Depois de ficar muito tempo sem postar nada nesse blog, resolvi escrever novamente, como uma espécie de desabafo de um velho professor aposentado, que dedicou mais de trinta anos à educação pública do estado de São Paulo, acreditando que as condições de trabalho e as estruturas das escolas em algum momento iriam melhorar. Infelizmente o que tenho observado atualmente é exatamente o contrário, ainda mais nesses dois últimos anos da desastrosa gestão do governador Tarcísio de Freitas, junto ao seu secretário da educação, Sr. Feder, que tanto mal já fez à educação do Paraná e que agora vem repetindo o modelo de privatizações das gestões escolares aqui no nosso estado, fato que os educadores consideram que já não tem dado certo em vários países do mundo.
Repara-se ao longo dos anos na área educacional um grande retrocesso. Hoje é fácil entender os resultados ruins gerados por décadas de uma falta de investimentos em escolas públicas e pela desvalorização dos educadores em São Paulo. Participei como professor, em 2014, no início das implantações das chamadas Escolas de Tempo Integral (PEI), mas logo depois, ano após ano, vi que infelizmente, com o tempo, foram sendo criadas muitas delas sem critérios de melhorias em suas estruturas físicas de seus prédios escolares que pudessem atender apropriadamente os requisitos desse modelo. Acho até que muitos pais de alunos se iludem atualmente com esses tipos de escolas sem entender que, na grande maioria, elas se tornaram tão somente apenas uma maneira de aumentar o tempo de permanência dos seus filhos, sem nenhuma melhoria ou adequação dos espaços físicos, além da falta de funcionários suficientes para um bom acompanhamento dos educandos.
Observo também com tristeza o aparecimento de políticos que usam e misturam educação pública com vertentes religiosas, que tanto tomam conta do parlamento brasileiro e do atual governo de São Paulo, muitas vezes ignorando a importância do investimento em ciência, ao invés de religião. O cientista Carl Sagan, que eu homenageio várias vezes nesse meu blog, dizia em uma de suas entrevistas que a mistura inflamável de ignorância e poder, cedo ou tarde iria explodir em nossas caras. Para minha decepção e tristeza, é exatamente a sensação que percebo no momento atual. Quem paga o preço dessas equivocadas decisões políticas são exatamente aqueles que supostamente esperariam por uma transformação em suas vidas e de seus filhos, a partir da educação que se manifesta em várias faces, científicas, culturais, ou políticas.
Esta é uma réplica de artigo publicado em 22/08/2021 no site GZH Porto Alegre. É possível ler o artigo direto clicando aqui, mas talvez seja preciso cadastrar-se para ler. Então pra quem quiser evitar esse trabalho, aí vai.
Escolas municipais do Morro da Cruz vão captar energia solar e esquentar merenda com gás originado do próprio lixo
Instalação das placas fotovoltaicas e do biodigestor deverá resultar em redução de 70% na conta de luz e em duas horas diárias de gás para a cozinha
A lição é da diretora da ONG Centro de Inteligência Urbana de Porto Alegre (CIAUPOA), Tânia Pires:
— Não adianta os alunos estudarem ao lado de enormes placas solares se eles não souberem para que elas servem. O maior ganho não é na conta de luz, é na consciência da comunidade.
É com esse pensamento que duas escolas municipais do Morro da Cruz, na zona leste de Porto Alegre, receberam, no final de julho, placas fotovoltaicas para captar luz solar e transformá-la em energia elétrica e biodigestores para converter lixo orgânico em fertilizantes para uma horta comunitária e em gás para alimentar as próprias cozinhas. As escolas escolhidas foram a EMEF Professora Judith Macedo de Araújo e a EMEF Morro da Cruz – além de um CTG da mesma comunidade.
Placas fotovoltaicas foram instaladas na EMEF Professora Judith Macedo de Araújo
Um dos objetivos é promover a conscientização e integração das crianças nos processos sustentáveis
Biodigestor vai resultar na economia de duas horas diárias de gás para a cozinha
EMEF Professora Judith Macedo de Araújo, EMEF Morro da Cruz e um CTG da mesma comunidade integram o projeto
A iniciativa é parte do projeto Morro da Cruz Circular e recebe financiamento internacional do Google e da ONG Iclei (Governos Locais pela Sustentabilidade, na sigla em inglês). Escolas de Porto Alegre e de Curitiba foram contempladas para o estudo, que envolve ainda um diagnóstico completo do consumo das instituições, da água das torneiras ao lápis apontado, trabalho feito com auxílio de uma ONG holandesa.
— São mais de 90 itens estudados. Os primeiros dados levantados já são surpreendentes. Descobrimos, por exemplo, que a escola consumiu em 2019 o equivalente a três piscinas olímpicas de água — conta Gislaine Coutinho, diretora da Judith, apelido da escola que atende 1.082 alunos de Ensino Fundamental.
A instalação das placas e do biodigestor deverá resultar em redução de 70% na conta de luz e em duas horas diárias de gás para a cozinha, respectivamente. A conscientização e integração das crianças nos processos sustentáveis encontraram uma instituição já habituadas a boas práticas ambientais. Desde o início dos anos 2000, a Judith mantém vivo e ativo o seu Laboratório de Inteligência do Ambiente Urbano (Liau), que foi implementado na rede municipal de Porto Alegre como um desdobramento acadêmico a partir da publicação do Atlas de Porto Alegre de 1998.
Há 11 anos, o Morro da Cruz ganhou ainda a companhia do CIAUPOA, organização focada em fazer a ponte entre instituições ou projetos voltados à sustentabilidade e a comunidade rural onde vivem mais de 50 mil porto-alegrenses. Tânia vê na comunidade e em sua localização um dos grandes trunfos de Porto Alegre para o futuro:
— Somente duas capitais brasileiras ainda têm uma zona rural: Palmas, no Tocantins, e Porto Alegre. É um privilégio termos onde testar, para depois replicar, as iniciativas que desenvolvemos aqui, como o cultivo de sementes orgânicas e esta, agora, relacionada ao consumo de energia.
Além de formar estudantes conscientes, Tânia espera que os dados levantados em escolas como a Judith e a Morro da Cruz, “constranjam positivamente” prefeitos a apostarem no modelo energético. Tanto pela economia na conta de luz quanto pelo bom exemplo.
— As comunidades carentes não têm condições de ter uma placa voltaica em casa, mas é fundamental que eles saibam que ela existe e que cobrem do poder público que a implementem como política pública — resume.
Coronavírus: imagem mostra vírus atacando células humanas (Flickr/Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas dos Estados Unidos/Divulgação)
Para desenvolver uma vacina nova contra um vírus recém-descoberto, é preciso entender a maneira como esses vírus entram nas células, como eles as usam para se autorreplicarem, e de que forma um determinado antígeno pode neutralizá-los. Esses processos envolvem estruturas moleculares muito pequenas. Os microscópios eletrônicos são importantes, mas não seria possível caracterizá-las de forma mais completa sem o auxílio de outro poderoso instrumento que permite obter medidas precisas de suas massas. Esse instrumento é conhecido como espectrômetro de massa, e sem ele, provavelmente as batalhas travadas para a descoberta de novas vacinas seriammais extensas e demoradas.
Campo magnético e espectrômetro
Vou mostrar um dos processos envolvidos no funcionamento de um espectrômetro de massa, a partir de um experimento simples que realizei usando ímãs, duas diferentes esferas de aço e uma rampinha improvisada com réguas. Primeiramente fiz descer pela rampa a esfera mais pesada. Pode-se notar que ao passar pelo campo magnético ela sofre um pequeno desvio, devido à força de atração exercida pelo ímã. Logo após, fiz descer outra esfera mais leve, e pode-se ver claramente que ela sofre um desvio maior. O que isso mostra? Que objetos mais pesados desviam menos as suas trajetórias. Isso de certa forma parece um tanto intuitivo, mas a visualização do efeito no vídeo ajuda a entender.
Mas o que isso tem a ver com o espectrômetro de massa?
Substitua as esferas do meu experimento por íons obtidos de microscópicas partículas, presentes nos vírus, proteínas, e antígenos, que são peças importantes das pesquisas sobre vacinas, mas que, ao contrário das esferas de aço, não poderiam ter suas massas medidas em uma balança (foto).
Na química, a maioria dos átomos e moléculas têm suas massas conhecidas. Assim, sabendo o valor da massa total de um composto, pode-se chegar à sua constituição, ou seja, de que material ele é formado. Em um espectrômetro de massa, íons são arremessados em um campo magnético e sofrem diferentes desvios. Essas partículas desviadas são captadas por um detector, e a partir daí, com auxílio de programas de computação, os pesquisadores descobrem quais são os compostos analisados no experimento.
Se você desejar entender um pouco melhor o funcionamento de um espectrômetro de massa, eu sugiro que assista o vídeo a seguir.
Pra quem vai fazer vestibular.
A Unicamp cobrou no seu vestibular de 2020 uma questão sobre espectrômetro de massa. Vou usar a imagem e solução feita pelo pessoal do Curso Objetivo. Vamos à questão:
Julho de 2019 marcou o cinquentenário da chegada do homem à Lua com a missão Apollo 11. As caminhadas dos astronautas em solo lunar, com seus demorados saltos, são imagens emblemáticas dessa aventura humana. A espectrometria de massas é uma técnica que pode ser usada na identificação de moléculas da atmosfera e do solo lunar. A figura mostra a trajetória (no plano do papel) de uma determinada molécula ionizada (carga) que entra na região de campo magnético do espectrômetro, sombreada na figura, com velocidade de módulo 3,2 105 m/s. O campo magnético é uniforme e perpendicular ao plano do papel, dirigido de baixo para cima, e tem módulo B=0,4T. Como ilustra a figura, na região de campo magnético a trajetória é circular de raio R=36 cm, e a força centrípeta é dada pela força magnética de Lorentz, cujo módulo vale F=qVB. Qual é a massa m da molécula?
Agora, os links de dois artigos científicos sobre vacina, que citam o uso de espectrômetro de massa:
1) Neste, em inglês, os cientistas explicam como fazem para medir as várias estruturas das proteínas quando elas se agregam aos vírus, o que permite estudar o comportamento isolado e associado de cada uma.
2) Neste, uma pesquisadora brasileira mostra como usar espectrômetros de massa para analisar os poros de nanotubos de silício que podem ser usados para desenvolver uma vacina oral para o vírus da hepatite B.
Você já imaginou se houvesse uma vacina contra a Covid-19
que pudesse ser tomada em forma de gotinhas, pela boca?
Não precisaríamos de seringas
e agulhas, e nem tampouco de pessoal qualificado para aplicá-las. E o que é
mais importante: talvez fosse possível vacinar mais rapidamente um número maior
de pessoas.
Saiba que já existem pesquisas nesse sentido, e alguns
equipamentos e técnicas desenvolvidas pelo estudo da Física tem ajudado muito
os pesquisadores a descobrir novas formas de combater o vírus. Existe no mundo
um grande investimento em investigação e inovação, pois a pandemia
tem mostrado como são fundamentais, se queremos oferecer soluções que nos
permitam que nossas economias e sociedades se preparem melhor para uma eventual
próxima crise.
Aqui no Brasil, desde 2004, a professora Márcia Fantini (foto), do Instituto de Física da USP, em parceria com o Instituto Butantan, pesquisa uma maneira de desenvolver uma vacina oral contra o vírus da Hepatite B, doença para a qual existem atualmente apenas vacinas injetáveis. Se tudo der certo, a mesma técnica poderá ser aplicada no caso da Covid-19.
“Nas vacinas administradas por via oral, o desafio é fazer o antígeno, substância que gera a resposta imune à doença, chegar ao intestino, onde será absorvido pelo organismo, sem ser destruído pelo suco gástrico ao passar pelo estômago", diz Márcia.
Os cientistas estão desenvolvendo materiais microscópicos que protegem os antígenos. Um destes materiais é a sílica. Como a estrutura da sílica possui poros, ou seja, espaços vazios, a ideia é usar estes espaços para servirem como veículo protetor dos antígenos. Para que isso seja possível, eles usam técnicas avançadas de caracterização de materiais (microscopia eletrônica de transmissão com varredura, espectroscopia de absorção de raios X, imageamento por contraste de fase por raios X e tomografia de nêutrons), todas desenvolvidas pela área da Física.
Você se interessou em saber mais detalhes? Clique aqui
Uma boa maneira de entender por que algumas máscaras filtram as partículas com maior ou menor eficiência do que outras é através da imagem ampliada das fibras dos tecidos dos quais elas são feitas. Essas ampliações revelam detalhes invisíveis desses acessórios que agora se tornaram parte essencial de nossas vidas.
Enquanto alguns cientistas continuam a mostrar como as máscaras podem ser eficazes para retardar a disseminação do novo coronavírus, especialmente quando elas têm um bom ajuste e são usadas corretamente, outros adotaram abordagens microscópicas. Texturas em microescala dão boas pistas das diferenças das propriedades de cada uma, e podem explicar a capacidade de cada tecido de filtrar aerossóis.
A natureza aleatória das fibras de algodão, com sua textura enrugada e formas complexas, permite explicar por que ele captura mais partículas em nanoescala do que outros tecidos (foto).
Fibras de algodão: Uma rede de fibras de algodão. Este arranjo caótico dá às fibras oportunidades adicionais para agarrar as partículas à medida que estas fluem através do tecido. (*)
Em contraste, tecidos de poliéster como o rayon, apresentam fibras altamente organizadas, em sua maioria retas e lisas, o que os torna menos eficientes como máscaras faciais (foto).
Fibras de rayon: As ranhuras correm ao longo do comprimento das fibras. Ao contrário das fibras de algodão, essas estruturas facilitam o movimento das partículas de um lado para o outro. (*)
Os tecidos feitos de algodão também fornecem proteção adicional ao absorver a umidade do ar. Como o algodão absorve a água, ele incha em ambientes úmidos, o que dificulta a passagem das partículas pela máscara. As máscaras de poliéster como o náilon, por outro lado, repelem a água, então não há benefício adicional.
Mistura de poliéster-algodão: Fibras de algodão natural (claro) contrastam com fibras de poliéster (azul) nesta imagem com cores falsas. As fibras de poliéster são altamente organizadas, em sua maioria retas e lisas, tornando-as menos eficazes do que as fibras de algodão. (*)
As máscaras respiratórias N95 são as mais eficazes para fornecer proteção contra aerossóis que transportam os vírus. (foto)
N95: Em uma máscara N95 (vista em seção transversal com cores falsas), uma camada interior de filtração (roxa), que retém as partículas menores, fica "ensanduichada" por uma camada externa fina (topo) e uma camada interna espessa (abaixo). O conjunto multicamadas feito de plástico é derretido e soprado em um tecido semelhante a uma teia, o que torna as partículas do filtro melhores do que as máscaras de tecido, mesmo as de algodão. (*)
Espero que essas pesquisas utilizando observações microscópicas dos tecidos usados nas máscaras possam ajudar as pessoas a decidirem a melhor forma de proteger a si mesmas e às outras pessoas durante a pandemia. Em todos os casos, usar qualquer máscara em comparação com nenhuma, ao contrário do que defendem alguns negacionistas, faz a maior diferença para retardar a propagação de patógenos.
Créditos:
(*) imagens:E.P. VICENZI / SMITHSONIAN'S MUSEUM CONSERVATION INSTITUTE AND NIST
Nessa semana que se passou, conversei um pouquinho nas minhas aulas de Física com os alunos sobre a importância histórica do fato de termos (eu uso a primeira pessoa do plural por estar me referindo à humanidade) obtido sucesso no pouso do rover Perseverance na superfície do planeta Marte.
Uma boa questão pertinente que coloco sempre aos alunos para refletirmos juntos, diz respeito à pergunta que já me fizeram várias vezes, e cujo argumento semelhante eu estive vendo mais do que nunca em comentários de páginas do facebook, com as pessoas criticando da seguinte forma: Por que gastar bilhões com exploração espacial com tanta gente passando fome?
Eu costumo responder a essa pergunta, pedindo para que façam uma pesquisa comparando a porcentagem de investimentos feitos no mundo todo com programas espaciais, e o que se gasta com todo o aparato que dá suporte às guerras e incentivo à aquisição de armas. E eu incluo nisso, os polpudos salários dos generais. Se ficarem muito surpresos, acho que seria então o momento perfeito para que saíssemos todos pelas ruas das cidades, com faixas e cartazes reivindicando o fim das guerras e do uso indiscriminado de armas.
Outro exemplo que justifica o investimento em pesquisas e desenvolvimento de tecnologias inovadoras é dado no texto que compartilho no link abaixo dessa postagem. O texto foi elaborado usando uma abordagem muito respeitosa, através de uma resposta dada por um pesquisador a um legítimo questionamento feito por uma freira da África, observando tantas crianças passando fome na região em que ela atuava, e sabendo do tanto que era gasto com missões de exploração do espaço. Nessa resposta, é citado o caso de pessoas que criticavam no passado os cientistas ocupados em desenvolver e aprimorar o uso do microscópio. Elas consideravam aquela atividade inútil, de puro desperdício de tempo (e dinheiro), para um aparelho que para elas só serviria como uma espécie de diversão ao ver insetos ou outros bichinhos ampliados, enquanto milhares eram vistos por todos, e a olho nu, adoecendo e morrendo pela terrível epidemia da Peste Negra. Pois bem. Aquela atividade de pesquisa aparentemente inútil e dispendiosa serviria um pouco mais tarde para os cientistas descobrirem a causa da epidemia, auxiliando na descoberta da bactéria causadora daquela terrível peste.
Já dei aqui um pequeno spoiler da leitura, mas quem mesmo assim ainda concorda que deveríamos parar de gastar tanto dinheiro com objetivo de explorar o espaço, sugiro reservar um tempinho para contemplar todo o texto, e quem sabe mudar também suas opiniões, assim como ocorreu com a freira após ter lido a carta-resposta endereçada a ela pelo educado pesquisador.
Alguns programas de TV no Brasil noticiaram um caso em que centenas de aves foram encontradas mortas, caídas em um parque da Holanda, em 2018, provavelmente devido a um teste realizado com antenas que usavam a nova tecnologia de conexão 5G. Uma hipótese levantada por algumas pessoas foi que o coração das aves teria sido afetado pelas ondas eletromagnéticas emitidas durante o teste. Essa hipótese é no mínimo estranha. As ondas 5G operam realmente em frequências mais altas do que as usadas em conexões do tipo 3G ou 4G, mas será que isso poderia mesmo ter causado alterações no coração dos pássaros?
O que é 5G? O 5G é o próximo passo evolutivo para a banda larga sem fio, que pretende elevar, e bastante, a velocidade de conexão e a quantidade de usuários simultâneos, além de permitir uma taxa muito maior de transferências de dados. As redes atuais no Brasil são capazes de fornecer uma velocidade média de conexão de aproximadamente 33 Mbps. Acredita-se que o 5G será capaz de fornecer velocidades 50 a 100 vezes maiores, podendo alcançar até 10 Gbps.
Morte dos pássaros
A misteriosa morte de pássaros ocorreu de fato em um parque da cidade de Haia, na Holanda, com comprovações de relatos e imagens. Veja uma das fotos de um site holandês na época do acontecimento.
O governo municipal de Haia, em seu site, afirmou que as aves começaram a morrer em 19 de outubro de 2018. Traduzi um trecho da nota. Leia:
“Entre sexta-feira, 19 de outubro e sábado, 3 de novembro de 2018, foram encontrados 337 estorninhos mortos... O município não descarta a possibilidade de que as aves tenham sido envenenadas..."
O teste 5G matou os pássaros?
Ainda é desconhecida a causa da morte das aves, mas o governo municipal de Haia descartou também a alegação de que as aves morreram devido ao teste 5G, e disse que nenhum teste desse tipo ocorreu no local nas datas em que se verificaram as mortes.
A Holanda de fato realizou um teste usando 5G em 28 de junho de 2018, mas nenhum pássaro morreu em decorrência das emissões das ondas durante ou logo após esse teste. Na verdade, as aves só começaram a aparecer mortas, como informa a nota do governo de Haia, 4 meses depois, em outubro de 2018.
Radiação Não Ionizante
As radiações nãoionizantes estão a todo momento à nossa volta. São ondas eletromagnéticas como a luz, ondas de rádio, TV, celular, micro-ondas, e WiFi. No espectro eletromagnético, as ondas de 5G, com frequência de 3,5 GHz, estão próximas das micro-ondas, e bem distantes das radiações ionizantes, que são as ultravioletas, os raios X, e os raios gama (radiações nucleares), cujas frequências são bem maiores. Veja:
Espectro eletromagnético, mostrando a localização das ondas 5G.
Vamos proibir o 5G?
Eu entendo, pelo que li, que não há motivo para preocupação exagerada sobre os prováveis efeitos nocivos das ondas 5G à nossa saúde, mas não foi, por exemplo, o que pensaram os deputados Marcius Machado, e Nilso Berlanda, ambos do PL-SC, ao elaborarem um projeto de lei que, se fosse aprovado, iria fazer vigorar em todo o estado de Santa Catarina a proibição de testes com o 5G. Vejam a justificativa usada por eles:
Notem que há uma citação a Albert Einstein, sobre a importância das abelhas. A afirmação do grande físico é correta quanto ao futuro da humanidade, caso as abelhas sejam extintas, mas sabemos hoje que a maior causa da morte de abelhas se deve ao uso indiscriminado de agrotóxicos. Então penso que os nobres deputados poderiam elaborar projetos contra esse problema maior e real. O texto do projeto de lei também cita o Dr. Lair Ribeiro, um médico envolvido em polêmicas discussões a respeito de seus métodos e conclusões pessoais sobre diversos assuntos de saúde. O mais recente deles foi sobre o jornalista Marcelo Rezende, que durante a luta contra o câncer, resolveu abandonar a quimioterapia e adotar a dieta cetogênica recomendada pelo Dr. Lair, segundo a qual, simplesmente cortando-se os alimentos com açúcar e carboidratos, as células com câncer também não teriam como se alimentar e morreriam. O fato é que ao mesmo tempo em que os deputados provocam uma confusão de ideias, acabam chegando a conclusões no mínimo precipitadas e sem fundamentos científicos, com o suposto intuito de proteger os cidadãos catarinenses (e por que não dizer, do mundo).
Quando dou aulas de Física e entro no ramo da Óptica, sempre faço uma definição simples do que é a luz, e explico aos meus alunos como enxergamos as cores dos objetos, de acordo com a frequência que eles absorvem e/ou refletem para os nossos olhos, ao serem iluminados por luz branca ou outra luz monocromática qualquer. Já tratei deste assunto aqui, bem resumidamente, quando escrevi o post "As Diversas Visões", em 2012. No entanto, há sempre uma explicação mais complexa para qualquer assunto de Física.
Esta semana, lendo as páginas de Ciências que eu sigo no Facebook, deparei-me com um artigo interessante, relacionado ao tema das cores, muito bem escrito por um professor americano, que de maneira relativamente simples e didática me fez entender um pouco melhor estas questões envolvendo o mecanismo da visão das cores. Fiz a tradução, e postei aqui no meu blog para quem se interessar. Deixei também o link do artigo original, no final deste post.
O autor, Chad Orzel, é Professor Associado no Departamento de Física e Astronomia da Union College e escreve livros sobre ciência para não-cientistas, o que ajuda muito, facilitando o entendimento destes temas por vezes complexos demais para quem não está familiarizado com termos de mecânica quântica ou dos complicados mecanismos envolvidos nas estruturas atômicas e moleculares. O professor Chad é bacharel em Física pelo Williams College e Ph.D. em Físico-Química pela Universidade de Maryland, além de possuir outros títulos. Quem quiser conhecer um pouco mais sobre ele, e os livros que ele já escreveu, é só clicar no link com seu nome, aí em cima. Vamos ao belíssimo artigo ?
The (Mostly) Quantum Physics Of Making Colors
Chad Orzel
Uma semana atrás, eu recebi uma pergunta no Facebook que foi retransmitida por uma das crianças de um amigo da faculdade, que eu parafraseio como "Qual é a explicação física do que dá aos objetos a sua cor?" É uma boa pergunta, mas infelizmente não há uma resposta simples além de "é complicado ..." o que a torna um bom motivo para um post no blog.
Para começar a responder, porém, é importante deixar claro sobre o que queremos dizer quando falamos sobre "a cor" de alguma coisa. Quando falamos de um objeto ter uma cor no sentido normal (não no sentido da cromodinâmica quântica, em que os quarks interagentes têm "cor", e na qual "cor" é apenas uma palavra usada para indicar uma propriedade com três valores), estamos falando de luz, especificamente a luz que atinge nossos olhos a partir daquele objeto. Dependendo da condição exata do objeto, existem vários processos físicos diferentes que podem estar envolvidos e, provavelmente, em algum nível, quase todos se relacionam com a mecânica quântica.
1) A Natureza Ondulatória dos Elétrons: Se o objeto em questão tem uma pequena quantidade de vapor difuso que está emitindo sua própria luz, a cor que vemos é determinada pela física quântica. Os átomos são compostos de elétrons carregados negativamente ligados a um núcleo carregado positivamente, e a natureza ondulatória dessas coisas seleciona um conjunto único de estados especiais que têm energia bem definida devido à sua interação. Quando os elétrons em um átomo são excitados para um dos estados de energia mais alta (digamos, sendo aquecidos em um incêndio ou excitados em uma descarga de plasma como ocorre em uma luz fluorescente), eles eventualmente retornarão a estados de energia mais baixos emitindo espontaneamente fótons de luz cuja frequência depende da diferença de energia entre o estado inicial e final.
Cada elemento tem um número diferente de elétrons, e as interações entre eles deslocam os estados de energia permitidos de modo que cada elemento tenha um conjunto único de níveis de energia. Isso que dizer que cada um deles possui um conjunto exclusivo de diferenças entre os níveis, ou seja, um conjunto específico de "linhas espectrais", intervalos estreitos de frequência que serão emitidos. Esta coleção de linhas determina a cor que vemos a partir de uma amostra desse elemento, um fato que tem sido usado para identificar substâncias químicas desde a década de 1860 (aproximadamente seis décadas antes que alguém entendesse a física quântica que determina as linhas espectrais).
2) A Natureza da Luz como partícula: Se o objeto em questão tem uma coleção suficientemente grande de átomos, e está muito quente, outro fenômeno quântico essencial entra em ação, fazendo com que o objeto emita luz colorida de um modo muito diferente. Isso produz um amplo "espectro do corpo negro", emitindo luz em uma enorme gama de frequências.
Ao contrário das linhas espectrais dos átomos, esse espectro do corpo negro não depende da composição do material, apenas da sua temperatura - é o brilho vermelho característico de um objeto quente, que é o mesmo para todos os materiais. Um bastão de ferro preto e um vidro claro, aquecidos à mesma temperatura, emitirão o mesmo espectro de luz.
A natureza simples e universal desse problema sugere que ele deveria ter uma explicação simples e universal, a qual foi perseguida por muitos físicos no final do século 19. No final, a explicação encontrada por Max Planck é simples e elegante, mas não é o que os físicos do século 19 esperavam: vem da natureza da luz atuando como partícula, onde um feixe de luz é um fluxo de fótons, cada um carregando uma discreta quantidade de energia determinada pela frequência. Então, se você está olhando para a cor da luz da resistência elétrica quente de uma torradeira ou de uma lâmpada incandescente acesa, você está tendo uma percepção da natureza quântica da luz.
Imagem de fluorescência multifotônica de células HeLa coradas com a toxina de ligação a actina faloidina (vermelho), microtúbulos (ciano) e núcleos de células (azul).
3) A Natureza Ondulatória dos Elétrons II: Se o objeto de interesse é composto de mais de um tipo de átomo, mas não suficientemente quente para emitir uma radiação visível do corpo negro, você pode ver faixas largas de cor emitidas que não estão associadas aos átomos individuais, mas às moléculas de múltiplos átomos, como as proteínas fluorescentes que os biólogos usam para rotular diferentes partes das células sob um microscópio. Quando você reúne múltiplos átomos, seus elétrons acabam sendo compartilhados entre esses átomos, e há muitas maneiras bem semelhantes de fazer esse compartilhamento, com energias ligeiramente diferentes. Isso faz com que os estados de energia extremamente estreitos dos átomos se ampliem em coleções de números enormes de estados muito próximos. Isto, por sua vez, leva a um enorme número de linhas espectrais muito próximas umas das outras, que se misturam para se parecerem com bandas contínuas de cor. Tal como acontece com os átomos, cada molécula tem uma coleção única e, portanto, emitirá um conjunto único de cores.
Corantes em pó utilizados para o Festival Holi na Índia
4) A Natureza Ondulatória dos Elétrons IIa: Se o objeto de interesse não está recebendo energia de modo a fazer com que ele emita luz própria, a luz que vemos é somente a luz refletida a partir de outra fonte primária a partir da qual o objeto foi iluminado. Nesse caso, grande parte da cor vem do processo oposto ao descrito acima: a absorção de luz levando os elétrons de estados de baixa energia para os de alta energia.
Assim como as propriedades de emissão descritas acima, a cor que você obtém dessa maneira depende, em última análise, da física quântica dos átomos e moléculas que compõem o objeto, mas, nesse caso, o efeito não é adicionar luz de uma cor característica, mas removê-la. A luz de uma determinada frequência que cai dentro da faixa correta será absorvida pelo objeto, enquanto o resto da luz será refletida, de modo que a cor que vemos reflete a ausência das frequências absorvidas.
Isto é o que acontece com a maioria dos corantes e pigmentos, então grande parte das cores que vemos nos objetos do dia-a-dia se deve a esse processo.
Ampliação de penas iridescentes de peru.
5) A Natureza Ondulatória da Luz: Esta é a única na lista que não é realmente quântica. Existem duas maneiras de produzir cores que não dependem das propriedades quânticas de átomos e moléculas, mas sim da estrutura do material que compõe o objeto em escala microscópica. Ambas confiam no fato de que ondas de luz de duas fontes próximas podem se sobrepor de uma maneira tal que isso amplia as ondas ou as cancela.
O caso mais simples usa uma estrutura que consiste em muitas folhas planas ou escalas (quase) sobrepostas. Elas refletem todas as cores da luz em todas as direções, mas para ângulos de reflexão particulares, a distância percorrida pela luz de duas superfícies vizinhas em direção ao olho será diferente por um múltiplo exato de um determinado comprimento de onda. Nesse caso, essas ondas reforçam umas às outras, e você vê um reflexo brilhante daquela cor particular naquele ponto específico da superfície. Um ponto diferente a uma curta distância refletirá a luz em seus olhos em um ângulo ligeiramente diferente e, assim, você verá uma cor diferente refletida. Isso leva à cor cintilante de um objeto iridescente, que muda dependendo do ângulo que você está olhando.
Há também uma versão não iridescente de um processo similar, que é responsável pelas cores azuis nas penas de muitas espécies de aves. Neste caso, a estrutura responsável é uma teia complicada de filamentos espaçados por uma quantidade similar ao comprimento de onda da luz azul. Ondas desse comprimento de onda que tentam atravessar esse material se anularão mutuamente, fazendo um "intervalo de banda" que exclui essas frequências; desde que a luz incidente não possa entrar no material, ela é refletida, e isso dá a cor característica.
Barras de Ouro, alumínio, aço e cobre.
6) A Natureza Ondulatória dos Elétrons III: Talvez possamos chamar de cor "brilhante", mas o processo final relacionado à composição de um objeto material é o responsável pela ampla reflexão de muitos metais. Isso novamente tem a ver com a natureza quântica dos elétrons, especificamente o que acontece quando você coloca um grande número deles em um cristal sólido.
O processo-chave é semelhante ao que descrevi acima em relação às moléculas: os elétrons são compartilhados entre todos os átomos do cristal, levando a um número incontavelmente enorme de estados extremamente próximos que se comportam como uma faixa contínua de energias. Se a energia das bandas permitidas em um material e o número de elétrons nessas bandas se romperem da maneira correta, você acabará com um condutor elétrico, no qual os elétrons estarão efetivamente livres para se mover através do material com muito pouca resistência.
Se você aplicar um campo elétrico a um condutor, os elétrons distribuídos uniformemente através do cristal se reorganizarão rapidamente em resposta ao campo, até que a nova distribuição desigual crie seu próprio campo que anula o campo que você está tentando aplicar. Isso funciona tanto para uma distribuição estática como para um objeto carregado trazido para perto, como também para um campo oscilante como uma onda de luz, razão pela qual os condutores elétricos também tendem a ser metais brilhantes, refletindo a luz em uma ampla gama de comprimentos de onda.
É claro que "resistência muito pequena" não seria propriamente resistência, então há um limite para a rapidez com que os elétrons em qualquer condutor real possam se reorganizar. Isso significa que há uma frequência máxima de luz para a qual qualquer determinado condutor pode impedir a entrada de luz; em frequências mais altas, os elétrons se movem muito devagar, e a refletividade cai porque, na verdade, parte da luz pode penetrar. Isto explica por que diferentes metais brilhantes têm cores diferentes: a frequência máxima para o ouro é um pouco menor do que para a prata, então o ouro é um melhor refletor para luz vermelha e amarela de baixa frequência do que luz azul de alta frequência, fazendo-a parecer amarelada. A prata reflete tanto a luz azul quanto a vermelha, por isso não tem tanta cor.
7) Biologia Quântica: O determinante final da cor que vemos não depende do objeto que está sendo visto, mas da visão do observador. Os vários processos descritos acima determinam o espectro da luz que vem aos nossos olhos de um determinado objeto, mas, em última análise, a "cor" que vemos é uma função da interpretação do nosso cérebro.
Esse processo também tem um componente quântico, em que nossos olhos detectam a luz usando diferentes receptores moleculares que absorvem variações características de comprimentos de onda (um predominantemente vermelho, um predominantemente amarelo, um predominantemente azul-verde). Nossos cérebros captam os sinais desses três receptores e os combinam para produzir uma única sensação de "cor".
Este sistema leva a algumas peculiaridades que podem ser exploradas com grande efeito. Como processamos cores com base na resposta de três receptores diferentes, podemos enganar o olho para ver uma cor que não está lá usando uma mistura de três outras cores. Seja qual for o dispositivo em que você esteja lendo este texto, notebook ou celular, a tela usa um sistema que produz a luz em três comprimentos de onda correspondentes ao vermelho, verde e azul (RGB) que mistura habilmente diversas combinações que convencem o cérebro a ver luz nos comprimentos de onda que na verdade não estão lá.
Assim, como podemos ver, a única resposta simples para "Qual é a explicação física do que dá aos objetos sua cor?" é "É complicado ..."
No ano de 2020, a NASA enviará a Marte mais um rover. Os objetivos da Missão Mars 2020 são:
Objetivo 1: Determinar se a vida existiu em Marte
A missão do robô Mars 2020 se concentrará em estudos do ambiente do planeta, buscando sinais preservados em amostras de rochas que se formaram nos primordiais ambientes marcianos, em condições que poderiam ter sido favoráveis à vida microbiana.
É a primeira missão do rover projetada para buscar sinais da vida microbiana do passado. Rovers anteriores confirmaram que Marte já teve condições habitáveis.
Objetivo 2: Caracterizar o clima de Marte
As condições climáticas marcianas primordiais são um dos focos da missão rover Mars 2020. Os instrumentos do veículo buscam evidências de antigos ambientes habitáveis onde a vida microbiana poderia ter existido no passado.
Objetivo 3: caracterizar a geologia de Marte
O Mars 2020 Rover foi projetado para estudar rochas e revelar mais sobre os processos geológicos que criaram e modificaram a crosta e a superfície marciana através dos tempos. Cada camada de rocha na superfície marciana contém um registro do ambiente no qual ela foi formada. O veículo busca sinais em rochas que se formaram na água e que preservam evidências de compostos orgânicos, os componentes químicos da vida.
Objetivo 4: Preparar-se para a exploração humana
O rover Mars 2020 está apontando para tecnologias que poderão ser a chave para o uso de recursos naturais no ambiente marciano para suporte de vida e combustível. Ele também irá monitorar as condições ambientais para que os planejadores da missão entendam melhor como proteger os futuros exploradores humanos.
Esta meta da ciência está relacionada à política espacial nacional para enviar seres humanos a Marte até a década de 2030. Semelhante à história da exploração da Lua, as missões robóticas a Marte fornecem uma compreensão crucial do meio ambiente e testam tecnologias inovadoras para futuras explorações humanas.
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