Circuitos Elétricos: Introdução.

Iniciamos o estudo da eletrodinâmica, setor da física no qual estudamos as cargas elétricas em movimento e como as propriedades a elas associadas se comportam.

O primeiro objeto de estudo será o circuito elétrico. Constituído, a princípio, de três componentes, no mínimo.

¬ Uma bateria, representada pelas linhas paralelas de tamanhos diferentes. A maior delas é o pólo positivo e a menor delas é o negativo. A bateria estabelece uma ddp (diferença de potencial) sobre o circuita, representada por U e medida em Volts (V).

¬ Um resistor, representado por linhas franjadas ou em zigue-zague. A propriedade a ele atribuída é a resistência R, medida em Ohm (Ω), que é literalmente, a resistência oferecida pelo objeto à passagem de corrente elétrica (i), um fluxo contínuo (em sentido único) de elétrons através do material e medido em Ampére (A).

¬ Fios ideais, passam quase despercebidos. São as linhas contínuas e "lisas" conectando bateria (s) e resistor (es). Por definição, não apresentam resistência à passagem de corrente elétrica.

Reunindo os componentes acima citados e conectando eles, sem interrupção, a ambos os polos da bateria, teremos a passagem da corrente elétrica convencional pelo circuito sempre do pólo positivo para o negativo. Hoje sabemos que acontece o contrário, mas, do ponto de vista matemático, o resultado é o mesmo.

Para circuitos formados por resistores cuja resistência permanece constante, independente da ddp a eles aplicada, teremos a seguinte relação matemática entre ddp, corrente elétrica e resistência:

U = Ri

Esta relação será aplicada a circuitos em geral (pois há uma ddp global a eles aplicada) e a resistores em específico.

Exemplo: Uma bateria de 30 V é ligada em circuito a um resistor de 600 Ω, determine a intensidade da corrente elétrica que passa pelo resistor.

Solução: Assumindo que o circuito descrito no exemplo é como o da figura acima, temos que a corrente elétrica terá uma intensidade de 0,05 A (30/600), pois i = U/R.

É importante lembrar que corrente elétrica circula apenas em circuitos fechados, não em abertos. Por isso, atenção à descrição e a uma possível imagem são fundamentais.

Na próxima parte: associação de resistores em série e paralelo. Dúvidas, sugestões e comentários quaisquer são bem vindos.

Para-raios e suas pontas...

Quem já observou um para-raios teve a oportunidade de notar sua forma. Os metálicos:

E os poliméricos:

Sobre Metamateriais

Esse negócio de zoar com os fãs de Harry Potter fez com que eu tratasse no post atual de um tema desconhecido por uma imensa parcela de alunos e professores, os quais deveriam se interessar em, no mínimo, buscar informações superficiais a respeito do assunto: Metamateriais.

O que é um metamaterial?

Como pode-se notar, até o wikipédia carece de mais informações ou, no mínimo, umas ilustrações a respeito. Assim sendo, resolvi falar sobre isso nessa madrugada de janeiro.

Pois bem, o metamaterial é uma substância sintetizada pelo ser humano graças ao advento de áreas como a nanotecnologia. Tal substância apresenta-se capaz de, entre outras coisas, refratar a luz em direções diferentes das convencionais. Por isso o prefixo "meta".

Para os preguiçosos de plantão, refração é um fenômeno que ocorre com a luz e diversos outras ondas de natureza diferente dela quando essas passam de um meio físico para outro. Como passar do ar para a água ou vice e versa, assim como mostra a figura abaixo.

Notem que, se não fosse a passagem de um meio para outro, a luz manteria sua trajetória retilínea. Pois é, o metamaterial faz um pouco diferente. Observem:

Substâncias encontradas na natureza são capazes de desviar a luz apenas para o 1° quadrante, aquele do canto superior direito na figura acima. Não é preciso pensar muito que as implicações disso são muitas. Dessa forma observem abaixo alguns exemplos do que acontece quando observamos através de um metamaterial.

Em ambos os caso o metamaterial sem encontra no recipiente da direita. Loucura não? Vai completamente contra tudo aquilo que já se conhecia até então.

Outro exemplo. Note como as linhas mudam completamente.

Ah, como se não bastasse isso tudo. O MEC adorou a ideia e também colocou um questão sobre essa criança no ENEM 2010.

Era a questão 80:

Um grupo de cientistas liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos, construiu o primeiro metamaterial que apresenta valor negativo do índice de refração relativo para a luz visível. Denomina-se metamaterial um material óptico artificial, tridimensional, formado por pequenas estruturas menores do que o comprimento de onda da luz o que lhe dá propriedades e comportamentos que não são encontrados em materiais naturais. Esse material tem sido chamado de “canhoto”.

Disponível em:

http://inovacaotecnologica.com.br.

                                                 Acesso em: 28 abr. 2010 (adaptado).

Considerando o comportamento atípico desse metamaterial, qual é a figura que representa a refração da luz ao passar do ar para esse meio?

Para aqueles que prestaram um mínimo de atenção na imagens anteriores, a opção correta é D.

Bom, é isso aí. Para quem quiser aprofundar um pouco mais, tem esse material aqui de leitura bem legal e com outros exemplos.








Abraço.

Abertura de uma Represa.

Imagine uma represa rompendo... nem precisa usar uma imagem de rompimento para você imaginar o estrago causado pelo volume de água liberado.

O vídeo abaixo representa o processo muito bem captado por uma emissora de abertura permanente de uma represa.

Em mais detalhes e até com depoimentos em inglês a respeito:

Após ver ambos os vídeos pode restar um pergunta: Que porra eles fizeram ali? Bom, a imagem abaixo nos ajudará a entender...

Uma represa é construída aproveitando certos potenciais de um rio:

a) queda d'água.

b) relevo das margens.

c) velocidade da correnteza.

Pronto. Com isso uma barragem é erguida e faz-se com que a água caia da maior altura possível para converter a energia potencial gravitacional em energia cinética e, posteriormente, em energia elétrica. Para tal, rios com grandes cachoeiras e vasto volume de água são os ideais.

Mas barragens geram problemas, entre eles, prejudica a piracema. Pois não permitem aos peixes retornarem à nascente do rio, ou próximo dela, para a desova.

Como a barragem do vídeo é velha, o povo abriu um buraco em sua base, de modo que o máximo de água do rio pudesse vazar. E mesmo assim o lago gastou duas horas para esvaziar. Imagine como seria com Itaipu ou Três Gragantas.

Vale a pena observar o segundo vídeo por ele mostrar com mais detalhes o que resta após esvaziar o lago artificial criado pela represa. Notem que, devido ao arraste de sedimentos por parte da correnteza, tais sedimentos se acumulam junto à barragem. A sujeira vista são sedimentos de quase cem anos de funcionamento da hidrelétrica.

"Nova partícula desafia as leis da Física!"

O que mais me chamou a atenção quando ouvi esta chamada para o intervalo do jornal nacional de sexta-feria dia 23/09/11 foi a arrogância com que certas pessoas se expressam em relação ao conhecimento adquirido pelo ser humano. O que há de mais em uma partícula apresentar algo até este exato momento não visto? Esse tipo de frase faz parecer que as leis da física ou da natureza são imutáveis, e não são.

E quando eu digo leis da física ou da natureza, eu quero dizer: a interpretação de nós, seres humanos, para o comportamento da matéria diante de determinadas circunstâncias e eventos. Ótimo que descrobriram algo que nem mesmo Einstein percebeu, e até negou. Muito bom saber que a velocidade da luz não é o limite.

Mais trabalho para os cientistas justificarem seus salários e desenvolverem novas tecnologias para melhorar a qualidade de vida da nossa espécie.

Olha a cara de assustado do Einstein.

Vc jura que ele se preocuparia?

"E o que muda agora?", me perguntaram. Como se eu fosse alguma referência para algo... hauhauhau

A verdade é que ninguém parece saber até agora, nem mesmo o pessoal responsável pela sequência de dezesseis mil repetições antes de divulgarem o fato e reconhecerem os resultados como "'medições intrigantes". Huahauhauha, até o cara tava apavorado com a ideia.

Bom, de uma coisa eu tenho certeza, os marcianos não nos atacarão dessa vez e nos deixarão em paz. Digo, a gravidade continua lá, a capilaridade continua a ajudar as árvores com seus xilemas e floemas, continuamos a necessitar de oxigênio. Ou seja, a natureza é a mesma de cinco dias atrás. Ponto!

Imaginar que coisas assim, como a foto acima, acontecerão é viagem de alucinógeno brabo.

O que podemos presenciar é mais uma nova revolução de conceitos na Física e até em outros ramos do conhecimento em geral. Já pensou um brasileiro explicar essa parada? Seria o nosso primeiro Nobel brazuca, muito doido. Alguém que seria comparado a Newton e a Einstein.

Outro detalhe a abordar é o seguinte: o que tem de mais em ultrapassar o limite da velocidade da luz?

Qual o problema nisso? A questão é que até poucos dias atrás isso ainda não tinha acontecido, outro detalhe se encontra no trabalho de Einstein chamado de Teoria da Relatividade Geral, baseado numa ideia simples: A maior velocidade no universo é a da luz, nem a informação, nem o pensamento (como pensam alguns espíritas) são mais velozes, exceto o maldito neutrino! Bosta de neutrino fidumaégua, avacalhou. Huahuha.

Com base nessa ideia ele desenvolveu um coeficiente muito utilizado na Relatividade Restrita (quando se estudam apenas corpos em situação de resultante de forças nula), para determinar a dilatação do tempo e a contração do comprimento, por exemplo. Esse coeficiente aparece abaixo:

Por esse carinha, nota-se que o denominador não adimite número negativo dentro da raíz quadrada.

Considerando que V é a velocidade de um objeto qualquer e que C é a velocidade da luz no vácuo, teríamos raízes complexas para o caso de uma velocidade superior a trezentos mil quilômetros por segundo.

Qual o significado físico de uma raíz complexa nesta situação? Não faço a mínima ideia, mas aposto que o primeiro a interpretá-la corretamente será lembrado no futuro. Pode ser também isto uma viagem da minha parte, mas aposto que os carinhas responsáveis por estudar essa bagaçada estão doidos para descobrir.

Átomo

Hoje decidi falar de algo sobre o qual cito com frequência em minhas aulas, sejam elas de física ou de química. Esse sujeitinho conhecido por muitos e compreendido por pouquíssimos.

Do grego, tratamos por “aquele que não se divide”. Mas, atualmente, a divisão do átomo tornou-se algo comum dentro de aceleradores de partículas, reatores nucleares, aparelhos de raios X e, para o medo de muitos, bombas atômicas.

Como professor eu vejo que as pessoas pouco se importam em saber mais a respeito desse personagem cuja aparição na cena da ciência do século XIX marcou mais tarde o surgimento da física quântica e determinou uma clara distinção entre física clássica e contemporânea (mais conhecida por moderna).

Imagine algo tão pequeno a ponto de ser necessário ampliar o tamanho de uma laranja à dimensão do planeta terra para visualizarmos concretamente sua constituição. Pronto, os átomos da laranja terão o tamanho de maçãs e seus elétrons serão ainda menores que grãos de areia.

Opa, mas nós não falávamos de átomos? De onde saíram os elétrons? Para não atropelarmos os bois com a carroça, voltarei a falar deles mais adiante. O importante é sabermos que os átomos, diferentemente daquilo que os gregos antigos contemporâneos de Demócrito pensaram, não é indivisível. Muito pelo contrario. São divisíveis e suas partículas constituintes também o são.

Aí vem um aluno de ensino médio metido a gato mestre e me fala: “Tá beleza, e o que isso vai me ajudar na minha futura carreira de advogado?” E eu respondo: a principio, nada, mas nunca se sabe. Conhecimento nunca é demais. Por isso que eu gosto de falar dessas “bobeiras” no meu blog.

Então, voltando ao tema desse post. O átomo, vejam só, personagem mais mal compreendido da ciência nos últimos duzentos, assim permanece por motivos não pertinentes no momento. E minha tentativa é, com esse texto, apresenta-lo de uma maneira mais informal que o convencional.

Pois bem, assim seja, vamos lá. Tudo, mas tudo que é matéria conhecida pelo ser humano é constituída de átomos. Logo, toda a matéria existente no universo conhecido obedece às mesmas regras por nós já conhecidas. No ensino médio é comum a citação de nomes como Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr. No que me diz respeito, cita-los não é realmente necessário, apenas deixa-los listados para que o interessado pesquise por eles.

Já se pensou que o átomo fosse uma esfera maciça como uma bola de bilhar e hoje se sabe que ele possui uma porção imensa de espaços vazios. E este é o ponto onde muitos não entendem, como algo cheio de espaços vazios pode, ao se aglomerar apresentar-se maciço? Simples, pelo fato de o átomo, em seu interior, apresentar partículas dotadas de cargas elétricas. As repulsões e atrações de natureza elétrica entre átomos vizinhos são responsáveis pela “aparente” impenetrabilidade da matéria.

Trocando em miúdos. Os fatos de elétrons se repelirem e o mesmo acontecer com prótons, além de prótons e elétrons se atraírem são responsáveis por termos a “impressão” de que a matéria não possui espaços vazios.

Isto apenas explica como pode existir algo com mais de 99,9% de espaço não preenchido por matéria. Uma brincadeira que costumo fazer é citar a personagem do universo Marvel conhecida no Brasil por Lince Negra, ela tem a capacidade de atravessar paredes como se fosse o Gasparzinho. Sua habilidade consiste exatamente em anular uma das propriedades mais fundamentais: a carga elétrica.

Nem precisa dizer que isto a torna a maior inimiga do Magneto, mas isto é algo que nem passa pela cabeça de quem cria histórias em quadrinhos.

Gigantes do Universo.

Segue abaixo uma lista com alguns corpos celestes e seus tamanhos em escala.

Se isto não serviu para você ter um pouco mais de humildade sobre o seu lugar no espaço, veja este vídeo:

Ótimo para refletir.