Céu azul . . . Por quê?

Céu azul . . . Por quê?

ConstataçãoDesde que o céu não fique completamente encoberto por nuvens, poderemos ver que ele é azul. Ao nascer do sol e, pelo fim da tarde, quando ele se põe no horizonte, o céu exibe uma coloração um tanto vermelha. Essas duas observações estão relacionadas e poderão ser postas em destaque pelo experimento que detalharemos.

Material
Uma boa lanterna (as de três ou quatro pilhas com feixe estreito são as melhores), um aquário para 10 ou 15 litros com vidros bem limpos, 250 mililitros (1 xícara) de leite e uma colher de madeira de cabo longo.

Procedimento
Coloque o aquário sobre uma mesa (pequena) no centro da sala, de modo que você possa vê-lo de todos os lados. Preencha-o com água até 3/4 do seu nível total. Acenda a lanterna e mantenha-a encostada numa das paredes do aquário, ao longo de seu comprimento. Pode ser previsto um suporte para manter a lanterna assim.



Tente observar o feixe de luz que se propaga pela água. Difícil, não é? Talvez você possa ver algumas partículas de pó em suspensão na água; elas aparecem brancas. De qualquer modo que você olhe é, todavia, bastante difícil ver exatamente onde o feixe de luz atravessa a água.

Acrescente aproximadamente 60 mililitros (1/4 de xícara) de leite na água e misture com a colher de madeira.

Segure a lanterna contra a lateral do aquário, como foi feito antes. Repare que o feixe de luz agora é fácil de ser visto ao atravessar a água. Observe o feixe de luz olhando pelas outras laterais e pela face oposta a da lanterna, por onde a luz escapa do recipiente. Repare que, de lado, o feixe é visto ligeiramente azul e na extremidade oposta, aparece um pouco amarelado.

Acrescente outro 1/4 de xícara de leite na água e mexa. Agora o feixe de luz apresenta-se mais azulado quando visto de lado, e com um amarelo mais intenso olhando-se pela face oposta à entrada da luz; até mesmo um tom alaranjado pode ser observado.

Acrescente o restante do leite na água e mexa a mistura. Agora, visto de lado, o feixe de luz mostra-se bem azul e bastante laranja visto pela face oposta à da entrada da luz. Além disso, você poderá observar que o feixe de luz aparece mais espalhado do que nas primeiras observações; não é visto agora tão estreito como antes.

O que será que faz o feixe de luz da lanterna aparecer azul, quando visto de lado, e laranja quando visto de frente?

A luz normalmente propaga-se em linha reta, a menos que encontre as bordas de algum material pelo meio do caminho. Quando o feixe de luz de uma lanterna propaga-se no ar, não vemos o feixe, observando-o de lado, porque o ar é bastante uniforme (homogêneo e transparente); a luz nele propaga-se em linha reta. O mesmo é verdadeiro quando o feixe de luz caminha pela água, como nesta experiência. A água é uniforme, e o feixe a percorre em uma linha reta. Porém, se houver algumas partículas de pó no ar ou na água, poderemos observar um vislumbre do feixe porque a luz é difundida (ver nota no final do projeto) (decomposta) ao encontrar as bordas das partículas de pó.

Quando você acrescentou leite na água, você acrescentou nela muitas partículas minúsculas. Leite contém muitas partículas minúsculas de proteína e gordura que ficam em suspensão na água. Estas partículas difundem a luz e fazem o feixe da lanterna tornar-se visível quando visto de lado. Cores diferentes de luz são separadas, nesse espalhamento, em ângulos diferentes. Luz azul é desviada da direção original muito mais que a laranja ou a luz vermelha. Como nós vemos a luz difundida na direção perpendicular ao feixe, e como a luz azul é a que se difunde mais (sofre maior desvio), o feixe aparece azul. Uma vez que o laranja e o vermelho são menos difundidos, essas cores caminham em linha reta seguindo mais de perto o feixe inicial de luz branca. Por isso, quando você olha diretamente no feixe de luz da lanterna (de frente), aparece laranja ou vermelho, ou seja, o que resta da luz branca.

O que tem esta experiência a ver com céu azul e com o pôr-do-sol laranja?

A luz que você vê quando você olha o céu é a luz solar, que é espalhada por partículas de pó na atmosfera. Se não houvesse nenhuma difusão (espalhamento em cores), toda a luz proveniente do Sol cairia em linha reta para a Terra e o céu apareceria escuro, como ocorre à noite. A luz solar é difundida pelas partículas de pó, da mesma maneira como a luz da lanterna é difundida pelas partículas de leite nessa experiência.

Olhar para o céu é como olhar o feixe da lanterna de lado: você está olhando luz difundida que é azul. Quando você olha diretamente para o Sol se pondo no horizonte, do mesmo modo que olhou a luz da lanterna de frente, você estará observando apenas a luz que é bem pouco difundida (desviada), ou seja, o laranja e o vermelho.

Qual a causa para o Sol aparecer com tonalidade laranja ou até mesmo vermelho ao pôr-do-sol ou ao amanhecer?



Ao pôr-do-sol ou ao amanhecer, a luz solar que nós observamos percorreu um caminho bem mais longo através da atmosfera terrestre que a luz solar que nós vemos ao meio-dia. Nesse longo trajeto muitas cores foram difundidas (e portanto retiradas do feixe de luz branca), sobrando para nossos olhos parte do amarelo e luz vermelha. E é o que vemos!

NOTAO termo difundir, para explicar o fenômeno de "espalhamento" e separação de alguns comprimentos de onda em função da inclinação do Sol e da composição da atmosfera, requer uma explicação complementar sobre a seqüência dos fenômenos responsáveis.

Difundir é termo comumente restrito ao fenômeno da difusão da luz, referindo-se tão somente a uma distribuição da intensidade do feixe de luz refletido por uma superfície rugosa, áspera. Na difusão simples o que acontece, então, como resultado da incidência de luz branca sobre uma superfície irregular, nada mais é do que uma ampla abertura do feixe (para todas as direções), sem que, entretanto, ocorra a separação em diferentes cores.

Vamos fazer uma analogia: imagine um compacto "feixe de pessoas" saindo da sala de espetáculo de um cinema pelo típico corredor apertado (isso simula o feixe de luz branca incidente); ao chegarem na ampla porta de saída (isso simula a superfície áspera), as pessoas se espalham tomando diferentes rumos sem que ocorra qualquer separação seletiva como, por exemplo, homens por aqui, mulheres por ali, crianças só por esse caminho, gestantes sigam por essa direção etc. Isso simula a difusão, o compacto feixe espalha-se, mas não há nenhuma separação seletiva. Não é isso o que ocorre no fenômeno do Céu.

O difundir, usado nessa descrição, refere-se ao efeito de "espalhamento". No "espalhamento" ocorre não só a abertura do feixe (seguindo para todas as direções), como também a separação seletiva de cores; algo que não acontece na simples "difusão da luz". No caso do espalhamento há uma "reirradiação" ou "reemisão" (osciladores atômicos) de energia luminosa pelas partículas gasosas da atmosfera. As partículas absorvem a energia do feixe incidente e a retransmitem em outras freqüências. A onda incidente, proveniente do Sol, está na região da luz visível, enquanto que as freqüências naturais das moléculas gasosas da atmosfera estão na região do ultravioleta. Quanto maior for a freqüência da luz incidente, mais "espalhamento" teremos. No caso do céu azul, estamos todos inundados por essa luz azul reirradiada por todas as moléculas, em todas as direções.

Uma analogia singular é a comparação desse espalhamento com o efeito estufa: nesse, a luz branca entra na estufa (ambiente com revestimento de vidro) incidindo nos componentes em seu interior (mesa, cadeira, vasos, flores, folhas etc.) sendo absorvida. Tais componentes, retransmitem essa energia recebida, agora mais na região do infravermelho, que não consegue atravessar o vidro. A temperatura no interior aumenta, pois está inundado de infravermelho.

O efeito de espalhamento (difusão, absorção e retransmissão da energia luminosa em outras freqüências) é fundamental, pois é o mecanismo físico existente na reflexão, na refração e na difração.

Até mais.

BURACO NEGRO

Em qualquer estrela, como o Sol, por exemplo, ocorrem sempre dois processos importantes que vão determinar o seu tamanho. Um desses processos é a atração gravitacional entre as próprias partículas constituintes da estrela, que tende a juntá-Ias em seu centro, o que levaria à redução de suas dimensões. O outro processo são as reações que ocorrem entre os núcleos dos átomos ali presentes. Estas reações são semelhantes àquelas que ocorreriam em várias bombas de hidrogênio, tendendo a explodir a estrela, o que levaria ao aumento de suas dimensões.

A figura abaixo é um modelo destes dois processos: as setas para dentro ilustram o processo gravitacional e as setas para fora representam o efeito das explosões nucleares. O tamanho da estrela se estabiliza quando ocorre o equilíbrio entre estes dois processos.

Para o caso do Sol, os pesquisadores em Astrofísica concluíram que no futuro haverá uma predominância das explosões atômicas, de modo que ele irá se expandir, transformando-se em um tipo de estrela conhecido como gigante vermelha. O Sol ficará tão grande que suas dimensões se estenderão além da órbita da Terra e, assim, nosso planeta será "engolido" por ele. Felizmente, isso só ocorrerá daqui, aproximadamente, a 5 bilhões de anos!

Quando todo o combustível atômico do Sol tiver se esgotado, a gigante vermelha, sob ação apenas do processo gravitacional, terá suas dimensões drasticamente reduzidas. O Sol se transformará, então, em uma pequena estrela denominada anã branca, até alcançar um último estágio, no qual não emite nenhuma radiação, podendo ser chamada de anã negra.

Em estrelas que possuem massa superior a cerca de quatro vezes a massa do Sol, as forças gravitacionais entre suas partículas são muito grandes. Nestas estrelas, o processo de redução das dimensões é muito mais drástico, levando seus átomos a estarem praticamente unidos, sem espaço vazio entre eles! ... Em tal estado, a matéria está tão densa (comprimida), que a força gravitacional que ela exerce em sua superfície torna-se enorme: nada, nem a própria luz, consegue escapar desta ação gravitacional. Uma estrela que sofreu este processo é denominada "buraco negro".

Para o Sol tornar-se um buraco negro, seu diâmetro teria que ser reduzido a apenas 6 km (isto, como vimos, não irá ocorrer com o Sol). A Terra só poderia se transformar em um buraco negro se toda sua massa fosse concentrada em uma esferinha de 2 cm de diâmetro!

Uma pessoa que se aproximasse de um buraco negro (isto só poderá acontecer com o desenvolvimento da astronáutica) seria "engolida" por ele.

Portanto muito cuidado! Não se aproxime de nenhum buraco negro!

Até mais.

Subir em um balão, esperar a Terra girar, e depois descer em outro lugar. Possível?

Seria possível subir em um balão, esperar a Terra girar, e depois descer em outro lugar?

Poderíamos imaginar que enquanto o viajante de um balão estiver separado da superfície terrestre, nosso planeta continua girando, como sempre, para leste; e que por isso quando o viajante descer não cairá no mesmo local de onde saiu, mas em outro lugar, estado ou país. Alguém que subisse em um balão em São Paulo, por exemplo, desceria no estado do Mato Grosso ou na Bolívia. Você imagina um meio mais econômico de viajar? Não precisaríamos empreender viagens cansativas por terra ou pelo mar, bastaria esperar, pendurado no ar até que a Terra nos colocasse sobre o nosso destino.
Infelizmente este procedimento magnífico é pura fantasia. Em primeiro lugar, porque ao subir no ar nós continuamos ligados à esfera terrestre; nós continuamos na camada gasosa que envolve o planeta, na atmosfera, que também participa do movimento de rotação da Terra. O ar gira junto com a Terra e leva tudo aquilo está nele: as nuvens, os aviões, os pássaros em vôo, os insetos, etc. Se o ar não participasse do movimento de rotação da Terra nós sentiríamos continuamente um vento forte. Os furacões mais terríveis pareceriam brisas suaves comparado com ele (A velocidade de um furacão é de 40 m/s ou 144 km/h.
A Terra, em uma latitude como a de Leningrado, por exemplo, nos arrastaria pelo ar com uma velocidade de 240 m/s, ou de 828 km/h, e no Equador, por exemplo, esta velocidade seria de 465 m/s, ou de 1 674 km/h.
Em segundo lugar, embora nós pudéssemos ir até as camadas superiores da atmosfera onde a Terra não está rodeada de ar, o procedimento de viajar economicamente também seria impossível. Ao nos separarmos da superfície da Terra em rotação seguiríamos uma trajetória contínua, por inércia, com a mesma velocidade com que a Terra se moveria debaixo de nós. Diante destas condições, ao voltar à superfície da Terra nós estaríamos no mesmo lugar de onde partimos.

Se a Terra parasse de girar.

O que aconteceria se de repente a Terra parasse de girar ao redor do seu eixo?

Ao parar a Terra inesperadamente, as casas, as pessoas, as árvores, os animais e tudo que não esteja ligado à Terra de forma inflexível, sairá voando pela tangente com a velocidade de um projétil. A seguir tudo cairá novamente sobre a superfície na forma de milhares de pedaços. A origem dessa tragédia, que esperamos nunca acontecer, tem uma explicação simples, está na inércia dos corpos.
O ar, as casas, as pessoas, etc, e tudo aquilo que está sobre a superfície terrestre, giram junto com a Terra. Ao pararmos o planeta, esses corpos, por inércia, tendem a manter a sua trajetória com a mesma velocidade. Diante destas condições, criaria-se a desolação completa : uma forte ventania e desmoronamentos que varreriam a superfície do planeta.

Levantando a Terra.

Será que Arquimedes conseguiria levantar a Terra?

Me dê um ponto de apoio e eu erguerei a Terra!, exclamou Arquímedes, o brilhante matemático e inventor da antigüidade, descobridor das leis da alavanca. "Em certa ocasião Arquímedes escreveu a Hierón, tirano de Siracusa, de quem era parente e amigo, que com uma pequena força poderia mover qualquer peso. Levado pelos seus argumentos, afirmou que existisse outra Terra, ele poderia move-la do seu lugar ".
Arquímedes sabia que não existia nenhum peso que não poderia ser levantado por uma força pequena, desde que se use para isso uma alavanca. Basta aplicar a força pequena a um braço de alavanca muito comprido, enquanto o peso maior se dá no braço menor. Por isso afirmou que com um braço de alavanca extraordinariamente longo a força de suas mãos seria suficiente para elevar uma massa cujo peso fosse equivalente ao do nosso planeta.
Mas se este grande matemático da antigüidade soubesse o quão grandiosa é a massa da Terra, o mais provável é que ele teria evitado de fazer a sua exclamação.
Supondo que Arquimedes conseguisse um ponto de apoio, podemos também supor que ele conseguisse construir uma alavanca de comprimento suficiente. Quanto tempo ele levaria para erguer uma massa semelhante a da Terra de um único centímetro? Pelo menos... trinta trilhões anos! Um cálculo simples mostra que enquanto o braço menor subisse 1 cm, o final do braço maior descreveria no espaço interplanetário um arco enorme de 1 000 000 000 000 000 000 km. Este percurso cujo comprimento é quase inconcebível, é o que a mão de Arquímedes teria que percorrer para erguer a Terra de um único centímetro.
Se Arquimedes tivesse empurrado a alavanca ao longo de toda a sua vida, não teria sido capaz de elevar a Terra nem mesmo o equivalente a espessura de um fio de seu cabelo.

Um poço sem fundo.

Um poço sem fundo

Ainda sabemos pouco sobre o que existe nas profundezas do nosso planeta. Alguns acreditam que cem quilômetros abaixo da superfície começa a massa líquida incandescente. Outros consideram que o globo terrestre se solidificou até o centro. Esta é uma pergunta difícil de resolver. Até agora o mais fundo que chegamos foi alguns quilômetros, todavia o raio da Terra é de 6 400 km.
Suponha que a Terra seja inteiramente sólida e que pudéssemos perfurar um poço de lado a lado, seguindo um de seus diâmetros. Até hoje, naturalmente, ninguém fez nada parecido, mas aproveitemos este poço imaginário para pensarmos em uma questão muito interessante: o que aconteceria se você caísse nesse poço sem fundo? Onde iria parar, já que não existe fundo? No centro da Terra?
Quando chegasse ao centro, você teria uma velocidade enorme (cerca de 8 km/seg). Não se poderia nem pensar em parar. Você continuaria adiante, como um tiro, e a sua velocidade iria se reduzindo pouco a pouco até chegar na beira do extremo oposto do poço. Aqui você teria que se agarrar rapidamente à beira, caso contrário teria que repetir o passeio até o outro extremo.
A Mecânica ensina que, sob essas condições (não levando em conta a resistência do ar), você deveria oscilar, de um lado para outro indefinidamente . A resistência do ar faria com que as oscilações fossem amortecendo gradualmente e ao fim você pararia no centro da Terra. Quanto tempo uma destas oscilações duraria? A viagem de ida-e-volta duraria 84 minutos e 24 segundos, quer dizer, em números redondos, uma hora e meia.
Em um estudo mais preciso teríamos que levar em conta a influência da rotação da Terra. Sabemos que cada ponto da superfície terrestre movimenta-se, no equador, a 465 m/s. Mas ao nos aproximarmos do centro do planeta a velocidade de rotação irá diminuir cada vez mais até zerar. Como conseqüência, ao cair no poço verticalmente, o corpo em queda tenderá um pouco para o leste.

A caminho do centro da Terra.

Quais as dificuldades que encontraria um viajante a caminho do centro da Terra?

Ninguém desceu mais do que 3,3 km - contudo o raio da Terra é de 6400 km e resta um imenso caminho a ser percorrido para chegar ao seu centro. Somente o romance genial de ficção científica de Júlio Verne, foi capaz de enviar um excêntrico professor com o sobrinho até o centro da Terra. A aventura fantástica dos viajantes subterrâneos é descrita em Viagem ao Centro da Terra. Uma das dificuldades inesperadas que o professor e o sobrinho tiveram que enfrentar foi a crescente densidade do ar. O leitor sabe que quanto mais alto se for, mais rarefeito se torna o ar, diminuindo a densidade em proporção geométrica enquanto a altura aumenta em progressão geométrica. Ao contrário, quanto mais se desce abaixo do nível oceânico, mais denso se torna o ar sob a pressão das camadas superiores. O professor e o sobrinho não sabiam disso, naturalmente, e eis o diálogo que travaram ao alcançar a profundidade de 48 quilômetros:
- Consulte o manômetro. Que indiica?
- Um aumento considerável de prressão.
- Muito bem. Ora, veja que descendo leentamente e nos acostumando gradualmente à densidade desta atmosfera baixa, nada sofreremos.
- Bem, eu suponho que não, exceeto que pode haver uma certa dor nos ouvidos - respondi-lhe quase com severidade.
- Meu filho, isto não é nada!
- Perfeitamente, - disse, pois havia ttomado a resolução de não contradizer de forma alguma meu tio. - Creio, também, experimentar uma certa satisfação ao mergulhar numa atmosfera tão densa. O senhor observou que som maravilhoso se propaga?
- Naturalmente. Não há ddúvida que uma viagem ao interior da Terra curaria a surdez.
- Mas, então, tio, - aventurei--me a lhe observar, - essa densidade continuará a aumentar... Se avançarmos mais, a atmosfera não assumirá finalmente a densidade da água?
- Eu sei; quando sob pressão dee setecentas e dez atmosferas, - gritou com gravidade imperturbável meu tio.
- E quando formos ainda mais para baixxo? - perguntei com natural ansiedade.
- Bem, mais para baixo, a densidade see tornará ainda maior.
- Então, como poderemos abrir oo caminho através desse nevoeiro atmosférico?
- Bem, meu pobre sobrinho, devemos lasstrar nossos bolsos com pedras.
- Puxa, tio, o senhor tem resposta parra tudo, - pude apenas responder.
Comecei a sentir que seria descabido penetrar mais profundamente no amplo campo das hipóteses pois teria, certamente, despertado algumas dificuldades, ou melhor, impossibilidades que teriam enraivecido o professor.
Era evidente, entretanto, que o ar sob uma pressão que poderia ser multiplicada por milhares de atmosferas, acabaria se tornando perfeitamente sólido e, então, admitindo que nossos corpos pudessem resistir à pressão, acabaríamos parando, apesar de todos os raciocínios do mundo. Os fatos suplantam os argumentos.

Por que as probabilidades de sobrevivência são as mesmas se cairmos de um andar a 50 m do solo, sem pára-quedas, ou de um avião a 3000 m de altura?

Por que as probabilidades de sobrevivência são as mesmas se cairmos de um andar a 50 m do solo, sem pára-quedas, ou de um avião a 3000 m de altura?
Temos, basicamente, duas forças que um objeto sofre ao cair sobre a superfície da terra. Uma delas é a força de atração da Terra, mais conhecida como peso, e a outra força é a resistência do ar.
Podemos considerar o peso constante para as alturas em questão. A resistência do ar, no entanto depende da velocidade de queda. Quanto maior for a altura, maior será a resistência que o ar exerce sobre a queda do objeto. No momento em que a resistência do ar igualar o peso, a força resultante será nula e a partir de então, a velocidade se mantém constante. A esta velocidade denominamos velocidade limite ou terminal.
Uma vez que o objeto alcança a velocidade limite, já não importa o tempo que continua caindo, chegará ao chão com essa velocidade. Pode-se verificar que a altura de 50 m é suficiente para que uma pessoa alcance a velocidade limite; por tanto, cair de uma altura maior não implicará em nenhum aumento de velocidade com que se chega ao chão.

Por que o vazio do espaço não chupa para fora a atmosfera da Terra?

Por que o vazio do espaço não chupa para fora a atmosfera da Terra?

Saindo do chão, nós temos um oceano de ar de muitas milhas sobre nós. As moléculas de ar empilham-se umas sobre as outras e criam uma pressão de 14.7 libras por polegada quadrada (psi) ao nível do mar.
Se você viajar em um foguete até a extremidade da atmosfera, irá perceber que lá não há nenhuma pressão do ar. Ao invés disso, moléculas isoladas do ar estão voando ao redor, no vazio de espaço. As moléculas podem voar para qualquer lugar, mas eles tendem a voar para a Terra porque a gravidade da Terra age neles da mesma forma que age sobre qualquer outra coisa que tenha massa. A razão pela qual o vazio do espaço não atrai as moléculas é porque não há nenhuma sucção ao vazio do espaço.

Pressão do ar em várias altitudes:

• Nível de mar - 14.7 psi
• 10,000 pés - 10.2 psi
• 20,000 pés - 6.4 psi
• 30,000 pés - 4.3 psi
• 40,000 pés - 2.7 psi
• 50,000 pés - 1.6 psi

Juliana está em pequeno barco sobre a piscina de sua casa. O que acontecerá com o nível de água da piscina se deixar cair no fundo da piscina algumas pedras que levava dentro do barco?

Juliana está em pequeno barco sobre a piscina de sua casa. O que acontecerá com o nível de água da piscina se deixar cair no fundo da piscina algumas pedras que levava dentro do barco? A) Subirá; B) ficará igual; C) baixará.


As pedras afundam na água, então o volume deslocado é seu próprio volume. No barco o volume deslocado é (segundo o princípio de Arquimedes) uma massa de água igual ao peso das pedras. Como a densidade das pedras é maior (por isso afundam) que a da água, o volume das pedras é menor e a água descerá de nível.

Por que a água apaga o fogo?

Por que a água apaga o fogo?

Em primeiro lugar, logo que entra em contato com o objeto em chamas, a água se transforma em vapor e, assim, priva-o de parte de seu calor. Afinal, para transformar água fervente em vapor, precisamos de pouco mais de cinco vezes o calor que é exigido para aquecer a mesma quantidade de água fria até o ponto de ebulição. Em segundo lugar, o vapor produzido assim ocupa um espaço centenas de vezes maior em volume do que a água que o produziu. O vapor envolve o objeto aceso e impede a renovação do ar. Sem o ar a combustão do ar é impossível.

Por quê nos encolhemos quando temos frio?

Por quê nos encolhemos quando temos frio?


Quando nos encolhemos reduzimos a área do nosso corpo que se encontra em contato com o exterior, o que faz com que diminua a perda de calor.

Como as roupas nos isolam?(Termologia).

Como as roupas nos isolam?
Entre os tecidos da nossa roupa se formam pequenas câmaras ocupadas por ar em repouso. Se evita desta forma as correntes de ar que roubariam o calor da nossa pele. Se não usássemos roupa perderíamos calor por um mecanismo chamado convecção. O ar em contato com a superfície da pele, ascenderia devido a sua menor densidade, deixando em seu lugar um ar a temperatura mais baixa, que ao se aquecer repetiria o processo. Se estas correntes se reforçam, por exemplo com um ventilador, a perda de calor é muito maior. Esse mecanismo se chama convecção forçada.

Uma gota de água cai em uma panela quente.

Quando uma gota de água cai em uma panela quente a gota se evapora rapidamente. Porém, se a panela estiver muito quente, a gota demorará muito mais tempo para se evaporar. Ao que se deve este estranho comportamento?



Se a temperatura da panela estiver abaixo do ponto Leidenfrost (aproximadamente 220º C) a gota de água é aplainada contra a panela e recebe uma grande quantidade de calor, o que a faz evaporar rapidamente. Se a temperatura da panela for superior ao ponto Leidenfrost, é formado uma fina camada de vapor, da ordem de um décimo de milímetro, entre a gota e a panela. A pressão de vapor mantém a gota longe da superfície. O vapor não é bom condutor de calor, o que faz com que a gota se evapore lentamente, principalmente devido ao calor recebido por radiação.

Por que as folhas mudam de cor no Outono?

Por que as folhas mudam de cor no Outono?



As folhas apresentam a vulgar cor verde devido à clorofila, um pigmento encontrado nas células das plantas. A clorofila absorve a luz solar e usa a energia desta para fabricar alimento para a planta. Mas no Outono as folhas das árvores perdem o seu verde-vivo. As folhas do choupo tornam-se douradas, o açúcar do bordo cora de vermelho. Essas mudanças de cor significa que estão ocorrendo transformações químicas nas folhas: algo está a acontecer à clorofila. À medida que o Verão vai cedendo o lugar ao Outono, cada árvore começa a preparar-se para o Inverno. Os nutrientes vão saindo lentamente das folhas para os ramos da árvore, tronco e raízes, onde são armazenados e protegidos de forma segura do severo frio que se seguirá. Quando chega a Primavera, a árvore serve-se desses nutrientes para formar novas folhas.
À medida que os nutrientes se afastam, as folhas param de fabricar clorofila. A clorofila ainda existente nas folhas vai-se desintegrando gradualmente, o que permite a outros pigmentos fazerem-se notar. Em algumas árvores emergem pigmentos amarelados e alaranjados. Assim, as folhas do vidoeiro e da nogueira americana tornam-se de um amarelo-amanteigado à medida que a clorofila se desvanece. As folhas de outras árvores adquirem umas lindíssimas sombras avermelhadas.

As lâmpadas fluorescentes são realmente mais eficientes que as lâmpadas incandescentes? Se elas são, por que?

As lâmpadas fluorescentes são realmente mais eficientes que as lâmpadas incandescentes? Se elas são, por que?

A "lâmpada de bulbo" também conhecida como "lâmpada incandescente" tem um filamento de tungstênio muito fino dentro de um bulbo. Elas adquirem normalmente os valores: "60 watt," "75 watt," "100 watt" e assim por diante.
A idéia básica por trás destas lâmpadas é simples. A corrente elétrica passa pelo filamento; como o filamento é bem fino, oferece resistência a passagem da corrente, e esta resistência transforma a energia elétrica em calor. O calor faz o filamento aquecido emitir luz. O filamento literalmente emite luz por causa do calor.
O problema com as lâmpadas incandescentes é que o calor desperdiça muita eletricidade. Calor não é luz, e o propósito da lâmpada incandescente é emitir luz. Assim toda a energia gasta criando calor é um desperdício. Lâmpadas incandescentes são assim muito ineficientes. Elas produzem aproximadamente 15 lumes por watt gasto.
Uma lâmpada fluorescente usa um método completamente diferente para produzir luz. Em um tubo fluorescente há eletrodos nas extremidades do tubo e um gás que contêm argônio e vapor de mercúrio. Um fluxo de elétrons atravessa o gás de um eletrodo para o outro. Estes elétrons batem nos átomos de mercúrio e os excitam. Quando os átomos de mercúrio retornam ao estado não-excitado, eles emitem fótons ultravioletas. Estes fótons batem no fósforo que reveste o interior do tubo fluorescente, e este fósforo emite luz visível.
Uma lâmpada fluorescente produz menos calor, assim é muito mais eficiente. Uma lâmpada fluorescente pode produzir entre 50 e 100 lumes por watt. Isto torna as lâmpadas fluorescentes 4 a 6 vezes mais eficientes que as incandescentes. Por isso é por que você pode comprar uma lâmpada fluorescentes de 15 watt que pode produzir a mesma quantidade de luz que uma lâmpada de 60 watt incandescente.

Para que serve a física?

Para que serve a física?

H. Moysés Nussenzveig,

Professor Emérito do Instituto de Física da UFRJ.

A ciência desempenha um papel muito importante no mundo contemporâneo. Não era assim há poucas gerações atrás: o desenvolvimento científico tem-se acelerado enormemente. Tornou-se lugar comum dizer-se que vivemos numa sociedade tecnológica e medir o progresso pelo grau de desenvolvimento tecnológico. A tecnologia depende crucialmente da ciência para renovar-se, e também contribui para ela, mas não devem ser confundidas.

Sem dúvida, nossas vidas são profundamente afetadas pela tecnologia, e de forma que muitas vezes está longe de ser benéfica. Basta lembrar os problemas da poluição e do aquecimento global. Os cientistas são freqüentemente responsabilizados pelos aspectos negativos decorrentes de suas descobertas, embora o uso que delas se faz dependa de fatores políticos e econômicos alheios a sua vontade. Por mais benéfica que seja a intenção original, ela é freqüentemente deturpada. Por isto mesmo, os cientistas devem ter consciência de sua responsabilidade.

Vários problemas cruciais de nossa época dependem para sua solução de avanços científicos e tecnológicos, inclusive aqueles que se originam direta ou indiretamente desses avanços. Os problemas da energia e do meio ambiente adquiriram importância vital.

A reação anticientífica existiu desde os primórdios da historia da física. Basta lembrar o exemplo de Galileu. Goethe atacou Newton por sua teoria das cores, dizendo que a essência das cores se percebe num por de sol, e não fazendo experiências com um prisma. É preciso reconhecer que a visão científica do mundo não exclui nem invalida outras variedades da experiência. Podemos aplicar a acústica, a neurofisiologia e a psicologia ao estudo das sensações provocadas pela audição de uma sonata de Mozart, mas ainda estaríamos omitindo provavelmente o aspecto mais importante.

A consciência das limitações do método científico não nos deve impedir de apreciar sua imensa contribuição ao conhecimento da natureza. A motivação básica da ciência sempre tem sido a de entender o mundo. É a mesma curiosidade que leva um menino a desmontar um relógio para saber como funciona. De que são feitas as coisas? Como e por que se movem os corpos celestes? Qual é a natureza da eletricidade e do magnetismo? O que é a luz? Qual a origem do universo? Estas são algumas das grandes questões que têm sido abordadas pelos físicos.

A experiência tem demonstrado que o trabalho de pesquisa básica, motivado exclusi­vamente pela curiosidade, leva com freqüência a aplicações inesperadas de grande importância prática. O grande experimentador Michael Faraday, logo após uma conferência em que havia explicado seu recente descobrimento do fenômeno da indução eletromagnética, foi questionado por alguém da audiência, que queria saber para que servia o efeito. "Para que serve um bebê recém-nascido?" - foi a resposta. Quase todas as aplicações que fazemos hoje em dia da energia elétrica decorrem do efeito descoberto por Faraday. O transistor, o laser, os compu­tadores resultaram de pesquisas básicas em física.
O trabalho de muitas gerações demonstrou a existência de ordem e regularidade nos fenômenos naturais, daquilo que chamamos de leis da Natureza. O estudo que ora iniciamos pode ser empreendido pelos mais diversos motivos, mas uma de suas maiores recompensas é uma melhor apreciação da simplicidade, beleza e harmonia dessas leis. É uma espécie de milagre, como disse Einstein: "O que a natureza tem de mais incompreensível é o fato de ser compreensível."

Relações entre física e outras ciências

Relações entre física e outras ciências

H. Moysés Nussenzveig,

Professor Emérito do Instituto de Física da UFRJ.

A física é em muitos sentidos a mais fundamental das ciências naturais, e é também aquela cuja formulação atingiu o maior grau de refinamento.

Com a explicação da estrutura atômica fornecida pela mecânica quântica, a química pode ser considerada de certa forma como sendo um ramo da física. A física forneceu a explicação da ligação química, e a estrutura e propriedades das moléculas podem ser calculadas "em princípio" resolvendo problemas de física. Isto não significa que o sejam na prática, exceto em alguns casos extremamente simples. De fato, na imensa maioria dos casos, os sistemas químicos são demasiado complexos para serem tratáveis fisicamente, mesmo com auxílio dos computadores mais poderosos disponíveis, o que significa que os métodos específicos extremamente engenhosos elaborados pelos químicos para tratar estes problemas continuam sendo indispensáveis. Entretanto, não temos razões para duvidar de que as interações básicas responsáveis pelos processos químicos sejam já conhecidas e reduzidas a termos físicos.

A situação com respeito à biologia é até certo ponto análoga, se bem que a compreensão em termos de leis físicas se encontre ainda num estágio muito mais primitivo. Muitas das peculiaridades dos sistemas biológicos resultam de serem eles fruto de uma evolução histórica (a teoria de Darwin da evolução é fundamental na biologia), fator este que não é usualmente considerado para sistemas físicos. Entretanto, os avanços recentes da biologia molecular têm atuado no sentido de estabelecer uma maior aproximação entre a biologia e a física, e a evolução do Universo é o tema central da cosmologia.

A física deve grande parte de seu sucesso como modelo de ciência natural ao fato de que sua formulação utiliza uma linguagem que é ao mesmo tempo uma ferramenta muito poderosa: a matemática. Na expressão de Galileu, "A ciência está escrita neste grande livro colocado sempre diante de nossos olhos - o Universo - mas não podemos lê-lo sem apreender a linguagem e entender os símbolos em termos dos quais está escrito. Este livro está escrito na linguagem matemática".

É importante compreender bem as relações entre física e matemática. Bertrand Russell definiu a matemática como "A ciência onde nunca se sabe de que se está falando nem se o que se está dizendo é verdade" para caracterizar o método axiomático: tudo é deduzido de um conjunto de axiomas, mas a questão da "validade" desses axiomas no mundo real não se coloca. Hilbert, ao axiomatizar a geometria, disse que nada deveria se alterar se as palavras "ponto, reta, plano" fossem substituídas por "mesa, cadeira, copo". Conforme o conjunto de axiomas adotado, obtém-se a geometria euclidiana ou uma das geometrias não-euclidianas, mas não tem sentido perguntar, do ponto de vista da matemática, qual delas é "verdadeira".

Na física, como ciência natural, essa pergunta faz sentido: qual é a geometria do mundo real? A experiência mostra que, na escala astronômica, aparecem desvios da geometria euclidiana.

A física é muitas vezes classificada como "ciência exata", para ressaltar seus aspectos quantitativos. Já no século VI A.C., a descoberta pela Escola Pitagórica de algumas das leis das cordas vibrantes, estabelecendo uma relação entre sons musicais harmoniosos e números inteiros (proporção entre comprimentos de cordas que emitem tons musicais) levou à convicção de que "Todas as coisas são números".

Embora a formulação em termos quantitativos seja muito importante, a física também lida com muitos problemas interessantes de natureza qualitativa. Isto não significa que não requerem tratamento matemático: algumas das teorias mais difíceis e elaboradas da matemática moderna dizem respeito a métodos qualitativos.