O estranho mundo da Física Quântica

O que é a Física Quântica?


Fonte: http://www.infoescola.com/fisica/quantica/.

Há pouco mais de cem anos, o físico Max Planck, considerado conservador, tentando compreender a energia irradiada pelo espectro da radiação térmica, expressa como ondas eletromagnéticas produzidas por qualquer organismo emissor de calor, a uma temperatura x, chegou, depois de muitas experiências e cálculos, à revolucionária ‘constante de Planck’, que subverteu os princípios da física clássica.

Max Planck

Este foi o início da trajetória da Física ou Mecânica Quântica, que estuda os eventos que transcorrem nas camadas atômicas e subatômicas, ou seja, entre as moléculas, átomos, elétrons, prótons, pósitrons, e outras partículas. Planck criou uma fórmula que se interpunha justamente entre a Lei de Wien – para baixas freqüências – e a Lei de Rayleight – para altas freqüências -, ao contrário das experiências tentadas até então por outros estudiosos.



Albert Einsten, criador da Teoria da Relatividade, foi o primeiro a utilizar a expressão quantum para a constante de Planck E = hv, em uma pesquisa publicada em março de 1905 sobre as conseqüências dos fenômenos fotoelétricos, quando desenvolveu o conceito de fóton. Este termo se relaciona a um evento físico muito comum, a quantização – um elétron passa de uma energia mínima para o nível posterior, se for aquecido, mas jamais passará por estágios intermediários, proibidos para ele, neste caso a energia está quantizada, a partícula realizou um salto energético de um valor para outro. Este conceito é fundamental para se compreender a importância da física quântica.

Seus resultados são mais evidentes na esfera macroscópica do que na microscópica, embora os efeitos percebidos no campo mais visível dependam das atitudes quânticas reveladas pelos fenômenos que ocorrem nos níveis abaixo da escala atômica. Esta teoria revolucionou a arena das idéias não só no âmbito das Ciências Exatas, mas também no das discussões filosóficas vigentes no século XX.

No dia-a-dia, mesmo sem termos conhecimento sobre a Física Quântica, temos em nossa esfera de consumo muitos de seus resultados concretos, como o aparelho de CD, o controle remoto, os equipamentos hospitalares de ressonância magnética, até mesmo o famoso computador.

A Física Quântica envolve conceitos como os de partícula – objeto com uma mínima dimensão de massa, que compõe corpos maiores - e onda – a radiação eletromagnética, invisível para nós, não necessita de um ambiente material para se propagar, e sim do espaço vazio. Enquanto as partículas tinham seu movimento analisado pela mecânica de Newton, as radiações das ondas eletromagnéticas eram descritas pelas equações de Maxwell. No início do século XX, porém, algumas pesquisas apresentaram contradições reveladoras, demonstrando que os comportamentos de ambas podem não ser assim tão diferentes uns dos outros. Foram essas idéias que levaram Max Planck à descoberta dos mecanismos da Física Quântica, embora ele não pretendesse se desligar dos conceitos da Física Clássica.

A conexão da Mecânica Quântica com conceitos como a não-localidade e a causalidade, levou esta disciplina a uma ligação mais profunda com conceitos filosóficos, psicológicos e espirituais. Hoje há uma forte tendência em unir os conceitos quânticos às teorias sobre a Consciência.



Físicos como o indiano Amit Goswami se valem dos conceitos da Física moderna para apresentar provas científicas da existência da imortalidade, da reencarnação e da vida após a morte. Professor titular da Universidade de Física de Oregon, Ph.D em física quântica, físico residente no Institute of Noetic Sciences, suas idéias aparecem no filme Quem somos nós? e em obras como A Física da Alma, O Médico Quântico, entre outras. Ele defende a conciliação entre física quântica, espiritualidade, medicina, filosofia e estudos sobre a consciência. Seus livros estão repletos de descrições técnicas, objetivas, científicas, o que tem silenciado seus detratores.



Fritjof Capra, Ph.D., físico e teórico de sistemas, revela a importância do observador na produção dos fenômenos quânticos. Ele não só testemunha os atributos do evento físico, mas também influencia na forma como essas qualidades se manifestarão. A consciência do sujeito que examina a trajetória de um elétron vai definir como será seu comportamento. Assim, segundo o autor, a partícula é despojada de seu caráter específico se não for submetida à análise racional do observador, ou seja, tudo se interpenetra e se torna interdependente, mente e matéria, o indivíduo que observa e o objeto sob análise. Outro renomado físico, prêmio Nobel de Física, Eugen Wingner, atesta igualmente que o papel da consciência no âmbito da teoria quântica é imprescindível.

Não percam próxima semana : As sete maravilhas do mundo quântico. Espero vocês.

::: A Física por trás de um Tsunami :::

Fonte : Prof. Dulcidio Braz Júnior

Um Tsunami é uma onda que se forma no oceano a partir de um terremoto na crosta terrestre sob as águas. O problema é que a onda nasce pequena mas cresce em altura na medida em que caminha para regiões mais rasas, próximas à terra firme. Quando a onda chega na praia, é gigante e devastadora, arrastando tudo o que encontra pela frente.

Para entender a Física por trás deste fenômeno assustador e que envolve um enorme quantidade de energia, precisamos de algumas equações para compor um modelo que descreve uma onda que se propaga na superfície da água. Veja:

Equação fundamental da onda:


(v = velocidade de propagação da onda na superfície da água;
l = comprimento de onda; f = freqüência da onda (número de oscilações da onda por unidade de tempo); T = período da onda (tempo que a onda demora para completar uma oscilação)

Velocidade da onda que se propaga na água:


(v = velocidade de propagação da onda na superfície da água;
g = gravidade local; h = profundidade local do oceano)

Energia da onda que se propaga na água:


(E = energia que a onda transporta; K = constante de proporcionalidade; v = velocidade de propagação da onda na superfície da água; A = amplitude da onda)

Vamos supor uma onda que se forma a partir de um terremoto no fundo do mar com aplitude inicial Ai = 1 m e comprimento de onda li = 150 km num local onde a profundidade é h = 4 km (4.000 m). Aproximando a gravidade local g = 9,8 m/s² para g = 10,0 m/s², a onda terá um velocidade inicial dada por:



Encontramos o valor de 200 m/s (200 X 3,6 = 720 km/h) para a velocidade da onda em alto-mar, onde ela teve origem.

Na medida em que a onda caminha para perto da costa, aprofundidade do mar diminui. Num local onda a profundidade seja h = 6,4 m, a onda terá um velocidade final dada por:



A nova velocidade da onda num local mais raso será de 8 m/s (8 X 3,6 = 28,8 km/h). Note que a velocidade caiu bastante, de 200 m/s para apenas 8 m/s. E é justamente a diminuição da velocidade da onda que faz com que ela cresça. A chave de tudo está no fato de que a energia que a onda carrega é praticamente a mesma, sem perdas significativas em seu trajeto. Mantendo a energia E constante, para compesar a perda de velocidade v, a onda cresce, ganhando amplitude A. Veja:



A suposta onda que teve início com amplitude de apenas 1m, próxima à costa já tem 5m. E, se a profundidade cair ainda mais, a velocidade vai ficando menor e a onda continua a crescer, assumindo uma amplitude grande, que faz da onda uma gingante devastadora.

A onda, que tinha inicialmente um comprimento li = 150 km, ficará mais curta na horizontal. Comprovamos isso a partir da idéia de que a freqüência da onda será constante:



A figura abaixo (fora de escala) resume os resultados obtidos e nos mostra que a onda encolhe na horizontal (menor comprimento de onda l) e estica na vertical (maior amplitude A) na medida em que avança para a costa.



É esta a Física que explica a formação da onda gigante. Simples. Tão simples quanto a lição que podemos tirar dos fenômenos da natureza, como um Tsunami: para o nosso planeta Terra somos nada, somos pequenos e impotentes diante de tanta energia fora do nosso controle.

A semana na Ciência

A Semana 1 - Uma supernova desencadeou a formação do nosso Sistema Solar?

Onda de choque de uma estrela que explodiu há 4,5 bilhões de anos parece ter começado o colapso da nuvem molecular que formou o Sol e nossos vizinhos.
por John Matson - Scientific American


Decifrar como foi formado nosso Sistema Solar ainda desafia pesquisadores.

Uma estrela morre, outra nasce. Os restos mortais das antigas se tornam parte das novas. Esse é o ciclo astronômico de vida, o motivo pelo qual as estrelas têm evoluído através dos tempos. Cada geração incorpora novos elementos sintetizados nas estrelas que vieram antes. Ao contrário das primeiras estrelas de hidrogênio e hélio, as estrelas de hoje contém elementos mais pesados que suas antecessoras, como carbono, ferro e oxigênio, aumentando assim a taxa de metalicidade.

Além de produzir muitos dos elementos que compõem nosso planeta e nossos corpos, o ciclo estelar de nascimento e morte parece ter estimulado a formação de nosso Sistema Solar há cerca de 4,5 bilhões de anos. De acordo com novo modelo descrito em estudo na edição de 1 de julho do Astrophysical Journal Letters, uma onda de choque de uma estrela massiva que explodiu provavelmente provocou o colapso da nuvem molecular que se tornaria o nosso Sol e planetas vizinhos

Pesquisadores localizaram as impressões digitais de radioisótopos de vida curta. Para estes serem incorporados no Sistema Solar primordial, deve ter ocorrido um cataclisma nas proximidades, algo como uma explosão estelar conhecida como supernova.

Alguns pesquisadores levantaram a hipótese de que os radioisótopos de curta duração podem ter chegado a uma onda de choque forte o suficiente para o colapso da nuvem pressolar, injetando assim material recém-sintetizado no sistema.

“Modelos anteriores não conseguiram liberar material suficiente para estimular o nascimento do Sistema Solar”, diz o co-autor Alan Boss, astrofísico teórico da Instituição Carnegie de Washington. Durante anos ele tentou resolver o mistério da formação do Sistema Solar.

Boss aplica a melhor tecnologia para descobrir a resposta, utilizando um sistema de modelagem tridimensional – processo que exige muito mais poder de computação, mas dá pistas para resolver melhor o mistério da formação do Sistema Solar de uma vez por todas. "A Mãe Natureza é a responsável", diz Boss. "Já sabemos quem é o criminoso, mas queremos saber como foi feito!”, brinca ele.

A semana 2 - Instituto apresenta objetos feitos de couro de peixes da Amazônia.

Tambaquis e tucunarés viram bolsas, carteiras e chapéus.Inpa exibe produtos na reunião da SBPC, que ocorre em Natal.Iberê Thenório



O Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (Inpa) exibe nesta semana, em Natal, objetos feitos com couro de peixes amazônicos. Eles são fruto de um esforço do instituto em desenvolver técnicas para não desperdiçar as milhares de peles que são descartadas diariamente em Manaus.

A exposição de produtos amazônicos faz parte do estande do Inpa na reunião anual da Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência, que ocorre nesta semana na capital do Rio Grande do Norte.

A textura do couro de peixe é semelhante à do couro de boi, com exceção das marcas de escamas, que dão charme às peças. No estande do Inpa, a primeira reação dos visitantes ao ver as bolsas e carteiras é cheirá-las, mas eles descobrem que o odor é de couro comum.

A semana 3 - O avião do futuro

Sonhadores imaginam poltronas adaptáveis e fuselagens transparentes; pesquisadores trabalham em aeronaves que consumam menos combustível e sejam mais silenciosas



Poltronas feitas de fibras de plantas capazes de mudar de formato para melhor acomodar o passageiro, fuselagens transparentes que oferecem visão de 360 graus, motores que aproveitam até o calor dos passageiros para economizar combustível. Sem compromissos com a viabilidade, essas são algumas ideias que vêm voando pela cabeça de futuristas e inventores. Pesquisadores mais sérios vão atrás de projetos que respondam a um desafio que a Nasa lança em uma área do seu site dedicada a crianças: desenvolva uma aeronave que seja capaz de voar, carregue determinada quantidade de passageiros, tenha um custo compatível, possua autonomia para percorrer o trajeto planejado, tenha um tamanho compatível com a sua função e colabore para a diminuição do tráfego terrestre. Tudo isso, claro, sem colocar nem uma vida humana em risco. Com algumas adaptações, esse desafio repousa sobre as mesas das maiores empresas de aviação e tecnologia do mundo.

EVOLUÇÃO
Os motores de hoje consomem 75%
menos que os similares de 40 anos atrás
Além do problema de transportar cada vez mais gente com um mínimo de conforto, o avião do futuro tem de satisfazer demandas econômicas e ambientais típicas do século XXI. Ou seja, deve consumir o mínimo possível, ser silencioso e aproximar de zero a sua pegada de carbono. Não é tarefa das mais fáceis, até porque lida com questões como os princípios físicos da propulsão e decolagem, que, para azar dos projetistas, são imutáveis. Assim, a estratégia média tem sido desenvolver protótipos que ataquem um problema de cada vez.

Para combater a ditadura do design formado por um cilindro com asas nas laterais, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram dois conceitos: o D e o H. Mas a maior inovação ficou por conta da transferência dos motores de debaixo das asas para o fundo da aeronave, em um sistema de propulsão batizado de BLI (Ingestão na Camada Limite, em português). Com ele, espera-se reduzir o consumo em até 70%. E como se dá o milagre? Os aviões atuais duelam contra correntes de vento velozes na direção contrária. Motores montados na popa recebem correntes com velocidade atenuada pelo atrito contra a própria fuselagem, o que exige um esforço menor para gerar o impulso de ir adiante. “O único senão é que o nosso protótipo é 10% mais lento que um Boeing-737, o que é compensado com sobras pela queda de consumo”, diz Mark Drela, professor do MIT e um dos responsáveis pelo projeto.

Apesar de ainda não ser o ideal, o consumo é o aspecto que mais evoluiu na história da aviação. As aeronaves atuais bebem apenas 25% do querosene que os seus similares consumiam há 40 anos. Mas a possibilidade de estender ainda mais o aproveitamento da cadeia desse combustível está no limite. Por conta disso, os criadores do avião do futuro pesquisam novos compostos.



Como acontece nos carros, o Brasil está uma curva adiante no uso de biocombustíveis na aviação. Desde 2008, o Ipanema da Embraer mantém-se no ar com a sua barriga abastecida de etanol. “O problema é que esse combustível queima rápido e ainda não possibilita voar por muitas horas. Por isso, o Ipanema é bastante usado em fazendas. O sujeito levanta voo, dedetiza e volta”, diz Frederico Curado, presidente da Embraer. Experiência parecida vem sendo desenvolvida pela EADS, conglomerado que controla a Airbus. Seus pesquisadores estão usando biodiesel de algas para fazer voar aviões austríacos Diamond DA42.

Outro projeto inspirado pelos automóveis é o Sugar Volt (Projeto de Aeronave Subsônica Ultraverde, em português). Como o Toyota Prius, o sistema de propulsão alterna motores a combustão e elétricos. O problema: as baterias são pesadas. A aposta da autora do protótipo, a Boeing, é de que será criado um sistema capaz de guardar o máximo de energia numa superfície menor e mais leve de lítio. Em termos de combustíveis alternativos, o avião SolarImpulse não tem de esperar pelo futuro. Criado pela fábrica de relógios Omega, provou que é possível armazenar energia solar e voar até a noite.

Enquanto esses combustíveis revolucionários seguem em teste e as ideias do primeiro parágrafo deste texto são um sonho, a aeronave que mais atende a uma parte considerável das demandas do futuro é o Airbus A380. Com seus dois andares, leva até 853 passageiros de uma vez, o que faz dele a única aeronave que queima menos de três litros de querosene por passageiro a cada 100 quilômetros. Em 1985, a média era de oito litros. Talvez, no lugar dos modelos de desenho arrojado, os céus do futuro possam ficar repletos de beliches voadores.

A semana 4 - Estudo desvenda ação do veneno em picada de jararaca



Um estudo liderado por pesquisadores brasileiros identificou o mecanismo de ação do veneno das cobras da família das jararacas. Além do efeito tóxico que atinge o corpo todo e é combatido pelo soro antiofídico, o veneno das cobras botrópicas tem uma ação específica no local da picada que pode causar inflamação, hemorragia e, em alguns casos, levar à necrose e à amputação da parte atingida.


A proteína envolvida no efeito local, a jararagina, acumula-se junto aos vasos sanguíneos, danificando-os e precipitando a hemorragia, explica Cristiani Baldo, do Laboratório de Imunopatologia do Instituto Butantã, principal autora da pesquisa. A descoberta pode apontar o caminho para novos tratamentos.


A jararagina havia sido isolada em 1991, mas só agora sua ação foi comprovada. "Injetamos a proteína, marcada, em camundongos e vimos que ela se localiza bem perto do vaso sanguíneo e o degrada."


Uma possibilidade de tratamento aberta pelo estudo, publicado no site PLoS Neglected Tropical Diseases, seria o uso de inibidores de metaloproteinase, a classe de proteínas a que a jararagina pertence, em combinação com o soro antiofídico. "Mas é preciso estudar qual o inibidor mais adequado, ver se não teria um efeito ruim na saúde", alerta a pesquisadora.


Em 2008, o Ministério da Saúde registrou 26,9 mil casos de picadas por cobras venenosas, sendo mais de 70% por cobras da família das jararacas. Desses casos, em 10% houve sequelas por causa de complicações locais.