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MURAL DO TUBA FÍSICA

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30 agosto 2009

Simulando um tapete mágico

O tapete mágico (ou ainda tapete voador) é um tapete lendário das histórias das Mil e Uma Noites, a que se atribuía a capacidade de voar, transportando uma ou mais pessoas.
Considerando a tecnologia atual, será possível voar em um “tapete mágico” como na ficção?

Isto já aconteceu: o voo foi realizado em maio deste ano por um astronauta japonês, que simulou o voo em um “tapete mágico” na estação espacial. A brincadeira foi sugerida para a missão pela população japonesa. A ausência de sensação de peso na estação permitiu o “experimento”.
Como a Física explica esse feito?

É comum vermos fotos de astronautas flutuando dentro de uma nave espacial, como a Estação Espacial Internacional. Dentro dela o astronauta experimenta uma sensação de falta de peso.

O termo correto para falta de peso é microgravidade. Você não está realmente sem peso porque a gravidade da Terra mantém você e tudo o que está dentro da nave em órbita. Na verdade, você está em estado de queda livre, como se tivesse pulado de um avião, exceto que está se movendo tão rapidamente na horizontal (8 quilômetros por segundo) que, à medida que cai, não chega a tocar o chão porque a Terra se afasta devido a sua curvatura.
Imagine que você tem um canhão montado no alto de uma torre. Se você der um tiro fraco, a bala deve fazer um trajeto que vai se curvando para baixo, devido à força gravitacional da Terra. Se você der um tiro mais forte, a bala deverá fazer uma curva mais aberta e cai mais longe que a primeira. Note que quanto maior a velocidade do tiro, mais longe a bala irá. Se o canhão fosse potente o suficiente para dar um tiro tão forte que a bala fizesse uma curva contínua, então teremos conseguido colocar a bala em órbita. Ela faria uma curva que seria semelhante à curvatura da superfície da Terra, não caindo mais no solo, como as anteriores (veja a animação abaixo). Na verdade, a bala está caindo sempre, apenas não consegue atingir o solo devido a curvatura do planeta.

Quanto a sensação de falta de peso, acontece desta forma: ao pisar numa balança caseira, ela mede o seu peso porque a gravidade puxa você e a balança para baixo. Pelo fato da balança estar no chão, ela o empurra para cima como uma força igual (Terceira Lei de Newton: Lei da Ação e Reação). Essa força é o seu peso. No entanto, se você pular de um despenhadeiro enquanto pisa numa balança, você e ela seriam igualmente puxados pela gravidade. Você não empurraria a balança e ela não o empurraria. Portanto, seu peso aparente, registrado pela balança, seria zero.

Da mesma maneira, enquanto viaja na nave, o astronauta e o tapete são igualmente puxados pela gravidade da Terra. Um não aplica forças no outro. Logo, os dois flutuam em relação à nave, tornando o voo no “tapete mágico” possível nesta condição.
Embora a falta de peso ou a microgravidade pareça ser divertida, ela exige muito do seu corpo. Você pode se sentir nauseado, tonto e desorientado. A cabeça e os seios da face podem inchar e as pernas, encolherem. A longo prazo, os músculos podem ficar fracos e os ossos, frágeis. Esses efeitos podem acarretar danos graves em uma viagem longa, como uma expedição a Marte, por exemplo. Eis o grande desafio para as agências espaciais que objetivam levar o homem ao planeta vermelho nas próximas décadas.
Fontes: G1, HowStuffWorks Ciência e Uol Educação.

23 agosto 2009

Hulk e os Raios Gama

Associados a explosões de energia extrema em galáxias distantes, os surtos de raios gama são os eventos eletromagnéticos mais luminosos do Universo desde o Big Bang.

Em uma tese pioneira em astrobiologia, o pesquisador Douglas Galante do Instituto de Astronomia da Universidade de São Paulo (USP) utilizou modelos matemáticos para avaliar como a ocorrência hipotética de um desses eventos superenergéticos nas proximidades de um planeta afetaria a vida que porventura ali existisse.
O trabalho teórico sugere que os raios gama afetariam gravemente os organismos vivos de um planeta com atmosfera semelhante à da Terra ao destruírem boa parte da camada de ozônio.

Radiação gama ou raio gama (γ) é um tipo de radiação eletromagnética produzida geralmente por elementos radioativos, processos subatômicos como a aniquilação de um par pósitron-elétron. Este tipo de radiação tão energética também é produzido em fenômenos astrofísicos de grande violência. Possui comprimento de onda de alguns picometros até comprimentos bem mais ínfimos.

Por causa das altas energias que possuem, os raios gama constituem um tipo de radiação ionizante capaz de penetrar na matéria mais profundamente que a radiação alfa ou beta. Devido à sua elevada energia, podem causar danos no núcleo das células, por isso usados para esterilizar equipamentos médicos e alimentos.

Os raios gama estão geralmente associados com a energia nuclear e aos reatores nucleares. A radioatividade se encontra no nosso meio natural, desde os raios cósmicos que bombardeiam a Terra provenientes do Sol e das Galáxias de fora do nosso sistema solar, até alguns isótopos radioativos que fazem parte do nosso meio natural.

Os raios gama produzidos no espaço não chegam à superfície da Terra, pois são absorvidos na parte mais alta da atmosfera. Para observar o universo nestas frequências, é necessária a utilização de balões de grande altitude ou observatórios espaciais para detectar os raios gama. Estes raios são produzidos em fenômenos astrofísicos de alta energia como em explosões de supernovas ou núcleos de galáxias ativas.

Em astrofísica se denominam erupções de raios gama (GRB: Gamma Ray Bursts) as fontes de raios gama que duram alguns segundos ou algumas poucas horas, sendo sucedidas por um brilho decrescente da fonte em raios X. Ocorrem em posições aleatórias do céu e sua origem permanece ainda sob discussão científica. Em todo caso parecem constituir os fenômenos mais energéticos do universo.

A radiação gama é usada nos exames da medicina nuclear, nomeadamente nas Tomografias por Emissão de Pósistrons (PET). Ela é detectável com uma câmera gama.
Os raios gama possuem a propriedade de ionizar as moléculas que encontram em seu caminho, isto é, arrancar elétrons delas, originando íons.
Ao atravessar tecidos biológicos, as partículas radioativas provocam a ionização das moléculas presentes nas células. Essa ionização pode conduzir a reações química anormais e à destruição da célula ou alteração das suas funções. Isso é particularmente preocupante no caso de lesões no material genético, o que pode causar uma reprodução celular descontrolada, provocando o câncer. Os raios gama, portanto, são muito perigosos.

A radiação gama ficou mais conhecida depois que Stan Lee, criou o personagem das histórias em quadrinhos Marvel, o Hulk; representado por um homem chamado Bruce Banner que foi atingido por Raios Gama e que toda vez que fica com raiva vira um monstro denominado Hulk.

Com informações dos sites: Wikipedia e Inovação Tecnológica.

19 agosto 2009

Dicas de Sites: Trabalho sobre o Sistema Solar


Nosso sistema solar está composto pela nossa estrela, o Sol, pelos oito planetas com suas luas e anéis, pelos planetas anões, asteróides e pelos cometas. Os cinco planetas mais brilhantes, que são visíveis a olho nu, já eram conhecidos desde a antiguidade. A palavra planeta em grego quer dizer astro errante. Depois da invenção do telescópio, outros 2 planetas do Sistema Solar foram descobertos: Urano em 1781 por William Herschel (1738-1822), Netuno em 1846 por previsão de Urbain Jean Joseph Le Verrier (1811-1877) e John Couch Adams (1819-1892).

Plutão foi descoberto em 1930 por Clyde William Tombaugh (1906-1997), e classificado até agosto de 2006 como o nono planeta do sistema solar. Desde então a União Astronômica Internacional reclassificou Plutão como "planeta anão", constituindo uma nova categoria de corpos do sistema solar, na qual também foram encaixados Ceres, o maior objeto do cinturão de asteróides entre as órbitas de Marte e Júpiter, e Éris (2003UB313) o maior asteróide do cinturão de Kuiper.

As turmas 200 e 201 farão um trabalho sobre os oito planetas do sistema solar. Existem na internet bons sites sobre astronomia, mas há um bem interessante, pertencentes aos professores Kepler de Souza Oliveira Filho e Maria de Fátima Oliveira Saraiva do departamento de Astronomia do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, que traz bastante informações sobre os planetas. Clique aqui para acessá-lo.

16 agosto 2009

Estimativas: Muro Sideral

Quantos tijolos, empilhados na horizontal, seriam necessários para se alcançar a fronteira entre a atmosfera e o espaço sideral?

Alunas: Fabiana Souza, Janaina e Jackeline

Não existe um limite definido entre o espaço exterior e a atmosfera, presume-se que esta tenha cerca de mil quilômetros de espessura (então, teríamos um muro de aproximadamente H = 1 000 km ou 100 000 000 cm), no final da camada atmosférica denominada exosfera. Esta é a camada que antecede o espaço sideral, onde o ar é muito rarefeito e as moléculas de gás "escapam" constantemente para o espaço. Por isso é chamada de exosfera (parte externa da atmosfera).
Um tijolo “deitado”, posicionado na horizontal como numa construção, possui uma altura aproximada h = 9 cm e comprimento c = 19 cm.

Dividindo a espessura da camada atmosférica pela altura do tijolo na horizontal, obtemos a quantidade de tijolos empilhados que seria necessário para alcançar a fronteira com o espaço sideral:


Aproximadamente, precisaríamos de 11 milhões de tijolos.

Se fossêmos construir um muro, abrangendo toda a circunferência da Terra na linha do equador até o limite com o espaço sideral - uma muralha colossal – devemos primeiro dividir o comprimento dessa circunferência – que é de C = 40075 km ou 4 007 500 000 cm – pelo comprimento de um tijolo padrão que é de c = 19 cm:

Logo, a base do muro teria cerca de 210 milhões de tijolos. Como podemos considerar a Terra aproximadamente esférica, à medida que vamos subindo, a circunferência em torno da linha do equador aumenta. Logo, para cada fileira de tijolos do muro, a quantidade de tijolos aumenta com a altura da fileira.

Para saber a quantidade de tijolos necessários para construir esse muro, precisamos calcular a área total da parede de tijolos, que é a área entre a circunferência dos limites da atmosfera (de raio R + H, onde R é o raio da Terra) e a circunferência da terra na linha do equador (veja a figura abaixo).


A área de um círculo é igual a pi multiplicado pelo raio ao quadrado, na qual pi é o valor constante de 3,1416. Logo, a área do círculo formado pela circunferência da Terra na linha do equador é igual a ; e a área do círculo formado pela circunferência dos limites da atmosfera é igual a . A área do muro Am, então, será dada por

O raio da Terra é aproximadamente igual a 6 380 quilômetros. Calculando a área,
Obtemos o valor 43 206 400, que podemos arrendondar para 43 200 000 quilômetros quadrados. Um quilômetro quadrado é igual a 1 000 000 de metros quadrados. Logo, a área do muro é de 43 200 000 000 000 de metros quadrados.

O tijolo tem 9 cm de altura e 19 cm de comprimento, considerando estas dimensões, calcula-se a área lateral de cada tijolo At, que é um retângulo, fazendo At = 19 x 9 = 171. A área do tijolo, então, é igual 171 centímetros quadrados. Um centímetro quadrado é igual a 0,0001 metros quadrados. Logo, a área do tijolo é de 0,0171 metros quadrados.

Finalmente, encontramos o número de tijolos dividindo a área do muro pela área de cada tijolo:
Portanto, o número de tijolos necessários para a construção desse muro gigantesco será de 2,52 quatrilhôes de tijolos.

Não consideremos aqui os espaços entre os tijolos preenchidos com cimento. Senão o número deles diminuiria cerca de 10 %.

Agora pense: quantas casas de dois quartos, um banheiro, uma sala e uma cozinha daria para construir usando esta quantidade de tijolos?

11 agosto 2009

Experimento: Lâmina Bimetálica

Uma lâmina bimetálica é constituída de duas lâminas de materiais diferentes (ferro e latão, por exemplo) unidas firmemente. Na temperatura ambiente, as lâminas são planas e possuem as mesmas dimensões. Quando é aquecida, como os dois materiais possuem coeficientes de dilatação diferentes, uma das lâminas se dilata mais que a outra. Para que as duas lâminas se mantenham unidas (com tamanhos diferentes), elas se encurvam, da maneira mostrada na figura abaixo.

Esta propriedade da lâmina bimetálica é muito usada para provocar aberturas e fechamentos automáticos de circuitos elétricos, como em um ferro elétrico automático, no qual a lâmina é utilizada como um termostato (dispositivo que mantém a temperatura aproximadamente estável).

Experimento

É comum encontrar como invólucro dos cigarros, no interior do maço, uma folha que apresenta duas faces: uma de papel comum e a outra de alumínio, coladas entre si.

Foram feitos dois experimentos, o primeiro utilizando papel de alumínio, daqueles de uso doméstico utilizados na cozinha, constituído apenas de alumínio. No segundo experimento, utilizou-se a folha de maço de cigarros, com alumínio de um lado e papel comum de outro.

Os alunos cortaram uma lâmina dos dois tipos de papéis e aproximaram dela uma chama (veja a figura abaixo e o vídeo da experiência). Mantiveram a chama a uma certa distância, no segundo experimento, para evitar que o papel comum se queimasse. No primeiro caso, a lâmina não se encurva; no segundo experimento a lâmina se encurva, sempre no mesmo sentido.
Nos dois experimentos, procure explicar o que acontece, lembrando-se de seus conhecimentos sobre dilatação térmica.

Considerando a segunda situação e de acordo com o que foi observado, qual dos dois materiais deve ter maior coeficiente de dilatação: o de alumínio ou o de papel?

Equipe: Flávia Costa, Keyla Cristina, Maria da Conceição, Patrícia Soares e Rogenilde dos Santos.

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