Cartaz: estrutura elementar da matéria

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

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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!

Por que jornalistas deveriam saber o básico de Física e outras ciências?

É de minha sincera opinião que conhecimento nunca é demais. Inclusive aquele conhecimento que aparentemente não nos acrescenta nada, por não integrar o currículo de nossa formação, ou futura formação profissional.

O conhecimento básico de ciências, principalmente para jornalistas que escrevem sobre o tema, evitaria alguns erros crassos em notícias, como a que apresentarei a seguir.

No dia 19 de outubro de 2010, a agência EFE publicou uma notícia, reproduzida por diversos órgãos brasileiros de imprensa, sobre uma mudança na altitude da órbita da Estação Espacial Internacional (ISS). Eis a reprodução de um trecho do referido texto:

” (…) ‘como resultado da manobra, a velocidade de voo da estação aumentará em 0,5 metro (sic) por segundo’ e que a altura média da órbita terá sido elevada em 900 metros até os 353,3 quilômetros.”

Ora, o conhecimento básico da 3.ª lei de Kepler, ou Lei Harmônica, levaria qualquer jornalista atento e cuidadoso a consultar um especialista antes de publicar, ou republicar, esse trecho. Segundo essa lei, para um dado corpo central – a Terra, no caso da ISS -, o quadrado do período orbital e o cubo do semieixo maior da órbita são diretamente proporcionais.

T² = k R³.

Isso significa que, quanto maior o raio médio da órbita, maior será o período orbital e, consequentemente, menor será a velocidade de translação do corpo. Portanto, o aumento da altura média da órbita em 900m levaria a uma diminuição da velocidade de voo da estação.

Podemos demonstrar isso facilmente, lançando mão da Lei da Gravitação Universal de Isaac Newton. Consideremos centrípeta a força de atração gravitacional exercida pela Terra sobre a ISS:

Consideremos:

• Constante gravitacional universal: G = 6,67 × 10⁻¹¹N m²/kg²;
• Massa da Terra: M = 6,0 × 10²⁴kg;
• Raio médio da órbita da ISS: R = RT + h, onde RT é o raio da Terra, 6,4 × 10⁶m = 6 400 × 10³m, e h é a altura da órbita.

Segundo a notícia, após a elevação a altura da órbita passou a ser h₂ = 353,3 × 10³m. Então, antes da elevação, a altura da órbita era h₁ = 353,3 × 10³ − 0,900 × 10³ = 352,4 × 10³m. Então,

• Raio médio da órbita antes da elevação: R₁ = 6 400 × 10³ + 352,4 × 10³ = 6 752,4 × 10³m;
• Raio médio da órbita após a elevação: R₂ = 6 400 × 10³ + 353,3 × 10³ = 6 753,3 × 10³m.

Calculemos, então, a velocidade da ISS antes da elevação da órbita:

Do mesmo modo, a velocidade da ISS após a elevação da órbita é dada por:

Assim, fica evidente que a variação da velocidade foi:

Portanto, como explicado anteriormente, a elevação da órbita implica uma diminuição da velocidade, com valor compatível ao apresentado pelo texto da notícia.