A Ciência atua do muito pequeno ao muito grande.

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Este blog é de conteúdo totalmente científico e educativo. É constituído por artigos científicos ou relacionados à variados campos do saber (como política, filosofia ou sociologia, entre outros) que têm como objetivo a divulgação do conhecimento.


"O poder da humanidade que criou este imenso campo do saber há de ter forças para levá-lo ao bom caminho". (Bertrand Russel, filósofo e matemático inglês do século XX)



domingo, 31 de janeiro de 2010

A Órbita do Cometa Halley







Quando, em Outubro de 1982, astrônomos do Observatório de Monte Palomar, nos Estados Unidos da América, detectaram pela primeira vez a nova aproximação do cometa Halley, ele encontrava-se entre as órbitas do planeta Saturno e do planeta Urano, a 11,04 unidades astronômicas (1 unidade astronômica, ou 1 ua, tem 156 milhões de km, distância média entre a Terra e o Sol). A órbita real percorrida pelo cometa é mais complicada do que pensa-se, pois não é definida apenas pela atração gravitacional exercida pelo Sol, embora esta seja preponderante. A ela, somam-se perturbações decorrentes dos campos gravitacionais dos planetas que, em movimento incessante, introduzem mutações contínuas na trajetória dos corpos que deles aproximam-se. Por isso, a órbita calculada para um certo instante - denominada órbita osculatriz - representa meramente aquela que tangencia a complicada órbita verdadeira no ponto em que o cometa encontra-se.



Para caracterizar uma órbita são necessários cinco parâmetros, ou elementos orbitais: ângulo de inclinação, distância periélica, argumento do periélio, longitude do nodo ascendente e excentricidade. Um sexto elemento, o instante da passagem do cometa pelo periélio, permite situá-lo na órbita em qualquer instante.



O advento da era das missões espaciais tornou muito mais severa as exigências relativas ao conhecimento das órbitas dos corpos celestes. Cálculos baseados apenas na ação das forças gravitacionais apresentam pequena margem de erro, já detectada em 1822 na passagem do cometa Encke, segundo cometa a ter seu retorno previsto e confirmado, e de período orbital mais curto: 3,3 anos. Neste caso, algumas horas separavam a previsão da teoria gravitacional e a órbita observada. Verificou-se então a necessidade de levar em consideração a influência de forças gravitacionais, de origem ainda oculta e sem representação matemática formal inteiramente satisfatório.



Hoje, acredita-se que a rotação do corpo central (núcleo sólido) do cometa em torno do seu próprio eixo e a ejeção permanente de gases nas partes aquecidas pela insolação têm efeito de empuxo semelhante ao de um foguete. Por esta razão, aplica-se sempre uma correção semi-empírica quando é necessário determinar com precisão a órbita do cometa Halley, para efeito, por exemplo, de correção da trajetória das naves espaciais que vão abordá-lo. Também serão usadas as novas posições aparentes captadas pala rede astronométrica do IHW na Terra e pelo telescópio espacial norte-americano, que alimentarão um trabalho de permanente reavaliação de dados e prognósticos.

A Descoberta do Nêutron







No ano de 1920, o elétron e o próton já eram partículas cujas existências haviam sido amplamentes confirmadas e suas propriedades eram bem conhecidas. Naquela época, o ilustre cientista neo-zelandês Ernest Rutherford (1871-1937) lançou a hipótese da possibilidade da ligação de um próton (carga elétrica positiva) com um elétron (carga elétrica negativa), o que daria origem a uma partícula sem carga elétrica, que ele denominou "nêutron". Apesar de várias tentativas, os físicos não conseguiram comprovar experimentalmente a existência desta partícula, principalmente pelo fato de o nêutron não possuir carga elétrica, o que tornaria a sua presença muito difícil de ser detectada.




Em 1932, o grande físico inglês James Chadwick (1891-1974) (retratado na foto acima) realizou uma célebre experiência com a qual conseguiu provar a existência do nêutron. Chadwick deixou um feixe de partículas alfa (partículas idênticas ao núcleo de hélio) incidir sobre uma amostra de berílio (Be) que provocava a emissão, por esta substância, de um tipo de radiação invisível, sem carga elétrica, que os físicos, inicialmente, suspeitaram se tratar de raios gama (ondas eletromagnéticas de alta freqüência que são irradiadas pela desintegração de certos núcleos atômicos). Todavia, fazendo cálculos e medidas cuidadosas, os cientistas verificaram que, se esta hipótese fosse verdadeira, os princípios da Conservação da Energia e da Quantidade de Movimento não estariam sendo obedecidas.




Recusando-se a admitir que estas leis físicas estivessem sendo violadas, Chadwick formulou outra hipótese: a Conservação da Energia e da Quantidade de Movimento permaneciam válidas, mas a radiação invisível, proveniente do berílio, seria constituída por nêutrons e não de raios gama, como alguns físicos haviam suspeitado. Para verificar se realmente tratava-se de nêutrons, Chadwick procurou medir a massa de algumas dessas partículas que, de acordo com a proposta de Rutherford, deveria ser praticamente igual à massa do próton. Realizando uma série de outras experiências, ele encontrou resultados coerentes com o de suas primeiras medidas, estabelecendo então, de maneira definitiva, a existência do nêutron. Seus trabalhos foram de tamanha importância para o desenvolvimento da Física Nuclear que Chadwick recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1935.

A Antimatéria







A matéria ordinária, como encontra-se no sistema solar, por exemplo, é toda constituída de átomos cujos núcleos são compostos de prótons e nêutrons, circundadas por elétrons. Todavia, raciocinando por meio do chamado princípio da simetria, que, de um modo geral, é sempre observado nos fenômenos naturais, os cientistas sopõem que devem existir regiões no Universo, provavelmente em nossa galáxia, nas quais a matéria presente seja constituída das chamadas "antipartículas". Tal nome é dado a partículas elementares com propriedade simétricas às partículas elementares que nós conhecemos. Por exemplo, a antipartícula do elétron é denominada "pósitron", e é idêntica ao elétron, exceto por possuir carga elétrica positiva. A existência de tais partículas já foi constatada experimentalmente pelos físicos em certos tipos de desintegração.



O "antipróton", partícula semelhante ao próton, entretanto, com carga elétrica negativa, também já foi comprovada a existência experimentalmente. Teoria sofisticadas mostram que todas as partículas elementares têm suas respectivas antipartículas (com exceção do bóson de fóton e do méson pi neutro) sendo, todavia, díficil a constatação devido ao fenômeno da "aniquilação". Quando uma partícula elementar choca-se com sua respectiva antipartícula (o próton com o antipróton, por exemplo) elas se "aniquilam", ou seja, ambas desaparecem, dando origem a uma quantidade de energia, que pode ser medida pelo produto de suas massas multiplicado pelo quadrado da velocidade da luz, que nada mais é do que a equação de Einstein: E = mc², onde m é a massa desaparecida, c é a velocidade da luz e E é a energia equivalente a massa m.



A matéria constituída por antipartículas é denominada "antimatéria". Seus átomos teriam núcleos negativos, formados por antiprótons e antinêutrons, com pósitrons girando em torno dele. Especulações em torno desse assunto, levam à suposição da existência de certas galáxias constituídas somente por antimatéria. No encontro de tal galáxia com outra constituída por matéria ordinária, haveria o aniquilamento total da matéria, com um desprendimento monumental de energia, milhares de vezes superior a bomba de hidrogênio.



Supõe-se que no momento da singularidade e da origem do Big Bang tenha ocorrido espontaneamente a criação de antimatéria, dando origem ao Universo.

sábado, 30 de janeiro de 2010

O Neutrino











Atualmente sabemos, com grande certeza, que os núcleos atômicos são formados por prótons (p+) e nêutrons (n) e que, por meio da desintegração de partículas beta, podem irradiar elétrons (e-). Mas como o núcleo atômico emite elétrons? Para responder a tal questão, é necessário recorrer a proposição do ilustre físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958), que, no ano de 1930, verificou que um núcleo, ao sofrer desintegração beta, emite junto ao elétron outra partícula denominada neutrino.




Porém, nessa época, ainda discutia-se a existência do nêutron, que só veio a ser detectado pelo grande físico inglês James Chadwick (1891-1974). Coube ao físico italiano Enrico fermi (1901-1954) propor que tanto o neutrino quanto o elétron eram produzidos no momento em que ocorriam a desintegração e a emissão deles. Portanto, não existiam no núcleo, ao contrário das emissões alfa, que têm as partículas presentes no núcleo.




Hoje, sabemos que o neutrino é uma partícula com massa praticamente nula e que tem uma interação extremamente fraca com a matéria (têm facilidade de atravessá-la). Reações nucleares que produzem neutrinos ocorrem no Sol e em outras estrelas. Durante a fusão nuclear, dois neutrinos são produzidos para cada átomo de hélio (He) gerado no Sol. Os cálculos mostram que 60 bilhões atingem a Terra por cm² por segundo. Quanto maior for a massa da estrela, mais neutrinos são formados. Considerando que a Via Láctea tem cerca de 1ooooooooo estrelas, imagine quantos neutrinos atingem a Terra por segundo por cm²!

O Modelo de Bohr







No ano de 1913, os cientistas já sabiam que os elementos químicos na fase gasosa, quando submetidos a voltagens elevadas, produziam luzes de várias cores que mudavam conforme a natureza do elemento. Foi durante essa época que o grande físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), nascido em Copenhague, fez seus revolucionários trabalhos. Um dos primeiros artigos científicos publicados por Bohr nesse campo foi o resultado de trabalhos realizados com o gás hidrogênio que era descrito pelo cientista como um átomo constituído pelo núcleo de um único próton e por um único elétron. O modelo de Bohr propunha que o elétron permanecia em uma órbita circular, mas que havia a possibilidade de ele passar de uma órbita para outra mais externa. Jamais poderia ocorrer, todavia, de o elétron permanecer entre duas órbitas tidas como permitidas.



A partir de tais observações, se tornava impossível justificar a emissão de luz por átomos sob alta voltagem usando um modelo atômico que considera os átomos indivísiveis. (Desse modo, fica claro que o avanço dos modelos atômicos depende essencialmente das relações entre observações e teoria.)



Para explicar o fenômeno da emissão de luz, Bohr supôs que um elétron que ocupasse certa órbita poderia ser conduzido a uma órbita mais externa, mas esse fenômeno só ocorreria quando certa quantidade de energia fosse fornecida ao átomo. O elétron mais afastado e com mais energia, retornaria espontaneamente para a órbita original, liberando a energia absorvida na forma de luz.



Com este modelo, Bohr revolucionou a física das partículas e a física nuclear, o que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física.

Cirurgia Antisséptica




A cirurgia antisséptica foi inventada pelo grande cirurgião inglês Joseph Lister (1827-1912). Em 1867, Lister passou a usar roupas ensopadas em ácido carbólico e adotou regras extremamentes rígidas de higiene para matar bactérias.


Os métodos de Lister aumentaram a taxa de sobrevivência da cirurgia dramaticamente. Antes disso, por volta de metade de todos os pacientes que passavam por cirurgia morriam de gangrena ou infecções secundárias.

A Invenção da WWW (World Wide Web)




Em 1989, enquanto trabalhava no CERN (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares), em Genebra, na Suíça, o cientista da computação e informação inglês Tim Berners-Lee (1955) escreveu um programa que permitia que cientistas do CERN compartilhassem seu trabalho por meio de um sistema global de documentos de hipertexto. A rede foi lançada ao mundo por intermédio da Internet em 1991. A rede foi denominada World Wide Web (WWW), que em português significa Rede de Alcance Mundial.


Bernes-Lee nasceu em 1955, na cidade de Londres, Inglaterra. Interessado em computadores, ele estudou na Universidade de Oxford. Em Oxford, ele construiu seu próprio computador com componentes eletrônicos antigos e peças de uma televisão. Seus pais trabalhavam na indústria de computação. Berners-Lee desenvolveu um programa chamado Enquire para ajudá-lo a acessar tipos de informação variadas para seu trabalho. A informação era armazenada em arquivos que continham conexões e links de hipertexto.


Em 1994, Berners-Lee fundou o Consórcio da rede de Alcance Mundial. O objetivo do consórcio era guiar a rede para seu total potencial no futuro.


A World Wide Web revolucionou a comunicação mundial, a informática e toda a ciência da computação.

sexta-feira, 29 de janeiro de 2010

Kepler e suas Leis







O notável astrônomo alemão Johannes Kepler (1571-1630) entrou para a História como o "legislador dos céus". Isso deveu-se ao fato de ter sido ele, a partir do modelo heliocêntrico (do grego helios, Sol e centros, centro) idealizado pelo grande astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473-1543), o primeiro a estabelecer as leis que regem o movimento dos planetas em torno do Sol. Kepler tornou-se assistente do astrônomo dinamarquês Tycho Brahe (1571-1630). Ao tomar conhecimento e analisar as observações e os registros de Brahe em relação ao movimento do planeta Marte, Kepler abandonou definitivamente a ideia de órbita circular, estabelecendo uma formulação matemática que o levou à concepção da elipse. Em 1609 deu forma final à sua concepção, estendendo-a aos demais planetas. Embora tivesse cogitado que o Sol, de alguma maneira, controlava os movimentos dos planetas, Kepler não coonseguiu estabelecer como dava-se esse controle, o que só veio a ser formulado, cerca de 50 anos depois, pelo grande físico, astrônomo e matemético inglês Isaac Newton (1642-1727).

Com base nas observações feitas por Tycho Brahe, Kepler estabelece três leis conhecidas como Leis de Kepler. A seguir irei apresentar suas formulações:


1º Lei de Kepler ou Lei das Órbitas: Os planetas descrevem órbitas elípticas em torno do Sol, que ocupa um dos focos da elipse descrita. (A elipse é uma espécie de circunferência ovalada.)


2º Lei de Kepler ou Lei das Áreas: O segmento imaginário que une o centro do Sol e o centro do planeta varre áreas proporcionais aos tempos dos percursos. Seja A a área no intervalo de tempo dt. De acordo com a Segunda Lei de Kepler:

A = k . dt
A constante de proporcionalidade k depende do planeta e é denominada velocidade areolar

3º Lei de Kepler ou Lei dos Períodos: O quadrado do período da revolução de cada planeta é proporcional ao cubo do raio médio da respectiva órbita. Sendo T o período de revolução do planeta, ou seja, o intervalo de tempo para ele dar uma volta completa em torno do Sol, e r a medida do semi-eixo maior de sua órbita (denominado raio médio), a Terceira Lei de Kepler permite escrever:
T² = K . r³

A constante de proporcionalidade K só depende da massa do Sol.
Com tais leis, Kepler revolucionou toda a Astronomia e impulsionou Newton as formulações de suas leis.




A Descoberta do ácido desoxirribonucleico (DNA)







Em 1869 o químico suíço Johann Friedrich Miescher (1844-1895) identificou uma substância particular - ácido desoxirribonucleico (DNA) - no núcleo dos glóbulos brancos do sangue. A importância dessa descoberta só vai ser percebida depois de mais de 50 anos. Em 1929 nos Estados Unidos da América, o químico russo Phoebus Levene (1869-1940) estabelece que a molécula do DNA é composta por uma série de nucleotídeos, composta por açúcar, um grupo de fosfato e uma dessas quatro bases: timina (T), guanina (G), citosina (C) e adenina (A). Em 1950, também nos Estados Unidos da América, o bioquímico Erwin Chargaff (1905-2002) descobre que as bases são arranjadas em pares e que a composição do DNA é idêntica entre uma mesma espécie, mas difere em espécies diferentes.



Em 1952 dois cientistas americanos, Alfred Hershey (1908-1997) e Martha Chase (1927-2003), conduzem um experimento que prova que a molécula DNA é o meio pelo qual a informação genética é transmitida. Também em 1952, na Inglaterra, os cientistas Maurice Hugh Frederick Winkins e Rosalind Franklin analisam a molécula de DNA usando Raios X. Os resultados de Winkins e Franklin permitem que a forma da molécula de DNA seja determinada pelo cientista inglês Francis Crick (1916-2004) e pelo cientista norte-americano James Watson (1928).


Já em 1965, o bioquímico norte-americano Marshal Nirenberg decifra o código genético pelo qual o DNA controla a produção de proteína dentro das células.

Homenagem à Leonardo da Vinci







Da Vinci mostrou ao mundo que, ao desenhar o que imagina, o inventor pode inspirar gerações futuras e tornar essas visões reais.



Leonardo nasceu a 15 de abril de 1452, na pequena cidade da Vinci, perto de Florença. Filho ilegítimo de Piero da Vinci, escrivão do modesto vilarejo ao norte da Itália, manteve-se sempre muito apegado ao pai e à mãe, Caterina, que casou-se posteriormente com Piero del Vacca. Explorador de todos os campos do conhecimento, Leonardo não concebia limites para sua genialidade, seus sonhos e suas fantasias. E disso resultou sua glória e tragédia. Idealizou inúmeros projetos, mas completou apenas alguns. Abandonava os trabalhos ao perceber que a execução não correspondia ao desejado. Sua vida foi repleta de fragmentos de obras, alguns extraordinários. Pouco antes de falecer, escreveria amargurado: "Nunca terminei um só trabalho". Contudo, deixou mais de cinco mil páginas de manuscritos que abrangem temas tão diversos como as causas das marés, o mecanismo do movimento do ar nos pulmões, os hábitos das corujas, as leis físicas da visão humana e a natureza da Lua. Apresentou também os planos de uma máquina voadora, uma série de teoremas geométricos, diversos estudos hidráulicos, projetos para uso do vapor como meio de propulsão, poemas, fábulas e máximas filosóficas. Seu trabalho é completado por obras consagradas pela história da Arte, como A Mona Lisa, A Última Ceia, Baco, São João Batista, Leda, Santana, A Virgem e O Menino e a Virgem dos Rochedos.



O extraordinário e diversificado talento de Leonardo manifestou-se muito cedo, nos primeiros anos de vida: belo e forte, era excelente esportista - ótimo nadador e cavaleiro; engenhoso artesão e mecânico, logo revelou seus dons inventivos; o desenho e a pintura também atraíram seu interesse, demonstrando seus dotes artísticos. Os cadernos de Da Vinci continham desenhos e ideias que não seriam colocados em prática por centenas de anos: paraquedas, canais, carros armados e submarinos.



Um aspecto curioso de grande parte dos manuscritos de Leonardo ilustra uma faceta de sua estrutura de pensamento: sendo ele ambidestro, ele escrevia as linhas tanto da esquerda para a direita como vice-versa. O modo incomum de redigir tornava mais díficil a leitura de seus manuscritos (era necessário recorrer a um espelho), mas, segundo Stefano De Simone, essa intenção escapou inteiramente a Leonardo. Ao escrever com a mão direita, ele expressava os resultados do estudo e reflexão crítica; escrevendo com a mão esquerda, da direita para a esquerda, traduzia o que vinha-lhe a mente espontaneamente.

Na França, Leonardo viveria seus últimos dias. Faleceu em 2 de maio de 1519, após receber os sacramentos da Igreja - e, ao que se conta, nos braços do rei Francisco I.
Em relação ao quadro de Da Vinci "Monalisa" (considerado por muitos a obra-prima do pintor), já especulou-se muito sobre seu real significado. Muitos afirmam que poderia ser um retrato de sua mãe, outros dizem que é uma homenagem à sua amante. Atualmente, surgiu a tese de tratar-se de um autoretrato e, para tentar comprová-la, pesquisadores italianos anunciaram que exumarão o corpo do pintor. Só há um perturbador detalhe: ninguém sabe ao certo onde estão os restos mortais de Da Vinci. Ele foi sepultado no Castelo de Amboise, porém, o local sofreu tantas invasões e saques que, lá, nada restou.

A Invenção do Motor







Um motor é um dispositivo usado para transformar calor de determinado combustível queimado em poder de impulsão (transformar energia térmica em energia mecânica). Por esta razão o motor é classificado como uma máquina térmica. Motores a vapor são de combustão externa - o combustível é queimado em uma caldeira separada (externa ao motor) para produzir o vapor que fornece a força motriz (do grego motriz, movimento). Motores de combustão interna, como motores a gasolina ou diesel, queimam o combustível internamente.



Em 1876, o engenheiro alemão Nikolaus Otto (1832-1891) construiu o primeiro motor de combustão interna de quatro tempos. O equipamento queimava uma mistura de ar e gás carvão. Motores de quatro tempos têm esse nome porque o pistão realiza um ciclo repetitivo de quatro movimentos (ou tempos) para cima e para baixo. Os motores de quatro tempos passaram a ser largamente utilizados em fábricas européias.



Na Alemanha, no ano de 1885, o engenheiro alemão Gottlieb Daimler (1834-1900) inventou o motor a gasolina quando desenvolveu o carburador - um equipamento que permite que o motor de quatro tempos queime uma mistura de ar e gasolina. A vantagem da gasolina é que seu armazenamento é muito mais fácil do que o gás carvão.



Em 1893, o engenheiro também alemão Rudolf Christian Karl Diesel (1858-1913) inventou um motor de quatro tempos que queimava uma mistura de ar e óleo diesel (o nome "óleo diesel" é em sua homenagem).

A Descoberta dos Raios X











Em Novembro de 1895, o grande físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) descobriu que, passando eletricidade pelo vácuo, ele produzia um novo tipo de radiação de alta energia que ele denominou raios X, por desconhecer a natureza de tais raios (X = desconhecido).




Röntgen também descobriu que um feixe de raios X podia passar através do corpo para produzir uma placa fotográfica. Röntgen observou que os ossos apareciam como imagens claras na placa, enquanto tecidos macios, como músculos e pele, eram muito menos nítidos. Isso ocorre porque os raios X têm a capacidade de atravessar tecidos fino e esponjosos, como pele e músculos, porém, são absorvidos por tecidos sólidos e rígidos, como ossos. Röntgen, por exemplo, foi o primeiro homem a fazer uma radiografia de sua própria mão.




Em semanas, a descoberta de Röntgen foi recebida como uma das mais significativas para a história da medicina. Pela primeira vez, médicos poderiam olhar no interior dos corpos sem precisar cortá-los. Atualmente os raios X são usados rotineiramente para detectar ossos quebrados e outras desordens. Raios X também são usados em combinações com computadores em Scanners de Tomografia Computadorizada (CT). Scanners CT produzem imagens em forma de "fatias" do corpo que mostram tanto tecidos moles quanto os duros. A ideia de scanners CT foi desenvolvida pelo engenheiro inglês Godfrey.




Atualmente também sabemos que os raios X são ondas eletromagnéticas com freqüências contidas em 10²² Hz (hertz)! Por terem uma freqüência extremamente elevada, carregam grande quantidade de energia e, por esta razão, podem danificar a formação de células animais, causando câncer ou mutação genética.




segunda-feira, 11 de janeiro de 2010

O Movimento Browniano




Este interessante fenômeno, observado pela primeira vez pelo biólogo e naturalista britânico Robert Brown (1773-1858), é assim denominado em homenagem à ele. Brown observou que pequenas partículas (grãos de pólen) em suspensão no interior de um líquido, observadas ao microscópio, apresentavam um movimento constante e inteiramente ao acaso, mudando sucessivamente de direção. Inicialmente ele pensou que pudesse se tratar de matéria constituída por organismos vivos. Após certo tempo, esta ideia teve que ser abandonada, pois constatou-se que o movimento continuava ininterrupto durante grande período de tempo, cerca de meses e, além disso, o mesmo fenômeno podia ser observado com partículas inorgânicas (portanto sem vida) em suspensão no líquido. Um estudo completo e uma análise matemática deste fenômeno só vieram a ser desenvolvidas no trabalho apresentado em 1905 pelo físico alemão Albert Einstein (1879-1955). Einstein, que acreditava que a matéria poderia ser realmente constituída por átomos e moléculas em constante movimento, estava procurando um fenômeno que tornasse evidente a existência de tais partículas. Ele propunha a seguinte explicação para o movimento browniano: estando uma partícula em suspensão no líquido, ela recebe, simultaneamnete, os impactos de um número elevado de moléculas do líquido que, de acordo com a Teoria Cinética, encontram-se em movimento constante e caótico. Eventualmente, a partícula pode receber um número de impactos de um lado maior do que do outro e isto, consequentemente, provoca um deslocamento desta partícula. Portanto, para Einstein, o movimento browniano seria consequencia direta do movimento caótico das moléculas de um líquido. Einstein deduziu equações que previam que: o deslocamento das partículas em movimento browniano deve aumentar com o aumento da temperatura, deve ser tanto maior quanto menor for a partícula, deve ser tanto menor quanto maior for a viscosidade do líquido, etc.



O físico francês Jean-Baptiste Perrin (1870-1942), em 1908, realizando uma série de experiências, constatou que realmente as observações feitas por Einstein estavam corretas. Estas observações evidenciaram de maneira incontestável a constituição atômica e molecular da matéria.

domingo, 10 de janeiro de 2010

Tipos de Ondas Eletromagnéticas




O conjunto de todos os tipos de ondas eletromagnéticas é denominado "espectro eletromagnético". Existem, atualmente, muitos tipos de ondas eletromagnéticas que constituem esse espectro. Todas as ondas que fazem parte desse espectro propagam-se, no vácuo, com uma velocidade igual a da luz e podem ser originadas pela aceleração de uma carga elétrica. Apresentarei, a seguir, algumas características de cada tipo de onda que constitui o espectro eletromagnético.



Ondas de Rádio



São ondas que são produzidas por aceleração de elétrons em um antena emissora. Estes elétrons estam continuamente acelerados, portanto, produzem tais ondas. Têm uma freqüência compreendida em até cerca de 108 Hz (hertz). As ondas eletromagnéticas usadas pelas antenas de TV têm as mesmas características das ondas de rádio. Todavia, elas apresentam freqüências mais elevadas do que aquelas normalmente usadas nas estações de rádio.



Microondas



Considerando freqüências mais elevadas do que as ondas de rádio, encontramos ondas eletromagnéticas denominadas microondas. Estas ondas têm freqüências compreendidas, aproximadamente, entre 108 hertz e 10¹² hertz. As microondas são amplamente usadas em telecomunicações, tranportando sinais de TV ou transmissões telefônicas (por "via satélite").



Radiação Infravermelha



A região seguinte do espectro eletromagnético é constituída pelas radiações infravermelhas, que são ondas eletromagnéticas com freqüências desde cerca de 10¹¹ hertz até 10¹4 hertz. A radiação infravermelha é emitida em grande quantidade pelos átomos de um corpo aquecido, os quais encontram-se em constante vibração.



Radiação Visível



As ondas eletromagnéticas cujas freqüências estão compreendidas entre 4,6 . 10¹4 hertz e 6,7 . 10¹4 hertz constituem uma região do espectro eletromagnético de importância excepcional para nós. Estas radiações são capazes de estimular a visão humana, isto é, elas são as radiações luminosas (luz). As menores freqüências das radiações visíveis dão-nos a sensação de vermelho. Aumentando a freqüência das radiações teremos, sucessivamente, as radiações correspondentes ás cores laranja, amarelo, verde, azul, anil e, no final da região visível, a radiação violeta. Pode-se perceber, então, que a denominação "infrevermelho" foi usada porque as freqüências desta radiação estão situadas em uma faixa logo abaixo da freqüência correspondente à cor vermelha.


Radiação Ultravioleta


As ondas eletromagnética com freqüências contidas entre cerca de 10¹6 e 10¹8 hertz são denominadas radiações ultravioletas. Esta denominação indica que essas ondas têm uma freqüência superior a radiação violeta. Os raios ultravioleta são emitidos por átomos excitados como, por exemplo, em lâmpadas de vapor de mercúrio (Hg) (acompanhado de emissão de luz). Estas radiações não são visíveis, podendo mesmo danificar o tecido do olho humano. Elas podem ser detectadas por outros processos, como por exemplo, ao impressionarem certos tipos de chapas fotográficas. O Sol irradia raios ultravioletas para a Terra, porém, grande quantidade é absorvida pela camada de ozônio (O3) presente na atmosfera terrestre. Uma grande exposição da pele humana a radiações ultravioleta pode dar origem a ulcerações cancerosas.


Raios X


São ondas eletromagnéticas com freqüência contida entre 10¹8 hertz e 10²º hertz. Os raios X foram descobertos em 1895 pelo físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923), que recebeu o Prêmio Nobel de Física, em 1901, por essa descoberta. A denominação "raios X" foi usada por Röntgen porque ele desconhecia a natureza das radiações que acabara de descobrir (raios X = raios desconhecidos) Estes raios podem ser produzidos em tubos apropriados (ampolas de raios X). Röntgen verificou que os raios X têm a capacidade de atravessarem, com certa facilidade, materiais de baixa densidade (como tecidos animais). Em virtude desta propriedade, logo após a descoberta dos raios X passaram a ser amplamente usados para obter radiografias. O próprio Röntgen foi o primeiro a fazer uso dessas radiações com esta finalidade, conseguindo obter a radiografia dos ossos da mão de uma pessoa. Modernamente, os raios X encontram um campo de aplicação muito amplo além de seu emprego nas radiografias. Assim são usados no tratamento do câncer, na pesquisa de estrutura cristalina os sólidos, na industria e em quase todos os campos da ciência e da tecnologia.


Raios gama


As ondas eletromagnéticas com freqüência mais elevada do espectro eletromagnético são denominadas raios gama. Têm uma freqüência compreendida entre 10²º hertz e 10²² hertz. Esta radiação é emitida na desintegração de certos núcleos de alguns elementos químicos. Tais elementos químicos são denominados elementos radioativos. Um núcleo atômico ao se desintegrar pode irradiar três tipos de radiação: partículas alfa, partículas beta e raios gama. Os raios gama, assim como os raios X, podem causar danos irreparáveis às células animais. Na explosão de uma arma nuclear (uma bomba atômica, por exemplo) há uma enorme emissão dessas radiações, sendo, por este motivo, o uso de tais armas um grande perigo à humanidade.


sábado, 9 de janeiro de 2010

A Descoberta das Ondas Eletromagnéticas




O trabalho mais ilustre e célebre desenvolvido no estudo do Eletromagnetismo foi realizado em meados do século XIX pelo renomado físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879). Apoiando-se nas leis experimentais desenvolvidas pelo grande físico francês Charles Augustin Coulomb (1736-1806), pelo ilustre físico também francês André-Marie Ampère (1775-1836) e pelo grande físico experimental inglês Michael Faraday (1791-1867), e acrescentando a essas leis experimentais uma nova concepção criadas por ele próprio, este cientista estruturou um conjunto de equações, atualmente denominadas equações de Maxwell, que unificam todos os conhecimentos sobre o Eletromagnetismo adquiridos até aquela época. A conseqüência mais marcante para a Física, obtida por meio de tais equações, foi a previsão da existência das chamadas ondas eletromagnéticas. Maxwell, para confirmar a existência das ondas eletromagnéticas, fez uma descoberta incrível sobre a oscilação de um campo magnético e campo elétrico, que irei apresentar a seguir:


Campo Elétrico Induzido


Maxwell percebeu, por meio de experiências, que, se um campo magnético existente em uma certa região do espaço, sofrer uma oscilação no decorrer do tempo, esta oscilação faz aparecer, nesta região um campo elétrico induzido. Este fato constitui um dos princípios básicos do Eletromagnetismo e fica claro, então, que um campo eletrico pode ser produzido não só por cargas elétricas em repouso, mas também por um campo magnético oscilável.


Campo Magnético Induzido


Quando Maxwell constatou a existência do campo eletrico induzido, ele teve a idéia de que, talvez, o fenômeno inverso fosse verdadeiro. Em outras palavras, Maxwell lançou a hipótese de que um campo elétrico oscilável pudesse dar origem a um campo magnético. Portanto, a hipótese de Maxwell nos diz que, se um campo elétrico, existente em uma certa região do espaço, sofrer uma oscilação no decorrer do tempo, esta oscilação dará origem, nesta região, à um campo magnético induzido.


A Existência das Ondas Eletromagnéticas


A propagação através do espaço constituída por oscilações de campos magnéticos e elétricos é a chamada onda elétromagnética. Ao calcular a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética, no vácuo, maxwell encontrou um resultado igual à velocidade da luz. Este fato levou-o a suspeitar que a luz fosse uma onda eletromagnética. As experiências do grande físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), e outras posteriores, mostraram que as idéias de Maxwell eram corretas.

quinta-feira, 7 de janeiro de 2010

A relação massa-energia




Até o início do século XX, os cientistas acreditavam que a energia e a massa de um corpo são propriedades totalmente distintas, isto é, não poderia haver qualquer relação entre essas grandezas. Porém, em 1905, quando o grande físico alemão Albert Einstein (1879-1955) publicou sua obra Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento, onde apresentava sua Teoria da Relatividade, começou-se a perceber que poderia haver, sim, uma relação entre a massa e a energia de um corpo, afirmando-se, ainda, que a massa poderia ser uma fonte de energia.


Desde os 16 anos de idade, Einstein imaginava o que ocorreria com um corpo se ele pudesse se movimentar com uma velocidade próxima ou igual a da luz (a velocidade da luz, que é usualmente representado por c, é aproximadamente igual a 300 000 km/s). E daí que foi surgindo uma teoria que iria revolucionar todo o pensamento científico.


Segundo a Teoria da Relatividade, se um corpo de massa m pudesse se movimentar com uma velocidade c igual a da luz, sua massa iria variar a tal ponto que ele teria uma energia inicial E0 (acarretada pela variação de massa) diretamente proporcional a sua massa m e ao quadrado da velocidade da luz c, isto é, E0 = mc². Entretanto, essa é uma energia constante da massa do corpo que, mesmo que ele esteja em repouso ele terá como grandeza. Se realmente esse corpo estivesse se movimentando com uma velocidade igual a da luz, ele teria uma outra energia relacionada com seu movimento, denominada energia cinética K. Portanto, sua energia total Et seria a soma da sua energia inicial mc² com sua energia cinética K, ou seja, Et = mc² + K. Todavia, segundo o próprio Einstein, é impossível um corpo macroscópico atingir uma velocidade igual a da luz.


Essa relação massa-energia causou uma tremenda revolução na Física, sendo uma das teorias mais complexas que já propuseram.

Edwin Hubble e a Expansão do Universo







Quando o físico alemão Albert Einstein (1879-1955) elaborou sua Teoria da Relatividade, afirmando que o campo gravitacional que os corpos produzem é conseqüência do dobramento que eles causam no espaço, ele propôs que com isso poderia-se calcular o tamanho do Universo. Porém, para tal fato, Einstein afirmou que o Universo deveria ser constante e as galáxias estáticas. Todavia, por decorrência de uma incrível descoberta, foi constatado que Einstein estava errado. Essa descoberta foi a constatação de que o Universo está em constante expansão.



Na década de 1920, o grande astrônomo norte-americano Edwin Powell Hubble (1889-1953) conseguiu observar que as galáxias estão se afastando umas das outras. Por meio da detectação das ondas eletromagnéticas vindas de algumas galáxias, Hubble percebeu que em determinada ocasião a freqüência e o comprimento de onda dessas ondas tinha um determinado valor, porém, em uma detecção após certo período de tempo, a freqüência tinha um valor menor , o que acarretava em uma aumento do comprimento de onda. Existe um efeito relacionado com o estudo das ondas, denominado efeito doppler (em homenagem ao seu descobridor, o físico austríaco Christian Doppler), que afirma que, quanto maior a distância que uma onda percorre, menor torna-se sua freqüência e, por conseqüência, maior se torna seu comprimento de onda. Conclui-se, então, que as ondas eletromagnéticas vinda dessas galáxias, teve que percorrer uma distância maior. Isso mostra que essas determinadas galáxias estão afastando-se da Via Láctea.


Essas observações serviram de base para a formulação da Teoria do Big Bang, proposta pelo físico ucraniano George Gamow (1904-1968). Salientando-se que se as galáxias estão se afastando, pressupõe que, em um certo período de tempo, estavam concentradas em um só ponto.

Charles Darwin e a Teoria da Evolução




Um dos maiores cientistas de todos os tempos foi o grande naturalista inglês Charles Darwin. O grande feito de Darwin foi dar as bases da Teoria da Evolução, que explica da maneira mais satisfatória a existência de todos os seres vivos no planeta Terra. Darwin nasceu em 12 de Fevereiro de 1809 na cidade de Shrewsbury. Com apenas 16 anos de idade, entrou na Universidade de Edimburgo, para estudar Medicina. Apesar de seu pai e seu avô serem médicos, ele abandonou os estudos após dois anos e, por pressão da família, iniciou o curso de Teologia. Porém, sua vocação era outra. Gostava mesmo era de coletar material zoológico. Se fez amigo de grandes cientistas e assim, com apenas 22 anos de idade, foi convidado a participar, como naturalista, da expedição do navio S.S. Beagle, que deu a volta ao mundo realizando pesquisas no litoral da América do Sul e nas Ilhas do Pacífico. Em todos os lugares visitados, Darwin coletava plantas, animais, pedaços de rocha e fósseis. De cada porto mandava esse material para a Inglaterra. De volta a expedição, separou e classificou as 235 toneladas de material que havia coletado e se pôs a estudá-lo a fundo. Além do livro Narrativa da Viagem, publicou, entre outras obras, Diário e Observações (1839), Recifes de Coral (1842), Geologia da América do Sul (1846) e A Expressão das Emoções no Homem e nos Animais (1872). Entretanto, foi o livro A Origem das Espécies (1859) que celebrizou o autor. Nesta obra ele desenvolveu a teoria evolucionista, segundo a qual as espécies derivam umas das outras por seleção natural. Assim, o homem moderno e os macacos têm um antepassado em comum. Essas ideias foram fortemente criticadas por aqueles que não aceitavam uma explicação diferente da que a Bíblia dava para a criação do mundo (Criacionismo).



Apesar das controvérsias, as ideias de Darwin impuseram-se ainda no século XIX e serviram de base para os modernos estudos de evolução genética. Darwin faleceu em 19 de Abril de 1882, ao que se sabe de doença de chagas, por ser picado por um inseto na América do Sul.



A Teoria Evolucionista afirma que:



As populações naturais de todas as espécies tendem a crescer rapidamente, pois o potencial reprodutivo dos seres vivos é muito grande. Apesar de apresentar enorme potencial de crescimento, as populações naturais mantêm tamanho relativamente constante em longo tempo. O crescimento das populações é limitado pelo ambiente (disponibilidade de alimento e locais de procriação, presença de inimigos naturais, parasitas, etc.). Conclui-se, então, que em cada geração, morre grande número de indivíduos, muitos deles sem deixar descendentes. Os indivíduos de uma população diferem quanto a diversas características, inclusive aquelas que influem na capacidade de explorar, com sucesso, os recursos naturais, e na de deixar descendentes. Conclui-se que os indivíduos que sobrevivem e reproduzem-se a cada geração são, preferencialmente, os que apresentam características que permitem maior adaptação às condições ambientais. Essa conclusão resume o conceito darwinista de seleção natural (ou sobrevivência dos mais aptos).


Grande parte das características apresentadas por uma geração é herdada dos pais. Conclui-se que, uma vez que, a cada geração, sobrevivem os mais aptos, é natural que os descendentes herdam as características relacionadas à aptidão para a sobrevivência, ou seja, para a adaptação. Em outras palavras, a seleção natural favorece, ao longo das gerações sucessivas, a permanência e o aprimoramento de características mais adaptativas.

quarta-feira, 6 de janeiro de 2010

A Grande Influência da Massa de um Corpo sobre seu Campo Gravitacional




Em meados do século XVII, o grande cientista inglês Isaac Newton, em sua obra-prima intitulada Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, Newton apresentou uma das leis que iriam revolucionar todo o conhecimento científico: a Lei da Gravitação Universal. Esta lei, ao que consta, Newton enunciou pela queda de uma maçã em sua cabeça quando ainda ele era jovem. Ele, então, neste momento, se perguntou: por que todos os corpos caem quando soltos em determinada altura? Não tem-se prova de que realmente uma maçã caiu em sua cabeça, mas ocorrendo ou não este fato, Newton propôs uma teoria espetacular.


Nesta lei, Newton afirma que todos os corpos atraem-se mutuamente, com uma força proporcional a massa dos corpos e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa. Nesta lei, introduz-se uma constante de proporcionalidade denominada constante gravitacionalG (G = 6,67 . 10-¹¹ N/ m² . kg²). Com esta lei Newton explicou por que os corpos caem, por que os planetas do Sistema Solar giram em torno do Sol e porque satélites como a Lua giram em torno de planetas como a Terra.


É um fato deveras interessante que a massa dos corpos influi crucialmente em sua força gravitacional. Para entender isso, tomemos como exemplo um fato astronômico muito interessante: Júpiter é o quinto planeta do Sistema Solar e o que tem maior volume e massa (cerca de 317,8 Terras, salientando-se que a massa da Terra é aproximadamente 5,9742 . 10²4 kg). Tendo Júpiter maior massa, indaga-se que ele também tenha um campo gravitacional mais intenso. Podemos provar isso pelo fato de Júpiter servir como um escudo para a Terra. Quando muitos meteoros vêm em direção à Terra, Júpiter, por meio de seu intenso campo gravitacional, atrai o meteoro para sua superfície (com excessões de alguns, é claro). Portanto, se não existisse Júpiter, talvez a Terra já não existiria mais!


Louis Pasteur e a Estereoquímica




A estereoquímica é um muito importante ramo da química. Ela procura avaliar as propriedades das substâncias, em função da posição relativa dos átomos nas moléculas, quando estas fazem parte de gases ou líquidos, ou das posições de átomos ou moléculas dentro de sólidos.


A estereoquímica deve muito ao grande cientista francês Louis Pasteur (1822-1895), que, entre 1843 e 1849, investigou intensamente os ácidos tartárico e racêmico. Ambos eram obtidos a partir dec tártaros, depósitos que formam-se nos barris de vinho. O químico alemão Eilhard Mitscherlich (1794-1863), aluno do grande químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848), mostrou que os dois ácidos têm a mesma densidade e seus sais metálicos têm a mesma estrutura cristalina. A partir dessas constatações, Berzelius o conceito da isomeria. A descoberta mais importante foi a de que o ácido tartárico desvia o plano da luz polarizada e o ácido racêmico, não.