E a faixa de Júpiter está voltando!

Lembram-se da faixa escura do hemisfério sul de Júpiter, que havia desaparecido desde o fim do ano passado e chegou a ser tema de questão do ENEM 2010? Então, pelo que mostram as observações feitas no Observatório Gemini (EUA), a faixa está reaparecendo.

Faixa escura reaparecendo em Júpiter. (Fonte: Gemini Obs.)

Imagens em infravermelho (falsa cor vermelha na fotografia acima) mostram um poderoso sistema de tempestade agindo na região, dispersando as nuvens claras de amônia, permitindo-nos visualizar novamente as nuvens escuras abaixo.

Percebem como o Universo é fascinante e dinâmico? Por muito pouco, aquela questão não teria existido!

Estudando a física do som através da música

O Colégio Progresso Centro tem uma grande tradição musical na cidade de Guarulhos, principalmente como consequência da atuação de sua Banda Marcial e Orquestra Sinfônica.

Banda e Orquestra Sinfônica do Colégio Progresso Centro.

Assim, nada mais interessante do que aprender os conceitos físicos de acústica usando a música como fator de motivação.

Piano no iPad.

E foi com isso em mente que o prof. Bira preparou sua aula sobre qualidades fisiológicas do som com os alunos do 2.º ano do ensino médio regular.

Para chamar a atenção dos adolescentes, iniciou o tema com o conceito de altura do som, demonstrando o conceito num piano virtual executado num iPad. Ao tocar notas diferentes, levou seus alunos a relacionarem com simplicidade os conceitos de altura e frequência.

Após a compreensão das correspondências entre alto/agudo e baixo/grave, chegou o momento de discutir as ideias referentes a timbre. Uma vez explicado o fundamento físico, o professor demonstrou as diferenças de timbres entre instrumentos musicais usando um sintetizador virtual na lousa digital.

Enquanto uma aluna tocava notas com diferentes timbres, aproveitou-se para ilustrar o conceito de intensidade sonora, através do aumento e da diminuição do volume do amplificador.

Teclado virtual.

Oportunamente, um dos estudantes perguntou sobre a influência da intensidade sonora na audição. Discutiu-se, então, a escala de decibéis e, em seguida, apresentou-se um vídeo com o objetivo de ilustrar o funcionamento da orelha humana

Para encerrar a aula, o prof. Bira apresentou, em vídeo, The Young Person’s Guide to the Orchestra, de Benjamin Britten, uma composição musical de 1946 com o subtítulo Variações e Fuga sobre um tema de Henry Purcell. Durante a execução dessa música, todos os instrumentos da orquestra são apresentados, permitindo ao ouvinte reconhecê-los juntamente com seus respectivos timbres e características acústicas. Participam dessa orquestração: piccolo, 2 flautas, 2 oboés, 2 clarinetas em Bb e A, 2 fagotes, 4 trompas em F, 2 trompetes em C, 3 trombones, tuba, percussão (tímpanos, bumbo, pratos, pandeiro, triângulo, caixa, bloco de madeira, xilofone, castanholas, gongo e slap stick), harpa, violinos, violas, violoncelos e contrabaixos.

Caso seja de seu interesse, o Carnegie Hall mantém na internet um jogo on-line baseado nessa obra musical. É muito divertido!

Você sabe o que são Raios Cósmicos Galácticos?

Raios cósmicos. (Fonte: APOD/NASA.)

Raios Cósmicos Galácticos (RCG) são, na verdade, partículas de alta energia provenientes de regiões localizadas fora do sistema solar. Essas partículas podem ser prótons, antiprótons, elétrons, pósitrons (antielétrons) e núcleos atômicos. A origem dessas partículas é desconhecida, mas especula-se que podem ser provenientes de estrelas, durante o processo de fusão nuclear, ou podem resultar de explosões de supernovas. Independentemente da origem ou da natureza, a mais importante característica dos RCG é seu altíssimo nível de energia, da ordem de 10³eV até mais de 10²⁰eV.

O elétron-volt (eV) é uma unidade de medida de energia muito utilizada no estudo da física de partículas por ser de mais fácil escrita e compreensão. Corresponde à energia adquirida por uma carga de prova com quantidade de carga igual a 1,6 × 10⁻¹⁹C quando submetida a uma diferença de potencial igual a 1V. Portanto, 1eV = 1,6 × 10⁻¹⁹J.

Como as partículas que constituem os RCG são eletricamente carregadas, sofrem a influência de campos magnéticos diversos existentes pela galáxia e dentro do sistema solar. Como consequência, é impossível determinar sua rota exata e, por conseguinte, sua origem.

As camadas mais externas da atmosfera de nosso planeta são constantemente bombardeadas por RCG. Por causa das diversas camadas atmosféricas e pela existência de um escudo magnético na Terra (cinturões de Van Allen), estamos protegidos contra a ação dessas partículas na superfície. Por outro lado, durante uma viagem espacial ou permanência em um local desprovido de atmosfera e magnetismo – a Lua, por exemplo – a ação dessas partículas pode vir a causar danos. É isso, associado ao fato de que o planeta recebe 100 partículas por metro quadrado por segundo, que torna importantíssimo o estudo dos RCG, para que possamos compreender seus efeitos.

Adaptado de Galactic Cosmic Rays, disponível em http://crater.unh.edu/science_gcr.shtml.

Átomos de antimatéria produzidos e aprisionados no CERN

Press release do CERN, traduzido pelo prof. Bira.

Genebra, 17 de novembro de 2010. O experimento ALPHA do CERN deu um importante passo na direção do desenvolvimento de técnicas para compreender uma das questões abertas do Universo: há diferenças entre matéria e antimatéria? Em um relatório publicado hoje na revista Nature, o grupo mostra que conseguiu com sucesso produzir e aprisionar átomos de anti-hidrogênio. Este desenvolvimento abre caminho para o desenvolvimento de novas formas para fazer medições detalhadas do anti-hidrogênio, que permitirão aos cientistas comparar matéria e antimatéria.

Visão geral do experimento ALPHA. (Fonte: CERN.)

A antimatéria – ou sua ausência – permanece como um dos maiores mistérios da ciência. A matéria e sua análoga são idênticas exceto pelas cargas opostas, e elas se aniquilam quando se encontram. Durante o Big Bang, matéria e antimatéria deveriam ter sido produzidas em quantidades iguais. Entretanto, sabemos que nosso mundo é feito de matéria; a antimatéria parece ter desaparecido. Para descobrir o que aconteceu, os cientistas empregam uma série de métodos para investigar se mesmo uma pequena diferença nas propriedades da matéria e da antimatéria poderiam levar a uma explicação.

Um desse métodos é pegar um dos sistemas mais bem conhecidos em Física, o átomo de hidrogênio, que é feito de um próton e um elétron, e verificar se sua antimatéria análoga, o anti-hidrogênio, consistindo de um antipróton e um pósitron (antielétron), comporta-se da mesma maneira. E o CERN é o único laboratório no mundo com instalações dedicadas ao trabalho com antiprótons de baixa energia onde tal pesquisa pode ser realizada.

Átomos de anti-hidrogênio não aprisionados
aniquilando na superfície interna
da armadilha ALPHA. (Fonte: CERN.)

O programa de estudo do anti-hidrogênio iniciou-se há bastante tempo. Em 1995, os primeiros nove átomos de anti-hidrogênio artificiais foram produzidos no CERN. Depois disso, em 2002, os experimentos ATHENA e ATRAP mostraram que era possível produzir anti-hidrogênio em grande quantidade, abrindo a possibilidade de conduzir estudos detalhados. O novo resultado do ALPHA é o último passo nessa jornada.

Átomos de anti-hidrogênio são produzidos em vácuo no CERN mas, mesmo assim, esse vácuo é cercado por matéria normal. Pelo fato de matéria e antimatéria se aniquilarem quando se encontram, os átomos de anti-hidrogênio têm uma expectativa de vida muito curta. Isso pode ser estendido, entretanto, através do uso de campos magnéticos muito intensos e complexos para aprisioná-los e, assim, prevenir que entrem em contato com a matéria. O experimento ALPHA demonstrou que é possível segurar átomos de anti-hidrogênio dessa maneira por cerca de um décimo de segundo, tempo de sobra para estudá-los. Dos muitos milhares de antiátomos criados pelo experimento, o último relatório do ALPHA relata que 38 foram aprisionados por tempo suficiente para estudá-los.

Jeffrey Hangst, porta-voz do ALPHA. (Fonte: CERN.)

“Por razões que ainda ninguém entende, a natureza eliminou a antimatéria. Então, é muito gratificante, demais até, olhar para o dispositivo ALPHA e saber que ele contém átomos neutros e estáveis de antimatéria”, disse Jeffrey Hangst da Universidade Aarhus, da Dinamarca, porta-voz da colaboração ALPHA. “Isto nos inspira a trabalhar com mais afinco para ver se a antimatéria guarda algum segredo”.

Em outro desenvolvimento recente do programa de antimatéria do CERN, o experimento ASACUSA demonstrou uma nova técnica para a produção de átomos de anti-hidrogênio. Em um relatório que será publicado em breve nas Physical Review Letters, a colaboração relata sucesso na produção de anti-hidrogênio na chamada armadilha Cusp, um precursor essencial para a produção de um feixe. O ASACUSA planeja desenvolver esta técnica até o ponto em que feixes de intensidade suficiente sobreviverão por tempo suficiente para estudá-los.

“Com dois métodos alternativos para a produção e eventual estudo do anti-hidrogênio, a antimatéria não será capaz de esconder-nos suas propriedades por muito mais tempo”, disse Yasunori Yamazaki, do centro de pesquisas RIKEN do Japão, e membro da colaboração ASACUSA. “Ainda há um caminho a percorrer, mas estamos muito contentes de ver quão bem esta técnica funciona”.

“Estes são passos significativos na pesquisa da antimatéria”, afirmou o Diretor Geral do CERN, Rolf Heuer, “e é uma parte importante do vasto programa de pesquisas do CERN”.

Disponível em http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2010/PR22.10E.html. Acessado em 17/11/2010.

Cartaz: estrutura elementar da matéria

Estrutura elementar da matéria. (Fonte: www.sprace.org.br/eem)

Clique no cartaz para obter a versão em alta resolução.

Legal a aula de música… Oops! É de Física!

A família das cordas na aula de Física.

“A frequência da oscilação é inversamente proporcional ao comprimento da corda”.

Ok, uma lei física precisa ser ensinada e, acima de tudo, compreendida. E nem sempre isso é fácil. Então, não custa dar uma mãozinha para que os alunos absorvam mais facilmente o conteúdo.

Foi por isso que o prof. Bira decidiu levar alguns instrumentos musicais para a sala de aula. Na verdade, quatro instrumentos muito especiais:

• o violino;
• a viola de arco;
• o violoncelo;
• o contrabaixo.

Através da comparação das estruturas e tamanhos dos instrumentos, acompanhada pela audição de seus respectivos sons, os estudantes entenderam, na prática, o significado do enunciado acima. Puderam comparar o som forte do violino, o melodioso som da viola, as notas marcantes do violoncelo e a melodia encorpada do contrabaixo; e sempre relacionando o que percebiam com as características físicas das cordas.

Dessa maneira, fixaram o conceito físico, conheceram os instrumentos, tiveram uma “palhinha” da aluna Myllene ao violino e, para encerrar, deleitaram-se com um vídeo do quarteto finlandês de violoncelos Apocalyptica, executando a música One, do Metallica.

E a faixa de Júpiter?

Júpiter, o maior planeta do sistema solar, é um gigante gasoso que impressiona pelos seus números. Com massa igual a 1,9 × 10²⁷kg (quase 320 vezes maior que a da Terra) e raio igual a 71 492km (11 vezes maior que o da Terra), apresenta 63 satélites conhecidos ao seu redor, quatro dos quais visíveis através de lunetas simples em noites sem Lua e sem nuvens.

Júpiter em julho de 2009.

Sua atmosfera apresenta uma alternância bem característica de faixas claras e escuras, além de alguns turbilhões, o maior dos quais é a grande mancha vermelha no hemisfério sul.

As faixas claras, denominadas zonas, são constituídas por nuvens de grande altitude, compostas principalmente por cristais de gelo de amônia. As faixas escuras, por outro lado, são denominadas cintas e apresentam nuvens de baixa altitude constituídas principalmente por compostos de enxofre e fósforo.

Essas faixas e turbilhões apresentam fenômenos meteorológicos severos em comparação com aqueles da Terra, com ventos de cerca de 560km/h. Consequentemente, a configuração e a composição química atmosféricas são bastante dinâmicas, mudando ao longo do tempo. Isso aconteceu, por exemplo, na última passagem do planeta por trás do Sol, em relação a nós.

Júpiter em maio de 2010.

A primeira cinta escura do hemisfério sul simplesmente desapareceu, dando lugar a uma faixa mais clara. Ora, temos aí algo que se parece com uma alteração da composição química dessa região, esperada por causa dos movimentos de circulação atmosférica. E é claro que, se houve alteração da composição química, espera-se que tenham ocorrido também mudanças na densidade do local. Muito provavelmente, camadas de nuvens de cristais de amônia ocuparam essa região do planeta, impedindo, assim, a visualização das nuvens escuras mais baixas.

Muito bem… Na prova do primeiro dia do ENEM 2010 apresentou-se uma questão em que se solicitava a explicação para tal fenômeno.

Notem como não há uma alternativa que explique o fato da melhor forma. Em princípio, houve uma redistribuição das nuvens. Porém, se nos preocuparmos em escolher uma explicação dentre as apresentadas, duas são plausíveis: D e E. Mas seria interessante destacar que não houve alteração da composição química ou da densidade das nuvens, mas da região.

Enfim, uma explicação definitiva para esse fenômeno só será possível após estudos mais aprofundados sobre a atmosfera joviana, possíveis após a análise dos dados enviados por atuais e futuras sondas que passem pelo planeta.

Aconteceu! Físicos conseguiram produzir míni Big-Bangs no LHC!

Desde que o LHC (Large Hadron Collider), o maior acelerador de partículas do planeta, começou a operar para valer, diversos resultados interessantes têm sido obtidos em seus experimentos, levando a novas e intrigantes descobertas que podem mudar nosso entendimento sobre o universo.

Uma colisão de íons de chumbo no LHC.

Em especial, no último dia 7 de novembro, através da colisão de íons de chumbo com alta energia, os físicos conseguiram reproduzir os instantes iniciais da formação do universo, um milionésimo de segundo após o Big-Bang.

A colisão dessas partículas em ambiente controlado levou ao surgimento de pequenas bolas de fogo de alta densidade, com temperaturas superiores a 10 trilhões de Kelvins, um milhão de vezes mais quente que o núcleo do Sol.

A tais temperaturas, a estrutura íntima da matéria é desfeita, restando apenas um plasma formado exclusivamente por quarks e glúons, partículas subatômicas elementares, blocos fundamentais de construção da matéria. Nas condições apresentadas, tais partículas estão livres, sem sofrer a influência da força nuclear forte, sobre a qual os cientistas tentam obter mais informações, que só será possível após a análise da imensa quantidade de dados gerados pelo experimento.

E o bóson de Higgs… Aparecerá, ou não? Aguardemos para ver!