Propulsão eletromagnética não violaria a terceira lei de Newton

Os físicos acabam de publicar um novo estudo sugerindo que a controvertida propulsão eletromagnética poderia realmente funcionar, e na verdade ela não estaria violando a terceira lei de Newton, como se imaginava antes. A lei determina que para que um corpo receba um impulso para a frente, é necessário que ele impulsione uma outra massa para trás (princípio da ação e reação).

Nos foguetes convencionais, os gases de escape são queimados, e esta massa expelida para trás faz surgir uma força para frente no foguete.
A propulsão eletromagnética por sua vez funciona de uma maneira diferente. Ela foi concebida inicialmente em 1999, pelo cientista britânico Roger Shawyer (foto). A unidade usa ondas eletromagnéticas como combustível, que impulsionam micro-ondas dentro de uma cavidade de metal produzindo movimento.
Roger Shawyer ao lado de sua criação.










Viagem a Marte em 70 dias?
Segundo os cálculos de Shawyer, o impulso produzido seria suficiente para levar seres humanos até Marte em apenas 70 dias, sem a necessidade de combustíveis pesados e caros. Isso seria fantástico, mas durante muito tempo a comunidade científica têm mostrado ceticismo a respeito da possibilidade de real funcionamento deste dispositivo, justamente pelo fato de ele aparentemente violar a lei da ação e reação. Pode-se entender facilmente a razão do dilema, pois a unidade criada não usando combustível convencional, não produziria gases de escape, e desta forma não poderia gerar impulso no foguete.

Terceira lei confirmada
No entanto, uma possível solução potencial foi dada agora por físicos da empresa COMSOL, da Universidade de Helsinki, e da Universidade de Jyväskylä, na Finlândia. Segundo os pesquisadores, haveria de fato um produto de escape, que na verdade é luz, ou mais especificamente, fótons emparelhados uns com os outros.
Mas se esse é o caso, por que ninguém detectou estes fótons antes?
Os pesquisadores acreditam que é porque os fótons ao se emparelharem se movimentam em oposição de fase, o que significa que eles se anulam mutuamente. Se você pensar nas ondas de água, quando a crista de uma onda se sobrepõe ao vale de outra, elas se anulam e formam uma região plana, apesar do fato de duas ondas estarem passando por ali. Isso é o que provavelmente esteja acontecendo com os fótons, e por isso, em outras palavras, eles se tornam invisíveis, do ponto de vista eletromagnético.

Na verdade, o que se tem por enquanto é apenas uma hipótese baseada em cálculos teóricos, mas não é a primeira vez que os fótons têm sido utilizados para impulsionar naves espaciais - esta é também a ideia em que se baseia a vela solar de Bill Nye.

Agora, os engenheiros irão iniciar os testes a fim de verificar se esta hipótese se sustenta, e isso já vai ser um desafio por si só, pois sem uma assinatura eletromagnética, os pesquisadores vão ter de detectar os fótons usando um interferômetro, não muito diferente daquele que captou recentemente ondas gravitacionais provenientes do espaço.

Mas se os cientistas puderem verificar que esses fótons emparelhados de fato estão sendo empurrados para fora, as unidades de motores eletromagnéticos serão uma realidade, ajudando os engenheiros a projetarem cavidades melhores, produzindo ainda mais impulso. Resta esperar pelos testes, e caso este modelo inovador se confirme, abrirá possibilidades de viagens antes inimagináveis pelo nosso sistema solar e talvez até mesmo para outros lugares mais distantes.

Fontes:
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Sol e sal na geração de energia elétrica: o meio ambiente agradece.

Neste segundo semestre de 2016, eu, alguns professores, colaboradores e um grupo de alunos tentaremos aprimorar um modelo de Energia Solar Concentrada (ESC) na escola na qual dou aulas de Física. Pretendemos divulgar nosso projeto, participando  de algumas mostras e feiras de ciências. O objetivo principal é tentar convencer as pessoas sobre os benefícios das usinas de ESC, mostrando de que forma elas podem produzir energia elétrica a partir da concentração dos raios solares, sem causar grandes danos ao meio ambiente, comparando-se aos provocados principalmente pelas termoelétricas, que estão sendo escolhidas no momento no Brasil como forma de complementar a oferta de energia.

ESC no Brasil 
Com a diminuição (e futuro esgotamento) do potencial hídrico brasileiro, ao invés de optarmos pelas termoelétricas ou termonucleares, poderíamos começar a pensar em outros projetos menos poluentes, desenvolvendo e construindo usinas de ESC em regiões específicas de grande insolação, as quais o Brasil possui principalmente no Nordeste. Isto sem dúvida desenvolveria o setor tecnológico nesta área, gerando empregos e reduzindo impactos ambientais. 

No âmbito do Plano Nacional de Energia 2030 (PNE 2030), a energia solar aparece como uma alternativa para atender a crescente demanda de energia elétrica no país, bem como para manter a participação de renováveis na matriz elétrica. Alguns estudos já foram feitos neste sentido, viabilizando algumas áreas em potencial. Vejam no mapa:
Áreas indicadas para instalação de usinas solares (em amarelo e laranja). As cores em azul mostram os níveis de insolação (azul claro = níveis maiores. azul escuro = níveis menores)

Assim sendo, estou procurando informar-me a respeito das tecnologias empregadas nas usinas de ESC, para passar informações relevantes aos participantes do nosso projeto escolar. Já percebi, por exemplo, que um dos fatores limitantes destes tipos de usinas, diz respeito à dificuldade no armazenamento da energia gerada, o que pode impedir o fornecimento em casos de longos períodos de tempo nublado, sem sol, e também à noite. Na nossa escola, quando apresentamos preliminarmente o projeto, usando antenas parabólicas usadas e revestidas de materiais espelhados, algumas pessoas me questionaram sobre esta limitação da ESC, pois o armazenamento em baterias realmente encarece o sistema, aumentando o custo-benefício neste caso.

Sal fundido armazenando o calor
E então, eis que me deparo hoje com um artigo a respeito, no site da Scientific American, através de uma nota na página deles do facebook, que eu sigo. O autor, Knvul Sheikh, fala sobre o uso de sal fundido para armazenar o calor e usá-lo posteriormente na geração de vapor d'água. O sal permanece quente durante mais tempo, e este calor pode ser aproveitado assim que necessário, em dias de pouco sol, diminuindo a necessidade de possíveis interrupções no fornecimento de eletricidadeO artigo destaca também a Usina de ESC chamada Crescent Dunes (foto), instalada no deserto do estado americano de Nevada, que produz até 110 MW de potência, e fornece energia sempre que é necessária, mesmo após o anoitecer. 

A usina dispõe de uma torre de 195 metros de altura, que brilha como um farol, e é cercada por mais de 10.000 espelhos, cada um do tamanho de uma mesa de bilhar (das grandes), focando os raios de sol no topo da torre. A inovação reside no fato de que ela é apontada como sendo a primeira usina de energia solar que pode armazenar mais de 10 horas de eletricidade, o que se traduz em 1.100 MWh, o suficiente para abastecer 75.000 casas.
Vamos dar uma ideia melhor do que isso representa. Estima-se que a população de Piracicaba (foto), cidade onde eu moro, em 2016, seja de 400.000 habitantes (fonte: IBGE). Se colocarmos uma média de 4 pessoas por residência, teríamos aproximadamente 100.000 residências na cidade. A usina poderia suprir, neste caso 75% da demanda de energia das casas da cidade.

Durante o funcionamento da usina, os espelhos se movem e direcionam os raios de sol ao topo da torre, que aquecem um tanque enorme, repleto de nitrato de sódio e potássio. Este sal fundido pode alcançar temperaturas de 565ºC. Quando a eletricidade é necessária, o sal quente é usado para ferver a água, produzindo vapor de alta pressão, que gira turbinas acopladas a geradores de energia elétrica. No restante do tempo, o sal fundido pode ser armazenado em um outro tanque isolado no chão.
As propriedades térmicas e físicas do sal fundido o tornam em particular um bom candidato para o armazenamento do calor. Ele pode ser bombeado como água e armazenado em tanques assim como a água. Apesar disso, muitas outras usinas de ESC ao redor do mundo usam raios solares para aquecer diretamente a água transformando-a em vapor. É o caso da usina de ESC de Ivanpah, na Califórnia, a maior central térmica de concentração do mundo, com 377 MW, que não possui nenhuma maneira de armazenar a energia total que produz. 

Solar Concentrada x  Fotovoltaica
Em última análise, no entanto, sistemas de energia solar concentrada devem competir em preço com sistemas fotovoltaicos (foto) que convertem a luz solar diretamente em eletricidade, usando células solares.
O preço dos painéis fotovoltaicos despencou nos últimos anos, tornando os sistemas mais baratos do que os de concentração solar. Mas a energia fotovoltaica não pode garantir eletricidade contínua, certamente não durante a noite, a menos que disponham de seu próprio meio de armazenamento, em geral formado por um grande conjunto de baterias. Quando o custo da tecnologia das baterias é levado em consideração, a energia fotovoltaica sai mais cara do que a energia solar concentrada.

A viabilidade das usinas de ESC
Muitos céticos ainda duvidam que a ESC será capaz de igualar em custos o carvão, e a eletricidade gerada a partir do gás natural. "Usinas de energia solar concentrada são grandes projetos, que requerem lotes de aço e vidro, que são susceptíveis de terem mudanças significativas na eficiência ou no custo", diz o americano Adam Schultz, analista do Departamento de Energia de Oregon (EUA). Ele acha que os painéis fotovoltaicos e baterias são mais propensos a diminuirem os custos.

No entanto, Crescent Dunes pode se tornar a primeira de muitas grandes usinas a usar torres de sais fundidos, e mostrar que é possível ampliar e fornecer mais eletricidade a partir da melhoria no armazenamento do calor, atendendo continuamente as exigências da rede de consumo. Crescent Dunes já é quase seis vezes maior do que a planta de demonstração, de 20 MW, da Torresol Energy, que foi concluída em 2011, na Espanha. Ainda este ano será construida uma segunda planta mais ou menos do mesmo tamanho de Crescente Dunes, na África do Sul. Outros desenvolvedores de energia solar térmica também têm grandes torres em construção no Marrocos e no Chile, que também utilizarão sal fundido. Com a primeira planta em escala de utilidade concluída, os custos poderiam eventualmente diminuírem. Temos ainda um longo caminho a percorrer, mas a tecnologia usando sal fundido tende a ser a mais promissora para a geração e armazenamento de energia a partir da energia solar. 
Eu aqui continuarei divulgando este tipo de obtenção de energia elétrica para que as pessoas primeiramente conheçam esta opção, principalmente nossos jovens alunos, e para quem sabe um dia possamos ter aqui no Brasil a nossa própria usina de Energia Solar Concentrada.

Projeto escolar: uma grande aquisição 
Outro dia alguns amigos na escola, já sabendo do nosso projeto, vieram me chamar, dizendo que havia uma grande antena parabólica antiga (foto) retirada de uma residência em reforma, vizinha da escola, e que os donos queriam livrar-se dela. Pedimos para o proprietário, ele nos cedeu, e decidimos trazer para dentro da escola e guardá-la. Quem sabe possamos aproveitá-la algum dia nos nossos projetos futuros. 
Se for possível revesti-la com placas refletoras, poderíamos esquentar um recipiente com água colocado no foco, e este produzindo vapor, giraria uma hélice acoplada a um gerador, e assim talvez conseguíssemos desta forma acender pelo menos um LED. Seria uma boa maquete conceitual para divulgação das usinas de ESC.

Fonte:
http://www.scientificamerican.com/article/new-concentrating-solar-tower-is-worth-its-salt-with-24-7-power/?WT.mc_id=SA_FB_ENGYSUS_NEWS
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Babilônios: matemática, física e astronomia muito adiantes no tempo.

Em Física, quando se dá um gráfico velocidade x tempo correspondente ao movimento de um objeto, e se pede a distância percorrida por ele, a maneira mais fácil de resolver é calculando-se a área formada abaixo da curva delimitada pelas retas verticais que passam pelos dois instantes de tempo considerados. Vejamos um exemplo:
Temos na figura o gráfico de velocidade em função do tempo de um movimento variado. Vamos determinar a distância percorrida desde o início do movimento até o instante t1=3 s.


Resolução:
Para determinar a distância percorrida, basta calcular a área do trapézio sombreado, desenhado sob o gráfico da velocidade, entre os instantes to = 0 e t1 = 3 s, pois:

 ∆s≅ área do trapézio
Assim, temos: $$\begin{equation*}\large ∆s = {\frac{(14 + 10)}{2}.3}= 36 m \end{equation*}$$Se este método do cálculo da área não fosse conhecido, o problema poderia ser resolvido pelas fórmulas da Cinemática, porém de forma um pouco mais complicada. Vejamos:$$\begin{equation}\large ∆s = {Vo . t + \frac{a.t²}{2}}\end{equation}$$
O valor da aceleração (a) seria:
$$\begin{equation*}\large a = {\frac{V - Vo }{∆t} = {\frac{10 - 14 }{3}=\frac{- 4}{3} m/s²}}\end{equation*}$$Substituindo na eq.(1):$$\begin{equation*}\large ∆s = {14 . 3 + \frac{\frac{- 4}{3}.3²}{2} = 36 m}\end{equation*}$$
Mas quem descobriu o método da área?
Até muito recentemente, acreditava-se que a obtenção da distância percorrida por um móvel a partir do gráfico v x t teria sido descoberta no século XIV. Já se sabia que em 1350, os matemáticos europeus entendiam que, se você calculasse a área sob uma curva, obteria a distância percorrida. 
Porém, através de um artigo publicado na Sience, em janeiro de 2016, escrito por um astroarqueólogo chamado Mathieu Ossendrijver, da Universidade Humboldt em Berlim, Alemanha, pode-se constatar que este método já havia sido empregado muito antes pelos Babilônios. Após analisar durante 13 anos, aproximadamente 400 tabuletas de argila (imagem)inscritas com a escrita cuneiforme, datadas de 350 a 50 a.C. e escavadas no Iraque durante o século XIX, Ossendrijver descobriu que os Babilônios já empregavam o método da área nos estudos e cálculos da astronomia. Uma coleção de quatro tabuletas sobre a posição de Júpiter parece preservar fragmentos de uma técnica para o cálculo da área abaixo de uma curva. Estes textos em argila estavam fragmentados, e durante décadas seu significado astronômico permaneceu desconhecido. Em 2014, Ossendrijver descobriu o manual de instruções: uma tabuleta que "simplesmente passou despercebida", segundo ele, e acumulava poeira no Museu Britânico desde 1881.

O cálculo
Um dos textos babilônicos (à esquerda), mostrando uma porção de um cálculo para determinar o deslocamento de Júpiter no plano da eclíptica: trata-se da área sob a curva velocidade x tempo (à direita)/Mathieu Ossendrijver



Um dos textos, agora descodificado, descreve um procedimento para calcular o deslocamento de Júpiter através do plano da eclíptica, o caminho que o Sol parece seguir através das estrelas ao longo de um ano. De acordo com o texto, os babilônios faziam isso acompanhando a velocidade de Júpiter como uma função do tempo e determinavam a área sob a curva velocidade x tempo.
Como podemos ver, este é um exemplo de como a matemática e astronomia desenvolvida pelos Babilônios esteve adiante do seu tempo.
Para quem sabe um pouquinho de inglês (não achei traduzido em português) aí vai um vídeo curtinho da Science, onde foi originalmente publicado o artigo de Ossendrijver, em janeiro de 2016.

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Um interessante experimento sobre convecção

Uma forma de transmissão do calor que ocorre geralmente nos líquidos e gases é a convecção. Ela surge quando, por algum motivo, uma região se esquenta mais e sobe, ou uma delas se esfria e desce, provocando correntes de movimentos ascendentes ou descendentes no fluido. Este efeito pode ser observado e aproveitado em diversas situações práticas. 
Em sistemas de aquecimento solar, por exemplo, se as placas coletoras estiverem em um nível abaixo do reservatório, não há necessidade de instalar bombas para que a água quente suba para ser armazenada.
Os praticantes de asa-delta ou parapente (foto), para aproveitarem ao máximo seus passeios aéreos, buscam localizar funis de correntes térmicas ascendentes. Alguns pássaros também aproveitam este fenômeno natural para ganharem maior altitude.

O experimento 
Para que meus alunos visualizassem melhor este fenômeno, decidi realizar com eles um experimento no laboratório da escola, usando um aquário preenchido com água à temperatura ambiente. Com a ajuda de um funil, um aluno despejou água quente com corante laranja no fundo do aquário. Outra aluna despejou água gelada com corante azul na superfície. Assim pudemos observar claramente a água quente subindo e a fria descendo. Vejam o vídeo que gravei:
No final, tirei uma foto do resultado que ficou bem interessante.


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O perigoso crescimento da pseudofísica

A pseudofísica teve um rápido crescimento nas últimas décadas. Entre os fatores que contribuíram para isso incluem-se várias deturpações da física moderna, especialmente, da Teoria Quântica.
Alguns físicos proeminentes do século passado apresentaram perspectivas filosóficas que foram equivocadamente associadas à física moderna, e o escasso conhecimento do público sobre os princípios fundamentais daquela então nova ciência fizeram com que distorções destas filosofias promovessem absurdos tais como a cura quântica, terapias de toque quântico, pulseiras de equilíbrio (power balance) com selo quântico (foto) e tantos outros.
Tomemos dois exemplos de conceitos da física moderna que foram desvirtuados: 
1 - A consideração de que os fótons têm consciência, usando como argumento a experiência da fenda dupla;
2 - A suposição de que a energia seria uma espécie de espírito, usando uma interpretação equivocada  da fórmula E = mc².

Fótons conscientes?
Toda a Teoria Quântica não relativística é baseada em dois pressupostos fundamentais sobre ψ, a solução da equação de Schrödinger. O primeiro é que o quadrado do valor absoluto de ψ corresponde à probabilidade do estado de um sistema. O segundo pressuposto é o princípio da sobreposição: Se existem vários caminhos disponíveis para o sistema, o ψ total é a soma ponderada de forma adequada às ψs de cada caminho.
Estes dois pressupostos têm sido fonte de muitas confusões. Infelizmente, elas foram promovidas por algumas das próprias pessoas que criaram a teoria, o que acabou encorajando as futuras gerações das décadas de 1960 e 1970. Um exemplo clássico é o livro O Tao da Física: um paralelo entre a física moderna e o misticismo oriental escrito em 1975 por Fritjof Capra. O outro é A Dança dos Mestres Wu Li: uma Visão Geral da Nova Física, escrito por Gary Zukav, os quais inclusive receberam citações simpatizantes de renomados físicos da época, como Werner Heisenberg, Niels Bohr, e J. Robert Oppenheimer.

Sobre a experiência da fenda dupla, em A Dança dos Mestres Wu Li, o autor Zukav imagina-se fazendo o experimento duas vezes, primeiro com uma das fendas fechada, e o segundo com as duas fendas abertas. Ele pensa: 
Como é que o fóton na primeira experiência "sabia" que a segunda fenda não estava aberta? ... Quando disparou-se o fóton e ele atravessou a primeira fenda, como é que ele "sabia" que deveria ir para uma área escura, se a outra fenda estivesse aberta? ... Não há uma resposta definitiva para essa questão. Alguns físicos ... especulam que os fótons podem ser conscientes! 
O uso repetido de Zukav da palavra "sabia" já sugere um fóton inteligente!
Mas apesar do que afirma Zukav, a diferença entre os dois cenários não surge porque o fóton teria algum conhecimento místico, mas porque ψ é uma superposição de todos os possíveis caminhos - um caminho, se apenas uma fenda está aberta, e dois caminhos se ambas estão abertas.
A quadratura do valor absoluto de ψ para um caminho leva a uma distribuição de probabilidades que é diferente da dos dois caminhos; a última conduz ao aparecimento de bandas claras e escuras. 

Espírito = mc²
A palavra da física mais usada na literatura mística é "energia." Positivo e negativo, carma, e qi são apenas alguns exemplos de "energias" à deriva no mar do misticismo. E a mais famosa equação da física, E = mc², equipara a energia à massa, que é material. Assim, a equivalência do espírito imaterial ou alma com a matéria passa a ocupar o centro do misticismo.
Mas a energia é realmente imaterial? 
A energia é uma propriedade da matéria. Por exemplo, a energia cinética é a energia associada com a velocidade de um objeto. Perguntar se a energia cinética é material é um absurdo tão grande quanto perguntar se a velocidade é material. A velocidade é uma propriedade da matéria em movimento. Esta confusão de matéria com uma das suas propriedades de energia é uma armadilha tão comum na qual até mesmo os físicos treinados podem cair, e uma ferramenta perigosamente eficaz que os charlatões usam para promover os seus misticismos.

O exemplo mais tentador é quando E = mc² é aplicada à aniquilação matéria-antimatéria, em que a matéria é transforma inteiramente em "energia pura". No entanto, o "E" à esquerda representa a propriedade de alguns materiais ou partículas que podem não ter massa, como os fótons. Um fóton que atinge um elétron e muda seu estado é tão material como um elétron incidente que faz a mesma coisa.
O "E" de E = mc² é sempre a energia de duas ou mais partículas que podem produzir a massa do lado direito. Não há nenhum exemplo na natureza em que se transforma massa em energia (ou vice-versa) sem a presença de algumas partículas ou materiais que transportam essa energia. Portanto, não há nenhuma conexão entre a equivalência alma-matéria do misticismo e a equivalência energia-massa da física moderna.

Alfabetização científica
A pseudofísica é poderosa demais para ser combatida no âmbito popular. Os meios de divulgação estão mais interessados em vender bem uma ideia do que debater responsavelmente se ela é ou não cientificamente correta. No entanto,  nas salas de aula está a esperança de que nossos filhos e netos não se entreguem à mesma irracionalidade que tem afligido atualmente a nossa geração. No ensino da física, tanto no Ensino Médio como na faculdade, poderiam ser propostos trabalhos no sentido de tornar os alunos conscientes dos absurdos pseudocientíficos e do perigo que eles podem representar para o futuro da humanidade.

Fonte:
http:physicstoday/article/69/5/10.1063/PT.3.3151 
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Será que estamos perto de obter a primeira imagem do buraco negro no centro da Via Láctea?

Os buracos negros são extremamente difíceis de serem observados e sua localização normalmente é "denunciada" pelo movimento de corpos celestes próximos. No entanto, cientistas pretendem capturar, provavelmente até o ano de 2017,  o que seria a primeira imagem da estrutura do horizonte de eventos de um buraco negro supermassivo, chamado de Sagittarius-A* (lê-se Sagitarius A-estrela), que tem um tamanho 17 vezes maior que o nosso sol, e está localizado no centro de nossa galáxia, a Via Láctea (imagem), a uma distância de 25.000 anos-luz. 
Isto quer dizer que estaríamos vendo uma imagem de como este buraco negro era há 25.000 anos, já que os raios provenientes dele, viajando à velocidade da luz (300.000 km/s) gastam este tempo para se deslocarem de lá até os radiotelescópios situados na Terra. Diversos radiotelescópios estão posicionados em pontos diferentes, e formam juntos um grande sistema mundial de observação chamado de Event Horizon Telescope (EHT). Naturalmente, como a luz visível é capturada pelo buraco negro, o que estaríamos vendo seria uma "imagem" do horizonte de eventos, região localizada na sua periferia, e que seria obtida a partir de captações de outros tipos de ondas eletromagnéticas emitidas, como raios-X, por exemplo, que estão fora do nosso espectro visível. 
Vejam o vídeo a seguir, que é curtinho, e faz um resumo do que se pretende e como está sendo desenvolvida a pesquisa. Para quem sabe um pouco de inglês, ajuda, mas quem não sabe, bastam as imagens, que foram super bem montadas. Eu encontrei este vídeo no facebook na página de Hashem Al-Ghaili, que divulga também vários outros assuntos científicos interessantes. Eu recomendo.

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Como a sanduicheira elétrica sabe o instante exato de avisar que o lanche está pronto?

Em uma aula prática de Física que realizei este ano, mostrei aos alunos uma aplicação do conceito de dilatação térmica, relacionado ao controle e funcionamento de uma sanduicheira elétrica. 
Alguns dias antes do experimento, pedi para que o nosso assistente técnico de laboratório, Luiz, desmontasse uma sanduicheira velha que levei à escola, e depois de muito procurar, ele encontrou e retirou uma pequena lâmina bimetálica circular que estava próxima à chapa de aquecimento, acoplada a um interruptor que, quando pressionado, desligava as resistências elétricas, ao mesmo tempo em que fazia acender uma lâmpada verde. 
A maioria das sanduicheiras acende uma das lâmpadas quando a colocamos na tomada, e depois de algum tempo, outra lâmpada (verde), avisando que o sanduíche está pronto. Vejam a foto da sanduicheira que comprei para substituir a velha que eu levei na escola.

A aula
Ao iniciar a aula, perguntei primeiramente aos alunos se eles sabiam dizer como a sanduicheira reconhecia o momento certo de acender a lâmpada verde. A maioria deles não soube informar, e então eu comecei fazendo uma demonstração simples com um pedaço de papel com uma das faces laminadas, como os que são usados no interior de alguns maços de cigarro.  Ao esquentá-lo, os alunos puderam verificar que o papel se curvava, devido à diferença de dilatação entre os materiais. Esta experiência eu já havia observado em alguns livros e vídeos. Vejam um exemplo:
Logo depois, expliquei que podemos usar dois metais com diferentes coeficientes de dilatação para criarmos uma lâmina bimetálica, como a usada na sanduicheira, e que ao ser aquecida, também se dobra, empurrando o interruptor e acendendo a luz verde. Logo após colocar a pequena lâmina na chapa de um aquecedor elétrico, pudemos perceber que ela se dobrava repentinamente, dando até um "pulinho" na chapa do aquecedor. Vejam: 
Eles entenderam facilmente que esta dobra rápida na lâmina era responsável por pressionar o interruptor do circuito. Depois disso, quiseram filmar o "pulinho", e então repeti algumas vezes, tirando e colocando a lâmina na chapa. Eles se divertiram e ao mesmo tempo aproveitaram para entender a importância de aprendermos determinados fenômenos físicos e suas utilidades em nosso dia-a-dia.
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Vêm aí uma explosão de Ondas Gravitacionais

Enquanto você lê este post, vários pares de buracos negros estão se fundindo em algum lugar do universo. Isto é o que se pode concluir a partir das observações iniciais do observatório LIGO (sigla em inglês para Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser), que em fevereiro anunciou a primeira detecção de uma onda gravitacional, confirmando previsão da teoria da relatividade geral de Albert Einstein. A onda gravitacional detectada alcançou a Terra à velocidade da luz, em 14 de Setembro de 2015, e originou-se de um par de buracos negros que colidiram a 1,3 bilhões de anos-luz de distância.
Na mesma época, o LIGO detectou também um outro sinal suspeito de onda gravitacional que recebeu menor atenção, e  que embora não tenha sido tão forte, pareceu ser promissor.

A Outra Colisão
Uma análise do referido evento, registrado como LVT 151012, tem mostrado com 90% de certeza que ele também teria surgido a partir da colisão de um par de buracos negros. Isso não foi suficiente para que os cientistas considerassem a "detecção", mas a equipe do LIGO ficou confiante, tanto que estão agora usando estes dados para começarem a montar um retrato dos buracos negros no universo.
O palpite dos cientistas é de que a cada hora alguns buracos negros binários estão se fundindo em nosso universo. Isso implica que devemos ter dezenas de detecções ao longo dos próximos anos, e centenas até o final da década, e este número é o suficiente para fazermos algumas descobertas astronômicas bastante significativas.

A partir do mês de setembro deste ano, quando se reiniciarem os trabalhos de busca destas ondas, serão recolhidos cada vez mais eventos. O LIGO pode fazer isso porque ele não é limitado como os telescópios. Seus detectores podem "ver" pequenos efeitos de deformação no espaço-tempo, provocados por grandes objetos. Estas ondas gravitacionais transportam informações sobre a massa, rotação e localização de um buraco negro.

Apenas cerca de 19 buracos negros de massa estelar são conhecidos na Via Láctea, e considerando que nossa galáxia tem centenas de bilhões de estrelas, esse número não deve corresponder à quantidade real existente. No entanto, a verdadeira dimensão da população de buracos negros  ainda permanece desconhecida.
Na verdade, antes do LIGO, os astrônomos não estavam otimistas sobre a possibilidade da detecção de buracos negros binários. Em vez disso, a maioria dos especialistas pensava que as primeiras observações do LIGO viriam da fusão de estrelas de nêutrons binárias. Os astrônomos já tinham visto esses núcleos de supernovas colapsadas que orbitam umas às outras, e estimativas teóricas previam que o LIGO iria captar cerca de 40 dessas incorporações de estrelas de nêutrons, e entre 10 e 20 fusões de buracos negros, a cada ano.

Com o passar do tempo, à medida que mais detecções forem obtidas no LIGO, os astrônomos poderão começar a ter uma ideia melhor do tamanho, formações e comportamentos da maioria dos buracos negros. É apenas uma questão de tempo para termos a confirmação de que estamos entrando definitivamente em uma nova era de descobertas astronômicas, feitas não somente através de observações de telescópios ou captação de ondas eletromagnéticas nos radiotelescópios, mas através de vibrações no tecido do espaço-tempo.

Fonte:
http://www.astronomy.com/news/2016/04/prepare-for-an-explosion-of-gravitational-wave-detections  
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Cálculo da potência útil de um forno micro-ondas

Nesta semana realizei uma experiência de Física com meus alunos, para determinarmos a potência útil de um forno de micro-ondas. Inicialmente, aproveitei para diferenciar os conceitos de Potência Útil, que é aquela efetivamente usada pelo forno para aquecer os alimentos, e a Potência Total Consumida da rede elétrica, que pode ser vista indicada na maioria dos aparelhos. Uma parcela desta Potência Total Consumida é usada para fazer o aparelho funcionar, por exemplo para ligar as lâmpadas e mostradores digitais, girar a base de vidro no interior, e também para produzir as ondas no magnetron. A outra parcela (a maior porcentagem) é usada para agitar as moléculas de água, gordura, ou açúcares, contidos nos alimentos, e esta é a que chamaremos de Potência Útil, a qual queremos determinar.
A Experiência
Inicialmente medimos com uma balança a massa (m) de água contida em um becker, e com um termômetro, a temperatura inicial (ti). Ligamos o forno durante um tempo (T), e depois medimos a temperatura final (tf). A quantidade de calor recebida pela água (Q) foi então calculada pela fórmula deduzida na teoria da Termologia:

Q = m . c . Δt  =  m . c . (tf - ti)

onde c é o calor específico da água, que vale 1 cal/gºC.

No nosso experimento ficou:

Q = 227 . 1 . (43 - 25) = 4086 calorias

Para encontrarmos a potência útil (Pot út) dividimos Q por T:

Pot út = Q/T

Como o tempo de aquecimento, indicado no cronômetro do micro-ondas, foi de 30 segundos, obtivemos:

Pot út = 4086/30 136,2 cal/s

Atrás do forno, que eu empresto da sala dos professores para realizar o experimento,  estava indicada uma potência de 700 W, que corresponde ao valor da Potência Total Consumida  (Pot tot)  da rede elétrica.

Para compararmos Pot út     e   Pot tot     convertemos o valor da Pot út  em watts (W). Para isso, basta multiplicar por 4,2. Obtivemos, então:

Pot út = 136,2 . 4,2 572 W

Finalmente concluímos que dos 700 W fornecidos ao forno pela rede elétrica, somente 572 W foram utilizados para aquecer a água, o que dá uma eficiência de aproximadamente 82%. Vejam as contas que eu anotei na lousa do laboratório:








Para aqueles que quiserem realizar a experiência, caso não tenham balança, lembrem-se que cada 1 mL de água contém 1 g. Então basta um recipiente com graduação de volume para sabermos a massa de água.
Precaução 
Um alerta é para que tomem cuidado e não aqueçam a água por muito tempo, evitando que ela chegue próxima à temperatura de ebulição (em Piracicaba, 97ºC). O que pode acontecer é que ela pode não ferver durante o aquecimento, mas sim ao ser manipulada (balançada) no momento de retirá-la do forno. Veja neste vídeo curtinho, o perigo envolvido:

Fontes:
http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/08_06.asp
http://www.tecmundo.com.br/eletrodomesticos/10978-mitos-e-verdades-sobre-o-micro-ondas.htm
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Calculando velocidades: uma simples e interessante prática de ensino de Física

Esta semana realizei com os alunos das primeiras séries do ensino médio da escola em que dou aulas de Física, uma atividade prática para determinarmos a velocidade dos veículos passando por uma avenida ao lado da escola, onde a máxima permitida é de 60 km/h (foto).

Momentos antes do início da aula, preparei as condições necessárias para a realização da prática. Tracei inicialmente três linhas no asfalto, separadas por uma distância de 5 metros cada uma. Dessa maneira, os alunos poderiam optar por duas medidas de deslocamento, de 0 a 5 m (foto), ou de 0 a 10 m.
Antes de levar os alunos para o local, conversei com eles na sala sobre as condições de segurança que deveríamos seguir para que ninguém corresse nenhum risco, afinal de contas, a responsabilidade nestes casos recorre sobre a minha pessoa. Feito isso, entreguei a eles alguns cronômetros e fomos a campo recolher as medidas. Cada aluno escolheu uma distância (5 m ou 10 m) e mediram o tempo que quatro veículos gastaram para percorrê-la. Vejam algumas fotos do experimento:

Depois, voltamos para a sala de aula, e pedi a eles que usassem o conceito de velocidade, que eu já havia trabalhado anteriormente nas teorias, para determinarmos os valores com as medidas obtidas na avenida. Como esta é uma atividade sugerida por uma Situação de Aprendizagem que consta do Caderno do Aluno, fornecido pelo Governo do Estado de São Paulo, aproveitei a tabela dada e começamos os cálculos. Depois de algum tempo, todos os alunos já haviam aplicado a fórmula de velocidade (V) que eu passo simplificadamente para eles dessa maneira:
$$\begin{equation*}\large V = \frac{D}{T}\end{equation*}$$ onde D simboliza uma distância percorrida, e T simboliza o intervalo de tempo gasto para percorrê-la. Vejam exemplos de valores de tempos anotados, correspondentes à distância de 10 m:
Os valores aproximados de velocidades da terceira coluna são dados em m/s, pois correspondem à divisão da distância (D)(no caso, 10 m) pelo tempo medido (T), em s (segundos). Os valores de velocidades da última coluna, dados em km/h, correspondem aos valores da terceira coluna multiplicados por 3,6 (fator de conversão de m/s para km/h). Ao explicar para os alunos a origem deste fator de conversão, eu mostro que são feitas duas conversões simultâneas: de metros (m) para quilômetros (km), e também de segundos (s) para horas (h). Como uma hora tem 60 minutos, e cada minuto tem 60 segundos, uma hora tem 60 vezes 60 segundos, que correspondem a 3600 segundos. Como um quilômetro (km) tem 1000 metros (m), se dividirmos 3600 por 1000, obtemos o fator 3,6.
Com esta atividade, os alunos fixaram melhor o conceito de velocidade, essencial para o posterior entendimento dos conceitos de aceleração e força, envolvidos nas Leis de Newton. Ao mesmo tempo, puderam constatar que alguns veículos ultrapassaram a velocidade permitida no local da avenida, como foi o caso do carro 2 e da moto, mostrados na tabela exemplificada acima.
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