domingo, 18 de outubro de 2015

A Caverna dos Cristais

A Caverna dos Cristais é considerada um dos monumentos geológicos mais extraordinários do mundo. Esta caverna está situada a cerca de 340 metros abaixo do solo, na mina de Naica localizada no deserto de Chihuahua no México.

Esta gruta  de cristais gigantes, foi descoberta em 2000. Tem dimensões aproximadas de 10 por 30 metros e contém no seu interior cristais gigantes de selenite ( CaSO4.2H2O) alguns dos maiores cristais naturais já encontrados no mundo.



domingo, 16 de novembro de 2014

E porque os dias passam a chover ...


    Se não existisse atmosfera nem o efeito da resistência do ar, uma gota de água da chuva, que caísse de uma nuvem a 1200 m acima da superfície da Terra, chegaria ao solo com uma velocidade de cerca de 154 m/s ou seja, 558 km/h!
    Como uma bala de uma arma de fogo atinge velocidades entre 200 m/s e 300 m/s, facilmente imaginamos os estragos!
    O granizo, por mais pequenos que fossem os grãos, pareceria uma verdadeira metralhadora a esta velocidade e perfuraria quem quer que tivesse o azar de se encontrar no seu caminho. Teríamos de usar guarda-chuvas blindados e com suportes a partir do chão, pois os nossos braços não aguentariam as forças exercidas sobre os guarda-chuvas durante o impacto.
    Graças à resistência do ar, a velocidade a que a chuva chega ao solo é muito menor do que aquela que pode ser obtida apenas com base nas equações cinemáticas.

sexta-feira, 2 de novembro de 2012

Da queda dos graves à queda da Lua - A queda das pedras

Conta a lenda que no século XVII o italiano Galileu Galilei lançou uma pedra grande e uma pedra pequena do alto da torre de Pisa, tendo verificado que ambas chegavam ao chão aproximadamente ao mesmo tempo. Tratava-se de uma história, inventada por um discípulo de Galileu, que tem sido mais útil para o ensino da física do que a realidade que ninguém conhece muito bem.

A torre de Pisa é um bom lugar para lançar pedras, já que, como está inclinada, uma pedra lançada do alto cai afastada das paredes. A experiência não pode hoje ser repetida no mesmo local, uma vez que existe o perigo de a pedra cair na cabeça de algum turista, tantos são os que passeiam pela bela cidade de Pisa. Alguns turistas gostam de ser fotografados numa pose exibicionista, em que aparecem a segurar a torre, para depois contarem aos amigos, comprovando com a foto, que, se não fossem eles, o monumento já teria caído... Certo é que a torre de Pisa está cada vez mais inclinada, tendo até sido fechada ao público no início de 1990. Não se sabe exactamente qual era a sua inclinação no século XVII. Sabe-se que ficou inclinada logo de início e sabe-se também que, se continuar a “cair” ao ritmo actual, em breve ficará horizontal. Será um prejuízo grande tanto para o turismo como para a história da ciência.

Qual é a pedra que deve, de facto, cair primeiro, se se ignorar a resistência do ar? A pedra grande ou a pedra pequena? Ignorar a resistência do ar significa que não se imagina a experiência na Terra, mas sim, por exemplo na Lua, onde não há atmosfera.

Se fizermos a experiência na Terra, deixando cair dois objectos com a mesma constituição, um maior e outro menor, constatamos que cai primeiro o objecto maior. Somos levados pela intuição a concluir que devia cair primeiro a pedra grande, mesmo que se desligue a resistência do ar.

A natureza nem sempre está, porém, de acordo com as nossas intuições mais imediatas. Se ignorarmos a resistência do ar, a pedra grande e a pedra pequena caem ao mesmo tempo!

Uma maneira simples de compreender o fenómeno consiste em dividir a pedra grande em muitas pedras pequenas, agarrá-las todas na mão e deixar cair esse agregado. Haverá alguma razão para a pedra quebrada cair no vazio mais devagar do que a pedra inteira, também no vazio? Não! Todas as pedras pequenas caem juntas, isto é, caem como a pedra grande: as partes vão com o todo. Um fio que eventualmente ligue duas pedras pequenas, próximas uma da outra, não se estica durante a queda. Em vez de quebrarmos a pedra em muitos bocadinhos, podemos dividir uma pedra grande num bocadinho e num bocadão. Se agora deixarmos cair, da mesma mão e ao mesmo tempo, o bocadinho e o bocadão, verificamos que caem os dois ao mesmo tempo. Podemos até ligar um fio entre o pedaço pequeno e o pedaço grande e ver que esse fio não se estica enquanto os dois caem.

Este facto pode parecer bastante estranho, e é de facto muito estranho. Arranjemos, por exemplo no circo, um elefante e uma pulga. Se deixássemos cair o elefante e a pulga do alto da torre de Pisa (se é que conseguiríamos empurrar o enorme elefante até lá em cima), eles chegariam cá em baixo (a uma rede – não vamos deixar o pobre elefante nem a inocente pulga estatelarem-se no chão) ao mesmo tempo, para grande espanto do elefante, se acaso fosse possível desligar o efeito da resistência do ar. Ou, uma vez que um elefante é muito difícil de arranjar para experiências de mecânica, podemos lançar apenas uma galinha. Arrancamos uma pena da galinha e deixamos cair galinha e pena. Parece inacreditável, mas, se se ignorar o efeito da resistência do ar, galinha e pena chegam ao mesmo tempo! O caso é semelhante ao da queda de uma chave isolada e de um molho de chaves, que o leitor pode muito bem tentar. A chave separada chegaria, no caso de existirem condições ideais, ao mesmo tempo que todas as outras chaves juntas. A pena separada chega aproximadamente ao mesmo tempo que as outras penas juntas, ligadas a galinha. A expressão “condições ideais” significa que se considera desligado o efeito da resistência do ar. No chamado “tubo de Newton” (um tubo de vidro onde se faz vácuo com o auxílio de uma bomba), pode-se deixar cair uma chave e uma pena e ver que chegam, chave e pena, exactamente ao mesmo tempo. Esse instrumento dever-se-ia antes chamar “tubo de Galileu”, pois permite efectuar, em condições ideais, a hipotética experiência de Galileu na torre de Pisa.

Ora, de acordo com a lei fundamental da mecânica formulada no século XVII pelo inglês Isaac Newton, a aceleração é o quociente entre o peso e a massa. Uma pedra 100 vezes maior do que outra do mesmo tipo tem, por definição, massa 100 vezes maior. Mas o peso é proporcional à massa. É também 100 vezes maior, pelo que a aceleração é a mesma para as duas pedras.

A torre de Pisa tem, aproximadamente, 50 m de altura. Se não houvesse resistência do ar, uma pedra qualquer, caída do repouso, demoraria cerca de 3 s a chegar ao chão. A velocidade da pedra, quando chegasse ao chão, seria de aproximadamente 30 m/s.

Que acontece realmente quando há resistência do ar? Quem chega primeiro... a pedra grande ou a pedra pequena? O elefante ou a pulga? A galinha sem pena ou a pena sem galinha? Já se disse que a pedra grande chega antes da pequena. O elefante chega, de facto, antes da pulga. A galinha chega, efectivamente, antes da pena.

Coloquemos a seguinte questão. Em que caso é maior a resistência do ar: no caso da pedra grande ou no caso da pedra pequena?

É maior para a pedra grande! Se o leitor deu a resposta errada, não se preocupe, porque não está sozinho. Muita gente erra. Mas veja: a força de resistência do ar – que é uma força dirigida para cima – é, numa aproximação simples, proporcional à secção do objecto, considerada perpendicularmente à direcção do movimento. Uma pedra grande tem uma secção maior do que uma pedra pequena, pelo que a força de resistência do ar é maior para pedra grande.

Se se descontar o efeito da resistência do ar, o fenómeno da queda dos corpos dá-se da mesma maneira para as duas pedras, uma grande e uma pequena, para um elefante e uma pulga, ou para uma galinha e uma pena. Pedras, elefantes e outra bicharada obedecem todos, quando em queda, às leis da mecânica, investigadas por Galileu no cimo (ou não!) da torre de Pisa!
Fiolhais, C. (1991). Física Divertida. Gradiva: Lisboa,
p.(33-39)

domingo, 11 de março de 2012

Moléculas com aparência humana: Os NanoPutians

Os Nanoputians são uma série de moléculas orgânicas cujas fórmulas estruturais parecem figuras humanas. Foram criadas por James Tour, professor de Química de Rice University e seus colaboradores em 2003, que as desenharam e sintetizaram no âmbito do ensino da química para jovens estudantes.




Genericamente, estes compostos são conhecidos como NanoPutians. Este nome deriva da conjugação de “nano” que significa 1/1000000000 e “liliputiano” em alusão aos minúsculos habitantes de Liliput, ilha fictícia do romance “As viagens de Gulliver”.

Estes compostos consistem em dois anéis benzénicos ligados através de alguns átomos de carbono, formando o corpo, e quatro unidades de acetileno, cada uma carregando um grupo alquilo nas suas extremidades, que representam as mãos e os pés. A cabeça é representada por um anel 1,3 – dioxolano, que é chamado grupo acetal. Este grupo, é facilmente substituível para formar várias estruturas que correspondem aos restantes membros da família dos NanoPutians.



Foi escolhido como modelo ou esqueleto de base o chamado “NanoKid”. O grupo funcional utilizado para a parte da cabeça de NanoKid é o chamado grupo acetal. A fórmula estrutural deste composto, com dois átomos de oxigénio que parecem olhos dá-lhe uma aparência humana.

Referências Bibliográficas:

Tour, James M. , & Chanteau, Stephanie H. (2003). Synthesis of Anthropomorphic Molecules: The NanoPutians. Department of Chemistry and Center for Nanoscale and technology, Ms 222, Rice University, Houston, Texas.

segunda-feira, 19 de dezembro de 2011

A Física e o Pai Natal


Na Terra há cerca de dois mil milhões de crianças (entenda-se todo o indivíduo com menos de 18 anos). Contudo, como o Pai Natal não vai visitar as crianças muçulmanas, hindus, judias ou budistas (salvo, talvez, no Japão), o volume de trabalho para a noite de Natal fica eventualmente reduzido a 15 por cento do total, ou seja, a 378 milhões. Contando uma média de 3,5 crianças por casa, temos 108 milhões de casas. O Pai Natal dispõe de cerca de 31 horas de trabalho na noite de Natal, devido aos diferentes fusos horários e à rotação da Terra, admitindo a hipótese de que viaja de Leste para Oeste, o que, de resto, parece lógico.Tal equivale a 967,7 visitas por segundo, o que significa que para cada lar cristão com uma criança bem comportada pelo menos, o Pai Natal dispõe de cerca de um milésimo de segundo para estacionar o trenó, sair, descer pela chaminé, encher as meias com as prendas, distribuir o resto dos presentes junto ao pinheiro, provar as guloseimas que lhe deixam, voltar a subir a chaminé, saltar para o trenó e dirigir-se para a casa seguinte.

Supondo que essas 108 milhões de paragens se distribuem uniformemente à superfície da Terra (hipótese que sabemos falsa, mas que aceitamos como primeira aproximação), teremos que contar com cerca de 1,4 quilómetros por trajecto, o que significa uma viagem total de mais de 150 milhões de quilómetros, sem contar com os desvios para reabastecimento ou fazer chichi. O trenó do Pai Natal desloca-se pois à velocidade de 1170 quilómetros por segundo (3000 vezes a velocidade do som). A título de comparação, o veículo mais rápido fabricado pelo homem, a sonda Ulisses, não vai além dos 49 quilómetros por segundo e uma rena média consegue correr quando muito a 27 quilómetros por hora.

A carga útil do trenó constitui igualmente um elemento interessante. Supondo que cada criança apenas recebe o equivalente a uma caixa de Legos média (um quilo), o trenó suporta mais de 500 mil toneladas, sem contar com o peso do Pai Natal. Em Terra, uma rena convencional não consegue puxar mais de 150 quilogramas. Mesmo supondo que a famosa “rena voadora” tem um desempenho dez vezes superior, o Pai Natal não consegue cumprir a sua missão com 8 ou 9 animais; precisará de 360 000, o que vem aumentar a carga útil em mais 54 000 toneladas, abstraindo já do peso do trenó, o que equivale a 7 vezes o peso do Príncipe Alberto (o barco, não o monarca…). 600 000 toneladas a viajar a 1170 quilómetros por segundo produzem uma enorme resistência ao ar, a qual provoca um aquecimento das renas, tal qual um engenho espacial ao entrar na atmosfera terrestre. As duas renas da frente absorveriam uma energia de 14 300 milhões de joules por segundo, cada uma. Em resumo, entrariam quase instantaneamente em combustão, pondo perigosamente em risco as duas renas seguintes. O bando de renas vaporizar-se-ia completamente em 4,26 milésimos de segundos, isto é, o tempo exactamente necessário ao Pai Natal para chegar à quinta casa.

Tudo isto, porém, não é o pior. O Pai Natal, passando fulgurantemente da velocidade instantânea nula a 1170 quilómetros por segundo num milésimo de segundo, ficaria sujeito a uma aceleração correspondente a 17 500 quilogramas. Um Pai Natal de 125 quilogramas (que seria ridiculamente magro) ver-se-ia esmagado contra o fundo do trenó por uma força de 2157 507,5 quilogramas-força (a conversão para o SI fica como exercício para o leitor), o que lhe reduziria instantaneamente os ossos e os órgãos a uma pequena massa pastosa.

Em suma: se o Pai Natal existe, já morreu!

 

sábado, 8 de outubro de 2011

Prémio Nobel da Química 2011 - A Ciência é feita de controvérsias!

Em 2011 o Prémio Nobel da Química foi atribuido a Dan Shechtman pela descoberta dos "quase-cristais".


http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2011/

O trabalho desenvolvido pelo israelita Dan Shechtman consistiu na apresentação de uma inovadora abordagem da matéria no estado sólido. Ao arrefecer rapidamente uma mistura de alumínio e manganês, foi possível observar  ao microscópio círculos concêntricos, cada um formado por 10 pontos a igual distância uns dos outros. Estes átomos  dispunham-se numa nova estrutura química em forma de mosaico,  num padrão semelhante a mosaicos islâmicos. Contrariamente à teoria do empacotamento dos átomos num cristal que obedecia a padrões de simetria, este novo padarão não se repetia, tendo sido designado de "quase-cristais".

Esta descoberta, em 1982, foi alvo de controvérsia e Shechtman foi excluído do grupo de investigação em que trabalhava no National Institute for Science and Technology, em Washington D.C. Embora inicialmente rejeitado, o artigo sobre estes trabalhos acabou por ser publicado em 1984, perante a crítica de diversos sectores da comunidade científica.

O desenvolvimento de quase-cristais noutros laboratórios e a sua utilização em áreas tão diversas quanto a da produção de aço usado em material cirúrgico, revestimentos térmicos diversos, ou dispositivos de emissão de luz, são o resultado da ampla aceitação da teoria com o decurso do tempo, bem como do reconhecimento científico desta nova abordagem sobre a natureza da matéria.

Os quase-cristais foram descobertos na Natureza pela primeira vez em 2009, na Rússia. Actualmente, a investigação nesta área situa-se no desenvolvimento de quase-cristais com propriedades que potenciem a sua utilização como novos materiais com aplicações energéticas.

Mais informação em:
http://dererummundi.blogspot.com/2011/10/o-nobel-da-quimica-e-cristalografia.html#links

Prémio Nobel da Física 2011- Eisntein tinha razão?

O prémio Nobel da Física foi atribuído conjuntamente a Saul Permutter, Brian P. Schmidt e Adam G. Riess pela descoberta da aceleração da expansão do Universo.

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/

Saul Permutter, Brian P. Schmidt e Adam G. Riess observaram supernovas, isto é estrelas pesadas que, chegando ao fim do seu ciclo de vida, explodem com uma luz muito característica. Assim, constataram que o Universo está em expansão acelerada, isto é, as distâncias entre as galáxias estão a aumentar de uma forma cada vez mais rápida.

Actualmente existem fortes evidências a favor do Big Bang, sendo esta teoria largamente aceite pela comunidade científica. Contudo, não se sabe ainda por que razão o Big Bang é acelerado.

Nos últimos anos, os físicos criaram o conceito de "energia escura" para tentar explicar esta acelerada expansão que tende a contrariar a força da gravidade.

Um dos maiores mistérios da física actual é descobrir a natureza desta energia escura, que constitui a maior parte da energia do Universo.

A este respeito o Prof. Carlos Fiolhais refere que:

"Quem se deve estar a rir é Einstein. O grande génio da física tinha introduzido nas suas equações, à mão, um termo chamado "constante cosmológica", que contrariava a expansão do Universo, para dar conta de um Universo estático que ele pensava existir. Mais tarde, quando se percebeu que o Universo em larga escala não era estático, ele afirmou que se tratou do "maior erro da sua vida". Ora, modernamente a energia escura é descrita por essa "constante cosmológica", um termo contrário à expansão do Universo. A história mostra que os maiores génios até são geniais quando se enganam, ou melhor, julgam que se enganam."