O vício das baterias de celular

Na semana passada, durante a aula, um aluno me fez uma pergunta sobre as baterias dos celulares, que me deu uma ideia para elaborar este post. O assunto era eletrodinâmica.
Um dos primeiros conceitos que se deve ter sobre esta matéria refere-se à corrente elétrica. Eu explico nas aulas que as duas palavras, correnteza e corrente, têm significados semelhantes na língua portuguesa, e ambas dão a ideia de um fluxo. Correnteza refere-se a um fluxo de água, que pode ser medido, por exemplo, em m³/s (metros cúbicos por segundo). No caso da intensidade de corrente elétrica (i) , o fluxo é igual à quantidade de carga elétrica (Q), correspondente aos elétrons que se movimentam através de um fio condutor metálico, por unidade de tempo (Δt). Assim, temos:

                                 

A unidade de medida da carga elétrica, no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Coulomb (C) , e do tempo é o segundo (s). A corrente elétrica, será, portanto, medida em C/s (Coulombs por segundo). A esta unidade deu-se o nome de Ampère (A).

Carga elétrica das baterias
Da fórmula acima, se quisermos determinar a carga elétrica, conhecendo-se a corrente e o tempo, podemos usar:

Em todas as baterias dos celulares modernos, como a da foto, podemos encontrar indicações da carga elétrica máxima que elas podem armazenar quando estão totalmente carregadas. Acontece que nestes casos, por uma questão prática, não se usa a unidade de carga do SI. Ao invés disso, pelo fato de a corrente ser indicada em mA (miliampères), e o tempo em horas (h), a carga é dada em mAh (miliampères-hora). 

Baterias viciam?
Depois que eu havia passado toda a teoria na aula, no momento em que eu falava sobre esta indicação da carga das baterias, um dos alunos me perguntou se é verdade que as baterias "viciam" quando são carregadas apenas parcialmente. Eu fiquei na dúvida, pois já tinha ouvido falar sobre isso, quando adquiri meu primeiro telefone celular a alguns anos atrás, mas disse que tinha dúvidas sobre até que ponto seria verdade ou apenas mais um mito.
Um outro aluno, que trabalha no setor de informática, se manifestou e disse que achava que realmente as baterias "viciavam". Além disso, ninguém mais arriscou dar um palpite, o que me fez concluir que aparentemente a maioria da classe também não tinha uma opinião formada sobre o assunto. Eu disse então que iria procurar na internet para ver se achava alguma coisa.

O melhor site que encontrei foi este, e através dele pude obter precisas informações. Eis um resumo delas:

• Os primeiros aparelhos telemóveis, como são chamados pelos nossos amigos lusitanos, usavam baterias de Ni-Cd (Níquel-Cádmio) que realmente "viciavam", isto é, se você as carregasse apenas parcialmente, elas perdiam progressivamente a capacidade de armazenar a quantidade de carga para a qual foram inicialmente projetadas.
• A maioria dos aparelhos fabricados de 4 anos pra cá usam baterias de íon-Lítio (Li-ion) que não "viciam", e podem armazenar uma carga até 3 vezes maior do que as antigas, de Ni-Cd. Isto quer dizer que podem ser carregadas parcialmente sem perda de eficiência.
• Os carregadores atuais possuem um sistema de segurança que faz com que eles desliguem assim que a bateria esteja totalmente carregada, evitando superaquecimento.

Apesar de muitas pessoas já terem conhecimento destes fatos, resolvi divulgar aqui para os leitores do INFRAVERMELHO.

Fonte:
http://www.tecmundo.com.br/notebook/2827-baterias-tudo-o-que-voce-precisa-saber-sobre-elas.htm

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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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Supercomputador Tupã: evitando tragédias.

No final de 2010, o INPE inaugurou o Tupã (foto), um supercomputador encarregado, dentre outras tarefas, de agilizar e refinar os cálculos meteorológicos no nosso país, a fim de elaborar o mais rapidamente possível uma previsão mais exata dos locais de formação de tempestades, bem como do grau de intensidade das chuvas associadas a estes temporais.

Após a atual fase inicial de testes, espera-se que o sistema contribua mais efetivamente para que se possa evitar, ou pelo menos amenizar, os terríveis efeitos de tragédias como as que ocorreram na região serrana do Rio de Janeiro, e também as que têm causado grandes perdas humanas e materiais em outras localidades do Brasil ao longo dos anos.

Deus?

O nome Tupã, dado ao equipamento, faz referência à mitologia indígena brasileira. Lendo aqui percebemos que Tupã não representa um deus de fato. Originalmente, na língua tupi-guarani, esta palavra significa trovão, e estaria relacionada ao som provocado por um deus indígena, provavelmente em um momento de ira.

Velocidade

A velocidade de processamento dos computadores pode ser medida em flops, floating point operations per second (operações de ponto-flutuante por segundo), mas quando ela é muito alta, é comum o uso de prefixos, simbolizando múltiplos de flops. Veja na tabela:

Os mais utilizados são:

Megaflops (Mflops)
Gigaflops (Gflops) 
Teraflops (Tflops) 
Petaflops (Pflops).

A Máquina

O Tupã é na verdade um equipamento Cray XT6, produzido pelos EUA, e comprado pelo Brasil por R$ 50 milhões, através de financiamento feito conjuntamente pelo Ministério da Ciência e Tecnologia, e pela FAPESP.

O sistema é capaz de trabalhar com velocidade de até 258 Tflops. Para efeito de comparação, um bom computador caseiro opera com pouco mais de 100 Gflops. A velocidade do Tupã, portanto, é 2.580 vezes maior do que as máquinas domésticas.

Ranking mundial

De acordo com lista divulgada em novembro de 2010, do Top 500 da Supercomputação, que relaciona os equipamentos mais rápidos do mundo, o Tupã ocupava a 29ª posição. Essa é a mais alta colocação já alcançada por uma máquina instalada no Brasil.

Esperança

Espero que as previsões meteorológicas no Brasil melhorem realmente a partir do incremento de novas tecnologias como esta, mas devemos lembrar também que tais medidas, se forem tomadas isoladamente, sem concomitantes práticas de regulamentação das ocupações em áreas de risco, não terão os resultados desejados para que se possa evitar tragédias do tipo que foram presenciadas no Brasil.

Fontes:

http://g1.globo.com/tecnologia/noticia/2010/11/supercomputador-instalado-no-brasil-e-o-29-mais-poderoso-do-mundo.htm

http://www.inpe.br/noticias/noticia.php?Cod_Noticia=2370

http://www.nature.com/news/2010/101103/full/468020a.html

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O uso de celulares pode provocar câncer?

Uma dúvida comum que as pessoas têm a respeito do uso dos celulares é se as radiações emitidas podem prejudicar de alguma forma o nosso organismo. Vejamos o que a Física nos diz a respeito dos tipos de radiações existentes e seus efeitos.

Radiação ionizante e Radiação não ionizante

Os raios infravermelhos, ultravioletas e a luz emitida pelo sol são exemplos de ondas eletromagnéticas. Quando a frequência das ondas é muito alta, as radiações são chamadas ionizantes, como é o caso dos raios X, ou raios gama, e seus efeitos adversos já são bem conhecidos. Acontece que as radiações dos celulares possuem frequências bem menores, mais próximas das microondas, e são classificadas como não ionizantes. Veja na figura, o espectro eletromagnético mostrando alguns tipos de ondas e suas frequências.

A frequência dos celulares no espectro eletromagnético

Um efeito possível da radiação não ionizante é o aquecimento, como fazem as microondas e também algumas faixas de freqüências do infravermelho, mas o que se sabe é que as microondas usadas nos celulares são de baixíssima potência, e na verdade só podem provocar aumento de temperatura nas células do nosso corpo, em apenas alguns décimos de graus Celcius. Assim, poderíamos concluir que dificilmente estas ondas seriam prejudiciais, desde que a exposição a elas não fosse muito prolongada.

Níveis de radiação

A Anatel estabelece uma Taxa de Absorção Específica, ou Specific Absorption Rate (SAR), que indica o nível máximo permitido de radiação dos celulares. Ela é fixada a partir do que é considerado como limite seguro para o aquecimento que as células do corpo suportam, ao entrar em contato com a radiação emitida pelos aparelhos. No Brasil, a taxa máxima permitida é de 2 W/kg. O índice de seu celular pode ser encontrado no manual ou site do fabricante.

A Mais Completa Pesquisa

A pesquisa considerada mais completa feita até hoje foi um trabalho da OMS (Organização Mundial da Saúde), intitulado Interphone. O estudo reforça a opinião de que não há risco de aumento na incidência de tumores cerebrais em pessoas que usaram celulares por até 10 anos seguidos, mas reconhece que são necessárias pesquisas mais completas. Alguns cientistas contestaram os resultados.
De fato, temos que reconhecer que a pesquisa perde um pouco da credibilidade a partir do momento em que parte dela teria sido financiada justamente por empresas de telefonia móvel, que provavelmente não estariam interessadas em um parecer desfavorável. Outra falha apontada na pesquisa é que ela não considerou o efeito em crianças e adolescentes, que seria bem maior do que nos adultos, pelo motivo de que principalmente nestas faixas de idade ainda é alta a taxa de crescimento das células que formam os tecidos cerebrais, e este fato é reconhecidamente associado a uma maior vulnerabilidade destas células, notadamente no que diz respeito às radiações.
Haveria portanto a necessidade de melhores estudos dos possíveis efeitos em crianças e adolescentes, que hoje em dia representam uma grande porcentagem do número de pessoas que se utilizam dos telefones móveis. Estão previstas outras pesquisas neste sentido.

Minha conclusão pessoal

Depois de ler muito sobre o assunto, cheguei à conclusão de que realmente não podemos falar em certezas, já que nem mesmo os melhores pesquisadores não chegaram a um consenso, e pelo que vi, ainda estão longe disto. No entanto, penso que seria prudente, por enquanto, por precaução, desaconselharmos o uso abusivo destes aparelhos, principalmente pelas crianças.

Fontes:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Celular_e_c%C3%A2ncer

http://tecnologia.uol.com.br/celulares-telefonia/ultnot/2009/01/30/radiacao_no_celular.jhtm

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O Pré-Sal e a Geofísica

Em 2006, a Petrobras descobriu indícios de petróleo em uma camada do subsolo marinho situada a mais de 6000 metros do nível do mar, que ficou conhecida como Pré-Sal. A reserva se estenderia entre as costas dos estados de Santa Catarina e Espírito Santo, e sua existência foi confirmada em 2007. Em 2008, pela primeira vez, a companhia extraiu petróleo do Pré-Sal.

Veja a figura. Ela compara as profundidades das perfurações realizadas antes do Pré-Sal, e o poço Tupi, perfurado em 2007, já na camada do Pré-Sal.

Antes de realizar as perfurações, a Petrobras utiliza uma tecnologia que indica a possível presença de petróleo em uma determinada região de interesse. Um dos métodos aplicados é conhecido pelos geofísicos como Sísmica.

O que é Sísmica?

Semelhante ao ultra-som, bem conhecido da maioria das pessoas, a Sísmica baseia-se em um método acústico, no qual ondas de som são geradas a partir de uma fonte transportada por um navio. Estas ondas, ao atingirem o fundo do mar, são refletidas, e os ecos são captados por sensores (hidrofones), puxados por cabos ligados ao mesmo navio, e posicionados um pouco mais atrás, sustentados por bóias.

A energia captada pelos hidrofones é convertida em sinais digitais que serão interpretados posteriormente por especialistas, e servirão para desenhar um mapa do relevo do fundo do mar. Veja a figura acima que mostra um esquema, em que se pode ver a posição da fonte de energia, e a linha dos hidrofones, que captam os ecos das ondas, e abaixo uma foto de um navio puxando os hidrofones (pontos brancos).

Cálculos

Sabemos através da Física, que a distância total ( D ) percorrida pela onda sonora, desde sua emissão até a receptação do eco, no hidrofone, pode ser calculada por:

D = V . T

onde V representa a velocidade da onda, e T , o tempo gasto para percorrer esta distância.

A partir destes cálculos, desenha-se uma imagem virtual do fundo do mar.

Na figura abaixo, as duas fatias cruzadas mostram imagens que são denominadas Sísmica 2D (duas dimensões), sobrepostas a uma Sísmica 3D, (em cores).

Sísmica 2D e 3D

As buscas e descobertas de petróleo estão se direcionando às regiões de grande profundidade no mar, e e a cada dia há maior necessidade de desenvolvimento destas tecnologias no Brasil.
  

Fonte:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Camada_pr%C3%A9-sal

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As queimadas de cana e os satélites

Uma notícia recente, veiculada pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) revelou que pela primeira vez desde 2006, quando se iniciou o monitoramento por satélites, mais da metade do corte de cana-de-açúcar na região de Campinas já está sendo feita mecanicamente, sem a necessidade das queimadas (foto).
Quem, como eu, já mora há um bom tempo aqui em Piracicaba, cidade bem próxima à Campinas, sabe como os famosos “cisquinhos de cana” que caem do céu nas épocas das queimadas são motivo de muito desgosto, principalmente das donas de casa, que logo após terem limpado os quintais ou lavado e pendurado as roupas no varal, vêem seus trabalhos prejudicados por estas pequenas e numerosas fuligens, que levadas à altura pelo ar quente durante as queimadas, são transportadas pelo vento às áreas urbanas, onde se precipitam em grandes quantidades. Quanto aos danos causados ao meio ambiente, como a morte de uma grande variedade de animais silvestres, que não conseguem escapar a tempo dos canaviais, o empobrecimento do solo, e o agravamento do efeito estufa, creio que não preciso nem detalhar aqui.

A fiscalização contra as queimadas seria muito difícil de ser feita somente por equipes no solo, dada à grande extensão e aos numerosos pontos de áreas de cultivo de cana no estado de São Paulo, que contribui com 60% de toda a safra do país. Assim é que se tornaram imprescindíveis as imagens dos satélites que monitoram as áreas de produção de cana e traçam um mapa dos focos das queimadas. Um destes satélites é o CBERS-2B, desenvolvido 30% pelo Brasil e 70% pela China, e que foi colocado em órbita em 2007, por um foguete chinês, da base de lançamento de Taiwan, apesar de o Brasil dispor de uma das bases de lançamento mais bem posicionadas do mundo, a Base de Alcântara no Maranhão.

Como se pode ver na figura, nossa base de lançamento (ponto vermelho do mapa), está localizada bem próxima da Linha do Equador, mas ainda não está capacitada para lançamentos de foguetes de grande porte.

Posição privilegiada
Veja na figura que montei, fazendo uma comparação entre o principal ponto de lançamento de foguetes dentro do território dos Estados Unidos, que fica em Cabo Canaveral, na Flórida, e o ponto de lançamento de Alcântara, no Brasil.

Como todos nós sabemos, a Terra gasta 24 horas para dar uma volta em torno de si mesma. Assim, é fácil perceber que um ponto localizado na linha do Equador, como o da base brasileira, por percorrer uma distância (circunferência correspondente à linha verde no mapa) maior que um ponto localizado na Flórida, deve se deslocar a uma velocidade maior, para que complete a volta ao mesmo tempo. Por causa disto, os foguetes, ao serem lançados próximos à Linha do Equador, já saem com um ganho de velocidade, além da provocada pela propulsão própria. Com isso pode haver uma economia de até 30% nos gastos com combustíveis, o que representa uma vantagem enorme.

Além disso, a Base de Alcântara está localizada em uma área de baixa densidade populacional, à beira do Oceano Atlântico. Esta proximidade com o mar favorece o lançamento de foguetes de grande porte, que necessitam de vários estágios desprendidos durante o lançamento e que podem então cair no mar, sem que se corra um risco considerável de algum eventual acidente, o que não é possível evitar em outras bases do mundo.

Apesar do nosso país só ter amargado até agora algumas tentativas fracassadas de viabilização de um Veículo Lançador de Satélites (VLS), e também de um grave acidente, como o de 2003, matando 21 técnicos, o Brasil precisaria investir mais nos programas espaciais, pois necessitará em um breve futuro, reduzir a forte dependência tecnológica em relação aos outros países bem mais avançados nesta área. Por enquanto, fazemos algumas parcerias, como por exemplo com a Ucrânia, para que seja lançado em Alcântara, o foguete da série Ciclone, e o acordo de cooperação com a China, também inclui o desenvolvimento de mais um satélite de rastreamento, o CBERS-3, que aumentará para 50% a participação do Brasil em relação aos 30% do CBERS-2B. No entanto, o lançamento do CBERS-3 está previsto somente para outubro de 2011.

Na minha opinião, o nosso governo deveria aumentar os esforços para que pudéssemos, em um espaço menor de tempo possível, melhorar o monitoramento do nosso vasto território, com desenvolvimento de recursos próprios, atraindo um grupo de cientistas, engenheiros, técnicos e estudantes brasileiros que se sintam valorizados no nosso próprio país.

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KERS

Neste domingo, assistindo ao Grande Prêmio do Brasil de Fórmula 1, nas voltas finais, quando Rubens Barrichelo foi ultrapassado por um dos carros, ouvi Galvão Bueno comentar sobre a desvantagem da equipe Brawn em não poder dispor nestes momentos do KERS (Kinetic Energy Recovery System / Sistema de Reaproveitamento de Energia Cinética), que teria fornecido, segundo o locutor, uma potência extra de 80 “Cavalos”(CV) ao carro que ultrapassou o brasileiro. Resolvi então pesquisar sobre o assunto.

Descobri que atualmente há uma discordância entre a equipe Williams e a maioria das outras equipes que decidiram, em junho, abandonar o uso do KERS para a temporada de 2010, principalmente porque a implantação do sistema estaria exigindo altos investimentos, grande preocupação em tempos de crise na F1. Outra constatação das equipes é que o peso dos componentes afeta o equilíbrio e desempenho dos carros. Além disso, no ano que vem, os tanques de combustíveis serão aumentados, pois serão proibidas as paradas nos boxes para reabastecimento, e assim o volume ocupado pelo KERS seria um fator limitante.

Mas afinal, como funciona o KERS ?

Nas aulas de Física, eu ensino sobre as modalidades de energia que não são muito conhecidas pelos alunos, tais como energia potencial e a energia cinética, esta última relacionada com a velocidade. Eles estão compreensivelmente mais familiarizados com outros tipos, como a elétrica ou térmica, então aproveito para explicar que todas estas podem se transformar umas nas outras.

A ideia do KERS é justamente a de aproveitar uma parte da energia cinética perdida durante as freadas, transformando-a em energia elétrica que é armazenada em uma bateria. Esta energia poderá então ser oportunamente convertida novamente durante a corrida na forma de energia cinética, por exemplo, durante uma ultrapassagem, através de um simples aperto de botão feito pelo piloto no volante do carro.

Assista este vídeo que mostra o piloto Sebastian Vettel explicando como funciona o KERS:

Devo ressaltar que existem dois tipos de KERS: O elétrico, explicado no video, e outro mecânico, denominado Flybrid. Para quem quiser entender um pouco melhor a diferença entre os dois clique aqui.

Eu pessoalmente acho que o sistema devia ser mantido em 2010, apesar das limitações que citei acima. A justificativa é que ele possibilita uma redução no gasto de combustíveis, que pode ser aproveitada futuramente em maior escala nos carros de passeio, significando um vantajoso ganho ambiental. Por isso, vou torcer pela Williams, na briga pelo direito de poder usar o KERS no ano que vem.

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