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Um método simples para determinar o diâmetro do Sol

Durante estes 28 anos dando aulas de Física, infelizmente tenho notado que esta disciplina têm sido constantemente escolhida pelos alunos como uma das mais desinteressantes do currículo, devido à forma como é ensinada há décadas, visando em muitos casos quase que exclusivamente o preparo para os exames vestibulares. Eu penso que os assuntos deveriam ser mais contextualizados, através de práticas experimentais, para que os alunos não ficassem com a impressão de que ela se resume a um amontoado de fórmulas desconectadas de um sentido prático evidente.

 Determinando o diâmetro do Sol
Uma prática simples de ser realizada na parte de Óptica Geométrica consiste na utilização de um papelão com um pequeno furinho que permite projetar a imagem do Sol em um anteparo. Através da medida do diâmetro da imagem, da distância entre a imagem e o papelão, e conhecendo-se a distância Sol-Terra, é possível determinar o diâmetro do Sol. Realizei esta atividade com os alunos das 2ªs séries do Ensino Médio na escola em que dou aulas. Vejam:

O mais importante é que eles entenderam facilmente uma aplicação prática da Câmara Escura de Orifício, assunto que eu já expliquei aqui em um post deste meu blog.
No caso da determinação do diâmetro do Sol, temos a seguinte situação:
Projeção da imagem do Sol, usando um papelão com um furinho e um anteparo.

O valor de a, correspondente à distância média entre o Sol e a Terra eu informo para eles, que é de 150.000.000 km. O que eles devem medir é o diâmetro da imagem do Sol (i) e a distância entre o anteparo e o orifício (b).
Os dados de dois grupos foram anotados por mim na lousa:

Estabelecendo-se uma relação métrica entre dois triângulos semelhantes da figura, temos:
$$\begin{equation*}\large\frac{o}{a} =\frac{i}{b}\end{equation*}$$ Então:$$\begin{equation*}\large\ {o}=\frac{i.a}{b}\end{equation*}$$
Usando os dados do grupo da direita da lousa, temos:
$$\begin{equation*}\large\ {o}=\frac{9.10^{-6}.1,5.10^{8}}{10^{-3}}\end{equation*}$$ $$\begin{equation*}\large\ {o}=1,35. 10^{6} km\end{equation*}$$ O diâmetro real do Sol é:
$$\begin{equation*}\large\ {o}=1,39. 10^{6} km\end{equation*}$$Nota-se que este grupo de alunos obteve, mesmo com um método relativamente simples, um valor bem próximo do real. 
Recentemente postei aqui sobre o eclipse total do Sol, que ocorrerá dia 21 de agosto. É mesmo uma coincidência incrível que, tendo a Lua um diâmetro 400 vezes menor do que o Sol, apresente para nós um tamanho aparente, que coincide exatamente com o diâmetro de nosso astro rei.
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Por que os peixes parecem maiores dentro da água?

Este ano resolvi fazer um curso de mergulho que culminou com uma viagem à Ilhabela, litoral de São Paulo (foto), para curtirmos e colocarmos em prática os treinamentos realizados na piscina. 
O sinal que estou fazendo com a mão é de que está tudo OK, linguagem mundialmente usada no mergulho.

 Durante a parte teórica do curso, notei que havia muita física aplicada para se entender os problemas que podem surgir devido às variações de pressão, principalmente nos ouvidos e pulmões. Na apostila que eles fornecem, estabelecem-se também as relações entre pressão, volume e temperatura, através de fórmulas bem conhecidas da física.
Outro conceito físico diretamente ligado aos mergulhos envolve a óptica, e diz respeito à refração da luz. Em uma das falas dos mergulhadores que dão o curso, ouvi a respeito da sensação de ampliação que temos dos objetos vistos debaixo d'água. Os peixes aparentam ser maiores do que o tamanho real. Na realidade, o que eles estão querendo dizer é que há uma aproximação das imagens, devido ao dioptro plano formado entre o ar contido no interior da máscara e a água, dando uma impressão de que os objetos estão ampliados. 
Vou exemplificar:
O valor do índice de refração do ar que está dentro da máscara do mergulhador é 1, e o da água do mar é de aproximadamente 3/2.
Suponha que um mergulhador (figura) esteja observando um peixe à distância real (D) de 3 metros dele. Para calcular a que distância a imagem do peixe será vista (d), basta multiplicar (D) por 2, e a seguir dividir por 3:
$\begin{equation*}\large d = D . 2 /3\end{equation*}$
$\begin{equation*}\large d = 3 . 2 /3\end{equation*}$
$\begin{equation*}\large d = 2 m\end{equation*}$
Deste modo, o peixe que está a 3 metros de distância, aparentará estar a apenas 2 metros do mergulhador, ou seja, houve uma "aproximação" de 1 metro, devido ao efeito da refração.
Veja outro caso de uma foto tirada pelo pessoal da escola em que fiz o curso, durante o treinamento na piscina:







Notem a nítida diferença de posições e tamanhos das pessoas, quando vistas pelo ar e pela água. 
Como se vê, estudar física também nos ajuda a entender um pouco melhor os efeitos da prática do mergulho.  
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Infravermelhos podem ser vistos pelos nossos olhos

Até hoje sempre ensinei aos meus alunos  que os nossos olhos não estão capacitados para enxergar os raios infravermelhos, pois eles estão fora do espectro visível, mas descobri lendo um artigo da Discover Magazine que pesquisa recente mostrou que em condições especiais, dois fótons de infravermelho de baixa energia podem se juntar na retina formando imagens visíveis. Experiências realizadas com 30 participantes, mostraram que eles relataram ter visto uma pálida linha verde de luz ao observarem raios infravermelhos. Esta constatação experimental foi considerada inicialmente muito estranha, pois estes raios são demasiadamente fracos para serem vistos pelos seres humanos.
Se quisermos ver todos os raios infravermelhos ainda precisaremos de óculos ou câmeras especiais, mas simulações e cálculos de computador da equipe de pesquisa revelaram um mecanismo que ocorre naturalmente em nossos olhos, e que nos permite vislumbrar a radiação infravermelha de baixa energia, sem o auxílio da tecnologia.

Para entender melhor, observe os infográficos que eu traduzi e adaptei do artigo da Discover. Eles mostram primeiramente o processo que se dá na percepção das cores do nosso espectro visível, através da visão normal, e depois o processo de percepção de uma luz verde, a partir de dois raios infravermelhos de baixa energia que incidem no olho, e que após terem atravessado o cristalino, atingem a retina e juntam-se para a formação de uma imagem que pode ser percebida, pois o pulso passa a ter energia suficiente para ser interpretado pelo cérebro como luz visível.

 Visão normal
Processo de percepção das cores na visão normal. (Clique na imagem para ampliar)
Visão do Infravemelho
Processo de percepção de luz verde a partir de infravermelhos. (Clique na imagem para ampliar)



Fontes:
http://discovermagazine.com/2015/oct/3-seeing-the-invisible
http://www.pnas.org/content/111/50/E5445.full
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Imagens reais em um espelho côncavo

Quando fiz o colegial, no início dos anos 80, lembro-me que tive dificuldade em entender o que significavam aquelas imagens de espelhos esféricos, obtidas pelo meu professor de Física. Ele traçava na lousa, com giz e régua, raios saindo do objeto, refletindo no espelho e se cruzando em um ponto, onde então dizia ser o local em que a imagem se formava. 

Faltou a parte experimental, pois a escola em que estudei nem tinha laboratório. As teorias e fórmulas de Física até que eram bem explicadas pelo professor, que não raras vezes utilizava como um dos recursos didáticos, frases ou historinhas para decorarmos mais facilmente as fórmulas ou conceitos. Na pressa, e por necessidade, acabei decorando também os caminhos que os raios faziam, e aprendi a classificar mecanicamente as imagens formadas. A partir daí, resolvia inúmeros exercícios de vestibulares para treinar e fixar ainda mais as fórmulas, convenções de sinais e regrinhas. Em suma, o principal objetivo era encontrar a resposta e marcar a alternativa correta, no caso dos testes de múltipla escolha. Devido ao escasso tempo disponível (3 anos), os conteúdos eram desenvolvidos um a um em um ritmo apressado, de modo que ficasse pouca coisa sem ser vista, e éramos constantemente treinados para ir bem nas provas. Não sei como pude ter gostado desta matéria, tendo sido ensinada daquela forma, com quase nenhuma contextualização.
O pior de tudo isso é constatar que este modelo de aprendizado não mudou desde então na maioria das escolas, e como eu trabalho dando aulas particulares para vários alunos de diversas escolas particulares de minha cidade, posso assegurar que isto é uma verdade, e é a principal razão que faz com que muitos destes alunos acabem por eleger esta disciplina como uma das mais chatas e desinteressantes. 

Filosofando sobre a teoria
Eu verificava facilmente em casa, por exemplo, usando uma colher, pela observação através da parte de dentro dela (espelho côncavo), que quando eu ficava longe a imagem aparecia reduzida (menor) e "de ponta cabeça" (invertida), e quando eu colocava a colher bem próxima, a imagem do meu olho na parte de dentro da colher aparecia ampliada (maior) e direita, mas quando eu via meu professor falando e mostrando na lousa que as imagens eram formadas em um único ponto específico, de acordo com a distância entre o objeto (no caso, meu olho) e o espelho, eu não conseguia entender exatamente o que aquilo significava.
Se para mim naquele lugar onde o meu professor dizia que a imagem se formava não havia nada para captá-la, como eu podia vê-la com meus olhos? Por que a imagem era em certos casos classificada como real ou virtual? Eu ficava filosofando para tentar entender estas questões, mas como provavelmente nunca cairiam no vestibular, acabava deixando de lado para estudar outras coisas com chances maiores de serem cobradas nas provas.

Um bom tempo depois consegui entender convenientemente estas questões, mas acredito que se tivessem realizado alguma experiência prática envolvendo o assunto, já no colegial, talvez o meu aprendizado tivesse sido no mínimo mais prazeroso.
Até bem recentemente eu dava aulas muito parecidas com as que tive, apenas tentando explicar de outras maneiras, as definições do que seria uma imagem real (que pode ser projetada) ou virtual, levando em consideração as dificuldades que tive para entender tudo aquilo. Certa vez, há uns anos, ouvi um aluno comentando justamente sobre minhas aulas de formação de imagens em espelhos esféricos. Ele dizia que eu só ficava desenhando e traçando raios sem sentido para ele. Estes comentários baixinhos que chegam aos nossos ouvidos, vindos muitas vezes do fundo da classe, sempre me fazem pensar em como poderia melhorar minhas aulas.

Agora sim!
A partir deste ano, recebi na escola em tempo integral na qual estou trabalhando, uma bancada óptica com um canhão de luz e alguns acessórios, dentre eles, um encaixe que é colocado logo na saída, com uma letra F vazada, a qual pode ser usada para representar um objeto (foto). Desenhei então com caneta vermelha, em um cartão, o qual usaria para projetar as imagens, a letra F, com as mesmas dimensões do objeto, a fim de comparar os tamanhos.
Vejam uma foto que tirei de todo o conjunto, canhão de luz, plaquinha com a letra F vazada, espelho côncavo e cartão:
Bancada óptica usada, com o espelho côncavo, posicionado à esquerda, e o cartão onde projetei as imagens.
Coloquei o espelho a uma distância inicial de 60 cm do objeto (letra F) e obtive a imagem projetada:
Imagem reduzida, invertida, e real,  projetada no cartão. Distância objeto-espelho = 60 cm







Há que se dizer que em várias distâncias do espelho que eu colocasse o cartão, a imagem da letra F podia ser vista desfocada, mas só havia uma posição em que o F aparecia sem estar "borrado". Esta é a posição da formação de imagem a que os meus professores se referiam.
A partir daí, fui verificando, como se esperava, que à medida em que eu aproximava o espelho do objeto, a imagem ia ficando cada vez maior, e se distanciando mais e mais do espelho, até que precisei projetá-la na parede. Veja a sequência de fotos.
Imagem reduzida, invertida, e real,  projetada no cartão. Distância objeto-espelho = 50 cm
Imagem reduzida, invertida, e real, projetada no cartão. Distância objeto-espelho = 40 cm
Imagem igual, invertida, e real, projetada no cartão. Distância objeto-espelho = 30 cm
Imagem ampliada, invertida, e real, projetada na parede. Distância objeto-espelho = 20 cm

Só não consegui aproximar muito o espelho do objeto, pois o próprio canhão impedia a passagem dos raios refletidos para que a imagem pudesse ser projetada.
Quando realizei a aula com os alunos da 2ª série do Ensino Médio eles gostaram, e acredito eu que tenha sido muito útil para que alguns deles associassem o que aprenderam na teoria com o que ocorre na prática. Só assim conseguiremos fazer com que mais alunos gostem desta disciplina que tem sido considerada atualmente por eles como uma das mais entediantes, e que no entanto poderia se tornar a disciplina-chave para que desenvolvêssemos uma geração com maior gosto pela prática das ciências, e que pudesse assim produzir mais tarde nossas próprias tecnologias.

 Enquanto o vestibular continuar fazendo com que os professores se preocupem em cumprir e privilegiar somente o conteúdo a ser exigido nestas provas, não creio que conseguiremos mudar tão logo esta lamentável situação de grande dependência tecnológica de nosso país.  
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Miopia e Hipermetropia sem giz e lousa

Quando fiz o colegial não me lembro de ter tido uma única aula de Física no laboratório. A escola que frequentei no início da década de 80 tinha como principal objetivo capacitar seus alunos para que passassem nos exames vestibulares, e quanto a isso ela já era reconhecida naqueles tempos como uma das melhores. Até hoje esta tradicional escola de Piracicaba é muito conceituada.
Com giz e lousa
Enquanto eu aprendia sobre os defeitos mais comuns da visão, notava que o professor de Física se esforçava ao máximo para desenhar na lousa, com réguas e giz, os raios de luz incidentes ao olho, e depois o trajeto deles após terem passado pelas lentes corretivas e pelo cristalino até chegarem à retina. 
Até bem recentemente eu também sofria para representar na lousa estes raios e mostrar aos alunos o porque da necessidade de um tipo de lente convergente ou divergente no caso da hipermetropia e miopia, respectivamente,
Sem giz e lousa
E então, eis que recebo no começo deste ano, na escola em tempo integral, uma bancada óptica com canhão de luz. Vejam uma foto que eu tirei:
Bancada Óptica da minha escola. Do lado direito, um pequeno modelo desmontável do olho humano.
Montei os equipamentos e descobri que era possível mostrar na prática o que eu já fazia há muito tempo na lousa. 
Primeiramente mandei que os alunos olhassem diversos tipos de lentes, divergentes e convergentes, brincando com elas e anotando os diferentes efeitos de aumento ou diminuição provocados nas imagens observadas. Dividimos todas de acordo com suas propriedades comuns, e então informei a eles sobre a lente natural convergente que todos nós temos dentro dos nossos olhos, chamada cristalino. Usei um pequeno modelo de olho humano desmontável, que também foi enviado este ano à minha escola, para mostrar a eles onde ficava a córnea, a pupila, o cristalino e a retina.
Para que os alunos memorizem, uso um artifício, dizendo:

HIPERMETROPIA não é uma palavra GRANDE? Então inverte: o globo ocular é MENOR do que o normal.

 MIOPIA não é uma palavra PEQUENA? Então inverte: o globo ocular é MAIOR do que o normal.

 Esta é a única coisa que peço para eles decorarem inicialmente. A partir daí, tendo já mostrado através de um laser, o comportamento da luz ao passar pelas lentes divergentes e convergentes, fica fácil de entender o restante. 

Liguei o canhão de luz da bancada e tirei a foto a seguir, mostrando uma situação em que o cristalino concentra os raios na retina. no caso de um olho normal:
Olho EMETROPE (globo ocular normal): o cristalino projeta a imagem exatamente na retina.
A seguir, expliquei que no caso dos míopes, por terem o globo ocular maior do que o normal, a imagem se forma antes da retina. Aí eu proponho aos alunos: 
Que tipo de lente corretiva deve ser usada para que os raios se concentrem na retina? Convergente ou divergente?
Sabendo das propriedades das lentes, eles raciocinam e respondem corretamente: divergente.
Aí então eles escolhem e colocam na frente do olho uma lente plano-côncava fixada com magneto. Tirei uma foto do que observamos:
Caso da MIOPIA (globo ocular maior do que o normal). Lente corretiva plano-côncava (divergente)
A seguir, pergunto que tipo de lente deve ser usada para que os raios de luz se concentrem na retina do hipermétrope. Eles raciocinam e respondem: convergente. Colocam então na frente do olho uma lente plano-convexa e vejam na foto a seguir o que observamos:
HIPERMETROPIA (globo ocular menor do que o normal). Lente corretiva convergente.
Para encerrar o assunto, eu faço com que eles pensem. Se naqueles tipos de lentes que eles brincaram inicialmente, as convergentes são aquelas que, quando colocadas perto do olho, como se fossem óculos, fazem com que os nossos colegas enxerguem nosso olho maior, e as divergentes são aquelas que fazem com que nossos colegas enxerguem nosso olho menor, é possível reconhecer se uma pessoa é hipermétrope ou míope só de olhar pelo comportamento da lente de seus óculos. 
Na primeira foto, o contorno do rosto mostra que houve aumento da imagem ao passar pela lente, indicando que provavelmente a pessoa tem hipermetropia. Se ela aparentar já ter mais de 40 anos, há uma outra possibilidade de ela ter um defeito da visão chamado de presbiopia, ou mais conhecido como vista cansada, que também é corrigido com lentes convergentes. Na segunda foto reparem que o contorno do rosto da pessoa, visto pela lente dos óculos mostra-se ligeiramente recuado, indicando que houve uma diminuição da imagem. Ela então tem miopia.
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Práticas experimentais

Uma das coisas que tenho feito mais frequentemente no novo modelo de escola em tempo integral, na qual comecei a trabalhar este ano, são as práticas experimentais, essenciais para ajudar a entender melhor um determinado conceito de Física.
Galileu Galilei (figura) é considerado o precursor do chamado Método Experimental, que contribuiu para que muitas teorias ganhassem credibilidade. O que era visto e verificado na prática pelas pessoas era mais fácil de ser discutido, entendido e posteriormente aceito.
Alunos meus realizando experimento com gerador de pulsos com frequencímetro e luz estroboscópica, que pisca na mesma frequência do pulso, e ilumina de cima a cuba de água, projetando na placa abaixo a imagem da onda. A sincronicidade entre os pulsos e a luz permite que a imagem da onda fique estática, possibilitando desta maneira a medida do comprimento de onda, o cálculo da velocidade de propagação, a visualização de pontos de interferência destrutivas e construtivas, reflexão, refração e difração das ondas.
Nas outras escolas que lecionei eu ia raras vezes ao laboratório, privilegiando o conteúdo teórico exigido nos exames vestibulares.
Também de olho no que é cobrado nestes exames, a esmagadora maioria das escolas particulares acaba adotando procedimentos no ensino de Física que só contribuem para fazer com que esta disciplina se torne uma das matérias consideradas menos interessantes pelos alunos, resumindo-se a um amontoado de fórmulas que devem ser decoradas e aplicadas a exercícios muitas vezes desvinculados de um sentido prático evidente.
Alunos de minha escola realizando experiência com o Anel de Gravesande. Aquele em que uma esfera passa por um anel quando está fria, e não passa quando está quente. Conceitos de dilatação volumétrica.
Teorema de Tales na prática
Durante esta semana que se passou, resolvi realizar na aula de Práticas Experimentais, com os alunos da 2ª série do Ensino Médio, a experiência de medir sombras de objetos colocados na vertical, a fim de determinar a altura desconhecida de um deles, geralmente o daquele que seria mais difícil de medir diretamente, como por exemplo a altura de uma árvore. Aproveitei o dia ensolarado e falei primeiramente a eles sobre a teoria envolvida, e da aplicação do Teorema de Tales. Eles estavam interessados, pois iríamos logo sair da sala para realizar as medições, e então contei um pouco sobre a história que alguns livros se referem sobre um problema que teria sido proposto para ver quem conseguiria medir a altura de uma pirâmide do Egito. Diz a lenda que Tales teria usado seus conhecimentos de geometria para solucionar o problema.
Fiz rapidamente na lousa, um desenho de duas retas concorrentes e várias paralelas passando por elas, formando um ângulo de 90º com uma das concorrentes. Veja ao lado.
A seguir, conto para eles que Tales, em aproximadamente 600 a. C. teria medido várias distância e notado que havia uma proporção entre lados correspondentes dos triângulos formados. Coloco alguns valores fáceis de calcular, para que eles entendam bem (figura).

Também provoco os alunos, dizendo a eles que provavelmente naquela época já deveria haver aquelas pessoas que adoravam ficar pensando e falando:
Mas para que vai servir isso?

 Na verdade, quando fazemos a relação do que Tales havia descoberto, com o problema do cálculo da altura da pirâmide, temos um belo exemplo de como uma descoberta teórica pode ser usada até mesmo bem posteriormente para decifrar um problema prático.

Eu sempre ensino este assunto no começo de Óptica Geométrica, pois está relacionado com a propriedade da propagação retilínea da luz, um dos fundamentos da Física Clássica. Como sabemos, pela pequena dimensão de nosso planeta em relação ao sol, os raios de luz solar chegam à Terra paralelamente uns em relação aos outros. Tales, sabendo disso, teria ido ao deserto e montado o esquema indicado na figura ao lado.

 Após contar a história e explicar o método aos alunos, saímos no estacionamento da escola onde havia uma grande árvore, e cuja sombra estava inteira no solo, sem obstruções para que pudéssemos medir seu comprimento. Medimos antes o comprimento e a sombra de uma caneta colocada na vertical, e através de cálculos obtivemos a altura da árvore.

 A prática em si é muito simples, mas acredito que o fato de ter levado os estudantes a executá-la é um recurso didático que faz com que eles gravem melhor até mesmo a fórmula que eu passo para que eles também resolvam alguns exercícios. Veja:
 Normalmente a variável desejada é aquela mais difícil de ser medida diretamente (H)
Conteúdo de vestibulares: um inimigo da boa Física 
Os vestibulares, e as estruturas que definem os conteúdos programáticos de Física a serem ensinados e seguidos nas escolas de Ensino Médio, não poderiam continuar exigindo que os professores ficassem presos a métodos tão desestimulantes de ensinar esta matéria. Não sei como poderia ser feito, mas se a maneira de cobrança nos exames fosse alterada de algum modo, privilegiando outras formas de medida do conhecimento prático adquirido pelos alunos, a Física talvez pudesse ser considerada como uma das mais interessantes de serem aprendidas.  
Falo isso por experiência própria. No laboratório da minha escola, um dos melhores e mais bem equipados dentre os que conheci nas escolas onde dei aulas, durante um tempinho do intervalo do almoço, quando aproveito para testar experimentos de óptica, mecânica, eletricidade, ondas, ou termologia, alguns alunos, muitas vezes do Ensino Fundamental, entram e ficam querendo saber e entender o que estou fazendo, e quando eu explico de maneira simplificada, eles se interessam bastante, e outro dia notei até que alguns ficaram maravilhados quando viram uma simples imagem de uma pequena lâmpada de um canhão de luz projetada por mim na parede. A curiosidade é inerente às crianças, e isso deve ser sempre incentivado por quem gosta de ensinar.
Alunos meus, do Ensino Médio, durante o experimento de estudo de uma esfera de aço em queda livre. Os sensores fotoelétricos captam os instantes em que a esfera passa pelas marcações de posição, e através de uma interface ligando os sensores ao notebook, os dados de tempo são coletados em um cronômetro.
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O peixe que ataca aves em pleno voo e o Dioptro Plano

Havia rumores de que o Peixe-tigre africano (foto) poderia capturar e comer pássaros voando, mas isso não tinha sido comprovado até agora. 
Aves comem peixes. Qualquer pessoa que curte estes programas sobre vida animal já deve ter visto ou assistido uma cena de uma águia ou de uma gaivota dando rasantes e caçando peixes próximos à superfície da água, mas agora, pela primeira vez, estamos falando o contrário: peixes abocanhando aves em pleno voo.
Nico Smit, um pesquisador da Universidade de North-West, na África do Sul, viajou para o Parque Nacional de Mapungubwe para estudar o habitat e a migração do Peixe-tigre, cujo nome científico é Hydrocynus vittatus. Esta espécie, de acordo com este vídeo do Canal Smithsonian, pode crescer até atingir quase 1 metro de comprimento, e adquirir grandes velocidades, que ele usa, juntamente com um sensor de vibração no cérebro, para localizar e devorar pequenos peixes, que também fazem parte de seu cardápio.

Durante o estudo de Smit, publicado este mês no Journal of Fish Biology, (clique aqui se quiser ler), ele e seus colegas observaram esses peixes pulando para fora da água para capturarem andorinhas, pelo menos 20 vezes por dia. Esta é a primeira vez que os cientistas testemunharam um peixe de água doce capturar um pássaro em pleno voo. Embora a qualidade do vídeo não seja exatamente de alto nível, é possível ver um grande peixe pulando para fora da água e abocanhando uma andorinha, do lado esquerdo ao centro da cena. A ação acontece tão rapidamente, que precisa ser vista novamente em câmera lenta. Veja:
Dioptro Plano
Em Física, estudamos um fenômeno óptico chamado de Refração, que é o desvio de um raio de luz ao passar de um meio cristalino para outro, por exemplo do ar para a água. Isto faz com que o observador dentro da água, no caso um peixe, possa se confundir a respeito da correta posição de um pássaro que esteja voando rasante à superfície da água. Este sistema forma o que chamamos de Dioptro Plano. 
Os pesquisadores descobriram que alguns peixes adultos utilizam a estratégia de atacar diretamente as aves, fazendo automaticamente uma correção na direção, para atingirem o alvo. Isso permite que eles possam ficar um pouco mais camuflados a uma profundidade maior, até o exato instante do ataque rápido e certeiro. Observe a figura:
Estratégias de comportamentos adotadas pelo Peixe-tigre:
(a) Plano de Voo da andorinha da espécie Hirundo rustica. 
(b) Estratégia de busca de superfície do Peixe-tigre para superar o deslocamento de imagem da superfície devido à refração da luz (ângulo θ).          
(c) Ataques aéreos diretos, feitos por Peixes-tigres adultos, que compensam o deslocamento de imagem. 
( Fonte: [1] )

Fontes:
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As Lentes de Fresnel e o carro movido à energia solar

A International Consumer Electronics Show (CES), cuja tradução livre seria Mostra Internacional de Eletrônica de Consumo, realizada anualmente na cidade americana de Las Vegas, é uma feira profissional, não aberta ao público, na qual muitos novos produtos são apresentados ou anunciados.
Durante a CES de 2014, que  inicia-se no dia 6 de janeiro, a Ford apresentará um novo conceito de carro híbrido: o C-max Solar Energi.
Os carros híbridos são aqueles com a opção de funcionar tanto com motor elétrico quanto à combustão. A novidade é que a eletricidade usada para a movimentação do veículo pode agora também ser obtida a partir de um painel solar, colocado na capota do carro, além da opção de plugar diretamente na rede elétrica. Para que a energia do sol possa ser aproveitada  de maneira mais eficiente, carregando ao máximo as baterias no menor tempo possível, e como não seria viável um painel solar com área muito grande, a saída foi projetar um arranjo que utiliza um tipo de lente convergente conhecida como Lente de Fresnel.

Este arranjo (figuras) aumenta em até 8 vezes a eficiência na captação da luz solar. Abaixo dele o carro estaciona, e se desloca lentamente ao longo do dia, através de um sistema inteligente, programado para posicioná-lo de tal forma a aproveitar ao máximo os raios solares.  Enquanto isso, a bateria recarrega sem a necessidade de plugar na rede elétrica.

 Mas o que são as Lentes de Fresnel?
Para entendermos como funciona este tipo especial de lente, vou começar falando de uma propriedade característica das lentes convergentes comuns (lupas), que é a de concentrar os raios do sol em um ponto denominado foco. A distância entre a lente e o foco é chamada de distância focal. Quanto menor for a distância focal da lente desejada, ao ser fabricada, maior deve ser a sua espessura.
Vejam na foto, o perfil de dois tipos de lentes convergentes: uma mais grossa (à esquerda) e outra mais fina (à direita). Segurando primeiramente a lente mais grossa, e depois a mais fina, focalizei, em um papel sobre a mesa, a imagem de uma lâmpada que está posicionada no teto da sala de meu apartamento. Vejam, em cada caso, as diferentes distâncias que tive que manter entre a lente e o papel. No caso da mais grossa, a distância focal é menor, e no caso da mais fina, a distância focal é maior.

No arranjo utilizado para maximizar a energia solar captada nos painéis do carro-conceito da Ford, preferiram optar por Lentes de Fresnel, feitas de acrílico, que possibilita que sejam mais leves e mais baratas. Estas lentes foram inventadas em 1822 pelo físico e matemático francês Augustin-Jean Fresnel. Ele percebeu que era possível obter um foco na mesma posição, sem que a lente precisasse ser muito espessa. Ele notou que se fossem feitos vários cortes no desenho de uma lente convergente comum, dividindo-as em secções e mantendo suas curvaturas,  ao serem compactadas, a espessura da lente se reduziria e o foco permaneceria na mesma posição. Veja na figura , que eu obtive nesta página, e adaptei. (F=Foco)
Carro do futuro?
Por enquanto não se pode dizer que esta solução seria  facilmente adotada nos carros populares de passeio. As células fotovoltaicas são caras, e outra desvantagem é que para que o veículo pudesse percorrer 34 km, apenas usando a propulsão elétrica, seria necessário um dia inteiro à luz do sol, para que a bateria se carregasse por completo.
Este sistema poderia, sim, ser adotado como complemento ao carregamento normal, que já é usado atualmente nos carros elétricos, quando são plugados diretamente nas tomadas de energia (foto). A energia solar obtida através do painel na capota do carro, e transformada em elétrica, de acordo com os engenheiros, poderia representar uma economia de até 75% da energia obtida diretamente nas tomadas da rede elétrica.

 Resta saber se o custo do carro compensaria o investimento. Se pensarmos em termos de sustentabilidade do planeta, não há dúvidas de que seria muito bom que as grandes companhias continuassem investindo nestas formas de energias limpas para o funcionamento dos motores, que além de tudo não provocam emissão de gases poluentes devido à queima de combustíveis. Neste sentido, a Ford está de parabéns.
Detalhe ampliado do painel solar na capota do C-max Solar Energi. 

Para quem se interessou pelas Lentes de Fresnel, selecionei um vídeo interessante e curtinho.
 
Fontes:
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Aplicações criativas para os espelhos planos

Os espelhos planos podem ter muitas aplicações inusitadas. Na Noruega, espelhos planos foram instalados em cima de uma montanha, com o objetivo de refletir a luz solar e iluminar a praça central da cidade de Rjukan, situada em um vale fechado, pois durante os longos meses de inverno os raios de sol não incidem diretamente na cidade. 
Pessoas na praça desfrutando a luz do sol refletida pelos espelhos gigantes

Outra aplicação interessante foi mostrada no filme The Host (A Hospedeira). O filme trata de uns seres alienígenas que invadem a Terra e tentam "domesticar" os últimos remanescentes humanos ainda não dominados por eles, que estão refugiados e vivem escondidos em uma caverna das montanhas de um deserto dos EUA.
Nestas cavernas, estes humanos conseguem criar um sistema de iluminação artificial que funciona com a ajuda de vários espelhos planos colocados em uma grande abertura no teto da caverna (foto), que refletem e iluminam o interior, permitindo que eles cultivem trigo, usado na produção de alimentos. Em uma das cenas, a alienígena caçadora, que persegue os humanos implacavelmente do começo ao fim, passa com um helicóptero sobre a região das montanhas onde eles estão escondidos. Dentro da caverna, ao perceberem a aproximação do helicóptero, eles imediatamente correm para acionar manualmente um sistema de cabos que giram os espelhos para esconder o seu brilho e evitar que sejam vistos pela caçadora. Veja a cena:
   

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