A MENTE QUE SE ABRE A UMA NOVA IDEIA JAMAIS VOLTARÁ AO SEU TAMANHO ORIGINAL.
Albert Einstein

quarta-feira, 6 de dezembro de 2023

As Leis de Newton

 


🍎 Isaac Newton nasceu em 1642, ano em que Galileu também morreu. Quase todos os seus anos criativos foram passados na Universidade de Cambridge, Inglaterra, primeiro como estudante, depois como professor altamente ilustre.  

🌌 Ele nunca se casou, e sua personalidade continua a intrigar os estudiosos até hoje: reservado, às vezes enigmático, enredado em brigas pessoais com estudiosos, ele dedicava sua atenção não apenas à física e à matemática, mas também à religião e à alquimia.

👨‍🏫 A única coisa em que todos concordam é o seu talento brilhante. Três problemas intrigavam os cientistas da época de Newton: as leis do movimento, as leis das órbitas planetárias e a matemática da variação contínua de quantidades, um campo agora conhecido como cálculo diferencial e integral. Pode-se dizer com justiça que Newton foi o primeiro a resolver todos os três problemas.

🌎 Leis do movimento de Newton

📖 As leis do movimento são de especial interesse aqui;  tanto o movimento orbital quanto a lei do movimento do foguete são baseados neles.

👨‍🏫 Newton propôs que todos os movimentos obedecessem a três leis principais formuladas em termos matemáticos e que envolvem conceitos que devem primeiro ser definidos com rigor. Um conceito é a força, a causa do movimento, outra é a massa, a medida da quantidade de matéria posta em movimento, Ambos são geralmente chamados pelas letras F e m.  "

➡️ A Primeira Lei

🪧 Também chamada de lei da inércia, diz que um corpo manterá o seu estado de repouso ou movimento uniforme, a menos que uma força seja aplicada para alterar esse estado.

📥O primeiro exemplo de movimento, e provavelmente o único tipo que poderia ser descrito matematicamente antes de Newton, é o da queda de objetos. No entanto, existem outros movimentos, especialmente movimentos horizontais, nos quais a gravidade não desempenha um papel principal.  Newton também se dedicou a eles.

🏒 Considere um disco de hóquei deslizando sobre uma superfície gelada. Ele pode percorrer grandes distâncias e quanto mais liso for o gelo, mais longe ele irá. Newton observou que, em última análise, o que é importante para estes movimentos é o atrito na superfície. Se o gelo ideal pudesse ser produzido completamente liso, sem atrito, o disco continuaria indefinidamente na mesma direção e com a mesma velocidade.

🛣️ Este é o cerne da primeira lei: “o movimento em linha reta com velocidade constante não requer força”. Somar esse movimento a qualquer outro não traz nenhuma força nova, tudo permanece igual: na cabine de um avião que se move em linha reta à velocidade constante de 600 mph, nada muda, o café sai do mesmo jeito e a colher continua caindo em linha reta.

▶️ A SEGUNDA LEI

🛒🚶 Também chamada de lei do momento, diz que as forças que atuam sobre um corpo de massa (m) são iguais à variação do momento do corpo, ou seja, a aceleração (a) que um corpo adquire é proporcional à força que é aplicado nele. 

A expressão matemática é a seguinte: F=(m)(a)

▶️ A TERCEIRA LEI

➡️⬅️Também chamada de lei da ação e reação, diz que toda força que atua sobre um corpo é acompanhada por uma força de sentido oposto e de igual magnitude, ou seja, toda ação corresponde a uma reação.

🚀 Sempre que uma arma dispara uma bala, ela recua. Os bombeiros que apontam o bico de uma mangueira grossa para o fogo devem segurá-lo com firmeza, pois quando sai um jato de água, a mangueira recua fortemente (os aspersores de jardim funcionam com o mesmo princípio). Da mesma forma, o movimento para frente de um foguete é devido à reação do rápido jato pressurizado de gás quente que emerge de sua parte traseira.

🚣 Quem conhece os barcos pequenos sabe que antes de saltar do barco para a terra, é mais sensato amarrar primeiro o barco ao cais. Caso contrário, assim que você pular, o barco se moverá “magicamente” para fora do cais, fazendo com que você provavelmente perca o salto e empurre o barco para fora do alcance. 

🏊Está tudo na 3ª lei de Newton: quando suas pernas impulsionam seu corpo em direção ao cais, uma força igual e oposta também é aplicada ao barco, empurrando-o para fora do cais.


segunda-feira, 4 de dezembro de 2023

Os segredos de um Asteroide

  

♦   Os cientistas teorizam que os asteróides podem conter elementos superpesados, revolucionando potencialmente a nossa compreensão da estrutura atómica e do cosmos.

Durante séculos, a busca por novos elementos foi uma força motriz em muitas disciplinas científicas. A compreensão da estrutura de um átomo e o desenvolvimento da ciência nuclear permitiram aos cientistas atingir o antigo objetivo dos alquimistas – transformar um elemento em outro .

Nas últimas décadas, cientistas dos Estados Unidos , Alemanha e Rússia descobriram como usar ferramentas especiais para combinar dois núcleos atômicos e criar novos elementos superpesados

Esses elementos pesados ​​geralmente não são estáveis. Elementos mais pesados ​​possuem mais prótons , ou partículas carregadas positivamente no núcleo; alguns que os cientistas criaram têm até 118 . Com tantos prótons, as forças repulsivas eletromagnéticas entre os prótons nos núcleos atômicos superam a força nuclear atrativa que mantém o núcleo unido.

Os cientistas previram há muito tempo que elementos com cerca de 164 prótons poderiam ter uma meia-vida relativamente longa, ou mesmo ser estáveis. Eles chamam isto de “ ilha de estabilidade ” – aqui, a força nuclear atrativa é forte o suficiente para equilibrar qualquer repulsão eletromagnética.

Como os elementos pesados ​​são difíceis de produzir em laboratório, físicos como eu têm procurado esses elementos em todos os lugares, até mesmo fora da Terra . Para restringir a pesquisa, precisamos saber que tipo de processos naturais poderiam produzir esses elementos. Também precisamos saber quais propriedades eles possuem, como suas densidades de massa.

🔹 CALCULANDO DENSIDADE

Desde o início, a minha equipa quis descobrir a densidade de massa destes elementos superpesados. Esta propriedade poderia nos dizer mais sobre como os núcleos atômicos desses elementos se comportam. E assim que tivéssemos uma ideia sobre a sua densidade, poderíamos ter uma noção melhor de onde estes elementos poderiam estar escondidos.

Para descobrir a densidade de massa e outras propriedades químicas destes elementos, a minha equipa de investigação utilizou um modelo que representa um átomo de cada um destes elementos pesados ​​como uma nuvem única e carregada. Este modelo funciona bem para átomos grandes, particularmente metais dispostos em uma estrutura reticulada.

Primeiro aplicamos este modelo a átomos com densidades conhecidas e calculamos suas propriedades químicas. Assim que soubemos que funcionava, usamos o modelo para calcular a densidade de elementos com 164 prótons e outros elementos nesta ilha de estabilidade.

Com base em nossos cálculos, esperamos que metais estáveis ​​com números atômicos em torno de 164 tenham densidades entre 36 e 68 g/cm 3 (21 a 39 onças/in 3 ). No entanto, nos nossos cálculos, utilizámos uma suposição conservadora sobre a massa dos núcleos atómicos. É possível que o alcance real seja até 40% maior.

🔹 ASTEROIDES E ELEMENTOS PESADOS

Muitos cientistas acreditam que ouro e outros metais pesados ​​foram depositados na superfície da Terra depois que asteróides colidiram com o planeta .

A mesma coisa poderia ter acontecido com esses elementos superpesados, mas os elementos pesados ​​supermassivos e densos afundam no solo e são eliminados perto da superfície da Terra pela subducção das placas tectônicas . No entanto, embora os investigadores possam não encontrar elementos superpesados ​​na superfície da Terra, eles ainda podem estar em asteróides como aqueles que os trouxeram para este planeta.

Os cientistas estimaram que alguns asteróides têm densidades de massa superiores à do ósmio (22,59 g/cm 3 , 13,06 onças/in 3 ), o elemento mais denso encontrado na Terra.

O maior desses objetos é o asteróide 33, apelidado de Polyhymnia e tem uma densidade calculada de 75,3 g/cm 3 (43,5 onças/in 3 ). Mas esta densidade pode não estar correta, uma vez que é muito difícil medir a massa e o volume de asteróides distantes.

Polyhymnia não é o único asteroide denso que existe. Na verdade, existe toda uma classe de objetos superpesados, incluindo asteroides, que podem conter esses elementos superpesados. Há algum tempo, introduzi o nome Compact Ultradense Objects, ou CUDOs , para esta classe.

Num estudo publicado em outubro de 2023 no European Physical Journal Plus , a minha equipa sugeriu que alguns dos CUDOs que orbitam no sistema solar podem ainda conter alguns destes elementos densos e pesados ​​nos seus núcleos. Suas superfícies teriam acumulado matéria normal ao longo do tempo e pareceriam normais para um observador distante.

Então, como são produzidos esses elementos pesados ? Alguns eventos astronômicos extremos, como fusões de estrelas duplas, podem ser quentes e densos o suficiente para produzir elementos superpesados ​​estáveis.

Parte do material superpesado poderia então permanecer a bordo dos asteroides criados nesses eventos. Eles poderiam ficar amontoados nesses asteroides, que orbitam o sistema solar há bilhões de anos.

🔹 OLHANDO PARA O FUTURO

A missão Gaia da Agência Espacial Europeia visa criar o maior e mais preciso mapa tridimensional de tudo o que existe no céu. Os investigadores poderiam usar estes resultados extremamente precisos para estudar o movimento dos asteróides e descobrir quais deles podem ter uma densidade invulgarmente grande.

Missões espaciais estão sendo conduzidas para coletar material das superfícies de asteróides e analisá-los na Terra. Tanto a NASA quanto a agência espacial estatal japonesa JAXA têm como alvo asteróides de baixa densidade próximos à Terra com sucesso. Ainda este mês, a missão OSIRIS-REx da NASA trouxe uma amostra. Embora a análise da amostra esteja apenas começando, há uma chance muito pequena de que ela possa abrigar poeira contendo elementos superpesados ​​acumulados ao longo de bilhões de anos.

Uma amostra densa de poeira e rocha trazida de volta à Terra seria suficiente. A missão Psyche da NASA , lançada em outubro de 2023, voará e coletará amostras de um asteróide rico em metais com maior chance de abrigar elementos superpesados. Mais missões de asteróides como esta ajudarão os cientistas a compreender melhor as propriedades dos asteróides que orbitam no sistema solar.

Aprender mais sobre asteróides e explorar fontes potenciais de elementos superpesados ​​ajudará os cientistas a continuar a busca de um século para caracterizar a matéria que constitui o universo e compreender melhor como os objetos do sistema solar se formaram.

Fobte: Johann Rafelski, Professor de Física, Universidade do Arizona.

Evan LaForge, um estudante de graduação em física e matemática, é o principal autor desta pesquisa e ajudou na redação deste artigo, juntamente com Will Price, um estudante de pós-graduação em física.

Adaptado de um artigo publicado originalmente no The Conversation .A conversa

🔹 REFERÊNCIA: “Elementos superpesados ​​e matéria ultradensa” por Evan LaForge, Will Price e Johann Rafelski, 15 de setembro de 2023, The European Physical Journal Plus 

DOI: 10.1140/epjp/s13360-023-04454-8

🌏 Créditos/fonte/Publicação: Por JOHANN RAFELSKI, UNIVERSIDADE DO ARIZONA 5 DE NOVEMBRO DE 2023 SciTechDaily


A pilha de Volta

No final do século XVIII, o anatomista Luigi Galvani observou contrações musculares em rãs em contato com fios de metais e interpretou o fenômeno como causado pela "eletricidade animal"

Entretanto, o físico Alessandro Volta notou que eletricidade não se originava dos músculos da rã, mas sim dos metais e que os tecidos do animal apenas conduziam essa eletricidade. Com esse ideia, no ano de 1800, Alessandro Volta inventou a pilha elétrica!

A pilha de Volta é constituída por um disco de cobre e um de zinco, separados por um de feltro embebido com ácido sulfúrico. O zinco e o cobre reagem com o ácido liberando elétrons. Porém, o zinco reage mais fortemente liberando mais elétrons (mais íons Zn++ se deslocam para o feltro, deixando elétrons para trás). Assim, há maior acúmulo de elétrons na placa de zinco. Se colocamos um fio condutor ligando o zinco com o cobre, os elétrons se deslocam para o cobre. O deslocamento desses elétrons é a corrente elétrica. É assim que funciona uma bateria!

O aparelho de Volta era composto de vários discos colocados um sobre o outro de modo a formar uma pilha. Daí surgiu o nome pilha, o qual é utilizado até hoje para as pequenas baterias modernas.