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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