Edição 38 - Maio/Julho de 2011 - Mundo Físico

MUND FÍSICO
Projeto de Extensão Jornal Mundo Físico Departamento de Física - UDESC/Joinville - SC, ano VIII, No 38 Maio-Julho/2011
POR QUE O CÉU NOTURNO É ESCURO?
Edio Cunha da Costa e Flavia Passarela de Farias
que a luz de objetos muito distantes chega muito desviada para o vermelho (efeito Doppler) e, portanto,
muito fraca: cálculos mostram que a degradação da
energia pela expansão do Universo não é suciente
Alguma vez você já se perguntou por que o
céu noturno é escuro?
para resolver o paradoxo.
Uma resposta imediata
e óbvia seria porque durante a noite não temos
3. o Universo não existiu por todo o sempre:
a presença do Sol para iluminar o céu, cando
este escuro.
No entanto esta mesma pergunta
a uma velocidade nita, então ainda não deu tempo
já havia sido formulada a muitos anos atrás por
para a luz das estrelas mais distantes chegar até nós.
grandes nomes como Johannes Kepler em 1610, Edmond
Halley e Jean de Chéseaux no século XVIII e Heinrich
A terceira proposta de solução apresenta acima é a solu-
Olbers em 1826. Em 1744, em Lausanne, Suíça, cientista
ção atualmente aceita para a explicação do paradoxo de
Jean Philippe Leys de Chéseaux se questionou: Por que o
céu é escuro? Se o número de estrelas é innito, um disco
estrelar deveria cobrir todos os trechos do céu . Chéseaux
Olbers, o Universo que vemos é limitado no espaço por ser
nito no tempo, de modo que a escuridão da noite é uma
prova de que o Universo teve um começo.
tentou argumentar que o céu noturno era escuro porque
havia uma diminuição da luz emitida pelos corpos celestes.
CENTENÁRIO DO NÚCLEO ATÔMICO
Embora pareça uma pergunta trivial com resposta óbvia,
Por Flávia Passarela de Farias Guarezi
ela traz consigo uma informação muito importante acerca
de nosso Universo: a expansão! Isso mesmo, o fato de o
céu noturno ser escuro é uma das evidências de que nosso
Em 07 de março de 1911, foi apresentada ao
Universo está se expandindo, como explicaremos a seguir.
público, na Sociedade Filosóca e Literária de
Heinrich Wilhelm Matthäus Olbers, um astrônomo ale-
Manchester, pela primeira vez a teoria de Ernest
mão, tentou responder ao questionamento da seguinte ma-
Rutherford do núcleo atômico. Na cidade Mon-
Se o Universo fosse estático e preenchido com uma
distribuição uniforme de estrelas então cada linha de visada no céu terminaria em uma estrela e, conseqüentemente, o céu seria uniformemente brilhante . Mesmo que
neira: treal em 1902, Rutherford e o químico Frederick
Soddy descobriram que um elemento se desintegra, ou decai, em outro, quando há emissão espontânea de
raios alfa ou beta, a chamada transmutação dos elemen-
a intensidade da luz de uma estrela diminua com o qua-
tos radioativos. Analisando os elementos rádio e radônio,
drado da distância, o número de estrelas cresce com o qua-
através dos desvios que as partículas sofriam ao passar por
drado da distância, de modo que nossa linha de visada
um campo elétrico forte, concluiu que as partículas alfas
sempre atinge uma estrela. Assim o céu noturno deveria
tinham cargas elétricas positivas.
ser claro, o que evidentemente não ocorre. Este argumento
Rutherford
cou conhecido como Paradoxo de Olbers.
sou
Algumas propostas de solução são:
que
os
analiraios
alfa desviavam-se de
sua
1. a poeira interestelar absorve a luz das estrelas: esta
foi a solução proposta por Olbers.
como o
Universo possui uma idade nita e a luz propaga-se
posição
inicial
ao passar por folhas
No entanto, ela
também não explica o paradoxo pois absorvendo a luz
muito nas de mica,
das estrelas a poeira cósmica entraria em equilíbrio
em uma câmara de
térmico com as estrelas e passaria a brilhar como as
vácuo.
estrelas, emitindo a luz absorvida na mesma taxa.
em 1909, ele conou
No entanto,
ao estudante físico Ernest Marsden que procurasse partí-
Portanto, a solução proposta por Olbers não serve.
culas alfas que deetissem em ângulos maiores que
10o .
Foi então que surgiu o conhecido experimento da folha
2. a expansão do Universo diminui a energia de modo
1
As Locomotivas e o Trem MAGLEV
de ouro, já que ao invés da folha de mica, Marsden utilizou folha de ouro. Nesse experimento, Marsden percebeu
que algumas das partículas não passavam pela folha de
As primeiras locomotivas surgiram no século
ouro, eram reetidas pela mesma, o que inicialmente era
XIX, eram locomotivas a vapor e no Brasil -
inexplicável. Ainda no ano de 1909, com o auxílio do fí-
caram conhecidas por Maria-Fumaça. O record
sico Thomas Royds, Rutherford identicou que os raios
de velocidade de uma locomotiva a vapor foi de
alfas na verdade eram átomos do gás hélio que perderam
203 km/h,
dois elétrons, ou seja o íon hélio.
ligeiramente inclinado.
Em 1910, Rutherford
na Inglaterra, obtido em um percurso
Já na primeira metade
concluiu que esse fenômeno ocorria pela colisão entre as
do século XX, as máquinas a vapor começaram a ser subs-
partículas alpha e a carga positiva do átomo, sendo que
tituídas pelas locomotivas elétricas e a diesel, sendo que
esta carga positiva supostamente estaria localizada numa
estas no m da década de 1960 já dominavam o cená-
pequena região central do átomo, o núcleo.
rio.
Alguns exemplos de locomotivas elétricas: em 1964
foi inaugurada a locomotiva japonesa Shinkansen que liga
Assim, têm-se a representação de um
300 km/h.
novo modelo atômico, os elétrons orbi-
Tóquio à Osaka e em média sua velocidade é de
tando o núcleo atômico, fazendo uma tra-
Em 1981 foi inaugurada a linha francesa TGV que liga Pa-
jetória circular com o raio comparável ao
risLyon que em média atinge velocidades de
tamanho do átomo. O motivo pelo qual
nos anos 90 surgiu a InterCityExpress projetada pela Sie-
360 km/h.
250 a 300 km/h.
E
essa teoria prevaleceu às anteriores foi
mens, e essas locomotivas atigem de
o fato de Rutherford conseguir explicar,
foram as primeiras linhas inauguradas, hoje já existem ou-
Essas
tras. E essas velocidades são as de uso normal, em testes
quantitativamente, os resultados do experimento.
elas atingem de
NOTÍCIA
450
a
500 km/h.
Foram desenvolvidos e
experimentados outros projetos, como a locomotiva com
turbinas a gás, porém pouco utilizados.
Flávia Passarela de Farias Guarezi
Antipartícula:
Em 1968 dois americanos,
nome dado à partícula que contém a
mesma massa e o mesmo spin de uma outra partícula,
Powell
e
a mais recente tecnologia
exatos 100 anos depois de Ernest Rutherford ter publi-
utilizada em transporte lo-
cado sua teoria de que o átomo contém um núcleo onde
comotivo, a tecnologia
cam concentradas cargas positivas, um grupo de cien-
glev,
tistas internacionais, que reúne 584 cientistas dentre eles
ma-
em que os trens le-
www.rtri.or.jp
vitam sobre os trilhos de-
alguns brasileiros, publicou pela primeira vez observações
vido ao fenômeno de atra-
e medições da antimatéria mais pesada já fabricada em la-
ção/repulsão
boratório, a antipartícula do núcleo de hélio-4. Segundo o
magnética.
Entenda
como
o
fenômeno
ocorre: ao conectar um o condutor nas extremidades de
grupo, esse estudo é fundamental para o avanço do conhe-
uma pilha, por exemplo, a corrente elétrica que passa pelo
cimento da física nuclear, da astrofísica e da cosmologia.
o dará origem a um campo magnético em torno do o. No
Em 2010, de acordo com um dos coautores brasileiros, em
entanto, se ao conectar o o a fonte em que a corrente que
um processo análogo à condensação, foram agregados dois
passará por esse seja alternada, criará um campo mag-
antinêutrons e um antipróton, resultando em um antitrí-
nético variável.
tio, sendo a antimatéria do trítio um dos isótopos do
Colocando-se um outro o na forma de
uma espira quadrada ou circular, por exemplo, nas pro-
hidrogênio. Já na pesquisa atual foi produzido um anti-
ximidades desse campo magnético, ocorrerá variação no
No ex-
uxo magnético através da espira, gerando uma força ele-
perimento, que fora realizado no Colisor Relativístico de
tromotriz induzida na mesma e, consequentemente, uma
Íons Pesados (RHIC, na sigla em inglês), localizado nos
corrente elétrica sobre a espira.
Estados Unidos, para detectar as antipartículas foram uti-
Esse fenômeno foi ex-
plicado por Faraday, e posteriormente Lenz acrescentou
lizados detectores que medindo a trajetória das partículas
armando que a corrente elétrica induzida irá se opor ao
tenta identicar qual o tipo de partícula está sendo obser-
campo magnético que lhe deu origem.
vada. Para encontrar o anti-hélio foram realizadas apro-
Há bobinas aco-
pladas na parte inferior do trem e no trilho. A corrente
ximadamente um bilhão de colisões de núcleos de ouro,
elétrica que passará pela bobina acoplada ao trem é alter-
sendo que cada uma delas produz milhares de partículas
nada e, como vimos anteriormente de acordo com as leis
diferentes, das quais foram encontrados apenas 18 núcleos
de anti-hélio.
R.
tearam a idéia que vem ser
porém, todas as restantes cargas com valores opostos. Há
hélio, com dois antiprótons e dois antinêutrons.
James
Gordon T. Danby, paten-
de Faraday e Lenz, uma nova corrente elétrica surgirá, se
Os pesquisadores acreditam que essas in-
opondo ao campo que a produz. Assim, haverá uma re-
formações auxiliam os cosmólogos, ajudando-os a prever
pulsão de campos, acarretando na levitação do trem. As
onde e como procurar antimatéria, que esse estudo pode
bobinas utilizadas são supercondutoras, pois sua resistên-
ajudar a entender o início do Big Bang e que é um passo
cia elétrica é praticamente nula, ou seja, não ocorrendo
para a construção de uma nova tabela periódica.
perdas de energia, e a repulsão de campos é muito mais
VOCÊ SABIA?
Flávia Passarela de Farias Guarezi
intensa.
A bobina localizada ao longo dos trilhos, cha-
mado trilho guia, repele os irmãs sob o trem, permitindo
que o mesmo levite de um centímetro a dez centímetros.
2
A corrente elétrica que é fornecida à bobina presente no
possível explicar porque os núcleos atômicos não se de-
trilho guia é alternada, alterando a polaridade da bobina
sintegravam facilmente. Descobriu-se então que o méson
magnetizada. A mudança da polaridade faz com que na
pi é justamente a partícula responsável pela estabilidade
frente do veículo o campo magnético puxe o trem para
nuclear.
trás, enquanto o campo magnético na parte de trás do
cientistas contestaram os resultados, mas o apoio do di-
trem empurra o veículo. Esse sistema faz com que o trem
alcance velocidade de mais de
pesou na aceitação da descoberta. Sua atuação no Brasil
teve papel importante na criação do CNPq - Conselho Na-
EXPERIÊNCIA: Água Óptica
Flávia Passarela de Farias Guarezi
Uma
garrafa
cional de Pesquisa e Desenvolvimento Cientíco, em 1951.
Para muitos, Lattes foi injustiçado por não ter sido laureado com o prêmio nobel de Física de 1950, concedido
justamente pela descoberta dos mésons pi. O prêmio foi
transpa-
dado a Cecil Powell, na época chefe do laboratório no qual
rente - Tinta preta ou ta isolante -
Lattes analisou suas amostras, as quais revelaram pela pri-
Lanterna ou laser - Água - Uma vasi-
meira vez a existência destas partículas. Lattes faleceu de
lha para aparar a água. Procedimento:
ataque cardíaco em Março de 2005.
Corte a parte superior da garrafa, retirando a boca.
Limpe a garrafa por
dentro; Faça um furo de aproximadamente
Alguns
namarquês Niels Bohr, um dos maiores físicos da época,
500 km/h.
Material:-
Foi uma grande reviravolta na ciência.
VOCÊ SABIA?
0, 5 cm de diâmetro em uma das
Anéis de Saturno
faces da garrafa, o mais baixo possível;
Pinte a face em que o furo foi feito e deixe secar, ou escureça com ta isolante; Tape o furo e encha a garrafa com
Rafael Marques
água; Posicione a lanterna, ou o laser, na direção do furo,
iluminado a face oposta a que foi pintada; Em seguida,
solte o furo e observe o fenômeno. O experimento deve ser
Antes da invenção do telescópio, Saturno era o
realizado em um ambiente o mais escuro possível.
mais distante dos planetas conhecidos. A olho nu
não parecia ser luminoso. Saturno é o sexto pla-
BIOGRAFIA: César Lattes
neta a partir do Sol, é cerca de 10 vezes maior
que o planeta Terra, e está também aproxima-
Rafael Marques
damente 10 vezes mais longe do Sol do que nós!
Uma curiosidade interessante, é o fato de que Saturno é o
Cesar Mansueto Giulio Lattes,
mais
conhecido
único planeta menos denso do que a água, cerca de 30 por
simples-
mente como César Lattes , nas-
cento menos denso. Não seria errado dizer que se houvesse
ceu em Curitiba no dia 11 de Ju-
um oceano sucientemente grande, Saturno utuaria so-
lho de 1924.
bre ele. Mas o que torna Saturno tão especial? Saturno
Lattes foi um dos
mais premiados físicos brasilei-
tem anéis. O primeiro a observar seus anéis foi Galileu em
ros, e seu trabalho foi fundamen-
1610.
tal para a compreensão da física
atômica e nuclear.
Os
Fez seu estudo primário na Escola
de
anéis
Saturno
Americana em Curitiba, e o secundário em São Paulo.
são
Concluiu o Bacharelado em Ciências em 1943, no Depar-
tituídos
tamento de Física da Universidade de São Paulo. De 1947
essencial-
a 1948, Lattes começou a sua principal linha de pesquisa
mente
que veio a torná-lo famoso: o estudo dos raios cósmicos!
gelo, poeira
cons-
A Física de raios cósmicos estuda a radiação presente nas
e
camadas mais externas da atmosfera terrestre, onde es-
rochoso.
tão presentes várias partículas subatômicas oriundas do
Estão
espaço sideral.
postos
de
5.000
lívia.
Para tanto, criou um laboratório a mais
por
material
dis-
http://www.jpl.nasa.gov/
ao
longo do plano equatorial de Saturno e são muito nos
metros de altitude no monte Chacaltaya, na Bo-
quando
Lattes registrava a radiação cósmica em grandes
comparados
ao
diâmetro
deste.
As
sondas
espaciais que visitaram o planeta, mostraram que os anéis
chapas fotográcas. Mais tarde viajou para a Inglaterra
onde, na Universidade de Bristol, trabalhou na interpre-
principais são, na realidade, formados por um grande
tação dos lmes obtidos na Bolívia.
Neste trabalho, re-
número de anéis pequenos e estreitos. A origem dos anéis
alizou uma grande descoberta cientíca: a existência de
de Saturno é ainda um mistério. Uma possibilidade seria
uma partícula subatômica, até então desconhecida: o mé-
a de que um corpo ou uma lua teria se desintegrado em
son pi.
função do forte campo gravitacional de Saturno.
Até então, aceitava-se que os átomos eram for-
Outra
mados por somente três tipos de partículas elementares:
alternativa em estudo seria o choque que teria havido
prótons, nêutrons e elétrons. No entanto, mesmo sabendo
entre corpos, por exemplo, uma lua e um grande meteoro,
que o núcleo atômico era recheado de prótons, não era
próximos ao planeta Saturno.
3
CAIU NO VESTIBULAR
Edio Cunha da Costa e Flávia Passarela de Farias Guarezi
em
0o C,
1, 0 kW.
por
O tempo de funciona-
220 V
3,0 min
(c)
1,5 min
(d)
8,0 min
(e)
10,0 min
Solução :
estarão
assim
danicar
o
aparelho.
ser
ligado
em
110 V ,
no
entanto,
este
caso,
e consequentemente a potência desenvolvida,
abaixo
por
das
especicações
exemplo,
de
quando
do
fabricante.
ocorre
queda
É
de
energia elétrica e as lâmpadas de sua residência cam
com pouca luminosidade, a TV praticamente não liga, etc.
Desao desta edição: Por que é tão importante possuir o o terra nas tomadas de sua casa?
REFERÊNCIAS
fundir o gelo signica promover uma mudança de
fase, neste caso, da fase sólida para a fase líquida. O calor
http://www.on.br/certificados/ens_dist_
2008/site/conteudo/modulo4/4-paradoxo-olbers/
paradoxo-olbers.html
http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/
2011/278/100-anos-com-o-nucleo-atomico
http://www.revistapesquisa.fapesp.br/?art=
71493&bd=2&pg=1&lg=
http://transportes.ime.eb.br/MATERIAL%20DE%
20PESQUISA/TRABALHOS/TRAB005.pdf
http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/
Material
necessário para gerar uma mudança de fase é chamado de
calor latente, que para o presente problema é chamado
0o C este
LF = 334 × 10 J/kg. Então,
de calor latente de fusão. Para a água (gelo) a
calor de transformação vale
3
m de gelo necessitamos de um
Q tal que Q = LF m. Com os dados do problema
3
3
temos Q = 334 × 10 J/kg1, 5kg ⇒ Q = 501 × 10 J. A
para fundir uma massa
calor
potência fornecida é a quantidade de calor por unidade
de tempo, ou seja,
P = Q/∆t.
Então o tempo que levará
∆t =
para todo o gelo se deterreter é
Isto equivale a
podendo
um aparelho concebido para funcionar a
poderá
elétrica,
o
alternativa
circula,
poderá não funcionar adequadamente porque a corrente
gelo apenas para fundi-lo é:
(b)
ele
No entanto,
para que toda a energia fornecida seja absorvida pelo
5,0 min
pois estamos supondo
a tensão aplicada, aumentamos a corrente elétrica que
mento a que se deve programar o forno de micro-ondas
(a)
V = Ri,
que o aparelho satisfaça a Lei de Ohm, aumentando-se
no interior de um forno de micro-
ondas de potência
para que a corrente elétrica que o
este pode tolerar. Como
(UDESC/2010) Coloca-se 1, 50 kg de gelo, à temperatura de
110 V
atravessa não atinja um valor superior ao que
8, 35min.
(d).
501 × 103 J
⇒ 501s.
1, 0 × 103 W
ASTRONOMIA & ASTROFÍSICA. Kepler de Souza
Oliveria Filho e Maria de Fátima Oliveira Saraiva. Edi-
Então a alternativa correta é a
tora Livraria da Física - 2004.
UM POUCO DE HUMOR...
EQUIPE
A força peso estava caminhando e encontrou a força de
Edio Cunha da Costa-Coordenação Geral/Edição
atrito. Então...
Flávia Passarela de Farias Guarezi-Edição
Sugestões:
Ola´ ATRITO,
voce parece triste!
[email protected]
Ola PESO!
E´ que todos me
desprezam!!
PESO
ATRITO
OBS: A autoria e a veracidade das informações
contidas nas diferentes reportagens são de responsabilidade de seus autores, identicados em cada
uma delas.
DESAFIOS
Edio Cunha da Costa e Flávia Passarela de Farias Guarezi
Desao da edição anterior:
um aparelho de
um aparelho de
110 V
220 V
Podemos ligar
na tomada de
220 V ? E
110 V ?
numa tomada de
Faz alguma diferença?
Resposta:
funicionar em
um
aparelho
110 V
construído
para
deve ser ligado sempre
4