CBERS-3: a novela

Após uma longa novela que já dura 5 anos, com vários adiamentos, surge a notícia recente (clique aqui para ler) de que finalmente deverá ser lançado em outubro de 2013, o CBERS-3 (China-Brazil Earth Resouces Satellite). Segundo os órgãos de divulgação brasileiros, entre os quais o respeitado INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), este satélite aumentou para 50% a participação do Brasil em seu desenvolvimento. A outra metade ficou para os chineses.

Atrasos
O principal fator que gerou atrasos no programa deveu-se a um problema detectado em alguns conversores DC/DC, comprados pelo Brasil, de uma empresa norte-americana, os quais apresentaram defeitos durante os testes realizados pelos chineses, nos procedimentos finais que antecedem o lançamento. O pior deste episódio é a triste revelação de que neste setor aeroespacial ainda dependemos muito de tecnologias importadas, e não produzimos e desenvolvemos estas peças estratégicas por um grande descaso para com as nossas áreas científicas.

Pressão
Os chineses já estariam pressionando, chegando inclusive a ameaçar desistir do projeto, devido aos constantes atrasos nos cronogramas, aparentemente sentindo que o governo brasileiro não estaria dando a devida importância às soluções dos problemas surgidos, e portanto na continuidade da missão. O  MCTI (Ministério da Ciência, Tecnologia, e Informação) apressou-se então em tentar resolver o quanto mais rápido o problema, e em agosto de 2012 mandou cinco engenheiros brasileiros do INPE para a empresa americana fornecedora dos conversores. Esta medida aparentemente teria surtido o efeito desejado.

Riscos
Todos nós entendemos que seria muito arriscado que o CBERS-3 fosse mandado para o espaço com esta dúvida, se os componentes estariam funcionando perfeitamente ou não. Como sabemos, este risco não pode ser corrido de maneira alguma em uma missão desta natureza, já que neste caso é impossível corrigir o erro depois do lançamento. Caso isto acontecesse, o funcionamento estaria irremediavelmente comprometido, e todo o investimento teria sido em vão. Possivelmente, devido à relativa rapidez na divulgação da notícia recente do lançamento, os componentes que apresentaram falhas não foram substituídos por outros diferentes, de outro fornecedor, já que isto levaria ainda mais alguns anos para que fossem adaptados ao sistema, o que aborreceria ainda mais os já impacientes chineses. É provável que os conversores tenham apenas sido substituídos por outros do mesmo tipo, e do mesmo fornecedor, e isto pode ser um bom motivo de preocupação, pois se eles falharam uma vez podem falhar novamente no espaço. Espero sinceramente que eu esteja enganado, e a decisão de lançar o satélite não tenha sido precipitadamente tomada somente à luz do desgaste político que causaria uma situação constrangedora de ter que adiar mais uma vez ou até mesmo cancelar a missão. Ao mesmo tempo, penso que não haveria perda maior em todos os sentidos, se logo após o CBERS-3 ter sido colocado em órbita ele não funcionasse como o esperado.

Torcidas

Estarei aqui torcendo para que tudo dê certo.
Através do programa CBERS, o Brasil já conseguiu monitorar, e pode continuar monitorando áreas de plantações de cana e outras culturas, expansão urbana, desmatamentos, queimadas, sistemas hidrográficos, e agropecuária. O CBERS-3 será o 4º satélite lançado da base de Taiwan, de uma série de cinco programados. Até o momento foram lançados três, que já se encontram desativados: CBERS-1, em 1999; CBERS-2, em 2003; e CBERS-2B, em 2007.

Foto de Manaus, enviada em 2004 pelo CBERS-2

Eu já escrevi neste blog sobre Base de Lançamento de Alcântara, explicando porque ela é privilegiada em termos de posição global, muito mais do que a dos EUA e diversas outras bases no mundo, inclusive a chinesa. Quem quiser ler clique aqui. Aliás, neste post a que me referi, e que escrevi em maio de 2010, havia uma previsão de que o CBERS-3 fosse lançado em outubro de 2011. Se desta vez a previsão se concretizar, já estaremos dois anos atrasados. Que tal investirmos em Educação? A China já pensou nisto muito antes de nós. Agora eles estão apenas colhendo os frutos deste investimento. Mas vá falar isto para nossos alunos. Eu sou professor, e sei como muitos deles não pensam em se esforçar para aprender Matemática, Física, Biologia, Química, Geografia, História, Sociologia, Filosofia, Português, Inglês, ou Artes. Alguns estão mais preocupados com a escalação do nosso time de futebol para a Copa do ano que vêm. Podemos até ganhá-la, e eu também torcerei e ficarei muito feliz com isso, mas acho que também poderíamos começar a pensar em vencer em outras áreas.

Fontes:
http://cienciahoje.uol.com.br/especiais/reuniao-anual-da-sbpc-2013/cbers-3-contagem-regressiva
http://jornaldosindct.sindct.org.br/index.php?q=node/275
http://panoramaespacial.blogspot.com.br/2012/12/o-que-podemos-aprender-com-as-falhas-de.html
http://www.cbers.inpe.br/sobre_satelite/descricao_cbers3e4.php
http://brazilianspace.blogspot.com.br/2013/05/os-riscos-para-lancamento-do-satelite.html

Update (09/12/2013):
Infelizmente fracassou a missão de colocar o CBERS-3 em órbita:
http://exame.abril.com.br/ciencia/noticias/lancamento-de-foguete-em-parceria-com-china-fracassa 

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Jansky e o Método Científico

Uma das maneiras que os astrônomos têm de estudar o Universo é através das ondas de rádio. O homem que, quase por acaso, descobriu a existência dessas ondas provenientes do espaço, e que hoje é considerado um dos fundadores da radioastronomia, foi Karl Jansky (foto).

O problema

Nos anos 30, empregado como engenheiro nos Laboratórios Bell, foi dada a Jansky a tarefa de melhorar as transmissões de rádio entre o continente americano e europeu, que eram rotineiramente interrompidas por ruídos indesejáveis, tais como estalos, batidas, chiados e assobios que, em muitos casos, impossibilitavam a conversa.

Investigando as causas do problema

O primeiro passo dado por Jansky foi construir antenas que eram capazes de receber uma gama muito ampla de comprimentos de onda. O sistema era montado em uma estrutura circular apoiada em rodas que posicionavam as antenas em várias direções.

Sistema de antenas rotativas construído por Jansky

Depois de realizar diversas medidas, ele observou que além dos estrondos e estalos provocados pelas tempestades e trovoadas locais ou distantes, havia um tipo de estática constante, ao qual se referiu da seguinte maneira:
"Um tipo de assobio estático e muito constante, cuja origem eu desconheço."
Acaso e sorte 

Jansky registrou a intensidade do assobio do tipo estático (foto), e observou que atingia o pico quando a antena estava apontada para uma determinada região do céu. Primeiramente ele pensou que o ponto de pico de intensidade seguia o Sol, e inicialmente teria imaginado que a estática era gerada pela radiação solar. No entanto, após intensificar as observações, viu que os picos estavam se movendo mais e mais longe do Sol. Na verdade, ele notou que as intensidades de pico ocorriam a cada 23 horas e 56 minutos. Esta foi talvez a primeira vez que Jansky verdadeiramente considerou a ideia de que essa estática pudesse ter uma origem além do sistema solar.

Jansky sabia pouco sobre astronomia, mas depois de consultar alguns colegas, aprendeu que, enquanto a Terra leva 24 horas para completar uma volta sobre seu eixo em relação ao Sol, sua rotação em relação às estrelas gasta quatro minutos a menos. Conhecido como Dia Sideral, este fenômeno era precisamente o que Jansky havia observado: intensidades de pico nas leituras estáticas que ocorriam em intervalos de 23 horas e 56 minutos. Ele tinha feito acidentalmente uma descoberta que era inteiramente nova, e também teve sorte em outro aspecto. Suas investigações coincidiram com um momento em que o ciclo de 11 anos de atividade solar estava na fase mínima. Se isso não tivesse ocorrido, erupções solares teriam camuflado as ondas vindas do espaço, e Jansky jamais teria sido capaz de medi-las.

O Método Científico
Neste caso, os passos adotados por Jansky podem nos ajudar a entender como se aplica o Método Científico. Ele se inicia com uma pergunta:
"Qual é a fonte do ruído que ocorre nas chamadas telefônicas para a Europa?"
Para responder à pergunta inicial são feitas observações. Karl Jansky precisou construir um sistema de antenas para captar os ruídos a fim de tentar descobrir a fonte deles.
O terceiro passo de Jansky foi formular uma hipótese. Inicialmente ele acreditava que o ruído era causado exclusivamente pelos distúrbios elétricos originados durante as tempestades.
Para determinar se suas hipóteses estão corretas, os cientistas realizam experimentos para testá-las. Os registros de Jansky mostravam que a quantidade de ruído aumentava significadamente durante as tempestades. Isso indicou que sua hipótese aparentemente estava correta.
Entretanto, depois de ter feito outros experimentos com tempo bom, continuou a ouvir ruído, o que não podia ser explicado por sua primeira hipótese. Isso muitas vezes acontece em experimentos científicos: as informações obtidas podem contradizer a hipótese inicialmente testada. Torna-se, então, necessário descartá-la ou modificá-la para poder explicar as novas informações obtidas. Veja um diagrama indicando as etapas do Método Científico:

Jansky precisou olhar mais longe para determinar a fonte do ruído desconhecido. Seus registros mostravam um padrão no ruído residual, que, de início, sugeria que ele tinha origem solar. Após algum tempo, ele também precisou descartar esta hipótese, e com a ajuda de seus colegas astrônomos, estabeleceu a relação com o Dia Sideral, e chegou à conclusão de que a fonte daquele ruído eram as estrelas no centro da Via Láctea.

Fontes:
Física, Ciência e Tecnologia. Volume 1 - Editora Moderna 
wikipedia.Jansky
http://www.enotes.com/karl-jansky-reference/karl-jansky

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Homem supersônico

Neste Domingo, 14 de outubro, o austríaco Felix Baumgartner (foto) saltou da estratosfera da Terra, de uma altura de aproximadamente 39.000 m. De acordo com informações do site oficial da missão, Baumgartner alcançou uma velocidade estimada de 1.342,8 km/h (Mach 1,24) a qual, quando certificada, irá torná-lo oficialmente o primeiro homem a  quebrar a barreira do som, em queda livre.
Para quem não sabe, este paraquedista já esteve aqui no Brasil e pulou da mão do Cristo Redentor. Veja a foto.

Felix Baumgartner se preparando para saltar da mão direita do Cristo Redentor.

A velocidade do som no ar

De acordo com a temperatura e a densidade, o som se propaga no ar com diferentes valores de velocidade. No ponto da camada da estratosfera, de onde Felix saltou, na qual as temperaturas variam entre cerca de -10°C e -20°C, a velocidade do som é um pouco menor do que aqui embaixo onde estamos. Aqui, ela gira em torno de 340 m/s, o que dá 1.224 km/h. Segundo informações deste link do site da missão, se Felix conseguisse controlar convenientemente a posição de seu corpo durante a queda, ele aceleraria do repouso até a velocidade do som na estratosfera, que deveria ser, segundo eles, de aproximadamente 1.110 km/h, ou 308 m/s. Além disso, eles estimavam que para atingir tal velocidade, Felix levaria uns 40 segundos ou menos de queda livre.

Só para comparar, resolvi então fazer um cálculo de velocidade, usando uma conhecida fórmula da Física. 
V = Vo + g.t   
Se a resistência do ar na estratosfera fosse desprezada, usando a fórmula acima, considerando Vo = 0, e g = 9,7 m/s² (a 39 km de altura a gravidade já é um pouco menor), após 40 s de queda livre, o paraquedista teria a velocidade de 388 m/s (1.396,8 km/h). A conclusão a que podemos chegar é que, mesmo na estratosfera o efeito da resistência do ar é significativo, principalmente quando se está a uma alta velocidade, como no caso do paraquedista. Além disso, conforme ele vai descendo, o ar vai ficando cada vez mais denso, aumentando o atrito e fazendo com que aos poucos a velocidade se aproxime da velocidade limite de queda, quando então o peso do paraquedista se iguala à força de resistência do ar, fazendo com que a resultante, e consequentemente a aceleração se anulem. A partir daí ele descerá com velocidade constante até abrir o paraquedas.  
Selecionei aqui um vídeo mostrando as imagens reais. Reparem que os raios infravermelhos foram os responsáveis por permitirem a visualização das imagens no início da descida.

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Ressonância de Laplace

O principal objetivo do telescópio Kepler, desde seu lançamento em março de 2009, tem sido o de procurar planetas além do nosso Sistema Solar (exoplanetas), e que possivelmente apresentem alguma semelhança com a Terra.
Recentemente, a NASA, na página do Kepler, anunciou a descoberta de nada mais nada menos do que 11 sistemas planetários, abrigando ao todo 26 novos exoplanetas. Muitos destes, de fato, não são nada parecidos com o nosso. Com relação aos tamanhos, os menores têm 1,5 vezes o raio da Terra, e outros são até maiores do que Júpiter. Além disso, todos orbitam muito próximos de suas estrelas, o que significa que devem ser bem mais quentes do que a Terra. Veja o diagrama comparando os tamanhos dos planetas do nosso Sistema Solar (à esquerda, em azul), com exoplanetas encontrados pelo Kepler. 

Comparação entre os planetas do Sistema Solar e alguns exoplanetas (Clique na imagem para ampliar)

Ressonância Orbital
Na verdade o que considerei mais interessante nestas descobertas é que foi verificado que em 5 destes sistemas planetários encontrados há um par de exoplanetas em que o mais distante da estrela apresenta exatamente a metade do período orbital do outro mais próximo, ou seja, obedecem uma razão exata de 1:2. Além disso, em 4 outros destes sistemas, há pares de exoplanetas em que esta razão é igual a 2:3, ou seja, para cada 2 voltas dadas por um deles em torno de sua estrela, o outro dá exatamente 3 voltas. Estas razões, definidas por números inteiros, geralmente relacionam-se através de uma influência gravitacional periódica de um corpo celeste sobre o outro, ao que se dá o nome de Ressonância Orbital.
Veja alguns exemplos de ressonância orbital que ocorrem no nosso Sistema Solar:

• Cada duas órbitas realizadas por Plutão correspondem a três órbitas de Netuno. A razão é indicada por 2:3.
• A cada 3 voltas dadas pela lua Hyperion, em torno de Saturno, correspondem exatamente a 4 voltas dadas por Titan. A razão é de 3:4.
• Para cada órbita de Mimas, uma outra lua de Saturno, as partículas da chamada Divisão de Cassini, que fazem parte dos famosos anéis daquele planeta, completam exatamente duas órbitas. Esta razão é indicada por 1:2.

Ressonância de Laplace

Desde a descoberta da Lei da Gravitação Universal de Newton, no século 17, a estabilidade do Sistema Solar tem sido motivo de preocupação para muitos matemáticos. Um dos pioneiros a se concentrar nesta questão foi o matemático, astrônomo e físico francês, Pierre Simon Laplace.(figura).
Os efeitos das interações entre os planetas na estabilidade do Sistema Solar são muito pequenos, mas na época não se sabia ao certo se eles poderiam acrescentar-se por períodos mais longos a ponto de alterar significativamente os parâmetros orbitais e conduzir a uma configuração completamente diferente dos planetas, ou até mesmo se algum outro efeito estabilizador poderia manter aquela configuração.

Laplace foi quem encontrou as primeiras respostas que explicavam o movimento sincronizado das luas Galileanas, Io, Europa e Ganimedes. Este tipo de ressonância, que ocorre entre mais de dois corpos, ficou então conhecida como Ressonância de Laplace. Neste caso, a razão é indicada por 1:2:4.
Veja na animação a simulação, que eu obtive nesta página da Wikipedia.

Napoleão, Deus e Laplace

Laplace também ampliou o trabalho de Newton, com a obra conhecida como Mecânica Celeste, que praticamente inaugurou a chamada mecânica física. Conta-se que Napoleão havia escutado que aquela obra de Laplace não continha menção a Deus. Quando o físico foi pedir para que aceitasse uma cópia de seu trabalho, Napoleão teria lhe perguntado:

"M. Laplace, me disseram que você escreveu este grande livro sobre o sistema do universo e jamais sequer mencionou seu Criador." 

Ao que o físico teria  respondido:

"Eu não precisei fazer tal suposição."

Fontes:
http://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/news/new-multi-systems.html
http://raiosinfravermelhos.blogspot.com/2009/02/planetas-extra-solares_04.html

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Questão de Física da UNICAMP

Na medida do possível, tenho procurado acompanhar o nível e conteúdo do que tem sido mais pedido atualmente nos exames vestibulares, principalmente sobre Física, disciplina que leciono. Observando algumas provas deste ano, achei interessante, e ao mesmo tempo relativamente simples, a 1ª questão da prova de Ciências da Natureza, da 2ª fase do vestibular da Unicamp, realizada no último dia 17 de Janeiro. Veja:

1) Em 2011 o Atlantis realizou a última missão dos ônibus espaciais, levando quatro astronautas à Estação Espacial Internacional.
a) A Estação Espacial Internacional gira em torno da Terra numa órbita aproximadamente circular de raio R = 6800 km e completa 16 voltas por dia. Qual é a velocidade escalar média da Estação Espacial Internacional?

b) Próximo da reentrada na atmosfera, na viagem de volta, o ônibus espacial tem velocidade de cerca de 8000 m/s, e sua massa é de aproximadamente 90 toneladas. Qual é a sua energia cinética? 

Eu gostaria de realizar aqui uma solução um pouco diferenciada, com comentários e complementos que talvez possam ajudar a entender um pouco melhor a questão.

Solução comentada 

item a)

Para calcular a velocidade escalar média V da Estação Espacial, devemos usar a fórmula:

ΔS  representa o deslocamento da Estação, e Δt  representa o tempo em que se deu este deslocamento.

O deslocamento será dado pela distância percorrida em volta da Terra.
Para calcular esta distância, vamos relembrar um dos  conceitos mais antigos da história da matemática:

O número Pi
Desde muito antes de Cristo, sabe-se que para círculos de quaisquer tamanhos, a razão C / D, é sempre constante.
C é a distância percorrida em uma volta em torno do círculo, e D é o diâmetro do círculo. Da razão entre eles, obtém-se o valor de Pi, que atualmente é simbolizado pela letra grega π. Então:

A distância C, como se pode ver na figura, corresponde a aproximadamente 3 vezes o valor de D. Podemos usar, na verdade, várias aproximações para o valor de π. Se quiser conhecer os diversos valores de π adotados ao longo da história,  recomendo este post do excelente blog O Baricentro da Mente, do meu amigo e matemático Kleber Kilhian. Para simplificar, vamos usar  π = 3.
Sabendo que o diâmetro D é duas vezes maior do que o raio R, temos: 

Se substituirmos esta expressão no lugar de D da relação que define Pi,  logo acima, podemos chegar à expressão:

No enunciado da questão, eles informam o valor do raio da órbita, que é de 6800 km. Substituindo π = 3 e considerando as 16 voltas na Terra dadas em um dia, que também é um dado da questão, temos:

C = 16 . 2 . 3 . 6800 km

         

Este valor corresponde ao  ΔS  da fórmula para calcular a velocidade, dada no início desta solução. Para determinarmos a velocidade, em km/h,  devemos substituir o valor de Δt = 24 h  correspondente a um dia. Então temos:

                V  =  16 . 2 . 3 . 6800 / 24   =  27200 km/h

Comentário

Este altíssimo valor da velocidade da Estação Espacial Internacional representa uma preocupação constante para os seus tripulantes. Acontece que no espaço existem vários pequenos objetos metálicos em órbita, que podem ser atingidos acidentalmente. Até hoje nenhum provocou grandes danos, mas veja apenas dois exemplos, do que alguns deles fizeram ao colidirem com telescópios ou naves:

Buraco de meia polegada no radiador do ônibus espacial Endeavor 

Buraco de 1 cm de diâmetro em um dos painéis do telescópio Hubble

O pior cenário possível aconteceria se algum destes objetos atingisse, por exemplo, a luva de um astronauta da Estação, durante uma caminhada espacial (foto). Se perfurasse o tecido da luva, isto poderia provocar uma rápida e perigosa descompressão.

A NASA monitora constantemente os objetos maiores que porventura estejam em rota de colisão com a Estação. Quando eles são detectados, os tripulantes são colocados em estado de alerta e se dirigem para a nave russa Soyuz, acoplada à Estação, para se preciso for, efetuarem uma saída de emergência. Ao mesmo tempo, a Estação pode alterar a altitude, acionando foguetes que fazem com que ela se posicione em uma órbita um pouco acima da órbita do objeto.

Item b)

Para calcularmos a Energia Cinética da Atlantis na reentrada, temos que usar a fórmula:

Onde m representa a massa, em kg, e V a velocidade da nave, em m/s. A massa é dada na questão, e é de 90 ton = 90 000 kg = 90. 10³ kg.  A velocidade é de 8000 m/s = 8.10³ m/s  Assim teremos:

         Ec =  90. 10³ . ( 8.10³)² /  2   =  2,88 . 10¹²  J

Comentário

Este é um valor muito alto para a energia cinética. O que ocorria durante a reentrada é que a velocidade das naves era diminuída bastante, devido ao atrito com a atmosfera, e assim a maior parte desta energia cinética se transformava em calor. Isto fazia com que as temperaturas no exterior das naves atingissem valores de até 1200 °C, o que tornava esta etapa uma das mais preocupantes de todas as missões.

Fontes:

O Baricentro da Mente / Breve cronologia de Pi

Wikipedia / Space debris

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Astronautas caindo na Lua

Há aproximadamente um milhão e meio de anos, após um longo processo evolutivo, surgiram na Terra os primeiros hominídeos, nossos ancestrais, que durante a locomoção já se utilizavam de apenas dois pontos de apoio, no nosso caso os pés, o que significou a exigência de um constante esforço como forma de manter o equilíbrio.

Em nossa vida, desde bem cedo, somos treinados para evitar a todo custo uma queda. A partir do momento em que deixamos de gatinhar e ensaiamos os primeiros passos, para a alegria dos nossos pais e parentes, que observam felizes da vida os nossos movimentos, procuramos intuitivamente evitar os tropeços e os tombos. Uma queda, em muitos casos pode representar um trauma doloroso pelo qual ninguém gosta de passar, muito menos os bebês.
Essa preocupação em se manter equilibrado durante a caminhada permanece durante todo o decorrer da nossa existência, e o corpo vai dessa forma se acostumando ao longo dos anos com os efeitos da aceleração da gravidade da Terra, cujo valor é de aproximadamente 10 m/s².
No entanto, se nos deslocássemos para outro local onde o valor da gravidade fosse diferente, o cérebro poderia levar algum tempo para se adaptar às mudanças nas relações de força durante os movimentos. Um bom exemplo disso aconteceu durante as explorações que os astronautas das missões Apollo fizeram na Lua, nas décadas de 60 e 70. Eles precisavam realizar trabalhos elementares, como martelar pequenas rochas, e para encontrá-las necessitavam fazer caminhadas, e alguns se arriscavam até a correr, dando "pulinhos" no solo lunar, mas em determinados momentos eram traídos pela gravidade menor, e acabavam sofrendo quedas aparentemente bobas, e que hoje chegam a ser até engraçadas de se ver, mas que na minha opinião poderiam representar um certo perigo, caso algum equipamento de  proteção pessoal  fosse danificado.
Até mesmo uma simples tarefa de tentar se levantar após a queda tornava-se visivelmente mais complicada do que aqui na Terra, também devido ao peso do equipamento que eles transportavam nas costas para permitir entre outras coisas a respiração e comunicação entre eles, mas que acabava contribuindo para o desequilíbrio, deslocando o centro de massa, e confundindo as reações do corpo.

A aceleração da gravidade da Lua é cerca de 6 vezes menor do que a do nosso planeta, o que dá um valor aproximado de 1,6 m/s². Dessa forma, a principal causa que fazia com que os astronautas caíssem, mesmo com um pequeno descuido, é que o peso deles também se tornava 6 vezes menor.
Assim, por exemplo, se a massa (m) de um astronauta fosse de 80 Kg, seu peso (P) poderia ser calculado pela fórmula:
P = m . g
Enquanto na Terra (g = 10 m/s²) , seu peso seria de 800 N, na Lua (g = 1,6 m/s²), este valor seria de apenas 128 N.
Veja este video com uma seleção de  várias quedas destes astronautas na Lua.

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Satélites caindo do espaço

Qualquer cidadão entende facilmente a necessidade que todos nós sentimos de poder contar com os satélites que orbitam a Terra. Estes equipamentos são mandados ao espaço principalmente com o objetivo de facilitar as nossas vidas aqui embaixo, melhorando a comunicação entre nós, observando o espaço, ou obtendo dados sobre o clima do nosso planeta. No entanto, alguns problemas começaram a surgir. Muitos destes equipamentos, após realizarem seus trabalhos, chegam ao fim de suas vidas úteis, são então desativados, e a partir daí começam a representar um perigo para nós, pois vão continuamente perdendo velocidade, diminuindo a altitude, até que iniciam o processo de retorno e reentrada na atmosfera. O problema maior é que durante este retorno à superfície, suas trajetórias não podem mais ser monitoradas pelas agências espaciais, e assim, o ponto em que seus fragmentos atingirão a superfície não pode ser precisamente determinado. Até o momento, por sorte, nenhum destes objetos atingiu regiões habitadas, o que poderia ter causado grandes danos.

Queda do UARS

No último dia 24 de Setembro, o satélite UARS, de massa total de aproximadamente 6 toneladas, com o tamanho de um ônibus escolar, retornou à Terra, fragmentando-se provavelmente em 26 pedaços, que após a desintegração devido ao atrito com a atmosfera, podem ter chegado com o máximo de 150 quilos cada um. (clique aqui para ler a notícia). A NASA, em comunicado oficial, informou que a queda se deu no Oceano Pacífico, em regiões distantes de áreas habitadas.

Vem aí o ROSAT

Está previsto para entre 20 e 25 de Outubro, a queda de outro satélite desativado, o telescópio de raios-X, de nome ROSAT (imagem), de 2,4 toneladas, que foi construído pelo laboratório aeroespacial alemão DLR, e mandado ao espaço pela NASA. O ponto de reentrada e de queda ainda não pode ser determinado. Assim como no caso do UARS, o Brasil está na rota, e só nos resta torcer para que ele também não caia em uma região habitada.

Os espelhos do telescópio tiveram que ser fortemente protegidos do calor que poderia ter prejudicado as operações de detecção de raios-X durante os seus oito anos de trabalho, mas isso também significa que estes mesmos espelhos estarão muito mais propensos a sobreviver a uma reentrada escaldante. Desta forma, é provável que os pedaços remanescentes de sua fragmentação sejam um pouco maiores do que os do UARS, o que de certa forma representa um perigo maior, caso alguns deles atinjam uma área povoada. A página do ROSAT, do site da DLR, estima que "até 30 itens de detritos individuais, somando todos eles 1,7 toneladas, podem alcançar a superfície da Terra. O sistema óptico, com seus espelhos e uma estrutura de suporte feito de fibra de carbono reforçado - ou pelo menos uma parte dela - poderia ser o componente individual mais pesado a alcançar o chão”.

O ROSAT foi desativado em 1999 e sua órbita foi decaindo desde então. Ele não tem um sistema de propulsão a bordo que pudesse ser usado para manobrar o satélite para permitir um reingresso controlado. O tempo e a posição de reentrada do ROSAT não podem ser previstos com precisão devido às flutuações na atividade solar, que afetam o arrasto atmosférico.

Flutuação da atividade solar

A termosfera, que varia em altitude de cerca de 90 a 500 quilômetros,  é uma camada de gás rarefeita na borda do espaço onde a radiação do Sol faz seu primeiro contato com a atmosfera da Terra. Ela geralmente esquenta e se torna mais densa durante atividade solar alta, o que faz a atmosfera se expandir para cima, causando maiores frenagens em objetos do espaço. A razão de o ROSAT estar voltando mais cedo do que o esperado (previa-se inicialmente que ele cairia entre o final de outubro e o início de novembro) é um aumento repentino na atividade solar. Veja a figura abaixo, retirada da página oficial da reentrada do ROSAT. Note que a atividade do Sol atinge picos em determinados anos, e veja como ela oscila, representada na linha do meio, que eu indiquei pela seta verde.

Prevê-se que haja uma maior taxa de reentradas de satélites, ao aproximarmos da máxima atividade solar em 2013. Apesar de tudo, não há motivo para tanta preocupação. Não se espera que chovam naves espaciais em 2013. É que algumas das reentradas de hoje, como é  o caso do UARS e do ROSAT, são uma herança dos anos 90, em que os lançamento eram feitos a uma taxa duas vezes maior do que as de hoje. A tendência atual é para lançamentos de satélites menores, com cargas mais específicas, ao invés do tipo “tudo-em-um-só” como os satélites representados por embarcações gigantes como o UARS. Isso significa que os restos de futuras missões devem ser menores. Ao menos um alívio, não é mesmo?

Fontes:
http://www.newscientist.com/blogs/onepercent/2011/10/space-telescopes-re-entry-brou.html?DCMP=OTC-rss&nsref=online-news
http://www.nasa.gov/mission_pages/uars/index.html

Update (23/Outubro /2011)  
Rosat já caiu http://astropt.org/blog/2011/10/23/rosat-ja-caiu/

Update (13/01/2018)
Interessante site mostra órbita de satélites, restos de foguetes e pequenos objetos:
http://stuffin.space/

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O Prêmio Nobel de Física e o Universo acelerado

O Prêmio Nobel de Física deste ano foi dividido entre três astrônomos americanos, Saul Perlmutter (foto), Brian P. Schmidt, e Adam G. Riess, que observaram durante muito tempo, ao longo dos anos 80 e 90, as explosões de estrelas supernovas do tipo la, em galáxias distantes. Estas estrelas resultam de uma violenta explosão, em determinadas condições, de uma anã branca, que é um dos estágios finais de uma estrela. O nosso Sol, por exemplo, um dia se tornará uma anã branca.

Os dados precisos destes cientistas e de suas equipes fizeram com que chegassem à conclusão de que o Universo se expande, como já era sabido, mas de forma acelerada. Acontece que este fato não poderia ser explicado se considerássemos apenas as forças de atração entre as galáxias, o que faria com que elas se "segurassem" umas às outras devido ao efeito gravitacional. Daí a grande importância desta descoberta. É que a partir destas observações reforçou-se o conceito de que há mesmo algum tipo de energia "extra" no Universo afastando as galáxias, o que os astrônomos chamam de Energia Escura, e que constitui-se hoje um dos mistérios ainda não desvendados pela Física.
Em resumo, descobriu-se  mais um dos efeitos desta energia misteriosa, o que acrescenta outra comprovação da sua existência, mas não se sabe exatamente como ela "funciona".

Para quem quiser entender um pouco melhor esta importante descoberta, sugiro que assistam ao vídeo abaixo, com legendas em português (clicar em CC).



Links:
1 - Fisica na veia: A expansão acelerada do Universo
2 - Universo Fisico: Nobel de Física em 1 minuto

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Curiosity explorando Marte

Após 30 anos de bons serviços prestados, os Ônibus Espaciais  se aposentaram. A foto mostrada foi tirada a partir da Estação Espacial Internacional. Nela podemos notar o rastro deixado pela nave que realizou a viagem de despedida, a Atlantis, durante a reentrada na atmosfera.

Reentrada da Atlantis. Veja o rastro de fumaça proveniente do esquentamento pelo atrito com o ar.

Novas metas

A partir de agora as atenções (e dinheiro) da NASA serão direcionadas para outras missões, como aquelas que visam estudar mais a fundo o planeta Marte. Está previsto para o final do ano o lançamento do foguete que deve transportar o robô Curiosity, da missão denominada Mars Science Laboratory. Uma das principais intensões será descobrir se há ou houve um dia condições de surgimento de algum tipo de vida no planeta vermelho.

Rovers

Na história da exploração de Marte já foram enviados outros três "carrinhos", os chamados Rovers, que serviram, e alguns ainda continuam servindo, para estudar as condições da superfície marciana. Em 1997, o Sojourner, do tamanho de um forno de microondas, e em 2004, os gêmeos, Spirit (desativado) e Opportunity (ainda na ativa), estes já um pouco maiores.

Comparação de tamanhos: Spirit (esquerda), Sojourney (centro), e Curiosity (direita)

Compare os tamanhos na foto. No centro, o pequeno Sojourner. À esquerda, um dos dois gêmeos (Spirit ou Opportunity), e à direita, o Curiosity, do tamanho de um carro pequeno, que deverá ser enviado este ano.

Como se pode notar pela foto, ao contrário dos seus antecessores, o Curiosity não possui painel solar. A energia elétrica necessária para o funcionamento dos vários instrumentos do robô será garantida por um gerador termoelétrico de radioisótopos. Em outras palavras, a fonte de energia elétrica, desta vez, será nuclear.

Após uma viagem interplanetária de 10 meses, o robô descerá na superfície de Marte, onde deverá permanecer em atividade pelo menos durante 2 anos. Uma outra mudança que achei muito interessante foi em relação à maneira como o Curiosity deverá pousar na superfície de Marte, bem diferente do sistema de "air-bags" usados no caso do Spirit e do Opportunity. Para entender melhor, só assistindo o vídeo a seguir, mostrando belíssimas animações da missão:

Local de Pouso
A NASA definiu hoje o local de pouso do robô, marcado em destaque na imagem, na borda da Cratera Gale.

Elipse mostrando o local do pouso, na periferia da Cratera Gale.

O reconhecimento do relevo de Marte, a partir de outras missões, permitiu que fosse feito o vídeo a seguir, mostrando o local de pouso. As linhas verdes indicam os caminhos que podem ser seguidos pelo robô.

Gastos

Para aqueles que não concordam com os gastos de dinheiro nestas missões, já comentei o que acho aqui.

Além disso, recomendo que assistam a palestra a seguir, onde Brian Cox explica por que a ciência impulsionada pela curiosidade se paga, dando força à inovação e uma profunda apreciação da nossa existência.

Fontes:
http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=nasas-next-mars-rover-to
http://astropt.org/blog/2011/07/08/curiosity-com-o-destino-tracado/
http://pt.wikipedia.org/wiki/Mars_rover

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Balões meteorológicos

Nas últimas semanas que se passaram eu estive ensinando aos alunos da 2ª série do Ensino Médio a teoria envolvida nas transformações gasosas, e decidi aprofundar-me sobre o tema. Em um dos exercícios eu pedia para que calculassem o volume de um balão meteorológico, ao atingir as camadas mais altas da estratosfera.

Consultei inicialmente o livro Física Conceitual, escrito por Paul Hewitt, e acabei encontrando uma passagem interessante intitulada “A Meteorologia e a Primeira Lei”. Nela o autor descreve como a Termodinâmica pode nos ajudar a analisar o clima, e como em determinadas condições podemos expressar a Primeira Lei da seguinte maneira:

“A temperatura do ar cai quando a pressão diminui.”

Para entendermos melhor esta frase, Hewitt faz uma comparação com uma bomba de encher pneu de bicicleta. Quando comprimimos seguidamente o ar dentro da bomba ele aumenta a pressão e esquenta, mesmo sem ter recebido calor do meio externo. Isto explica também porque as temperaturas são mais altas aqui embaixo na superfície do que em grandes altitudes, onde a pressão exercida pelo ar é bem menor.

Video 

Outro achado durante minhas pesquisas, e que considerei muito interessante, foi um vídeo que mostra o lançamento de um balão transportando uma câmera de alta definição (HD), realizado por americanos, em agosto de 2010, em Nova Iorque. Eles pretendiam obter imagens da Terra, a partir de grandes altitudes.

Estudo do vídeo
Resolvi então, fazer um estudo do video, relacionando volume, temperatura e pressão do gás no interior do balão:

Volume inicial ( Vi ) e Volume final ( Vf ) de gás

No momento do lançamento, correspondente ao instante 1:22 do vídeo, dá para estimar em aproximadamente 1,0 m o diâmetro inicial do balão, quando ele ainda se encontra na mão de um dos participantes (imagem). Com este valor, calculei o volume inicial ( Vi ) do balão: Vi = 0,5 m³.

No instante 4:30 do vídeo (imagem), eles informam que o diâmetro do balão já atingiu 18 pés, e que este estaria com apenas 1 pé a menos do que o seu diâmetro máximo. Neste momento, ele se encontrava a 90.000 pés (27.000 m) de altura. Após 70 minutos do lançamento, ele finalmente estoura a uma altura de 100.000 pés (30.000 m). Com 19 pés (5,7 m) de diâmetro, calculei o volume final (Vf ) do balão, e encontrei Vf = 24 m³.

Temperatura inicial ( Ti ), e Temperatura final ( Tf )

Estimei em 27 °C (300K), a temperatura inicial ( Ti ) do gás, no momento do lançamento.

Usei a temperatura final ( Tf ) de - 60 °C (213K), lá no local de máxima altitude atingida pelo balão, pois este foi um valor estimado pelos realizadores, e que é citado no vídeo.

Pressão inicial ( Pi ) e Pressão final ( Pf ) 

O meu objetivo era obter através da fórmula de transformação gasosa, um valor da pressão lá em cima ( Pf ), para comparar com a pressão aqui na superfície( Pi ).

                        Pi  .  Vi     =     Pf  .  Vf

                             Ti                    Tf

  Substituindo os valores:

                       Pi  .  0,5    =    Pf  .   24

                           300                   213

obtive                       Pf  =  0,02 . Pi   

Ou seja, a pressão lá em cima seria aproximadamente 2 centésimos da pressão daqui da superfície.

Gráfico comparativo

Para comparar, encontrei o gráfico dado nesta página da Wikypedia.

Pode-se verificar através dele, que a 30.000 metros (30 km), exatamente no momento em que o balão estoura e começa a descer, a pressão corresponde a 10 mbar (milibárias), aqui na superfície, ela corresponde a 1.000 mbar.
A pressão lá em cima seria, então, 1 centésimo da pressão na superfície da Terra. Bem próximo do valor calculado pela fórmula.

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