O poder de fogo dos espelhos côncavos

Os espelhos côncavos têm o poder de concentrar os raios solares em um determinado ponto, chamado de foco (F), mostrado na figura. Nesta semana eu estava assistindo à TV quando noticiaram sobre um prédio novo que está sendo construído na Inglaterra, e que está causando problemas devido aos vidros espelhados usados na fachada em formato côncavo. Assista:

É inacreditável que os arquitetos e engenheiros tenham se esquecido de considerar o efeito de concentração dos raios solares refletidos na fachada do prédio, um erro que custará caro para ser consertado no projeto. O fato é que este efeito de concentração de raios paralelos no foco de um espelho côncavo já é amplamente conhecido desde a antiguidade. Até existe uma lenda de que Arquimedes teria construído a primeira arma tecnológica da História, queimando as velas dos navios inimigos através da aplicação do mesmo princípio, usando para isso escudos de bronze dos soldados gregos. Bem, eu chamo de lenda pois assisti a um programa dos Caçadores de Mitos, na Discovery, em que eles tentaram reproduzir há alguns anos esta experiência sem sucesso, em uma universidade dos EUA, usando até mesmo centenas de espelhos comuns no lugar de superfícies metálicas de bronze. Apesar disso, esta história já fez parte do exame vestibular da Unicamp, em que eles dão a entender que o fato teria realmente ocorrido e funcionado. Vamos resolvê-la:

Uma das primeiras aplicações militares da ótica ocorreu no século III a.C. quando Siracusa estava sitiada pelas forças navais romanas. Na véspera da batalha, Arquimedes ordenou que 60 soldados polissem seus escudos retangulares de bronze, medindo 0,5 m de largura por 1,0 m de altura. Quando o primeiro navio romano se encontrava a aproximadamente 30 m da praia para atacar, à luz do sol nascente, foi dada a ordem para que os soldados se colocassem formando um arco e empunhassem seus escudos, como representado esquematicamente na figura abaixo. Em poucos minutos as velas do navio estavam ardendo em chamas. Isso foi repetido para cada navio, e assim não foi dessa vez que Siracusa caiu. Uma forma de entendermos o que ocorreu consiste em tratar o conjunto de espelhos como um espelho côncavo. Suponha que os raios do sol cheguem paralelos ao espelho e sejam focalizados na vela do navio.

a) Qual deve ser o raio do espelho côncavo para que a intensidade do sol concentrado seja máxima? 

b) Considere a intensidade da radiação solar no momento da batalha como 500 W/m². Considere que a refletividade efetiva do bronze sobre todo o espectro solar é de 0,6, ou seja, 60% da intensidade incidente é refletida. Estime a potência total incidente na região do foco.

Soluções:
a) Sabe-se, da teoria e propriedades dos espelhos côncavos, que a distância entre o ponto de concentração máxima dos raios paralelos do sol e o espelho, chamada de distância focal, é sempre a metade do raio de curvatura. Então, o raio do espelho deve ser de 60 metros.

b) A área de cada escudo é de 0,5 m². 60 deles dá 30 m². A radiação solar, sendo de 500 W/m²,  dá um total de 15.000 W. Ao refletir, apenas 60% desta radiação é transmitida, o que resulta em uma resposta de 9.000 W.

Comentários: Só para fazermos uma comparação, a potência do forno de microondas de nossas casas é de aproximadamente 2.000 W.

Acredito que, para ter derretido até partes plásticas de um carro, no caso do prédio inglês, a potência no local tenha alcançado índices próximos do calculado na questão acima. Uma dor de cabeça para os projetistas, que poderia ter sido evitada se eles não tivessem se esquecido das aulas básicas de óptica, ensinadas na física do ensino médio.

Fontes:
http://www.comvest.unicamp.br/vest2000/provas/fase2/fisica/fisica.html
http://g1.globo.com/planeta-bizarro/noticia/2013/09/predio-derrete-jaguar-com-reflexo-do-sol-na-inglaterra.html

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A bola de futebol que gera energia elétrica

Recebi no facebook, um interessante artigo enviado por uma prima minha. Ele mostra o exemplo de um grande benefício proporcionado aos moradores de algumas regiões do mundo onde a energia elétrica, por uma série de motivos, não pode ser utilizada pelas pessoas. Em alguns destes lugares a energia não está mesmo disponível, e em outros, apesar da disponibilidade, os habitantes da região não conseguem dinheiro suficiente para pagar por este serviço que nós consideramos essencial nos dias de hoje.

Quatro estudantes americanas inventaram e distribuíram em alguns lugares como estes, uma bola de futebol que segundo elas após ser usada durante apenas meia hora em uma "pelada" entre crianças durante o dia, pode manter acesa à noite, durante 3 horas, uma lâmpada LED que é fornecida juntamente com a bola, e que é conectada a ela por um plug. Veja este vídeo curtinho, de um minuto para entender melhor:

Em alguns locais da África, muitos estudantes já têm se beneficiado da iluminação proporcionada desta forma, possibilitando assim que eles se livrem do incômodo causado pela fumaça e gases tóxicos liberados pelas lamparinas ou velas.

Como funciona
Já estão se tornando bem conhecidas as diversas formas alternativas de se gerar energia elétrica a partir da energia cinética devido ao movimento. O ENEM já explorou o tema citando uma mochila que carregava um dispositivo dentro dela que gerava energia elétrica a partir do balanço durante uma caminhada. Na verdade, sempre que eu falo aos meus alunos sobre a energia cinética, que é um tipo de energia que muitos deles desconhecem, e que está associada à velocidade de um objeto, eu digo que um dos maiores feitos dos tempos modernos foi justamente a descoberta de que este tipo de energia de movimento podia ser convertida em energia elétrica.
Michael Faraday, um excepcional auto-didata, ao qual o blog Baricentro da Mente se referiu brilhantemente em um artigo (clique aqui para ler) do amigo e colaborador Kleber Kilhian, descobriu o fenômeno da indução eletromagnética. Ele teria sido uma das primeiras pessoas a perceber que o movimento de um ímã nas proximidades de um condutor elétrico, era transformado em corrente elétrica. Isso revolucionou o nosso modo de vida, pois possibilitou a geração de energia elétrica de várias formas, inclusive esta da bola de futebol, que foi batizada de Soccket, e que através do giro e rolagem dos componentes magnéticos internos durante o jogo, gera corrente elétrica que permite que uma carga seja armazenada em uma bateria interna, a qual será novamente convertida em corrente a ser fornecida posteriormente à lâmpada durante a noite. Com certeza, uma grande invenção que eu fico torcendo para que seja aprimorada e possa se difundir mais e mais pelo mundo.

Fontes:
http://unchartedplay.com/
http://blog.unchartedplay.com/
http://obaricentrodamente.blogspot.com.br/2013/08/como-faraday-se-tornou-autodidata.html

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Skimboard e a reflexão de ondas na Praia de Sununga

O Skimboard é um esporte que está evoluindo muito no Brasil e no mundo. Trata-se de uma modalidade de surf, mas as pranchas são um pouco menores e mais leves e sem as quilhas (foto). Os surfistas partem correndo da areia em direção ao mar, e quando atingem as ondas realizam as manobras.  Uma praia brasileira está se tornando famosa por ser considerada um dos paraísos mundiais deste esporte, devido às ondas grandes que apresentam uma formação curiosa. É a praia de Sununga, em Ubatuba, litoral norte de São Paulo. Existe lá um grande paredão de rochas do lado direito da praia, onde as ondas batem e refletem, e acabam se juntando às outras ondas em formação, criando uma rede de interferências em que há várias sobreposições de umas sobre as outras. 

Foto do Mundial de Sununga - 2013  

Quando estas interferências são do tipo construtiva, criam-se ondas de grandes amplitudes e muita força, o que proporciona o deleite dos surfistas mais radicais. Na foto mostrada, tirada em abril de 2013, durante a realização de um torneio mundial, que aconteceu em Sununga, dá para perceber o encontro das ondas em duas direções diferentes, a da esquerda, proveniente diretamente do alto mar, e a da direita, proveniente da reflexão no paredão de rochas.

Reflexão de Ondas

Veja a figura. Quando as ondas incidentes (em azul) se chocam com uma superfície reta (em verde), as ondas refletidas (em vermelho) retornam em uma direção que vai depender do ângulo de incidência. A parte em que formam os quadradinhos com linhas azuis e vermelhas se misturando, é a região onde ocorrem as interferências.

No caso de Sununga, o obstáculo é formado pelo paredão de rochas, que não é reto. Assim podem ser formados complexos padrões de interferência. Junte-se a isso o fato de que deve ocorrer também na praia de Sununga o fenômeno ondulatório conhecido como difração, que é quando a onda passa por algum obstáculo, como uma pequena ilha ou elevação rochosa no mar. Veja a foto aérea de uma região da costa da Noruega, que dá uma boa noção do que ocorre com as ondas.

Selecionei um vídeo muito bom com cenas do Mundial de Skimboard UST - Sununga 2013, mostrando belas imagens que explicam melhor o que ocorre com as ondas neste paraíso brasileiro do Skimboard. Curtam:

Crédito da foto:
 http://www.almasurf.com/news.php?id=3306&pagina=2&search=fot%F3grafo

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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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O helicóptero movido apenas pela força humana

Dia 13 de Julho, uma equipe canadense de engenheiros ganhou o Prêmio Sikorsky, faturando a quantia de 250 mil dólares (aproximadamente R$ 560 mil). O desafio, criado em 1980, consistia em manter em voo um helicóptero movimentado apenas pela força humana, que conseguisse atingir a altura mínima de 10 pés (3 m), durante um voo de pelo menos 1 minuto, e sem ultrapassar uma área correspondente a um quadrado de 10 x 10 metros. Em oportunidades anteriores, durante os mais de 30 anos que durou o desafio, este feito já havia sido tentado por outras equipes, sem que tivessem obtido sucesso. Se quiser clique aqui, e assista o vídeo de um acidente que ocorreu em uma das tentativas. Desta vez a equipe AeroVelo conseguiu, mesmo no extremo limite das condições impostas, com um tempo de voo de 64,11 s (apenas 4,11 s de sobra), uma altura de 3,3 m (somente 30 cm a mais)  e um deslocamento horizontal de 9,8 m. Assista:

De certa forma, o Atlas - nome da engenhoca construída por eles - não lembra exatamente um helicóptero, pelo menos da forma como estamos acostumados a ver. Algumas pessoas até criaram uma denominação diferente para esses tipos de máquinas, a qual eu também decidi usar no título deste post: Humancóptero.
O que chamou a atenção foram as 4 hélices enormes usadas, girando em baixa rotação. Então, alguém poderia perguntar: Mas por que optaram por hélices tão grandes? Para responder a essa pergunta, vamos primeiramente tentar entender um pouco a relação entre algumas grandezas físicas envolvidas na sustentação de um helicóptero.

A força de sustentação

(A) representa a área circular, e (h) a altura do 

cilindro de ar que se desloca com velocidade (V).

Consideremos a figura ao lado, representando um helicóptero durante um voo, mas sem movimento horizontal. Para simplificar, vamos desprezar também o efeito de solo e do vento.
A hélice realiza uma força de ação, empurrando o ar para baixo. O helicóptero sofre então uma força de reação no sentido para cima, de acordo com a 3ª Lei de Newton.

Suponha que em um determinado intervalo de tempo, um certo volume de ar, que representarei na figura pelo cilindro (em azul), é empurrado para baixo. Sua velocidade (V) é dada por;

   (Eq. 1)

(ΔS) é o deslocamento vertical do ar, que no nosso caso é igual à altura (h) do cilindro, e (Δt) é o intervalo de tempo em que esta massa de ar é deslocada. Assim, temos que;

   (Eq. 2)

Agora vamos pensar em termos da relação entre potência (P) e energia cinética (Ec) geradas neste movimento.

   (Eq. 3)

   (Eq. 4) 

Substituindo a  (Eq. 4)  na  (Eq. 3), temos;

   (Eq. 5)

Sendo (m), a massa de ar no cilindro, ela pode ser expressa em função da densidade do ar (d) e do volume de ar (Vol) contido no cilindro;

   (Eq. 6)

Sabemos que o volume do cilindro é dado por;

   (Eq. 7)

Substituindo a  (Eq. 7)  na  (Eq. 6), temos uma nova expressão para a massa;

   (Eq. 8)

Substituindo a  (Eq. 8)  na  (Eq. 5) , obtemos;

   (Eq. 9)

Finalmente, trocando-se (Δt) da  (Eq. 9)  pela relação obtida na  (Eq. 2)  encontramos a expressão que eu queria analisar, para entendermos porque optaram por usar hélices tão grandes;

Nesta expressão, a densidade do ar (d) não poderia ser alterada, mas no projeto seria possível aumentar a área A varrida pelas hélices, de tal forma a obter uma redução na velocidade V com que o ar deveria ser empurrado para baixo, mantendo assim a mesma potência necessária para que fosse possível elevar o equipamento à altura desejada. Assim, decidiram usar 4 hélices, movimentadas ao mesmo tempo pelo ciclista Todd Reichert, através de um sistema de cabos interligados, o que aumentou bastante a área total de ar deslocado.

Fontes:

http://www.wired.com/wiredscience/2013/07/why-are-human-powered-helicopters-so-big/

http://veja.abril.com.br/noticia/ciencia/engenheiros-constroem-primeiro-helicoptero-movido-a-propulsao-humana

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Tirar a bateria enquanto o notebook estiver na tomada prolonga a sua vida?

Nesta semana decidi comprar um notebook, e acabei optando por um da marca Acer (foto).
Um amigo  recomendou-me que se eu quisesse prolongar a vida útil da bateria deveria retirá-la enquanto eu estivesse usando-o ligado na tomada. Eu já tinha ouvido falar sobre isso, mas não sabia até que ponto seria verdade. Pesquisei no Google para tentar encontrar mais informações e acabei chegando à conclusão de que, devido aos vários modelos de baterias e notebooks, este procedimento pode significar vantagens e desvantagens.

Vantagem
Em um dos sites que pesquisei, eles informam que, se o notebook é usado durante a maior parte do tempo ligado na tomada, o procedimento de retirada da bateria pode aumentar em 10% a sua vida útil. Uma dica dada neste mesmo site é que a bateria pode ser guardada carregada, devendo ser usada a cada uma ou duas semanas para dar nova carga.

Desvantagem
Em um outro site, há uma informação de que na maioria dos notebooks modernos, depois que a bateria atingiu 100% de carregamento, automaticamente só o carregador passa a fornecer energia ao sistema, o que não provoca desgaste desnecessário. Mas a informação que encontrei, e que me fez desistir da ideia de ficar retirando a bateria, é que se por qualquer motivo houver interrupção repentina da energia proveniente da rede elétrica, a bateria protege os dados e sistemas do notebook, pois faz a função de no-break, impedindo que se percam informações não memorizadas, e em alguns casos até evitando danos permanentes ao equipamento. Fiquei pensando: Será que vale a pena preservar 10% na vida útil da bateria e correr este risco?

Outra questão apontada em outro site diz respeito ao aquecimento excessivo gerado pelo hardware, quando está sendo utilizado em jogos, por exemplo. Neste caso a temperatura pode atingir até 60ºC. Recomenda-se então que a bateria seja retirada, pois o calor, aliado ao fato de estar 100% carregada, pode ser prejudicial à sua vida útil.

Como a recomendação da maioria dos sites que pesquisei é a de consultar o manual do fabricante, fui à página da Acer, e na seção de Perguntas mais frequentes  encontrei em destaque, a que coloco a seguir, e que demonstra que esta é uma dúvida que muitas pessoas têm a respeito dos notebooks.

Eu preciso remover a bateria quando estou usando meu adaptador AC?
Não é necessário remover a bateria quando estiver utilizando alimentação AC pois o computador fornece uma "carga lenta" para a bateria enquanto está ligado na corrente AC. No entanto, se não pretende usar o computador por vários dias, não é uma má ideia remover a bateria. Basta manter a bateria em local fresco e seco. A "carga lenta" significa carregar uma bateria a uma taxa semelhante à sua taxa de auto-descarga, mantendo assim uma bateria de capacidade total. A maioria das baterias recarregáveis têm um baixo índice de auto-descarga, o que significa que perdem gradualmente sua carga, mesmo quando não estão sendo usadas em um dispositivo.

Fontes:
http://batterycare.net/guia.html
http://bbaterias.com.br/artigos/posso-usar-meu-notebook-ligado-direto-na-tomada
http://batteryuniversity.com/learn/article/lithium_based_batteries
http://tecnologia.uol.com.br/dicas/ultimas-noticias/2010/03/11/tire-duvidas-sobre-como-cuidar-da-bateria-do-notebook.jhtm

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Casa construída com impressora 3D

Este ano, um aluno perguntou-me na aula se eu sabia que as impressoras 3D já estariam capacitadas a construir até mesmo uma casa. Fiquei imaginando como uma tarefa desta natureza poderia ser colocada em prática, e agora nas minhas férias, sobrou-me um tempinho e então decidi informar-me sobre o assunto. Fazendo uma busca no Google, cheguei a esta página do site da dezeen magazine. O artigo, datado de 20 de janeiro de 2013, informa que o estúdio de arquitetura holandês Universe Architecture está realmente planejando construir pela primeira vez na história, uma casa usando uma enorme impressora 3D, e se tudo der certo, ela deve ficar pronta até 2015.

A  Landscape House (Casa Paisagem) 

Landscape House, como ficou conhecida, deverá ser montada com uma grande impressora que pode produzir seções de até 6 m x 9 m, usando uma mistura de areia e um agente de ligação. Veja um detalhe ampliado:

Em uma vista de cima (imagem ao lado), ela tem formato triangular, e é inspirada em uma figura conhecida pelos matemáticos como Fita de Möbius.
O arquiteto holandês Janjaap Ruijssenaars da Universe Architecture, irá colaborar com o inventor italiano Enrico Dini, que desenvolveu a impressora D-Shape, e a equipe também está trabalhando com o matemático e artista Roelofs Rinus. A impressora D-Shape irá criar volumes vazios que serão preenchidos com concreto reforçado com fibras para dar-lhe força, e depois, os volumes serão  unidos para montar a casa, que eles estimam, levará cerca de 18 meses para ser concluída, com um custo de aproximadamente R$ 15 milhões.

Para quem quiser entender um pouco melhor, recomendo o vídeo a seguir, do inventor Enrico Dini falando sobre seus sonhos de infância, quando erguia castelos de areia na praia, e sobre uma grande e complexa obra de arte, de aproximadamente 3 metros de altura (foto), construída pela  impressora D-Shape.

Minha opinião

Vamos esperar para ver se tudo funciona como os projetistas planejam, mas posso adiantar algumas coisas que penso.
Este projeto está longe de ser o que eu imaginei inicialmente, quando meu aluno questionou-me. O design da casa é bem específico, e na minha opinião não se parece muito com uma casa, no sentido de oferecer segurança, privacidade ou conforto. 

Não sei se casas convencionais, com janelas e portas do jeito que estamos acostumados a ver, poderiam ser fabricadas através desta técnica. Além disso, temos que levar em consideração que as partes hidráulicas e elétricas, provavelmente terão que ser instaladas da maneira como são feitas tradicionalmente. Outros fatores que dificultam a viabilidade do projeto são o custo elevado e o tempo que é gasto na etapa de impressão. 

Apesar de tudo, acredito que este processo possa ser aprimorado, e num futuro talvez se viabilize, pelo menos no que se refere à montagem da estrutura básica das paredes.

Já existem atualmente diversas aplicações deste recurso de uso de impressoras 3-D na medicina, salvando vidas de bebês, e em algumas atividades do dia-a-dia das pessoas. Um exemplo disso está na possibilidade de reposição de peças de aparelhos antigos que não podem ser mais encontradas tão facilmente no mercado.

     

Fontes:
http://www.dezeen.com/2013/01/20/dutch-architects-to-use-3d-printer-to-build-a-house/
http://www.tecmundo.com.br/impressora-3d/40968-quanto-tempo-uma-impressora-3d-leva-para-construir-uma-casa-.htm
http://www.d-shape.com/tecnologia.htm

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Cinética, cinema e os LEDs rotativos

Quando eu tento fazer com que meus alunos associem a energia cinética à condição de velocidade de um corpo, invoco a origem da palavra cinema, que originou-se da palavra grega κίνημα (pronuncia-se mais ou menos como tchienemá, clique aqui para ouvir a pronúncia), que significa movimento. Como sabemos, muitas palavras da língua portuguesa, em suas formações, incorporaram radicais gregos e latinos.

A invenção do cinema possibilitou gravar e reproduzir os movimentos, e portanto indicar velocidades dos objetos que compunham uma determinada cena, o que antes as fotografias só podiam sugerir. Nas fotos mais modernas, por exemplo, de longa exposição, como na mostrada acima, percebemos que houve um movimento de carros devido aos "rastros" deixados pelas luzes dos faróis e das lanternas.
Recentemente, observando um vídeo que mostra um sistema com lâmpadas LED, que formam letras ao serem movimentadas, notei de imediato que havia uma semelhança com o cinema, no que se refere ao efeito conhecido como persistência na retina.

A persistência na retina e o surgimento do cinema
Os experimentos iniciais que originaram o que talvez pudéssemos classificar como os primeiros filmes, relacionavam a ideia que já se tinha de que, passando-se várias fotos tiradas em sequências de intervalos de tempo muito curtos, os olhos das pessoas que estivessem assistindo não poderiam perceber o "pulo" entre uma imagem e outra. Isto é possível graças ao que se conhece na óptica como persistência retiniana. Durante uma pequena fração de segundo, as imagens ficam gravadas no fundo de nossos olhos, e se forem projetadas a um ritmo superior a 16 quadros por segundo associam-se na retina sem interrupção.
Eis um interessante trecho sobre a história do cinema, retirado da Wikipedia: 

Em 1876, Eadweard Muybridge fez uma experiência: primeiro colocou 12 e depois 24 câmeras fotográficas ao longo de um hipódromo e tirou várias fotos da passagem de um cavalo. Ele obteve assim a decomposição do movimento em várias fotografias e através de um zoopraxiscópio pode recompor o movimento.

Fotos tiradas por Muybridge cada uma com uma câmera, colocadas lado a lado.

Hoje em dia, um filme de celulóide é rodado a 24 quadros por segundo, e um vídeo digital é gravado a cerca de 30 quadros por segundo.

Os LEDs rotativos

O dispositivo rotativo é montado usando 8 LEDs dispostos na vertical e programados para piscarem de tal forma que, no momento em que são colocados para girar, reproduzem as letras desejadas. Veja um exemplo:
Os 8 LEDs exibem inúmeras configurações em que cada um deles se encontra aceso ou apagado, formando sequências de imagens alternadas tão rapidamente que, quando ainda não estão girando, nossos olhos não conseguem diferenciá-las umas das outras, pois é como se estivessem sobrepostas. Ao serem colocadas em movimento de rotação, a persistência retinal faz com as imagens, formadas em diferentes posições do espaço, deixem rastros que juntos formarão uma palavra ou desenho.

Funcionamento

Só como exemplo simples, vamos supor que a fileira com 8 LEDs fosse programada para acendê-los e apagá-los, de acordo com a sequência de 1 a 5, mostrada na figura abaixo. Ao movimentá-la, da direita para a esquerda, em uma determinada velocidade, elas formariam a imagem correspondente à letra A.

Fonte:
http://ged.feevale.br/bibvirtual/monografia/MonografiaLeandroAzevedo.pdf

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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

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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O lado escuro do inventor da lâmpada

A história nos revela que alguns personagens, aos quais se dá grande destaque e importância por terem de fato contribuído para melhorar a qualidade de vida das pessoas, chegaram a praticar, em nome da ganância, ações que podemos hoje classificar como um tanto desumanas. É o caso do inventor da lâmpada incandescente, Thomas Edison.

Em determinada época, em torno de 1890, desenrolou-se um episódio que ficou conhecido como a Guerra das Correntes, em que de um lado estava Edison, defendendo o uso da corrente contínua, e do outro lado, o empresário americano Westinghouse, apoiado pelo gênio Nikola Tesla, defendendo o uso da corrente alternada. Havia muito interesse econômico nesta disputa, pois nela estava em jogo o controle do sistema elétrico dos EUA.

Em dado momento, Edison, para mostrar os perigos das altas voltagens, que são necessárias no caso da corrente alternada, começou a realizar diversas demonstrações que serviriam de propaganda negativa a este tipo de corrente. Uma destas práticas consistia em eletrocutar animais, como cães e gatos, em seus laboratórios.

Nesta mesma época viveu uma elefanta chamada Topsy, que tinha sido até então uma das principais atrações do circo Luna Park, de Coney Island, mas que em alguns momentos de fúria havia causado a morte de três homens, um deles um cuidador - se é que podemos classificá-lo assim - bêbado, que dava a ela cigarros acesos para comer.

Os proprietários do circo decidiram então que Topsy deveria ser sacrificada.

Neste momento, a companhia Edison viu uma excelente oportunidade para mostrar publicamente os perigos do uso de altas voltagens.  E então, com o apoio (não se sabe a que preço) das sociedades protetoras dos animais daquela época, que julgaram que a elefanta sofreria menos morrendo eletrocutada, Thomas Edison aproveitou para realizar a demonstração. Afinal, pensariam as pessoas, se aquelas altíssimas voltagens podiam matar até mesmo uma elefanta, o que não fariam com um ser humano?

Edison enviou então seus técnicos que colocaram Topsy sobre uma plataforma metálica e passaram diversos eletrodos através de sua cabeça e de seu corpo. Mais de 1.500 pessoas se juntaram em Coney Island para presenciarem a execução, e o próprio Edison decidiu filmar toda a ação com uma câmera de sua invenção. O filme foi divulgado com grande sucesso, com o título: ”Electrocuting an elephant”, toda uma demonstração dos inconvenientes da corrente alternada. 
Assista: Na maioria das vezes em que Edison é apresentado aos alunos, e eu tenho um livro de Física em que a página inicial de um dos capítulos sobre eletricidade mostra uma foto dele ao lado de uma grande lâmpada (foto no topo do post), fica-se apenas com a imagem heroica do empresário e inventor, mas depois que conheci essas estratégias que ele usava para tentar se promover, tenho agora comigo uma imagem bem menos nobre deste cidadão.

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