domingo, 20 de maio de 2012

Som e sua propagação



O som é definido como a propagação de uma frente de compressão mecânica ou onda longitudinal, se propagando tridimensionalmente pelo espaço e apenas em meios materiais, como o ar ou a água.
Para que esta propagação ocorra, é necessário que aconteçam compressões e rarefações em propagação do meio. Estas ondas se propagam de forma longitudinal.
Quando passa, a onda sonora não arrasta as partículas de ar, por exemplo, apenas faz com que estas vibrem em torno de sua posição de equilíbrio.
Como as ondas sonoras devem ser periódicas, é válida a relação da velocidade de propagação:
A audição humana considerada normal consegue captar freqüências de onda sonoras que variam entre aproximadamente 20Hz e 20000Hz. São denominadas ondas de infra-som, as ondas que tem freqüência menor que 20Hz, e ultra-som as que possuem freqüência acima de 20000Hz.
De maneira que:
A velocidade do som na água é aproximadamente igual a 1450m/s e no ar, à 20°C é 343m/s.
A propagação do som em meios gasosos depende fortemente da temperatura do gás, é possível inclusive demonstrar experimentalmente que a velocidade do som em gases é dada por:
Onde:
k=constante que depende da natureza do gás;
T=temperatura absoluta do gás (em kelvin).

Como exemplo podemos tomar a velocidade de propagação do som no ar à temperatura de 15° (288K), que tem valor 340m/s.

Exemplo:
Sabendo que à 15°C o som se propaga à 340m/s, qual será sua velocidade de propagação à 100°C?
Lembrando que:
15° = 288K
100° = 373K
Intervalo Acústico

A audição humana é capaz de diferenciar algumas características do som como a sua alturaintervalotimbre.
altura do som depende apenas de sua freqüência, sendo definida como a diferenciação entre grave eagudo.
Um tom de maior freqüência é agudo e um de menor é grave.
Os intervalos entre dois sons são dados pelo quociente entre suas frequências. Ou seja:
Como o intervalo é um quociente entre duas medidas de mesma unidade, este não tem dimensão.
Na música é dada uma nomenclatura para cada intervalo:
Intervalo AcústicoRazão de freqüência
Uníssono1:1
Oitava2:1
Quinta3:2
Quarta4:3
Terça maior5:4
Terça menor6:5
Sexta maior5:3
Sexta menor8:5
Tom maior (M)9:8
Tom menor (m)10:9
Semitom (s)16:15
As notas musicais de mesmo nome são separadas por um intervalo de uma oitava (2:1)
timbre de um som é a característica que permite diferenciar dois sons de mesma altura e mesma intensidade, mas que são emitidos por instrumentos diferentes.
Desta forma, uma música executada por um violino e um piano se diferencia pelo timbre.


                                         Intensidade sonora

A intensidade do som é a qualidade que nos permite caracterizar se um som é forte ou fraco e depende da energia que a onda sonora transfere.
A intensidade sonora (I) é definida fisicamente como a potência sonora recebida por unidade de área de uma superfície, ou seja:
Mas como a potência pode ser definida pela relação de energia por unidade de tempo:
Então, também podemos expressar a intensidade por:
As unidades mais usadas para a intensidade são J/m² e W/m².
É chamada mínima intensidade física, ou limiar de audibilidade, o menor valor da intensidade sonora ainda audível:
É chamada máxima intensidade física, ou limiar de dor, o maior valor da intensidade sonora suportável pelo ouvido:
Conforme um observador se afasta de uma fonte sonora, a intensidade sonora ou nível sonoro (β)diminui logaritmicamente, sendo representado pela equação:
A unidade utilizada para o nível sonoro é o Bel (B), mas como esta unidade é grande comparada com a maioria dos valores de nível sonoro utilizados no cotidiano, seu múltiplo usual é o decibel (dB), de maneira que 1B=10dB.

Lista de exercícios de Ondas


Testes:
1. Comparadas com a luz visível, as microondas tem
(A) velocidade de propagação menor no vácuo.
(B) fótons de energia maior.
(C) freqüência menor.
(D) comprimento de onda igual.
(E) comprimento de onda menor.

2. A tabela mostra os comprimentos de onda l de três ondas 
eletromagnéticas.

Para essas três ondas, qual a alternativa correta ?
(A) No vácuo, a velocidade de propagação da onda X é menor do que a da onda Y.
(B) A energia de um fóton da onda Z é maior do que a de um fóton da onda X.
(C) A energia de um fóton da onda Y é igual à de um fóton da onda X. 
(D) No vácuo, as três ondas têm a mesma freqüência.
(E) A freqüência da onda X é maior do que a da onda Y.

3. A velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no ar é de aproximadamente 3 x 10 8 m/s . Uma emissora de rádio que transmite sinais ( ondas eletromagnéticas de 9,7 x 10 6 Hz pode ser sintonizada em ondas curtas na faixa (comprimento de onda) de aproximadamente.
(A) 19 m
(B) 25 m
(C) 31 m
(D) 49 m
(E) 60m

4. A tabela mostra as freqüências (f) de três ondas, eletromagnéticas que se propagam no vácuo. Comparando-se essas três ondas, verifica-se que 

(A) a energia de um fóton associado à onda X é maior do que a energia de um fóton associado a onda Y.
(B) o comprimento de onda da onda Y é igual ao dobro do da onda Z.
(C) à onda Z estão, associados os fóton de maior energia e de menor quantidade de movimento linear.
(D) a energia do fóton associado à onda X é igual à associada à onda Y.
(E) as três ondas possuem o mesmo comprimento de onda.

5. Selecione a alternativa que completa corretamente as lacu
nas nas afirmações abaixo
I - O módulo da velocidade de propagação da luz no ar é .......... que o da luz no vidro.
II - No vácuo, o comprimento de onda da luz é .......... que o das ondas de rádio.
(A) maior - menor.
(B) maior - maior.
(C) menor - o mesmo.
(D) o mesmo - menor.
(E) o mesmo - maior.

6. Entre as ondas eletromagnéticas mencionadas na tabela. 
Identifique a que tem o maior comprimento de onda e a que apresenta a maior energia de um fóton associado à onda, respectivamente 

(A) microondas - raios X
(B) ultravioletas - raios X
(C) microondas - infravermelho
(D) ultravioleta - infravermelho
(E) raios x - infravermelho

7. Ondas eletromagnéticas
(A) de mesmo comprimento de onda não podem apresentar o fenômeno da interferência.
(B) podem propagar-se no vácuo.
(C) apresentam um campo elétrico variável paralelo a sua direção de propagação.
(D) de diversos tipos apresentam a mesma freqüência no vácuo.
(E) não são polarizáveis.

8. Ondas de rádio FM são de mesma natureza que ondas
(A) na água
(B) sonoras
(C) luminosas
(D) numa mola
(E) numa corda

9. Analise cada uma das seguintes comparações relacionadas com on-
das eletromagnéticas e indique se são verdadeiras (V) ou falsas (F). 
( ) Os tempos que a luz leva para percorrer as distâncias do Sol até a Terra e da Luz até a Terra são iguais.
( ) No vácuo, os módulos das velocidades de propagação da luz e das microondas são iguais.
( ) No vácuo, as freqüências de todas as ondas eletromagnéticas são iguais .
Quais são, pela ordem, as indicações corretas?
(A) V - V - F
(B) V - F - V
(C) F - V - F
(D) F - V - V
(E) F - F - V

10. Em qual das alternativas as radiações eletromagnéticas estão cita-
das na ordem crescente da energia do fóton associado as ondas?
(A) raios gama, luz visível, microondas
(B) raios gama, microondas, luz visível
(C) luz visível, microondas, raios gama
(D) microondas, luz visível, raios gama
(E) microondas, raios gama, luz visível

11. Associe cada radiação eletromagnética (coluna da direita) com o seu
intervalo de freqüência f, representado no espectro eletromagnético (coluna da esquerda)
A relação numérica, de cima para baixo, da coluna da direita, que estabelece a seqüência de associações corretas é

(A) 1 - 2 - 3
(B) 1 - 3 - 2
(C) 2 - 1 - 3
(D) 2 - 3 - 1
(E) 3 - 2 - 1

12. Selecione a alternativa que, pela ordem preenche corretamente as lacunas
Uma onda transporta ....... de um ponto a outro do espaço
No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas possuem mesma ........
As ondas sonoras propagam-se em uma direção .......... a direção das vibrações do meio
(A) energia - freqüência - paralela
(B) matéria - velocidade - perpendicular
(C) energia - amplitude - perpendicular
(D) matéria - intensidade - paralela
(E) energia - velocidade - paralela.

13. Entre as radiações eletromagnéticas mencionadas nas alternativas, qual apresenta um comprimento de onda cujo valor mais se aproxima da espessura de um livro de 300 páginas?
(A) Raios gama.
(B) Raios X.
(C) Luz visível.
(D) Microondas.
(E) Ondas de rádio.

Ondas



ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

INTRODUÇÃO
    É importante tomarmos consciência de como estamos imersos em ondas eletromagnéticas. Iniciando pelos Sol, a maior e mais importante fonte para os seres terrestres, cuja vida depende do calor e da luz recebidos através de ondas eletromagnéticas.
    Além de outras, recebemos também: a radiação eletromagnética emitida, por átomos de hidrogênio neutro que povoam o espaço interestelar da nossa galáxia; as emissões na faixa de radiofreqüências dos "quasares" (objetos ópticos que se encontram a enormes distâncias de nós, muito além de nossa galáxia, e que produzem enorme quantidade de energia); pulsos intensos de radiação dos "pulsares" (estrelas pequenas cuja densidade média é em torno de 10 trilhões de vezes a densidade média do Sol). 

    Essas radiações são tão importantes que deram origem a uma nova ciência, a Radioastronomia, que se preocupa em captar e analisar essas informações obtidas do espaço através de ondas.
    Há ainda as fontes terrestres de radiação eletromagnética: as estações de rádio e de TV, o sistema de telecomunicações à base de microondas, lâmpadas artificiais, corpos aquecidos e muitas outras.


    A primeira previsão da existência de ondas eletromagnéticas foi feita, em 1864, pelo físico escocês, James Clerk Maxwell . Ele conseguiu provar teoricamente que uma perturbação eletromagnética devia se propagar no vácuo com uma velocidade igual à da luz.
    E a primeira verificação experimental foi feita por Henrich Hertz, em 1887. Hertz produziu ondas eletromagnéticas por meio de circuitos oscilantes e, depois, detectou-se por meio de outros circuitos sintonizados na mesma freqüência. Seu trabalho foi homenageado posteriormente colocando-se o nome "Hertz" para unidade de freqüência.
LEIS DE MAXWELL
    Maxwell estabeleceu algumas leis básicas de eletromagnetismo, baseado nas já conhecidas anteriormente, como a Lei de Coulomb, a Lei de Ampère, a Lei de Faraday, etc.
    Na realidade , Maxwell reuniu os conhecimentos existentes e descobriu as correlações que havia em alguns fenômenos, dando origem à teoria de que eletricidade, magnetismo e óptica são de fato manifestações diferentes do mesmo fenômeno físico.
    O físico inglês Michael Faraday já havia afirmado que era possível produzir um campo a partir de um campo magnético variável.
Imagine um imã e um anel:
    Considere o imã perpendicular ao plano do anel. Movendo-se ou o imã ou o anel, aparecerá uma corrente no anel, causado por um campo elétrico criado devido à variação do fluxo magnético no anel.
    Maxwell verificou que o contrário também era possível. Um campo elétrico variável podia gerar um campo magnético.
    Imagine duas placas paralelas sendo carregadas progressivamente:
    Ao crescerem as cargas das placas, o campo elétrico aumenta, produzindo uma campo magnético (devido a variação do campo elétrico).
    Embora Maxwell tenha estabelecido quatro equações para descrever os fenômenos eletromagnéticos analisados, podemos ter uma noção de sua teoria baseados em duas conclusões:
  • Um campo elétrico variável no tempo produz um campo magnético.
  • Um campo magnético variável no tempo produz um campo elétrico.
A GERAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
    Imagine uma antena de uma estação de rádio:
    Na extremidade da antena existe um fio ligado pelo seu centro a uma fonte alternada (que inverte o sentido a intervalos de tempo determinados). Num certo instante, teremos a corrente num sentido e, depois de alguns instantes, a corrente no outro sentido.

    A velocidade de propagação de uma onda eletromagnética depende do meio em que ela se propaga.
    Maxwell mostrou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética, no vácuo, é dada pela expressão:
onde  é a permissividade elétrica do vácuo e  é a permeabilidade magnética do vácuo.
Aplicando os valores de  e de  na expressão acima, encontra-se a velocidade:
ou
 (valor exato)
que é igual a velocidade da luz. Nisso Maxwell se baseou para afirmar que a luz também é uma onda eletromagnética.
Podemos resumir as características das ondas eletromagnéticas no seguinte:
  • São formadas por campos elétricos e campos magnéticos variáveis.
  • O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético.
  • São ondas transversais (os campos são perpendiculares à direção de propagação).
  • Propagam-se no vácuo com a velocidade "c" .
  • Podem propagar-se num meio material com velocidade menor que a obtida no vácuo.
Com isto, o campo elétrico ao redor do fio em um certo instante estará apontando num sentido e, depois, no sentido contrário.Esse campo elétrico variável  irá gerar um campo magnético  , que será também variável. Por sua vez, esse campo magnético irá gerar um campo elétrico. E assim por diante .... Cada campo varia e gera outro campo que, por ser variável, gera outro campo: e está criada a perturbação eletromagnética que se propaga através do espaço, constituída pelos dois campos em recíprocas induções.
    Note que o campo elétrico é perpendicular à direção de propagação e o campo magnético também, o que comprova que a onda eletromagnética é uma onda transversal.
    Além disso, o campo elétrico é perpendicular ao campo magnético, o que podemos verificar facilmente: quando um fio é percorrido por cargas em movimento, o campo elétrico num ponto próximo ao fio pertence ao plano do fio, enquanto o campo magnético está saindo ou entrando neste plano.

ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
    A palavra espectro (do latim "spectrum", que significa fantasma ou aparição) foi usada por Isaac Newton, no século XVII, para descrever a faixa de cores que apareceu quando numa experiência a luz do Sol atravessou um prisma de vidro em sua trajetória.
    Atualmente chama-se espectro eletromagnético à faixa de freqüências e respectivos comprimentos de ondas que caracterizam os diversos tipos de ondas eletromagnéticas.
    As ondas eletromagnéticas no vácuo têm a mesma velocidade , modificando a freqüência de acordo com espécie e, conseqüentemente, o comprimento de onda.


 

** As escalas de freqüência e comprimento de onda são logarítmicas. 

    Fisicamente, não há intervalos no espectro. Podemos ter ondas de qualquer freqüências que são idênticas na sua natureza, diferenciando no modo como podemos captá-las.
    Observe que algumas freqüências de TV podem coincidir com a freqüência de FM. Isso permite algumas vezes captar uma rádio FM na televisão ou captar um canal de TV num aparelho de rádio FM.

CARACTERÍSTICAS DAS PRINCIPAIS RADIAÇÕES

Ondas de Rádio
    "Ondas de rádio" é a denominação dada às ondas desde freqüências muito pequenas, até 1012 Hz , acima da qual estão os raios infravermelhos.
    As ondas de rádio são geradas por osciladores eletrônicos instalados geralmente em um lugar alto, para atingir uma maior região. Logo o nome "ondas de rádio" inclui as microondas, as ondas de TV, as ondas curtas, as ondas longas e as próprias bandas de AM e FM.
    Ondas de rádio propriamente ditas
    As ondas de rádio propriamente ditas, que vão de 104 Hz a 107 Hz , têm comprimento de onda grande, o que permite que elas sejam refletidas pelas camadas ionizadas da atmosfera superior (ionosfera).
    Estas ondas, além disso, têm a capacidade de contornar obstáculos como árvores, edifícios, de modo que é relativamente fácil captá-las num aparelho rádio-receptor.
Ondas de TV
    As emissões de TV são feitas a partir de 5x107 Hz (50 MHz) . É costume classificar as ondas de TV em bandas de freqüência (faixa de freqüência), que são: 
  • VHF : very high frequency (54 MHz à 216 MHZ è canal 2 à 13)
  • UHF : ultra-high frequency (470 MHz à 890 MHz è canal 14 à 83)
  • SHF : super-high frequency
  • EHF : extremely high frequency
  • VHFI : veri high frequency indeed
    As ondas de TV não são refletidas pela ionosfera, de modo que para estas ondas serem captadas a distâncias superiores a 75 Km é necessário o uso de estações repetidoras.
 

    Microondas
    Microondas correspondem à faixa de mais alta freqüência produzida por osciladores eletrônicos. Freqüências mais altas que as microondas só as produzidas por oscilações moleculares e atômicas.
    As microondas são muito utilizadas em telecomunicações. As ligações de telefone e programas de TV recebidos "via satélite" de outros países são feitas com o emprego de microondas.
    As microondas também podem ser utilizadas para funcionamento de um radar. Uma fonte emite uma radiação que atinge um objeto e volta para o ponto onde a onda foi emitida. De acordo com a direção em que a radiação volta pode ser descoberta a localização do objeto que refletiu a onda.
    Luz visível
    Note que nosso olho só tem condições de perceber freqüências que vão de 4,3x1014 Hz a 7x1014 , faixa indicada pelo espectro como luz visível.
    Nosso olho percebe a freqüência de 4,3x1014 como a cor vermelha. Freqüências abaixo desta não são visíveis e são chamados de raios infravermelhos , que têm algumas aplicações práticas.
    A freqüência de 7x1014 é vista pelo olho como cor violeta. Freqüências acima desta também não são visíveis e recebem o nome de raios ultravioleta. Têm também algumas aplicações.
    A faixa correspondente à luz visível pode ser subdividida de acordo com o espectro a seguir.
    Raios X
    Os raios X foram descobertos, em 1895, pelo físico alemão Wilhelm Röntgen. Os raios X têm freqüência alta e possuem muita energia. São capazes de atravessar muitas substâncias embora sejam detidos por outras, principalmente pelo chumbo.
    Esses raios são produzidos sempre que um feixe de elétrons dotados de energia incidem sobre um obstáculo material. A energia cinética do feixe incidente é parcialmente transformada em energia eletromagnética, dando origem aos raios X.
    Os raios X são capazes de impressionar uma chapa fotográfica e são muito utilizados em radiografias, já que conseguem atravessar a pele e os músculos da pessoa, mas são retidos pelos ossos.
    Os raios X são também bastante utilizados no tratamento de doenças como o câncer. Têm ainda outras aplicações: na pesquisa da estrutura da matéria, em Química, em Mineralogia e outros ramos.
    Raios Gama
    As ondas eletromagnéticas com freqüência acima da dos raios X recebe o nome de raios gama (g ).
    Os raios g são produzidos por desintegração natural ou artificial de elementos radioativos.
    Um material radioativo pode emitir raios g durante muito tempo, até atingir uma forma mais estável.
    Raios g de alta energia podem ser observados também nos raios cósmicos que atingem a alta atmosfera terrestre em grande quantidade por segundo.
    Os raios g podem causar graves danos às células, de modo que os cientistas que trabalham em laboratório de radiação devem desenvolver métodos especiais de detecção e proteção contra doses excessivas desses raios.
 

Visões da ciência assistindo-se The Big Bang Theory


Entre os diversos personagens (aqui, um tom de absoluto deboche) que conheci pelo ORKUT, colecionei algumas conceituações, frases, afirmações, análises e opiniões que merecem ser emolduradas, e se bem exploradas, poderiam gerar um sitcom.

Recentemente, somou-se a esta coleção uma maravilha do "acho que entendo disso" (ainda, que na verdade, é bem possível que o autor realmente considere-se uma autoridade no que afirma):

As ciências, incluindo entre elas a lógica e a matemática, que são construídas sobre evidências materiais.

Esta lembrou-me outra, coletada anteriormente:

Como toda ciência, matemática é antes de tudo empírica e o zero é uma dedução visual e geométrica.

Leia de novo, caro leitor. Leia atentamente. Uma das coisas que aprendi ao longo dos anos que os maiores desreferenciados de qualquer campo são exatamente aqueles que dizem as maiores besteiras com os mais elaborados discursos, e as vezes, com as rendas rotas do mais empolado comportamento blasé.

Sinceramente, prefiro algumas das maiores autoridades que conheci nas áreas que atuavam, apresentando coisas complexas, muitas vezes com meia dúzia de palavrões, e ao meio de demonstrações longas e feitas "a sangue frio", com 'giz sobre quadro', percebendo que tinham cometido um erro, retornavam ao ponto em questão e humildemente refaziam seu trabalho.

Seguidamente, em especial no caso da segunda frase "pérola" acima, sempre está disponível alguém realmente habilitado no ramo que despeja um comentário até educado, e mais que tudo útil, como na ocasião, Fernando, um matemático: -Quem leu isso e achou que deveria levar a sério por favor não leve. Esta frase distorce tudo o que significa realmente fazer matemática.

Repetidas vezes tenho divulgado aqui que matemática é linguagem lógica sobre axiomas, não é ciência no sentido popperiano, logo,não pode ser empírica. Aliás, qual seria, após uma demonstração inequívoca, o sentido de se submeter ao falseamento a "hipótese" de que a soma dos quadrados dos catetos é igual ao quadrado da hipotenusa? Ou que a raiz quadrada de dois é um irracional? Teríamos de testar outros números dois, medir outros quadrados? Verificar se realmente são quadrados?
Uma demonstração geométrica do teorema de Pitágoras e um dos momentos gloriosos dos nerds.


Para entender-se estas e outras questões, recomendo boa parte de O Último Teorema de Fermat, de Simon Sigh ou em caso de desejar-se aprofundar, os trabalhos de CHAITIN, atual "papa" sobre a questão da separação definitiva entre Física e Matemática, que é outro ponto que seguida, e deveria dizer insistentemente, levanto.

Mas não sejamos repetitivos e avancemos sobre outros campos.

A ciência, a meu ver, hoje, funciona como um instrumento ótico, como um microscópio, com três objetivas claramente distintas.

A primeira, focada no macro dos macros, o universo como um todo, que usa destacadamente da astronomia em suas hoje diversas ferramentas, que há muito ultrapassaram o apenas visível e tenta entender o maior objeto que se pode tratar no limite do que possa ser examinado para afirmar e modelar como este se comporta. Suas conquistas: já conseguimos dizer como o universo muito certamente é, seguramente como se comportou nos últimos 13,7 bilhões de anos, com exceção de um pequeno intervalo de tempo inicial e muito provavelmente, como se comportará no futuro.

Ainda não entendemos nem como, no íntimo, tal comportamento é causado (a energia escura) e não sabemos exatamente o que seja boa parte do que o compõe (a matéria escura). 

Por um linguajar mais metafórico, tocamos como cegos na tromba, nos marfins, nas patas e nas normes orelhas, avaliamos a grossa pele e sabemos exatamente que é um elefante, embora, como cegos, não saibamos nem sua real cor nem quase nada de seu metabolismo, tirando sua temperatura superficial.

Numa linguagem mais matemática ou geométrica, temos um setor de superfície, e podemos afirmar que é uma superfície curva, até que é côncava ou convexa, temos até sua angulação precisa, mas não temos o formato geral do objeto de onde ela foi extraída.

Por estas e outras, é extremamente perigoso afimar-se coisas sobre o "tudo", seja no todo de seu conjunto, seja na totalidade de sua existência no tempo. O terreno da cosmóloga completamente tarada Dra. Elizabeth Plimpton, hóspede recente da dupla principal da sitcom é, pela sua proximidade com a Filosofia, tão escorregadio quanto são suas paixões.

Onde trata-se dos componentes do que julgamos como o tudo, como são as estrelas e os demais corpos celestes, nosso conhecimento já as trata em quase mínimos detalhes, e nos restam poucas lacunas, como por exemplo aformação de planetas ao redor de determinadas estrelas degeneradas, como as estrelas de nêutrons. O terreno da Astrofísica*, o terreno de pesquisa do sedutor indiano (apenas quando bebe) Raj Koothrappali está entre os mais abrangentes e bem estruturados campos da ciência. Exatamente por ele, podemos inclusive determinar com segurança as distâncias das galáxias, exatamente pelo estabelecimento de "velas padrão", com supernovas de tipos específicos, que explodem nas mais distantes galáxias. 

*Que repito sempre, deveria se chamar Astrologia, mas outra pseudociência roubou o nome antes - e não devolveu.
Uma demonstração geométrica do teorema de Pitágoras e um dos momentos gloriosos dos nerds.


Para entender-se estas e outras questões, recomendo boa parte de O Último Teorema de Fermat, de Simon Sigh ou em caso de desejar-se aprofundar, os trabalhos de CHAITIN, atual "papa" sobre a questão da separação definitiva entre Física e Matemática, que é outro ponto que seguida, e deveria dizer insistentemente, levanto.

Mas não sejamos repetitivos e avancemos sobre outros campos.

A ciência, a meu ver, hoje, funciona como um instrumento ótico, como um microscópio, com três objetivas claramente distintas.

A primeira, focada no macro dos macros, o universo como um todo, que usa destacadamente da astronomia em suas hoje diversas ferramentas, que há muito ultrapassaram o apenas visível e tenta entender o maior objeto que se pode tratar no limite do que possa ser examinado para afirmar e modelar como este se comporta. Suas conquistas: já conseguimos dizer como o universo muito certamente é, seguramente como se comportou nos últimos 13,7 bilhões de anos, com exceção de um pequeno intervalo de tempo inicial e muito provavelmente, como se comportará no futuro.

Ainda não entendemos nem como, no íntimo, tal comportamento é causado (a energia escura) e não sabemos exatamente o que seja boa parte do que o compõe (a matéria escura). 

Por um linguajar mais metafórico, tocamos como cegos na tromba, nos marfins, nas patas e nas normes orelhas, avaliamos a grossa pele e sabemos exatamente que é um elefante, embora, como cegos, não saibamos nem sua real cor nem quase nada de seu metabolismo, tirando sua temperatura superficial.

Numa linguagem mais matemática ou geométrica, temos um setor de superfície, e podemos afirmar que é uma superfície curva, até que é côncava ou convexa, temos até sua angulação precisa, mas não temos o formato geral do objeto de onde ela foi extraída.

Por estas e outras, é extremamente perigoso afimar-se coisas sobre o "tudo", seja no todo de seu conjunto, seja na totalidade de sua existência no tempo. O terreno da cosmóloga completamente tarada Dra. Elizabeth Plimpton, hóspede recente da dupla principal da sitcom é, pela sua proximidade com a Filosofia, tão escorregadio quanto são suas paixões.

Onde trata-se dos componentes do que julgamos como o tudo, como são as estrelas e os demais corpos celestes, nosso conhecimento já as trata em quase mínimos detalhes, e nos restam poucas lacunas, como por exemplo aformação de planetas ao redor de determinadas estrelas degeneradas, como as estrelas de nêutrons. O terreno da Astrofísica*, o terreno de pesquisa do sedutor indiano (apenas quando bebe) Raj Koothrappali está entre os mais abrangentes e bem estruturados campos da ciência. Exatamente por ele, podemos inclusive determinar com segurança as distâncias das galáxias, exatamente pelo estabelecimento de "velas padrão", com supernovas de tipos específicos, que explodem nas mais distantes galáxias. 

*Que repito sempre, deveria se chamar Astrologia, mas outra pseudociência roubou o nome antes - e não devolveu.
Uma demonstração geométrica do teorema de Pitágoras e um dos momentos gloriosos dos nerds.


Para entender-se estas e outras questões, recomendo boa parte de O Último Teorema de Fermat, de Simon Sigh ou em caso de desejar-se aprofundar, os trabalhos de CHAITIN, atual "papa" sobre a questão da separação definitiva entre Física e Matemática, que é outro ponto que seguida, e deveria dizer insistentemente, levanto.

Mas não sejamos repetitivos e avancemos sobre outros campos.

A ciência, a meu ver, hoje, funciona como um instrumento ótico, como um microscópio, com três objetivas claramente distintas.

A primeira, focada no macro dos macros, o universo como um todo, que usa destacadamente da astronomia em suas hoje diversas ferramentas, que há muito ultrapassaram o apenas visível e tenta entender o maior objeto que se pode tratar no limite do que possa ser examinado para afirmar e modelar como este se comporta. Suas conquistas: já conseguimos dizer como o universo muito certamente é, seguramente como se comportou nos últimos 13,7 bilhões de anos, com exceção de um pequeno intervalo de tempo inicial e muito provavelmente, como se comportará no futuro.

Ainda não entendemos nem como, no íntimo, tal comportamento é causado (a energia escura) e não sabemos exatamente o que seja boa parte do que o compõe (a matéria escura). 

Por um linguajar mais metafórico, tocamos como cegos na tromba, nos marfins, nas patas e nas normes orelhas, avaliamos a grossa pele e sabemos exatamente que é um elefante, embora, como cegos, não saibamos nem sua real cor nem quase nada de seu metabolismo, tirando sua temperatura superficial.

Numa linguagem mais matemática ou geométrica, temos um setor de superfície, e podemos afirmar que é uma superfície curva, até que é côncava ou convexa, temos até sua angulação precisa, mas não temos o formato geral do objeto de onde ela foi extraída.

Por estas e outras, é extremamente perigoso afimar-se coisas sobre o "tudo", seja no todo de seu conjunto, seja na totalidade de sua existência no tempo. O terreno da cosmóloga completamente tarada Dra. Elizabeth Plimpton, hóspede recente da dupla principal da sitcom é, pela sua proximidade com a Filosofia, tão escorregadio quanto são suas paixões.

Onde trata-se dos componentes do que julgamos como o tudo, como são as estrelas e os demais corpos celestes, nosso conhecimento já as trata em quase mínimos detalhes, e nos restam poucas lacunas, como por exemplo aformação de planetas ao redor de determinadas estrelas degeneradas, como as estrelas de nêutrons. O terreno da Astrofísica*, o terreno de pesquisa do sedutor indiano (apenas quando bebe) Raj Koothrappali está entre os mais abrangentes e bem estruturados campos da ciência. Exatamente por ele, podemos inclusive determinar com segurança as distâncias das galáxias, exatamente pelo estabelecimento de "velas padrão", com supernovas de tipos específicos, que explodem nas mais distantes galáxias. 

Física e a Tecnologia


Com o passar dos anos a física tem ganhado um espaço cada vez maior no cenário das inovações tecnológicas, de modo que os conceitos, leis e princípios físicos têm possibilitado a inovação e criação de produtos mais sofisticados, personalizados, seguros e eficazes. É através da inserção da física na tecnologia que muitos produtos como, por exemplo, a identificação por meio da íris ou mesmo as inovações dos sistemas de alarme utilizados nas residências tem se disseminado e ganhado cada vez mais espaço no cotidiano.

A física, como se sabe, é a ciência que faz estudo da natureza, buscando descrever e compreender os fenômenos que ocorrem nela. É por meio das compreensões, pesquisas, estudo dos princípios e leis que novos produtos têm surgido dia a pós dia com o intuito de facilitar os afazeres cotidianos das pessoas. Um exemplo disso são as casas “inteligentes” que empregam uma infinidade de princípios físicos que permitem ao dono maior comodidade. Nelas a comodidade é total, a começar pelo modo de entrar que não necessita de chaves. O proprietário entra por meio de uma identificação biométrica, a qual é feita por meio de traços biológicos característicos da pessoa, podendo ser as digitais, a íris ou até mesmo a voz da pessoa. No interior da casa é possível controlar remotamente a temperatura do ambiente, fazer controle da energia elétrica gasta na casa, alem de contar com um piso com coeficiente de atrito que evita os acidentes com as pessoas, principalmente as idosas.

Outra evolução tecnológica que envolve princípios e leis da física e que é muito utilizada atualmente é o alarme, tanto residencial quanto o automotivo. Esses utilizam como princípio básico o detector de movimento que funciona através de ondas eletromagnéticas ou por meio de radiação infravermelha que o corpo humano emite.

Essas evoluções tecnológicas parecem ser futurísticas, no entanto elas fazem parte de nosso cotidiano, uma vez que elas trazem conceitos, leis e princípios físicos que fundamentam o funcionamento. Assim, o estudo de física torna-se cada vez mais importante, pois possibilita a compreensão dos conceitos e a aplicação dos mesmos na contínua evolução tecnológica.

sábado, 19 de maio de 2012

Eletricidade


A eCoupled é uma tecnologia de transferência de energia usando imãs e não mais um emaranhado de fios.
A eCoupled é uma tecnologia de transferência de energia usando imãs e não mais um emaranhado de fios.
O estudo da eletricidade se iniciou na Antiguidade, por volta do século VI a.C, com o filósofo e matemático grego Tales de Mileto. Ele, dentre os maiores sábios da Grécia Antiga, foi quem observou o comportamento de uma resina vegetal denominada de âmbar. Ao atritar essa resina com tecido e/ou pele de animal, Tales percebeu que daquele processo surgia uma importante propriedade: o âmbar adquiria a capacidade de atrair pequenos pedaços de palha e/ou pequenas penas de aves. Em grego, a palavra elektron significa âmbar, a partir desse vocábulo surgiram as palavras elétron e eletricidade.

Apesar desse feito, nada foi descoberto por mais de vinte anos, ficando, dessa forma, intactas as observações de Tales de Mileto. No século XVI, o médico da rainha Elizabeth I, da Inglaterra, Willian Gilbert, descobriu que era possível realizar a mesma experiência de Tales com outros materiais. Nessa época, o método da experimentação, criado por Galileu Galilei, começou a ser utilizado. Gilbert realizou vários estudos e experiências, sendo uma delas as formas de atrito entre os materiais. Já no século XVIII o cientista norte-americano Benjamin Franklin, o inventor do para-raios, teorizou que as cargas elétricas eram um fluido elétrico que podia ser transferido entre os corpos. Contudo, hoje já se sabe que os elétrons é que são transferidos. O corpo com excesso de elétrons está eletricamente negativo, ao contrário do corpo com falta de elétrons, que se encontra eletricamente positivo. Mas qual é o ramo de estudo da eletricidade?

O estudo da eletricidade se divide em três grandes partes:

Eletrostática: é a parte que estuda o comportamento das cargas elétricas em repouso como, por exemplo, o estudo e compreensão do que é carga elétrica, o que é campo elétrico e o que é potencial elétrico.
Eletrodinâmica: essa é a parte que estuda as cargas elétricas quando em movimentação. Ela estuda o que é corrente elétrica, os elementos de um circuito elétrico (resistores e capacitores) bem como a associação deles, tanto em série quanto em paralelo. 
Eletromagnetismo: nessa parte se estuda o comportamento e o efeito produzido pela movimentação das cargas elétricas. É a partir desse estudo que fica possível entender como ocorrem as transmissões de rádio e televisão, bem como entender o que vem a ser campo magnético, força magnética e muito mais.

Termologia


As manifestações dos tipos de energia que de qualquer forma produzem variação de temperatura.
As manifestações dos tipos de energia que de qualquer forma produzem variação de temperatura.
O que é termologia? O que ela estuda? Termologia é a parte da física que estuda o calor, ou seja, ela estuda as manifestações dos tipos de energia que de qualquer forma produzem variação de temperatura, aquecimento ou resfriamento, ou mesmo a mudança de estado físico da matéria, quando ela recebe ou perdecalor. A termologia estuda de que forma esse calor pode ser trocado entre os corpos, bem como as características de cada processo de troca de calor, são essas as formas de transferências de calor:
  • Convecção;
  • Irradiação;
  • Condução.
Mas o que vem a ser calor? O que é temperatura? Calor é a energia térmica em trânsito, ou seja, é a energia que está sempre em constante movimento, sempre sendo transferida de um corpo para outro. Já temperatura é o grau de agitação das moléculas, ou seja, calor e temperatura são conceitos bem diferentes com os quais a termologia trabalha.
O estudo da termologia, assim como os vários outros ramos de estudo da física, possibilita entender muitos fenômenos que ocorrem no cotidiano, como, por exemplo, a dilatação e contração dos materiais, bem como entender por que elas ocorrem e como ocorrem. São essas as formas de dilatação que a termologia estuda:
  • Dilatação superficial;
  • Dilatação volumétrica;
  • Dilatação dos líquidos.
 A termologia, mais precisamente a termodinâmica, estuda também os gases, adotando para isso um modelo de gás ideal denominado de gás perfeito, como também as leis que os regem e as transformações termodinâmicas que se classificam em:
  • Transformação isotérmica;
  • Transformação isobárica;
  • Transformação isocórica.

Como a física explica o ECO?


A Física é a ciência que estuda anatureza e está presente em várias situações do nosso dia a dia, mas com nossa atenção voltada para o trabalho e outras atividades, não paramos para pensar porque muitas dessas situações acontecem.
A frase: “A realidade é maior que a ficção”, representa a verdade sobre fenômenos curiosos que acontecem na nossa vida ou na natureza e que a física explica. Algumas delas nem pensamos que podem ser explicadas pela física, mas, muitas curiosidades a física explica.

Eco

É a repetição de um som devido à reflexão de sua onda sonora que se reflete numa barreira como em um rochedo, um prédio e chega aos ouvidos mais tarde do que o resto da onda sonora.

Água Destilada

É a água obtida através da destilação, ou seja, condensação do vapor através de ebulição ou evaporação da água não pura. Como contém pouco teor de sais, pode ser prejudicial à saúde porque dilui os sais do organismo.
Batatas com ervas e homem com dores na perna

Ervas conservante

Devido ao oxigênio do ar os alimentos degradam-se. A salva e o rosmaninho são utilizados como conservantes porque contêm componentes antioxidantes que conservam os alimentos.

Cansaço humano

Ocorre na prática  de esforços físicos. A baixa de oxigênio dá formação ao ácido láctico nos músculos, responsável pelas dores musculares duradouras. Para eliminá-lo é necessário descanso e muito oxigênio.

Paraquedista

Paraquedistas e urtigaNa queda livre ele atinge uma velocidade terminal em dado momento, então, a força devida à gravidade é equilibrada pela resistência viscosa do ar e o paraquedista move-se em velocidade constante sem aceleração.

Urtigas

Têm folhas espinhosas com ácido metanoico, responsável pela sensação dolorosa quando em contato com a pele. São incolor e extremamente pungentes, algumas formigas utilizam esse ácido como veneno.

Teflon

Panela com teflonAlguns utensílios são revestidos pela película Teflon, nome popular para politetrafluoretileno, termicamente estável, muito resistente a ácidos corrosivos, apresenta insolubilidade em solventes e aspecto escorregadio.
Como vimos, pela física nada deixa de ter uma explicação.

A Lei de Avogadro



Amedeo Avogadro
Amedeo Avogadro foi um físico italiano que através da hipótese sobre o número de moléculas existentes nas amostras de gás explicou como os gases se combinam, mantendo uma proporção simples entre eles e ainda concluiu que o hidrogênio, o oxigênio e o nitrogênio se encontram na forma diatômica, ou seja: H2, O2 e N2.

Até o século XX, os cientistas já tinham um vasto conhecimento sobre as reações entre os gases existentes no universo. Contudo, foi o cientista Avogadro que, apoiando-se nesses conhecimentos e nos resultados de suas experiências, formulou uma hipótese sobre o número de moléculas que existe em duas amostras de gás. Esta suposição dizia que dois recipientes, de mesmo volume, contendo gases diferentes, à mesma temperatura e pressão, deveriam conter o mesmo número de moléculas. Depois de várias confirmações experimentais, essa hipótese passou a ser conhecida como a lei de Avogadro. Essa última diz que volumes iguais, de gases diferentes, à mesma temperatura e pressão, contêm o mesmo número de moléculas.

Anos mais tarde, o professor de físico-química Jean Baptiste Perrin realizou várias experiências com o intuito de determinar o valor do número de Avogadro, ou seja, a quantidade de moléculas existentes em um mol de substância. Com seus estudos, chegou a um valor compreendido entre 6,5 x 1023 e  7,2 x 1023moléculas em cada mol e, com isso, ganhou o Prêmio Nobel de Física no ano de 1926. Depois desse acontecimento, novas experiências foram realizadas e, por fim, mostraram que o valor do número de Avogadro é igual a 6,02 x 1023moléculas por mol de substância.

Lançamento Vertical e Queda Livre


Lançamento de uma bola.
Lançamento de uma bola.
Lançamento Vertical
Considere a gravura acima na qual temos o lançamento de uma bola verticalmente para cima. Ao observar tal situação podemos concluir que existe um instante no qual a velocidade da bola cessa (V = 0). Como a velocidade é decrescente, podemos dizer ainda que esse movimento descrito por essa bola é um movimento uniformemente retardado, pois sua velocidade decresce à medida que varia sua posição. Como o lançamento vertical é um movimento uniformemente variado, a aceleração do móvel é constante. As equações que determinam o lançamento vertical são as mesmas do movimento uniformemente variado com pequenas diferenças. São essas as equações:
S = S0 + v0t +1/2gt2V = V0 + gt
Onde g é o módulo da aceleração da gravidade local, que na Terra vale, aproximadamente, 9,8 m/s2.

Queda Livre

O estudo de queda livre vem desde 300 a.C. com o filósofo grego Aristóteles. Esse afirmava que se duas pedras, uma mais pesada do que a outra, fossem abandonadas da mesma altura, a mais pesada atingiria o solo mais rapidamente. A afirmação de Aristóteles foi aceita como verdadeira durante vários séculos. Somente por volta do século XVII que um físico italiano chamado Galileu Galilei contestou essa afirmação.

Considerado o pai da experimentação, Galileu acreditava que só se podia fazer afirmações referentes aos comportamentos da natureza mediante a realização de experimentos. Ao realizar um experimento bem simples Galileu percebeu que a afirmação de Aristóteles não se verificava na prática. O que ele fez foi abandonar, da mesma altura, duas esferas de pesos diferentes, e acabou por comprovar que ambas atingiam o solo no mesmo instante.

Após a realização de outros experimentos de queda de corpos, Galileu percebeu que os corpos atingiam o solo em diferentes instantes. Observando o fato dessa diferença de instantes de tempo de queda, ele lançou a hipótese de que o ar tinha a ação retardadora do movimento. Anos mais tarde foi comprovada experimentalmente a hipótese de Galileu. Ao abandonar da mesma altura dois corpos, de massas diferentes e livres da resistência do ar (vácuo) é possível observar que o tempo de queda é igual para ambos.

As equações que definem a queda livre de um corpo são:
Onde g é o módulo da aceleração da gravidade local, e tem valor aproximadamente igual a 9,8 m/s2.