Uma pequena interferência no Grande Colisor de Hádrons.

Aconteceu no mês de abril último: O Grande Colisor de Hádrons, ou LHC, em inglês, sofreu uma pane elétrica que ocasionou seu desligamento temporário. Obviamente, um impacto nas pesquisas aconteceu, mas nada significativo, segundo comunicado do CERN.

Mas o que gerou todo esse pequeno transtorno? Bom.. um pequeno animal, mas especificamente uma fuinha. Sim, uma fuinha roeu um cabo alta tensão (66 mil Volts!) e...bom, você já sabe o que aconteceu com a pobre coitada...Quem sabe ela não foi para um outro universo paralelo?

Uma casa em Marte

  A NASA está empenhada em construir abrigos para os futuros habitantes de Marte. Em meados de 2030, espera-se que colonizemos o planeta vermelho. Porém, umas das grande dificuldades que os astronautas encontrarão ao aterrissar em solo marciano, serão as condições adversas. Por exemplo, a temperatura que pode chegar a 70 graus Celsius negativos. 

  Uma casa em formato de iglu, revestida com gelo, parece ser a solução mais viável até o momento. Já é sabido que existe água em abundancia naquele planeta, porém uma dificuldade técnica ainda é empecilho para o sucesso do protótipo da casa. Seriam necessários em torno de quatrocentos dias para se bombear a água necessária para que no estado sólido se comportasse como um isolamento térmico entre o ambiente marciano e o interior da casa em forma de iglu. O gelo é um bom isolante térmico, bem como um bom atenuador de radiação ionizante.

  Vale lembrar que a viagem até o planeta vermelho durará uns seis meses. E serão seis meses em condições também adversa no espaço, como exposição a altas taxas de doses provenientes das radiações cósmicas, bem como possíveis colisões com corpos celestes. Aqueles que chegarem lá, já serão heróis.

Radiação ionizante natural (parte1)

De uma forma de geral, associa - se a doença câncer à radiação ionizante. E essa radiação ionizante está associada à  procedimentos realizados em ambientes hospitalares, tais como radiografias, tomografias, radioterapias, medicina nuclear, dentre outros.

Mas talvez o que poucos sabem, é que essa radiação ionizante se apresenta de forma natural na natuteza; obviamente em menor intensidade do que as usada no ambiente hospitalar.

Mas antes de entrarmos nessa discussão, façamos uma breve recapitulação do que vem a ser radiação ionizante: radiação ionizante é aquela com energia  suficiente para ejetar um elétron da eletrosfera de seu átomo. Surge, então, uma configuração eletrônica de modo que a carga líquida da átomo seja positiva  (considerando o átomo neutro ). Por exemplo,  o átomo mais simples na natureza, é o hidrogênio. Ele possui um elétron e um próton. Sua carga líquida é zero, pois o elétron negativo mais o próton positivo resulta em zero.

Agora,  se uma radiação incide nesse elétron e o ejeta,  a carga líquida agora será positiva. Dizemos então que o átomo está ionizado, com alto poder de reatividade, uma vez que tenderá buscar o equilíbrio novamente, adquirindo um novo elétron. Também podemos dizer que um par iônico foi criado ( elétron negativo que agora está livre mais o átomo positivo de hidrogênio).

Com isso em mente,  passemos as radiações ionizantes naturais.

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Até breve.

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Férmions e Bósons

 

 Nas aulas de química no ensino médio, aprendemos que um elétron é endereçado no átomo através de quatro parâmetros (ou números quânticos), a saber: Número quântico principal (n), número quântico secundário, ou azimutal (l), número quântico magnético (m) e o número quântico spin (s).

    Esses quatro números juntos, são o "endereço" do elétron no átomo. E nenhum elétron pode ter o mesmo endereço; são solitários. Em 1925, Wolgang Pauli formulou o que ficou conhecido como "princípio da exclusão de Pauli", que enuncia a impossibilidade de dois elétron ocuparem o mesmo lugar em um orbital (ou terem os quatro números quânticos iguais). Lembrando que na mecânica quântica, o elétron se comporta como onda e partícula (princípio da dualidade), e chamamos de orbital, a região no espaço ao redor do núcleo atômico onde é máxima a probabilidade de encontrá-lo. 

    Resumidamente, n está associado ao nível de energia do elétron no átomo (camada k,l,m..); l à forma do orbital na qual o elétron pode se encontrar (são as subcamadas ou subníveis de energia); m diz respeito à orientação do orbital e s à orientação do momento magnético do elétron (para cima, para baixo).

    Pelo fato de ser impossível "estarem" em dois lugares ao mesmo tempo, e terem spin (s) -1/2 ou +1/2 (orientação para baixo e para cima, respectivamente), os elétrons são chamados de férmions. Podemos definir também os férmions como aquelas partículas que possuem spin semi-inteiro e obedecem ao princípio de exclusão de Pauli. Outras partículas que são férmions: quarks, pósitrons, múon, tal, etc.

   Existem partículas que podem estar em dois lugares ao mesmo tempo (podem possuir os quatro números quânticos iguais). São os chamados bósons (fótons, glúon, bóson W e bóson Z, etc.). Essas partículas possuem spin inteiro e não obedecem ao princípio de exclusão de Pauli. Isso quer dizer que dois bósons podem ocupar o mesmo lugar no orbital (podem ter os  quatro números quânticos iguais). Um exemplo ocorre no chamada condensado de Bose-Eisntein, onde um gás de bósons é resfriados a uma temperatura próximo a do zero absoluto (-273,15 C°). Nessa condição, essas partículas ocupariam estados muito baixos de energia conjuntamente, originando uma nova forma de matéria. Fenômenos de super fluidez são explicados por esse condensado.

   Por fim, na natureza ou temos bósons ou temos férmions. E graças às interações a nível microscópico dessas partículas, podemos vivenciar o mundo macroscópico.

    Até a próxima!

Física moderna e atualdiade

   

   Podemos dizer que a física moderna se estabeleceu com as teorias da relatividade restrita e geral, de Albert Einstein e da teoria quântica, iniciada por Max Planck, com a ideia de quantização da energia. O fato é que toda nossa tecnologia de hoje está ligada, de alguma forma, à física moderna. 

     Por exemplo, na determinação de uma posição via Global Positioning System (GPS), ou sistema de posicionamento global, correções relativísticas devem ser incorporadas para que tenhamos uma precisão da ordem de metros; por outro lado, a evolução computacional está caminhando cada vez mais rápida para a era da computação quântica. 

      Graças à física moderna, conhecemos hoje o comportamento dual da matéria, isto é, uma onda pode se comportar como partícula e vice-versa. Isso explica, por exemplo, os efeitos fotoelétricos e Compton, fundamentais no estudo da interação radiação com a matéria. Também a descoberta por Wilhelm Roentgen dos raios x acelerou absurdamente a sobre vida de uma infinidade de pessoas, ao se diagnosticar doenças. A física moderna, assim como a física em geral, sempre estará entre nós!

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CAPACIDADE TÉRMICA

Jonas acordou com sua mãe lhe chamando. Já estava na hora de se arrumar para ir para escola, e aquela cama quentinha teria que ser abandonada. "Já vou, mãe...", disse Jonas sonolento. "Não demore! O café já está sendo coado...", disse sua mãe. Ele adora aquele cheirinho de café que se espalhava por toda casa. Isso lhe dava ânimo! Depois de uns dez minutinhos, Jonas se juntou a seus pais na cozinha para o dejejum. “Mais um minutinho e o café já estará pronto...”, disse sua mãe. Enquanto isso, Jonas ficou contemplando aquele bule no fogão, sobre aquela chama azulada, e lembrou da aula de calometria que tivera no dia anterior...

     Ao colocar o bule sobre a chama, esse recebe calor...(ah, sim! Jonas sabia que calor era a energia em trânsito; em movimento. Sempre do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. Voltemos à Jonas.) da chama, pois a chama está a uma temperatura maior do que a do bule. À medida que vai aquecendo, o bule vai ficando com uma temperatura maior do que a água em seu interior. A água então passa a receber calor do bule, que acarretará em aumento de sua temperatura, até a fervura para o delicioso café.

     Jonas sabia que quanto mais tempo o bule permanecesse sobre a chama, maior seria a temperatura do bule. Na aula de calometria, ele aprendeu que existe uma grandeza física para medir esse fenômeno: Capacidade térmica, ou simplesmente C. Ela é igual a quantidade de calor recebida pelo corpo dividida pelo aumento de temperatura resultante desse calor recebido. Sua unidade é caloria por grau Celsius.

     Jonas estava adorando estudar termodinâmica, disciplina da física que aborda a relação do calor com outras formas de energia e sua dinâmica (movimentação).Ele estava gostando também pelo fato de ver na prática o que se aprende na teoria. Isso faz toda a diferença. “Jonas, o café está esfriando...” disse sua mãe. “Na verdade, mãe, ele está perdendo calor...”E assim Jonas tomou seu delicioso café e foi rumo a mais um dia de aprendizagem na escola... 

ENTROPIA

Ao deixarmos uma xícara de chocolate quente sobre a mesa, perceberemos que, à medida que o tempo passa, a temperatura do saboroso chocolate quente vai diminuindo. Isso se deve a contínua perda de calor para o meio, e aqui meio engloba a xicara e o ar. Lembrando que o calor sempre flui do corpo com maior temperatura para o corpo de menor temperatura.

      Essa perda contínua de calor do chocolate quente para o meio, faz com que suas moléculas diminuam o grau de agitação, consequentemente, há uma redução do volume do chocolate quente, que aos poucos vai se tornando chocolate morno, até chegar a chocolate frio. Se focarmos nas moléculas ou átomos que constituem a bebida, perceberemos que a medida que o calor flui do líquido para o meio, haverá uma diminuição no grau de agitação dessas moléculas, que antes estavam freneticamente se movendo para todas as direções com certa ira; se chocavam fortemente na superfície interna da xícara e com outras moléculas do chocolate quente. Havia uma desordem acentuada, concorda?

     Pois bem, com a perda de calor, as moléculas ficaram mais organizadas; menos frenéticas. Já não estavam tão violentas! Consequentemente, houve um aumento da ordem; uma suavização de seus comportamentos, que ocasionou a redução de volume do chocolate e reduziu a pressão na superfície interna da xícara. Mas uma pergunta surge: Para onde foi esse calor? Algo deve ter ficado quente para que o chocolate quente esfriasse, não é verdade?  E o que ficou quente foi a xícara (que também perde calor para o ar) e o próprio ar, que recebeu calor diretamente do chocolate quente. Podemos dizer que a temperatura ao redor da xícara aumentou (o ar ficou mais quente) ao preço da diminuição da mesma na bebida. Em outras palavras: as moléculas de ar ao redor da xicara ganharam desordem (ficaram mais violentas).

     E se olharmos agora para essa região ao redor da xicara, também perceberemos que com o passar do tempo, ela irá se esfriar, ou seja, perder calor para o ar logo a frente, e assim por diante. Seguindo esse raciocínio de continuidade de perda de calor para algo a frente, e consequente diminuição de temperatura do corpo que perdeu calor, concluiremos que a desordem das moléculas SEMPRE aumenta no decorrer do TEMPO. E a grandeza física que mede essa desordem chama-se ENTROPIA. E como acabamos de concluir, ela sempre aumenta!!

DISTÂNCIA E LUZ

               
Ao olharmos para o firmamento, nos deparamos com estrelas cintilantes que lá estão há bilhões de anos. Tão distante de nós, que sua luz traz seu passado. Ao chegar até nós, a luz de uma estrela pode a ter deixado à bilhões de anos atrás; podendo essa estrela estar morta. Isso nos dá uma ideia da dimensão do universo.

                O nosso sol, que dista aproximadamente 150.000.000 km da Terra, emite luz que nos atinge em 8 m. Sendo assim, o exato momento em que ele se põe no horizonte, ocorreu na realidade, há 8 min.  E mais: Se o sol se apagasse de repente, durante 8 min o veríamos a brilhar como se nada tivesse acontecido, para então presenciarmos a escuridão.

                Bom, embora 150.000.000 km seja uma distância colossal para nós aqui na Terra, em termos cosmológicos não é quase nada. Usa-se uma unidade chamada ano-luz. Por definição, é a distância percorrida pela luz em um ano, e olha que a velocidade da luz é (aproximadamente) 300.000 km/s! Impactante, não é? Em mero 1 s, a luz percorre 300.000 km! É por isso que quando você está teclando com alguém do outro lado do mundo, tem a sensação de instantaneidade.

                Andrômeda, a galáxia espiral mais próxima da Via Láctea, dista 2,54 milhões anos-luz. Passando para km, teremos   24,13x10^18 km!!!! Quando um telescópio fotografa uma imagem dessa galáxia, essa imagem tem quase 3x10^12 anos!! Uma imagem bem velhinha, não é? Mas que sempre nos encanta! Já a imagem da lua, demora aproximadamente 1,3 s para nos atingir. Ela tem o equivalente a 4,1x10^-8 ano! Bem diferente da idade da imagem de Andrômeda.

                Bom, com tudo que foi exposto, temos que concluir que somos um infinitésimo no cosmos. Viajar cosmicamente, só quando descobrirem uma forma de abrir um buraco de minhoca no espaço-tempo...