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

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.

Fonte: http://www.efeitojoule.com/2009/09/optica-da-visao-fisica-optica-visao.html

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.

Fonte: http://www.efeitojoule.com/2009/03/luz-optica-geometrica.html

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.

Fonte: http://ultimosegundo.ig.com.br/ciencia/2012-07-04/perguntas-e-respostas-sobre-o-boson-de-higgs.html

NOVO COMETA NO PEDAÇO

Um novo cometa, batizado de C/2012 S1 ISON,  foi descoberto no último dia 21 de setembro pelos astrônomos Vitali Nevski (Bielorrússia) e Artyom Novichonok (Russia). 

O astro encontra-se atualmente próximo da órbita de Júpiter e, portanto, ainda longe do Sol, o centro do nosso sistema planetário. Mas, segundo previsões, em novembro de 2013 ele vai se aproximar bastante do Sol, chegando a apenas 0,012 UA da nossa estrela.

Para você ter uma noção de quanto isso é pouco em Astronomia, 1 UA (uma Unidade Astronômica) corresponde a cerca de 149,6 milhões de quilômetros, a distância média Sol-Terra. Fazendo uma conta rápida, o C/2012 S1 ISON passará a apenas 0,012 x 149,6 = 1,8 milhões de quilômetros do Sol. E, quando isso acontecer, o cometa estará a apenas 0,4 UA da Terra.

Este cometa promete! Bem perto do Sol, ele deve formar uma cabeleira bem brilhante e uma cauda bem longa, ou seja, tem tudo para ser visível a olho nu e poderá ser um show observacional. Por outro lado, cometas são sempre temperamentais e podem nos frustrar. A última passagem do cometa Halley* em 1985/86 foi muito menos espetacular do que se esperava. Houve somente uma pequena mancha esfumaçada contra o fundo brilhante de estrelas da Via Láctea e não havia cauda perceptível.

* O Halley é um cometa periódico que demora cera de 76 anos para dar uma volta ao redor do Sol. Antes de 1985/86 ele havia sido observado em 1910. Sua próxima passagem periélica (máxima aproximação solar) será em julho de 2061

Fonte: http://fisicamoderna.blog.uol.com.br/

Termoquímica e Lei de Hess

Olá pessoal do 2º Ano, estou postando a apresentação de slides sobre termoquímica que vimos em sala de aula, no formato de vídeo.

AURORAS BOREAIS E AUSTRAIS

Estamos caminhando para um máximo de atividade solar em 2013. Isso acontece a cada 11 anos.  

Aumento de atividade solar significa aumento de explosões solares que lançam no espaço matéria eletricamente carregada na forma de plasma (gás superaquecido e ionizado). Se uma dessas explosões está voltada para a Terra, seremos atingidos por estas partículas "sopradas" pelo Sol.

Fazendo as contas: 

I) A luz viaja entre o Sol e a Terra com velocidade Vluz = c = 300 000 km/s (valor aproximado da velocidade da luz no vácuo). Como o Sol está a aproximadamente 150 000 000 km daqui, podemos estimar o tempo que leva para a luz solar nos atingir depois que deixa a nossa estrela:

Δtluz  =  ΔS/Vluz =  ΔS/c  =  150 000 000 / 300 000 = 500s = 480s + 20s = 8min 20s

II) As partículas ejetadas do Sol atualmente têm velocidade aproximada Vpartículas = 500 km/s(*). Também podemos estimar o tempo que vão demorar para chegar na Terra depois que deixam o Sol. Confira:

Δtpartículas  =  ΔS/Vpartículas =  150 000 000 / 500 = 300 000 s = 5000 mim = 83,33 h = 3,47 dias

Com os cálculos (aproximados) acima concluímos que toda vez que ocorre uma explosão solar demoramos 8min 20s para detectarmos o fenômeno aqui na Terra. A luz é muito rápida! Mas o vento de partículas, muito mais lento, vai demorar cerca de 3,5 dias para nos atingir. Assim podemos prever a chegada das partículas carregadas no nosso planeta. E, se a explosão solar foi muito intensa, podemos antecipar uma tempestade geomagnética, o estopim das belas auroras boreais (ao norte) e austrais (ao sul).

Podemos ver uma destas belíssimas auroras na imagem no topo do post. A foto foi feita nesta terça-feira (04/09/12) na Islândia, pouco antes da meia noite local. E registra a aurora boreal que foi fruto de uma explosão solar que aconteceu no sábado, o primeiro dia deste mês de setembro. Como previsto nos nossos cálculos acima, as partículas solares ejetadas no dia 1 chegaram aqui na Terra no dia 4, cerca de 3,5 dias após terem sido lançadas para o espaço.

Vale lembrar que astrônomos monitoram o Sol 24h/dia a partir de observatórios distribuídos em toda a superfície do nosso planeta e também em equipamentos instalados em satélites artificiais da Terra, como por exemplo o SDO - Solar Dynamics Observatory  e o STEREO - Solar TErrestrial RElations Observatory (um curioso sistema de dois satélites que operam em conjunto, como se fossem dois olhos, para produzir imagens 3D do Sol).

Como ocorrem as auroras?

A colisão de partículas que vêm do Sol com átomos da atmosfera, especialmente oxigênio e nitrogênio, os excita. Em outras palavras, elétrons destes átomos excitados ganham energia nas colisões e saltam para camadas mais externas e mais energéticas. Quando decaem, isto é, retornam para a sua camada original ou para outra camada "mais baixa", devolvem a energia recebida como um fóton.

Oxigênio excitado costuma emitir este tom verde característico da foto que ilustra este post. Mas também podemos ter auroras vermelhas, ainda da interação com o oxigênio, além de auroras azuladas que correspondem à emissão do nitrogênio excitado.

Por que autoras ocorrem somente nas regiões circumpolares?

As partículas solares, interagindo com o campo magnético da Terra, são desviadas e quase não chegam a penetrar na atmosfera nas regiões de latitudes baixas. Nosso campo magnético funciona como um escudo protetor contra esta chuva de partículas.

Mas nas regiões de latitudes altas, tanto norte quanto ao sul, onde as linhas de campo mangético entram ou saem dos pólos magnéticos do planeta (que não coincidem com os pólos geográficos), este sistema de bloqueio de partículas é mais vulnerável. Como se tivéssemos dois furos circumpolares por onde as partículas podem passar. Isso se deve ao ângulo θ entre o vetor velocidade V das partículas e o vetor campo magnético B. Lembrando da Regra da Mão Esquerda e da expressão da Força Magnética:

Na caixa azul está a expressão do módulo da força magnética e na laranja a expressão vetorial. Os vetores v, B e F_mag obedecem à Regra da Mão Esquerda, ou seja, F_mag é um vetor sempre perpendicular ao plano formado pelos vetores v e B. Note ainda que, variando o ângulo  θ entre  v e B,  o valor de F_mag também varia. Para θ = 0° ou θ = 180° (v e B paralelos ou anti-paralelos) temos F_mag = 0 (valor mínimo, ou seja, interação nula da partícula carregada com o campo).  Para θ = 90° (v e B perpendiculares) temos F_mag =  qvB  (valor máximo, ou seja, força magnética atua como defletora da partícula).

Perto dos pólos o valor de θ tende para zero. Consequentemente, sen θ também vai para zero, o que enfraquece (ou até mesmo anula) a força magnética. Como é esta força que desvia as partículas, impedindo-as de penetrarem na atmosfera, perto dos pólos a probabilidade destas partículas atingirem a atmosfera é muito maior.

Mais Imagens da Aurora:

(*) Este valor de velocidade das partículas do vento solar pode variar para mais ou para menos. Em SpaceWeather.com, no topo do site, à esquerda, você pode conferir o valor desta velocidade em tempo real. Astrônomos medem este valor constantemente.