terça-feira, 23 de outubro de 2012
terça-feira, 9 de outubro de 2012
Espelhos
Na física, consideramos um espelho uma superfície muito lisa
e com alto índice de reflexão da luz. Provavelmente foi nossa imagem na
superfície da água que inspirou a construção dos primeiros espelhos, feitos de
cobre e, com o tempo foram utilizados outros materiais para sua fabricação,
como por exemplo, a prata.
Os espelhos e as imagens produzidas por ele sempre foram
objetos de admiração do homem. Durante a Segunda Guerra Púnica, Arquimedes
utilizou um grande jogo de espelhos planos, formados pelos escudos de bronze
dos soldados, que refletiam a luz do Sol para um mesmo ponto de um navio, para
incendiá-lo.
Há mais de mil anos, os espelhos ainda eram feitos de metal
como cobre, bronze, prata, ouro e até chumbo em formato de discos planos e
polidos que custavam muito caro, e também eram minúsculos por causa do peso do
material.
O espelho moderno é feito por prateamento, processo que
consiste pulverizar uma fina camada de prata ou alumínio nas costas da folha de
vidro. Justus Von Leibig inventou o processo em 1835, mas a maioria dos
espelhos é feita hoje pela evaporação do alumínio a vácuo, que em seguida se
une ao vidro mais frio.
Há várias imagens que diferentes espelhos podem formar,
assim antes de entendermos a formação das imagens, veremos quais são os
diferentes tipos de espelhos que poderemos encontrar:
Espelho plano
Um espelho plano é uma superfície plana e muito lisa, com
alto índice de reflexão da luz.
Espelho esférico convexo
Um espelho esférico convexo é um espelho que tem origem do
corte de uma esfera espelhada. Sendo a parte externa da esfera espelhada.
Espelho esférico côncavo
Um espelho esférico côncavo é um espelho que tem origem do
corte de uma esfera espelhada. Sendo a parte interna da esfera espelhada.
Fonte: Efeito Joule e How Stuff Works
sábado, 6 de outubro de 2012
Óptica da Visão
Na Física, o estudo do comportamento dos raios luminosos em
relação ao globo ocular é conhecido como óptica da visão. Para entender a
óptica da visão será necessário estudar, anteriormente, a estrutura do olho
humano.
Nossos olhos são constituídos de vários meios transparentes
que levam os raios luminosos até a retina (onde formam-se as imagens).
Observe a figura abaixo:
Na óptica da visão é importante entender a função das partes
mais importantes na formação de imagens no globo ocular. Vamos ver estas partes
e suas funções:
O cristalino funciona como uma lente convergente biconvexa.
A pupila funciona como um diafragma, controlando a
quantidade de luz que penetra no olho.
Os músculos ciliares alteram a distância focal do
cristalino, comprimindo-o.
A retina é a parte do olho sensível à luz. É nesta região
que se formam as imagens.
Para que o olho consiga formar uma imagem com nitidez, um
objeto é focalizado variando-se a forma do cristalino. Essa variação da
distância focal do cristalino é feita pelos músculos ciliares, através de uma
maior ou menor compressão destes sobre o cristalino. Esse processo é chamado de
acomodação visual.
O sistema óptico do globo ocular forma uma imagem real e
invertida no fundo do olho, mais precisamente na retina. Como esta região é
sensível à luz, as informações luminosas são transformadas em sinais elétricos
que escoam pelo nervo óptico até o centro da visão (região do cérebro). O
cérebro trata de decodificar estes sinais elétricos e nos mostrar a imagem do
objeto focalizado.
quinta-feira, 4 de outubro de 2012
A Luz e a Óptica Geométrica
A parte da Física que estuda os fenômenos relacionados à luz
é chamada de Óptica. A Óptica Geométrica estuda os fenômenos que são explicados
sem se preocupar com a natureza da luz. Para este estudo utilizaremos alguns
conceitos básicos e princípios fundamentais que serão apresentados neste texto.
Um dos grandes nomes da Óptica é Isaac Newton, que já
conhecemos um pouco quando estudamos as Leis de Newton. Mas, a óptica já
interessava o homem a muito mais tempo. Em 1025, Al-Hazen, um estudioso árabe,
escreveu que a visão era o resultado dos raios de luz que entravam nos nossos
olhos. O que não era tão comum se dizer na época, já que, acreditava-se que os
olhos emitiam raios de luz que possibilitavam a visão. Al-Hazen também estudou
as propriedades das lentes e fez grandes observações nesta área.
Para o estudo da Óptica Geométrica, vamos conceituar a luz
como sendo um ente físico capaz de sensibilizar os nossos olhos. Logo, é
através da luz que enxergamos.
Agora vamos ver alguns conceitos básicos da Ótica Geométrica
e em seguida os princípios da Óptica Geométrica.
Raio de luz
O raio de luz é um agente geométrico que representa a
direção e o sentido da propagação da luz.
Pincel de luz
O pincel de luz pode ser entendido como sendo um conjunto de
raios de luz.
Fonte de luz
Denomina-se fonte de luz todo corpo capaz de emitir luz.
Fonte de luz primaria
São aquelas que emitem luz própria, isto é, que produz
energia luminosa. Exemplos: O Sol e as Lâmpadas incandescentes.
Fonte de luz secundária
São aquelas que emitem apenas a luz recebida de outros
corpos. Estas fontes de luz apenas refletem os raios de luz provenientes de
outros corpos. Exemplo: a Lua e o teclado do seu computador.
Princípios da óptica geométrica:
1) Princípio da propagação retilínea da luz: em meios
homogêneos a luz se propaga em linha reta.
2) Princípio da reversibilidade dos raios de luz: a
trajetória dos raios não depende do sentido de propagação.
3) Princípio da independência dos raios de luz: cada raio de
luz se propaga independentemente de outro.
Com estes três princípios observamos que a luz se propaga em
linha reta, que o caminho de ida de um raio de luz pode ser igual ao caminho de
volta e, um raio de luz pode se cruzar com outro se haver nenhuma mudança.
terça-feira, 2 de outubro de 2012
Bóson de Higgs
Gráfico mostra colisão de partículas no experimento CMS no
Grande Colisor de Hádrons, na Suíça
O que é o Bóson de Higgs?
Segundo teorias da Física que aguardam comprovação
definitiva, Higgs é uma partícula subatômica considerada uma das
matérias-primas básicas da criação do Universo.
Existe uma teoria quase completa sobre o funcionamento do
Universo, com todas as partículas que formam os átomos e moléculas e toda a
matéria que vemos, além de partículas mais exóticas. Esse é o chamado Modelo
Padrão.
Cientistas anunciam descoberta de possível Bóson de Higgs
Mas há um "buraco" na teoria: ela não explica como
todas essas partículas obtiveram massa. A partícula de Higgs, cuja teoria foi
proposta inicialmente em 1964, é uma explicação para tentar preencher esse
vácuo.
Segundo o Modelo Padrão, o Universo foi resfriado após o Big
Bang, quando uma força invisível, conhecida como Campo de Higgs, formou-se
junto de partículas associadas, os Bósons de Higgs, transferindo massa para
outras partículas fundamentais.
Por que a massa é importante?
A massa é simplesmente uma
medida de quanto qualquer objeto - uma partícula, uma molécula, um animal -
contém em si mesmo. Se não fosse pela massa, todas as partículas fundamentais
que compõem os átomos e os animais viajariam pelo cosmos na velocidade da luz,
e o Universo como o conhecemos não seria agrupado em matéria. A existência dos
átomos e por consequência, da vida, não seria possível.
A teoria em questão propõe que o Campo de Higgs, permeando o
Universo, permite que as partículas obtenham massa. Esse processo pode ser
ilustrado com a resistência que um corpo encontra quando tenta nadar em uma
piscina. O Campo de Higgs permeia o Universo como a água enche uma piscina.
Há quanto tempo os cientistas estão procurando o Bóson de
Higgs?
Há mais de duas décadas. O trabalho já envolveu milhares de
cientistas que trabalharam no chamado LEP, o antigo acelerador de partículas do
laboratório CERN, na Suíça e no Tevatron, do laboratório Fermilab, nos Estados
Unidos, que foi fechado recentemente. Atualmente a busca acontece no LHC (sigla
em inglês para Grande Colisor de Hádrons), do CERN.
Como os cientistas estão procurando o Bóson de Higgs?
Literalmente arremessando partículas subatômicas umas contra
as outras a velocidades altíssimas, perto da velocidade da luz. Ao fazer isso,
recriam a energia que existia no início do universo e produzem diversas novas
partículas, entre elas, em teoria, o Bóson de Higgs.
A caça ao Higgs é uma das razões que levaram à construção do
imenso acelerador de partículas Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em
inglês), do CERN (Centro Europeu para a Pesquisa Nuclear), na Suíça.
O LHC esmaga dois feixes de prótons próximos à velocidade da
luz, gerando uma série de outras partículas. É possível que o Higgs nunca seja
observado diretamente, mas os cientistas esperam que ele exista momentaneamente
nessa "sopa" de partículas. Se ele se comportar como os pesquisadores
esperam que ele se comporte, pode se decompor em novas partículas, deixando um
rastro de provas de sua existência.
Caso seja produzido a partir das bilhões de colisões no LHC,
o Bóson rapidamente se transformará em partículas de massa menor e mais
estáveis. Serão essas partículas os indícios que os físicos poderão usar para
comprovar a existência do Bóson, que aparecerão como ligeiras variações em
gráficos usados pelos cientistas. Portanto, a confirmação definitiva se dará a partir de uma certeza estatística.
E o que o Bóson de Higgs tem a ver com o Big Bang?
Tudo. Há 13, 7 bilhões de anos, o Big Bang criou o universo
com partículas sem energia e radiação. A teoria diz que uma fração de segundo
após a grande explosão, parte dessa radiação se congelou em um campo chamado de
campo de Higgs. Com mais alguns segundos o universo começou a esfriar e as
partículas começaram a adquirir massa a partir de sua interação com o campo de
Higgs.
Por que ela é chamada “a partícula de Deus”?
É o título de um livro do prêmio Nobel de Física Leon
Lederman que conta a busca pelo bóson de Higgs. No livro, Lederman conta que o
editor do livro não deixaria ele colocar o nome de esta “maldita” (em inglês,
goddamn) partícula, o que seria mais apropriado dado o tamanho da despesa e sua
natureza, digamos, difícil de ser constatada.
Por que a partícula se chama Higgs?
Peter Higgs (1929-?) é um físico inglês. Professor emérito
da Universidade de Edimburgo, na Escócia, é um dos pais do bóson de Higgs,
embora não goste de ser chamado assim. Ele foi um dos cientistas que propôs em
1964 o que ficou conhecido como mecanismo de Higgs que prevê a existência do
campo (e do Bóson) de Higgs que por sua vez é a responsável pela massa de todas
as partículas existentes atualmente no universo. O Bóson de Higgs é uma peça
fundamental do chamado Modelo Padrão da Física.
O que é o Modelo Padrão?
É o modelo criado pelos físicos de partículas para explicar
a dinâmica das partículas subatômicas. Os físicos assumem que ele está correto
pois suas previsões teóricas ao longo dos últimos 40 anos de resultados
experimentais tem sido acertadas. Ele, no entanto, não explica tudo, deixando
de fora, por exemplo, a força da gravidade.
Quanto esta pesquisa custou até agora?
O LHC sozinho custou cerca de 10 bilhões de dólares para ser
construído e gerenciado. Isso inclui os salários de milhares de cientistas e
técnicos ao redor do mundo, que colabaram nos dois experimentos que buscam o
Higgs independentemente um do outro.
Todos estes estudos tiveram algum resultado prático?
Não diretamente. Mas o esforço científico que chegou à
descoberta compensou de outras maneiras, como a criação da Internet em seu uso
mais corriqueiro. Os cientistas do CERN desenvolveram a World Wide Web para
facilitar a troca de informações entre eles. O vasto poder computacional
necessário para analisar todos os dados produzidos pelo LHC também acelerou o
desenvolvimento da computação em nuvem, que hoje é usada em serviços
disponíveis a todos.
Avanços na captação de energia solar, diagnóstico por imagem
e terapia por prótons, usada no combate a câncer -- também foram produtos do
trabalho de físicos do CERN e outras instituições parceiras.
O que vem por aí?
"Isto é só o começo," disse James Gillies,
porta-voz do Cern. Os pesquisadores continuarão a examinar a nova partícula até
compreender completamente como ela se comporta. Com isso, eles pretendem
entender os 96% do Universo que ainda estão escondidos da nossa visão. Isso
pode resultar no descobrimento de novas partículas e até mesmo em forças da
natureza desconhecidas.
E se a partícula que foi encontrada não for o Bóson de
Higgs?
Caso se comprove que o Bóson de Higgs não existe, a teoria
do Modelo Padrão teria de ser reescrita. Isso poderia abrir caminho para novas
linhas de pesquisa, que podem se tornar revolucionárias na compreensão do
Universo, da mesma forma que uma lacuna nas teorias da Física acabou levando ao
desenvolvimento das teses da mecânica quântica, há um século.
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