificado, transformando-se em fibra óptica de sílica (núcleo de sílica dopada e casca de sílica pura), mantendo suas características de índice de refração, de modo a permitir a propagação da luz na fibra (que geralmente opera em janelas da região espectral do infravermelho) e a diminuir a atenuação - perda de energia óptica por unidade de comprimento, em dB/Km, devida ao espalhamento, absorção e à dispersão da luz incidente na fibra óptica e à curvatura da fibra.

Ainda durante a fase de estiramento, a fibra é protegida com o revestimento primário e daí então passa para a fase de formação do cabo de fibras ópticas revestidas.

Na transmissão de luz por fibra óptica o sinal/pulso de luz propaga-se no interior do núcleo da fibra por reflexões totais sucessivas. A reflexão total da luz acontece quando ela passa de um meio mais denso para um meio menos denso, com um ângulo de incidência maior que o chamado ângulo crítico ou limite (ângulo de incidência que corresponde a um ângulo de refração igual a 90^o).

Para ângulos de incidência maiores que o ângulo limite da fibra óptica, o raio de luz incidente na interface núcleo-casca, do meio mais refringente (núcleo) para o meio menos refringente (casca), é refletido para o interior do núcleo da fibra.

Fábio Pena - IFBA