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Por que nada pode viajar mais depressa que a luz?

Você já deve ter ouvido que nada é capaz de viajar mais rápido que a velocidade da luz. Mas, por um breve momento, acreditou-se que sim.

29 de setembro de 2019
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#albert einstein, #física, #luz, #teoria da relatividade, #teorias, #velocidade da luz,

Você já deve ter ouvido que nada é capaz de viajar mais rápido que a velocidade da luz. Mas, por um breve momento, acreditou-se que sim.

A teoria de que nada pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz no vácuo significa, basicamente, que nada pode ultrapassar os 299.792.458 metros por segundo ou arredondando, 300 mil km por segundo. Essa ideia foi proposta por Albert Einstein em sua Teoria da Relatividade, baseada em estudos anteriores de diversos cientistas para estabelecer que o limite de velocidade universal é o que a luz atinge quando se desloca pelo vazio do cosmos. Você sabe por quê?

 

Impossibilidade física

Isso nos leva à Teoria da Relatividade Especial de Albert Einstein, de 1905, que diz que a velocidade da luz é o que conecta o tempo e o espaço. Segundo o catedrático de Física Antonio Ruiz de Elvira, não é possível deslocar um objeto a uma velocidade superior à da luz porque, de forma simples e resumida, a única coisa capaz de mover uma partícula com massa é outra força que viaje a essa velocidade.

Zunindo pelo vácuo (BBC)

De acordo com Antonio, o objeto “empurrado” acabaria ganhando massa quando submetido a grandes velocidades. E, considerando que o ganho aumentaria bastante conforme o corpo se aproximasse da velocidade da luz, isso interferiria em sua capacidade de deslocamento. Sendo assim, nenhum corpo pode viajar mais depressa do que a força que o empurra.

Segundo o que prevê a Teoria da Relatividade, o aumento de massa aconteceria rapidamente conforme a velocidade do objeto se aproximasse à da luz. E, quanto mais próximo desse limite o corpo chegasse, considerando que o ganho de massa aumentaria infinitamente, seria necessária uma força — também — infinita para que o objeto se elevasse à velocidade da luz.

A famosa equação de Einstein tem uma parte “menos lembrada”, que descreve como a massa de um objeto muda quando há movimento envolvido: E = mc² (Energia é igual a massa vezes a velocidade da luz ao quadrado). Na verdade, a equação completa é E²=(mc²)²+(pc)². A parte final é a que descreve como a massa do objeto muda quando há movimento envolvido.

 

Teoria ameaçada

Em 2011, foi anunciada uma descoberta que ameaçou anular tudo o que sabemos sobre a velocidade da luz, a Teoria da Relatividade e a física moderna!

Isso aconteceu na Suíça, quando físicos europeus conduziram um experimento chamado Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus (Opera, na sigla em inglês), para estudar o fenômeno da oscilação de neutrinos. Diferentemente das partículas de luz, os neutrinos são partículas que possuem uma pequena quantidade de massa. Por isso, segundo a Teoria da Relatividade Especial de Einstein, deveriam viajar a uma velocidade menor que a da luz.

No entanto, naquele ano, o projeto chamou a atenção de toda a comunidade internacional quando anunciou a detecção de neutrinos se movimentando em uma velocidade superior à da luz, o que poderia revolucionar a Física moderna.

No entanto, tudo não passou de um mal entendido por causa de um cabo de um relógio digital em um laboratório, que estava mal conectado. Quando alguém percebeu e o conectou corretamente, tudo voltou à normalidade e ficou comprovado que os neutrinos estavam viajando a uma velocidade mais baixa que a da luz.

Toda a Física moderna foi questionada, portanto, por causa de um cabo de fibra ótica solto, que fez com que a passagem do tempo fosse registrada de maneira incorreta. Acredita?

Mas é assim que a ciência funciona e deve funcionar. Cientistas cometem erros e aprendem com eles. É preciso provas muito fortes para mudar os rumos da Física, e é a partir de testes, experimentações, erros e acertos que isso é possível — mesmo que leve séculos.

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6 mistérios que a física ainda não conseguiu explicar

Cientistas criaram teorias para entender e até tentar explicar alguns mistérios do universo, mas até hoje nada foi comprovado. Será que um dia teremos respostas para eles?

05 de agosto de 2019
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#energia, #entropia, #física, #inflação cósmica, #matéria, #mistérios, #universo,

Assim como nós, os físicos, astrofísicos e cientistas estão cheios de perguntas. E, apesar dos avanços nestes campos, há mistérios que ainda são impossíveis de serem explicados. Para tentar entender certos fenômenos, foram estabelecidas teorias que, mesmo não podendo ser observadas ou comprovadas diretamente, são a única explicação para definir alguns enigmas do universo. Conheça a seguir alguns deles.

 

  1. A matéria escura

Cientistas calculam que 84% da matéria presente em nosso universo não emite e sequer absorve luz, a chamada matéria escura. Por não absorver nem emitir radiação, ela não pode ser vista diretamente, nem detectada de maneira indireta.

Eles acreditam na existência dessa matéria graças ao efeito gravitacional que exerce sobre outros elementos e sobre a estrutura do universo. Acredita-se que é composta por partículas massivas que interagem sem força entre elas e, por carecer de luz, os astrofísicos não conseguem detectá-la, apesar de saber que está ali.

  1. A energia escura

Cientistas acreditam que há algo que contraria a força gravitacional de atração e, mesmo que a gravidade empurre tudo para o centro do nosso universo, ele continua em expansão.

A gravidade deveria evitar que isso acontecesse, mas na prática é diferente. Para explicar isso, sugere-se que exista uma energia invisível que se contrapõe à força da gravidade — a energia escura. Ela é tida como uma propriedade inerente do próprio espaço. À medida que o espaço se expande, mais espaço é criado e, consequentemente, mais energia escura.

Porém, também não é possível detectar a energia escura e os cientistas não conseguem comprovar sua existência, mas essa é a única explicação que existe até hoje. E mais: embora ninguém saiba como constatar, estima-se que 70% do universo é composto por energia escura!

 

  1. A inflação cósmica

A inflação cósmica é um conjunto de teorias concedida para explicar alguns enigmas que a teoria do Big Bang não podia responder. Diz-se que com a inflação cósmica, houve partes do universo que ficaram mais densas em matéria, e isso explicaria as galáxias e outros fenômenos.

Ao olharmos para o universo, observamos uma esfera que parece se estender por partes iguais em todas as direções. O que torna difícil a explicação de haver uma temperatura uniforme: como duas partes distantes do universo podem ter a mesma temperatura e densidade sem ter estado em contato? A inflação cósmica explica esse fenômeno.

A teoria sugere que essas partes chegaram a formar uma unidade e que, menos de um bilionésimo de segundo depois do Big Bang, o universo se inflou de forma repentina e em grande velocidade, expandido sua matéria a uma velocidade superior à da luz. Durante essa expansão, houve pequenas diferenças de temperaturas, pontos de maior densidade que se materializaram em galáxias e grupos de galáxias. Também foram produzidas as ondas gravitacionais previstas por Albert Einstein.

Apesar deste conhecimento, os físicos não podem atestar o que formou esses conjuntos de estrelas e ondas gravitacionais. Portanto, um fenômeno como a inflação cósmica pode fazer com que seja mais compreensível.

  1. O destino do universo

“Para onde vamos?” Essa é uma das perguntas científicas que mais causam curiosidade e outras perguntas até hoje. Acredita-se que isso depende de um fator desconhecido que mede a densidade da matéria e a energia que existe no cosmos.

Considerando que esse fator é maior que a unidade, o universo seria uma esfera. Sem a energia escura mencionada antes, o universo deixaria de se expandir e tenderia a se contrair, provocando o colapso absoluto, num processo inverso ao Big Bang, conhecido também como Big Crunch. Mas, como essa energia existe, os cientistas acreditam que o universo seguirá se expandindo de maneira infinita.

Mas o universo se expandirá para sempre? Considerando-o como uma esfera e caso a energia escura exista de fato, esse universo esférico se expandirá eternamente.

De maneira alternativa, o universo pode ser curvo e aberto, como a superfície de uma sela para montar cavalos. Neste caso, o universo pode caminhar para dois processos — o Big Freeze e Big Rip. No primeiro, a aceleração do universo fará com que ele acabe desfazendo galáxias e estrelas, deixando matéria fria e abandonada. Depois, a aceleração aumentaria de maneira tão grande, que poderia superar a força que mantém os elementos de um átomo em seus devidos lugares, destruindo-o completamente.

Outra alternativa é que o universo pode ter uma estrutura planar, como uma mesa que se expande para todas as direções. Caso a energia escura não exista, neste modelo a aceleração da expansão do universo seria reduzida aos poucos, até parar completamente. Mas se a energia escura existir, tudo terminaria destruído com o Big Rip.

 

  1. A entropia

Você sabia que alguns cientistas duvidam que o tempo tenha corrido sempre para a frente, mas não conseguem provar o contrário? Isso é explicado por uma propriedade da matéria chamada entropia, que é a quantidade de desordem de um sistema. Neste caso, das partículas do universo.

Basicamente, se o universo se desloca de uma baixa entropia para uma alta entropia, nunca poderemos ver os acontecimentos se reverterem. Esse movimento é irreversível, mas suscita um novo enigma para os cientistas: por que o universo era tão organizado em seu início? Se, como confirmado em outras teorias, havia uma grande quantidade de energia acumulada em um espaço tão reduzido, por que a entropia (a desordem) era tão baixa na origem do cosmos? Ainda não há resposta para isso.

 

  1. Os universos paralelos

Será que o universo em que vivemos é único? Até hoje, nada garante isso. Muitos cientistas defendem a hipótese de que é possível que o que chamamos de universo seja somente um entre outros infinitos espaços.

As leis da física quântica dizem que a configuração das partículas dentro de cada espaço é finita e que esta configuração deve, necessariamente, se repetir, o que implicaria em uma infinidade de universos paralelos. É daí que vem o conceito de multiverso, ou seja, diversos universos paralelos coexistindo sem que um tenha contato com o outro.

Da matéria escura aos universos paralelos: são tantos questionamentos! Que a ciência esteja sempre em evolução e que possamos presenciar a solução desses mistérios. <3

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Antimatéria: história e curiosidades

Assim como o nome sugere, a antimatéria é o inverso da matéria. Mas o que isso quer dizer?

29 de julho de 2019
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#acelerador de partículas, #antipartículas, #ciência, #ciência e tecnologia, #energia, #laboratório de aceleradores de partículas,

Assim como o nome sugere, a antimatéria é o inverso da matéria. Cada partícula elementar que conhecemos possui uma partícula oposta que apresenta exatamente as mesmas características, exceto a carga elétrica, que é inversa. O pósitron, por exemplo, é a antimatéria do elétron, portanto, possui a mesma massa, mesma rotação, mesmo tamanho, mas carga elétrica de sinal oposto.

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Matéria e antimatéria, constituídas de antipartículas.

Tudo o que se sabe sobre essas antipartículas vem de experiências realizadas em aceleradores de partículas, que apresentam antipartículas como produto. Dentro desses imensos laboratórios, a dificuldade de produzir e analisar a antimatéria está no fato de que, no encontro da matéria com a antimatéria, sempre ocorre aniquilação, ou seja, uma destrói a outra, gerando uma grande quantidade de energia.

 

Descoberta

A história da antimatéria começa em 1928, quando o físico britânico Paul Andrien M. Dirac revisou a equação da equivalência entre massa e energia proposta por Einstein e propôs que as partículas podem ter valores negativos de energia. Ou seja: que um elétron poderia emitir radiação infinitamente, ficando cada vez com energias mais negativas, o que não é aceitável do ponto de vista físico. 

Para consertar esta inconsistência do seu modelo, Dirac argumenta que todos os estados relacionados a energias negativas estão ocupados, assim uma partícula não poderia ir para um estado de energia negativa, isto ficou conhecido como Mar de Dirac. Uma consequência do mar de Dirac é que o consideramos como vácuo não é vazio, existe uma infinidade de partículas nos estados de energia negativa.

Logo, para Dirac, uma antipartícula nada mais é do que um espaço vago no Mar de Dirac, assim um elétron pode perder energia emitindo radiação e indo pro estado quântico vago descrito pelo antielétron. Um observador veria um elétron colidindo com um antielétron, depois da colisão ambos desapareceriam e a energia seria emitida na forma de radiação.

Em 1932,  um ano após a previsão de Dirac, Carl Anderson detectou a presença de elétrons positivos durante um experimento com raios cósmicos. O antielétron detectado foi chamado de pósitron e tem as mesmas características do elétron, mas apresenta carga elétrica de sinal positivo. Em 1955, cientistas criaram o antipróton por meio de um acelerador de partículas. Desde então, os estudos relacionados com antimatéria vêm revelando antipartículas de nêutrons, quarks, léptons etc.

 

Como produzir antimatéria?

A antimatéria existe de maneira natural, porém em pequeníssimas quantidades. É o caso da banana, por exemplo, que emite um pósitron a cada 75 minutos, pois possui em sua composição química um isótopo radioativo de potássio (40K) que sofre decaimento β+, mas como o nosso universo é feito predominantemente de matéria, rapidamente este pósitron encontra um elétron e eles se aniquilam, sobrando somente radiação.

Hoje os cientistas são capazes de produzir antimatéria nos aceleradores de partículas, como o famoso LHC. Nessas máquinas de incrível complexidade, feixes de partículas e/ou antipartículas são lançados em anéis circulares ou retilíneos e são colididos com outros feixes. Essas colisões, quando feitas com energia suficiente, recriam as condições do universo no Big Bang. 

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LHC: o maior acelerador de partículas do mundo.

Ao acelerar átomos a altíssimas velocidades com um acelerador de partículas, elas podem ser colididas com um determinado alvo. As antipartículas resultam dessa colisão e são separadas pela ação de campos magnéticos. Em média, a cada 10.000 colisões de prótons é gerado um antipróton, é isto que torna a produção de antimatéria tão cara.

 

Antimatéria como fonte de energia

Ao pensar nas possíveis aplicações que podem surgir da pesquisa em antimatéria, podemos citá-la como uma fonte de energia compacta.

Já falamos que ao encontrar matéria, a antimatéria é aniquilada. Nesta aniquilação é liberada uma grande quantidade de energia. Quanta energia? Essa reação é o único processo que converte 100% da massa de uma partícula em energia, lembrando da famosa equação de Einstein, E=mc², tem muita energia armazenada na massa das partículas que normalmente não pode ser acessada.

A aniquilação de um grama de antimatéria com um grama de matéria resultaria na liberação de 50 GWh de energia, o suficiente para manter uma lâmpada de 100 W acesa por mais de 57 mil anos!

Essa energia pode ter uma aplicação valiosa para exploração espacial, pois uma boa parte do problema que temos ao lançar um foguete ao espaço é o combustível necessário para sair da atmosfera da Terra. Para isso acontecer ainda é preciso melhorar a eficiência da produção de antimatéria, baratear o processo, desenvolver novas tecnologias de armazenamento e aprender a controlar o uso desta energia, caso contrário teríamos apenas uma bomba poderosíssima! :O

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O que aconteceria se, de repente, a Terra parasse de girar?

Se a Terra parasse de girar de repente, tudo o que se encontra na superfície terrestre seria arrancado violentamente daqui: pessoas, árvores, animais, cidades, oceanos e até mesmo o ar da atmosfera.

07 de junho de 2019
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#conhecimento, #curiosidade, #fenômenos, #inércia, #museu weg, #planeta terra, #rotação terrestre,

Tudo sairia voando!

Se a Terra parasse de girar de repente, tudo o que se encontra na superfície terrestre seria arrancado violentamente daqui: pessoas, árvores, animais, cidades, oceanos e até mesmo o ar da atmosfera. Tudo o que se encontra na superfície terrestre sairia voando! Tudo por causa da inércia dos corpos, já que tudo que existe na Terra, inclusive o ar, gira junto com o planeta.  

Agora imagine que a Terra completa sua rotação a cada 24 horas a uma velocidade de aproximadamente 1.700 quilômetros por hora! Se a freada brusca de um ônibus faz com que os passageiros sejam jogados para a frente, imagine o que não aconteceria com os habitantes da Terra?

Explicando de maneira simples: imagine um ônibus em alta velocidade freando de repente. A inércia faz com que todos os passageiros vão para frente, podendo até mesmo serem arremessados. Ou seja: se você estiver dentro de um ambiente fechado, as notícias não são lá muito boas.

Os corpos seriam arrancados da superfície e em seguida cairiam, pois mesmo os 1.700 quilômetros por hora, não são suficientes para fazer com que os corpos escapem do campo gravitacional e se percam no espaço. Então todos os destroços sólidos, os oceanos e a atmosfera cairiam de volta.

 

earth-1990298_960_720Tudo o que se encontra sobre a superfície terrestre seria arrancado violentamente.

 

O acontecimento geraria fissuras e pontos de tensão na crosta, o que causaria grandes derramamentos de magma e os maiores terremotos já vistos. Os oceanos continuariam a se mover a quase 1.700 quilômetros por hora no equador, gerando a maior onda e o maior tsunami já registrados na história. A atmosfera continuaria a se mover com a mesma velocidade da rotação da Terra, o que causaria ventos até 6 vezes mais fortes que os furacões de categoria 5. Esses ventos estariam tão rápidos que fariam os objetos parados em relação a eles quebrarem a barreira do som.

Agora, imagine que alguém sobreviva a esse voo em velocidade supersônica! Seria quase impossível sobreviver, a Terra continuaria sua trajetória ao redor do Sol, mas a falta de rotação acabaria com o conceito de dia e noite, seriam seis meses exposição solar — um deserto com temperaturas altíssimas — e seis meses de escuridão — tão frio que crostas de gelo seriam formadas rapidamente. A diferença térmica entre os dois lados provocaria ventanias terríveis.

Outra possível consequência dessa catástrofe, seria a perda de nosso campo magnético. Ou seja: a Terra ficaria sem proteção contra as partículas de altas energias provenientes do vento solar. Que medo!

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Buraco negro: Parece que Einstein acertou mais uma vez

A primeira imagem de um buraco negro representa um marco histórico para a astrofísica, mas também serve para confirmar e validar a teoria geral da relatividade do renomado físico Albert Einstein.

21 de maio de 2019
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#albert einstein, #buraco negro, #cosmologia, #física,

Estima-se que os buracos negros sejam fenômenos cósmicos que se originam quando uma estrela entra em colapso. O restante de sua matéria fica limitado a uma pequena região, que logo dá lugar a um imenso campo gravitacional, levantando algumas das questões mais complexas sobre a natureza do espaço e do tempo e, agora, até mesmo sobre nossa existência.

A primeira imagem de um buraco negro representa um marco histórico para a astrofísica, mas também serve para confirmar e validar a teoria geral da relatividade do renomado físico Albert Einstein, agora os buracos negros são reais, não mais uma simulação de cálculos teóricos.

Na imagem, registrada de 05 a 11 de abril de 2018, o buraco negro parece um anel laranja em torno de uma silhueta redonda escura, na qual os astrônomos reconheceram o buraco negro na galáxia batizada de M87, e, para ter ideia da sua dimensão, ele é maior que o tamanho de nosso Sistema Solar inteiro. Ele não se localiza exatamente no centro da galáxia, mas a 22 anos-luz na lateral — o que facilitou o reconhecimento, o buraco negro tem 40 bilhões de quilômetros de diâmetro – cerca de 3 milhões de vezes o tamanho de nosso planeta – e é descrito pelos cientistas como um “monstro”.

 

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Simulação / expectativa /  imagem real (@thelionlaw)

 

Nenhum telescópio, sozinho, seria poderoso o suficiente para visualizar o buraco negro.

Assim, o professor Sheperd Doeleman, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, liderou um projeto para montar uma rede de oito telescópios interligados. Juntos, eles formam o Telescópio Event Horizon e podem ser considerados como uma variedade de pratos do tamanho de um planeta.

Cada um está localizado no alto de uma variedade de locais exóticos, incluindo vulcões no Havaí e no México, montanhas no Arizona e na Sierra Nevada espanhola, no deserto do Atacama no Chile e na Antártida. Uma equipe de 200 cientistas apontou os telescópios em rede em direção à M87 e examinou seu coração durante um período de 10 dias.

A primeira imagem de um buraco negro coincide com os simulações baseadas nas equações de Einstein, que previam um anel brilhante no entorno de uma forma escura. Nessa simulação, a luz seria produzida por partículas de gás e poeira aceleradas em alta velocidade e destruídas pouco antes de desaparecer no buraco. A área escura seria a sombra que o buraco lança nesse turbilhão.

Esta imagem permitirá novos estudos, ninguém ainda sabe como o anel luminoso é realmente criado, e muito menos o que acontece quando um objeto entra no buraco negro. Cientistas acreditam que existam explicações mais complexas para a gravidade ainda não descobertas, nem mesmo por Einstein, e é no buraco negro que, provavelmente, essas limitações devem ser expostas.

Outra curiosidade é que a luz é mais brilhante do que todas as bilhões de outras estrelas da galáxia combinadas – e é por isso que ela pode ser vista da Terra. A borda do círculo visto na imagem é o ponto no qual o gás entra no buraco negro, do qual nem mesmo a luz pode escapar. É o ponto em que todas as leis da física são quebradas.


Fontes:

BBC | El Pais

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magnetismo

#MomentoCientista: eletromagnetismo terrestre

Você sabia que nosso planeta se comporta como um grande ímã? Essa observação foi feita em 1600, quando o físico…

24 de fevereiro de 2019
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#aurora, #aurora boreal, #bússola, #eletromagnetismo, #ímã, #magnetismo, #partículas, #partículas de eletromagnetismo, #planeta, #Terra,

Você sabia que nosso planeta se comporta como um grande ímã? Essa observação foi feita em 1600, quando o físico e filósofo britânico William Gilbert assinalou essa semelhança. O fenômeno magnético terrestre, no entanto, já era usado há muito tempo, com as famosas bússolas em navegação.

Esse grande imã chamado Terra possui um campo magnético criado através do movimento constante de rotação. Inclusive, é por esse motivo que os polos sul e norte ganharam esse nome: o planeta também possui um magnetismo proveniente do movimento do seu núcleo.

Logo, se soltarmos um imã sobre a Terra, ele irá mostrar os lados norte ou sul, por esse motivo a bússola indica a direção norte, sendo que sua agulha aponta para uma direção de acordo com o magnetismo da Terra. Assim, como o princípio do eletromagnetismo de cargas positivas e negativas, dentro do magnetismo se aproximarmos dois pólos nortes eles se repelem, mas se forem pólos contrários a tendência é a atração.

E sabe o que nos mantém firmes na superfície e também nos protege das partículas de eletromagnetismo que vem do espaço? Ele mesmo: o magnetismo. O campo magnético da Terra protege o planeta dos chamados raios cósmicos, feixes de partículas de altas energias que vêm do Sol. Ao se aproximar da Terra, as partículas carregadas eletricamente são desviadas, devido à interação magnética, em direção aos polos. Essas partículas são desaceleradas ao entrar na atmosfera, emitindo radiação. A visualização desse fenômeno é chamada de AURORA, que pode ser Boreal (Norte) ou Austral (Sul).

Aurora Boreal

Aurora Boreal. Fonte: reprodução.

Podemos comprovar a perfeição de como funciona o magnetismo terrestre através de um experimento com uma bolinha de isopor, um imã e alguns grampos. Quer saber como? Veja neste vídeo como fazer seu próprio protótipo de eletromagnetismo terrestre em casa!

Viu só? É possível ver o magnetismo em 3D e associá-lo ao magnetismo da Terra. Uma experiência simples e muito interessante. Você pode substituir a limalha de ferro por grampos de grampeador “esmagadinhos”. =)

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Entrevista: o brasileiro que está há 17 anos trabalhando com aceleradores na Suíça

Este mês conversamos com o Marcos André Gaspar, brasileiro, carioca e colaborador há quase 18 anos do Paul Scherrer Institute…

19 de dezembro de 2018
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#aceleradores de partículas, #história, #laboratório da Europa, #laboratório de aceleradores de partículas, #marcos, #museu weg, #psi,

Este mês conversamos com o Marcos André Gaspar, brasileiro, carioca e colaborador há quase 18 anos do Paul Scherrer Institute (PSI), simplesmente o maior instituto de ciências naturais e engenharia da Suíça. O instituto realiza pesquisas de ponta e suas principais áreas são: matéria e materiais, energia e meio ambiente e saúde humana. No artigo anterior, falamos como o PSI revolucionou o tratamento do câncer com a próton terapia. Se quiser saber mais, clique aqui para ler.

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O Paul Scherrer Institute opera um amplificador de Fonte de Luz Suíça (Swiss Light Source – SLS), um síncrotron de 3ª geração usado para acelerar partículas à velocidade da luz. Para melhorar a frequência de amplificação, foi desenvolvido um Amplificador com Rádio Frequência. O principal objetivo do projeto é melhorar a eficiência a qualquer momento do processo. Nosso entrevistado de hoje é responsável por este projeto! São mais de 12 mil linhas de código de programação escritas exclusivamente pelo Marcos.

Swiss Light Source (SLS) no Paul Scherrer Institut

Swiss Light Source (SLS) no Paul Scherrer Institut

Está preparado(a) para conhecer o Marcos um pouquinho mais? Vem com a gente!

Museu WEG: Olá Marcos, estamos curiosos! O que você faz no PSI? Como é o seu trabalho?

Marcos Garcia: Olá pessoal! Sou colaborador no PSI há cerca de 17 anos. Meu trabalho é com fontes de alta potência de rádio frequência sem MOSFET*. Isso quer dizer que são como transmissores de televisão, mas sem modulação. Precisando apenas da potência.

*MOSFET (Transistor de Efeito de Campo de Semicondutor de Óxido Metálico) é o tipo mais comum de transistores de efeito de campo em circuitos digitais ou analógicos.

Trabalho na área de análise fundamental da matéria. O meu acelerador, o SLS, tem o objetivo principal de ser utilizado como um grande microscópio. Os transmissores são otimizados quando é possível, e dependendo do componente que está gerando a alta potência de RF, ele para de funcionar na máxima eficiência possível! Porém, não há milagres e dificilmente é possível ter uma eficiência em 100%.

A eficiência perto de 100% com os motores elétricos e os inversores a MOSFET é bastante possível. Mas, neste trabalho, nem tanto. É que a eficiência típica possível de obter na frequência de interesse de 500MHz é de um pouco mais de 50%. Essa eficiência inclui tudo, dividindo a potência de saída de RF pela potência consumida da tomada da rede de 50Hz.

Os transmissores que temos por aqui são todos a base de válvulas. Em frequências mais baixas, como 50MHz e 72MHz, utilizamos Tetrodos. Em frequências mais altas, como 500MHz, 3GHz, e outras, utilizamos Klystrons. Temos transmissores em modo contínuo (CW) e em modo pulsado. O transmissor com o qual trabalho é um sistema de modo contínuo, resultado de um estudo que fiz há alguns anos sobre a visibilidade da substituição de válvulas por MOSFETS tipo LDMOS na frequência de 500MHz. Esse estudo se transformou numa tese de doutorado que defendi em setembro de 2014.

No mesmo trabalho, fizemos uma candidatura para um projeto do governo federal suíço. Nosso projeto foi aceito e foi o maior projeto do laboratório até hoje. Aproximadamente 1 milhão de dólares. Com esse financiamento, o projeto se viabilizou e eu pude construir o sistema. O projeto foi um sucesso e está em operação no acelerador SLS hoje.

Em seguida, a tecnologia do projeto foi transferida para uma empresa privada suíça que está produzindo transmissores baseados na tecnologia desenvolvida por mim. Este ano, já estão entregando alguns sistemas para laboratórios diferentes no mundo.

Museu WEG: Qual é a sua história profissional até chegar onde está hoje?

Marcos: Minha história profissional começou no Rio de Janeiro, na UFRJ. Por lá, sempre tivemos uma ligação, mesmo que pequena, com o CERN em Genebra e com o CEA em Paris. O que fez meu caminho natural ser a Europa, da qual gosto imensamente. Há quase 18 anos, eu me candidatei a uma posição aqui no PSI e fui aceito, o que sedimentou esse relacionamento eterno com aceleradores.

Museu WEG: Quais os projetos mais legais que você já participou, ou participa, trabalhando com aceleradores de partículas?

Marcos: Qualquer trabalho com aceleradores é interessante e me fascina. Mas, definitivamente o projeto da minha vida foi o Amplificador com Rádio Frequência. O mais espetacular, na minha opinião, é que fiz o projeto todo sozinho. Todos as partes desse projeto foram desenvolvidas por mim, sem nenhuma ajuda externa. Os projetos mecânico, elétrico, eletrônico, software, alta frequência, alta potência, controle, data-acquisition and monitoring, etc…. Desenvolvi todos esses subprojetos também, completamente sozinho. O software tem mais de 12 mil linhas de programa. Tudo também escrito por mim. E o sistema funciona hoje completamente autônomo sem nenhuma intervenção humana.

O principal objetivo do projeto é melhorar a eficiência a qualquer momento do processo. Foram aplicados correntes diretas, controladores de energia e tecnologias de análise digital e analógica para ajustar as voltagens e tornar o processo completamente independente e automático. A eficiência chega a 50% e ele possui frequência 2x maior que a tecnologia existente, mas com um tamanho menor. Esse é, sem dúvida, o maior sucesso da minha vida.

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Como a terapia de prótons está mudando a maneira como tratamos o câncer

Dezembro já está chegando, mas assuntos como o #OutubroRosa e #NovembroAzul não podem ficar para trás. A ciência e tecnologia…

29 de novembro de 2018
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#acelerador de prótons, #aceleradores de partículas, #ciência, #psi, #teconologia, #tratamento câncer, #tratamento com aceleradores de aprtículas,

Dezembro já está chegando, mas assuntos como o #OutubroRosa e #NovembroAzul não podem ficar para trás. A ciência e tecnologia vêm trazendo avanços incríveis para minimizar os efeitos do tratamento e combater o câncer. Hoje falaremos sobre um método incrível com contribuição de um dos maiores aceleradores de partículas do mundo.

O PSI, Instituto Paul Scherrer, tem décadas de experiência na área de terapia de prótons e já ajudou mais de 8.000 pacientes com câncer. Anos atrás, com contribuições pioneiras, como o desenvolvimento de uma nova técnica de irradiação – a chamada spot scanning -, os pesquisadores do PSI revolucionaram a terapia com prótons. Com a introdução desta técnica, o tratamento tornou-se tão preciso e de baixo risco que médicos em cada vez mais países estão usando a terapia de prótons para tratar pacientes com câncer.

Isso porque, com spot scanning, até mesmo tumores em partes do corpo que estão próximos a estruturas críticas sensíveis à radiação podem ser tratados. Entre estes estão, por exemplo, certos tumores cerebrais, como meningiomas, tumores na região do ouvido-nariz-e-garganta, tumores próximos à medula espinhal e vários tipos de tecido conjuntivo e tumores ósseos.

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PSI Institute e SLS: síncrotron 3ª geração, em operação desde 2000 na Suíça

Ao contrário da radioterapia tradicional, que utiliza fótons para irradiar e matar células tumorais, a terapia de prótons é uma forma avançada de tratamento. Algumas das vantagens deste tratamento são:

– Menos radiação fora do tumor

– Menos efeitos colaterais

– Menor risco de transtornos induzidos

– Melhor qualidade de vida durante e após o tratamento do câncer

Disponível em 40 centros médicos ou hospitais localizados na Ásia, Europa, Estados Unidos e África do Sul, a hadronterapia — nome dado a essa abordagem terapêutica contra o câncer

—já foi empregada em aproximadamente 112 mil pessoas nos últimos 20 anos.

Particle Therapy Systems: como funciona a Próton Terapia

A terapia de prótons se baseia em feixes de prótons ou de íons de carbono que, acelerados a até 225 mil metros por segundo, penetram no interior do corpo humano praticamente sem causar danos ao tecido biológico atravessado.

Quase toda a energia desse fluxo de partículas subatômicas eletricamente carregadas é canalizada para o exato momento e lugar em que prótons ou íons cessam de se movimentar. Esse ponto de parada pode ser controlado com precisão milimétrica e direcionado para um tumor, que, assim, receberá uma dose de energia concentrada maior do que a atualmente fornecida pela radioterapia convencional. Nesta abordagem terapêutica contra o câncer, é grande a chance das células com tumor, e quase exclusivamente elas, morrerem em razão da radiação ionizante. (Fonte: Revista Pesquisa FAPESP)

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Aplicação Particle Therapy Systems

Para explorar as possibilidades dessa forma de radioterapia, os centros médicos precisam de um cíclotron, aceleradores circulares de partículas responsáveis por colocar prótons ou íons na velocidade adequada para uso clínico.

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Equipamento de terapia por partículas (repare no tamanho do paciente, ao centro)

A vantagem desta máquina, é que o feixe disparado é incrivelmente potente e preciso – atinge apenas o tumor, sem danificar as células que estão em volta

03Exemplos de aplicação e precisão de tratamento por partículas

Reparou na imagem acima como a radioterapia convencional não consegue “parar” o feixe de luz, que passa para outras partes do corpo? Já, no caso da terapia de prótons, a precisão milimétrica que os feixes penetram no corpo humano param exatamente na área do tumor, sem que outras partes sejam afetadas. Ou seja, com menos desgaste ao corpo do paciente. Infelizmente essa tecnologia ainda não chegou ao Brasil. Mas esperamos muito vê-la por aqui! =)

Se quiser saber ainda mais sobre a terapia de prótons, convidamos você a acessar o site do PSI

Imagem de capa: PSI, Instituto Paul Scherrer.

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Fontes energéticas: falando sobre a hidroeletricidade

A hidroeletricidade é a energia elétrica obtida através da força da água, sem reduzir sua quantidade, sendo, portanto, uma fonte…

16 de novembro de 2018
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A hidroeletricidade é a energia elétrica obtida através da força da água, sem reduzir sua quantidade, sendo, portanto, uma fonte renovável de energia. Chamada de energia hidráulica ou hidrelétrica, é o aproveitamento da energia cinética contida no fluxo de massas de água, que promove a rotação das pás das turbinas e é transformada em energia elétrica.

O sistema de uma usina hidrelétrica é composto por: barragem, sistema de captação (adução) de água, casa de força, canal de fuga e vertedouro. As usinas hidrelétricas são classificadas de acordo com a altura da queda d’água, vazão, capacidade ou potência instalada, tipo de turbina usada no sistema, barragem e reservatório. É o local de construção que dá a altura da queda e a vazão, e estes dois fatores determinam a capacidade ou potência instalada da usina.

Usina Hidrelétrica de Itaipu
Estado: Paraná | Rio: Paraná | Capacidade: 14.000 MW

Vantagens
A energia hidrelétrica possui vantagens em comparação com outras fontes de energia pois não requer o uso de combustíveis fósseis, não dependendo da queima de quaisquer tipos de gases e matérias de partículas, ou seja, sem criar poluição do ar. Apesar de contribuir para a emissão de metano e dióxido de enxofre, as hidrelétricas não emitem ou liberam outros tipos de gases tóxicos, como os que são exalados por termelétricas — muito nocivos ao ambiente a à saúde humana.

Outra vantagem é que, por não depender de combustíveis, o preço não varia. A água das barragens também pode ser utilizada para a irrigação de lavouras, melhorando a produtividade agrícola no decorrer do ano, além de prevenir inundações. Nas imediações das barragens a água do reservatório pode ainda ser utilizada para a criação de espaços públicos.

Desvantagens
No entanto, as desvantagens das hidrelétricas em comparação a outras fontes de energia renovável como a solar e a eólica, ficam mais evidentes. O problema ainda é a viabilidade das novas tecnologias. A construção das grandes usinas pode tornar-se cara e demorada. Uma alternativa para reduzir seus impactos é a construção de pequenas centrais hidrelétricas, que dispensam a construção de grandes reservatórios.

Em alguns casos pode ocorrer a inundação de grandes áreas, contribuindo para o aumento do efeito estufa, pois árvores submersas podem produzir gases tóxicos, e o deslocamento de populações. Para evitar o problema do impacto ambiental, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama) criou a resolução nº 347, de 10 de setembro de 2004, que obriga as construções de usinas hidrelétricas a terem uma compensação ecológica.

Captando o poder da água há milhares de anos

Inventada na Grécia Antiga, a roda hidráulica é uma tecnologia difundida por todo o mundo, aproveitando a energia da água é utilizada até hoje em dia. Ela é basicamente uma roda de madeira ou metal, colocada normalmente na vertical, num corpo de água. Pás ou baldes na parte externa captam a água e criam a força que a faz girar, assim, através de correias ou engrenagens operam a maquinaria.

Você já viu uma roda d’água? Aqui no Museu WEG você pode ver uma em atividade e descobrir de pertinho como ela é capaz de gerar energia. A entrada é livre e gratuita, e você também pode agendar uma visita com sua turma! =)

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Quais as 10 últimas descobertas premiadas pelo Nobel de Física?

O Nobel de Física é entregue anualmente pela Academia Real das Ciências da Suécia aos cientistas dos vários campos da…

29 de agosto de 2018
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O Nobel de Física é entregue anualmente pela Academia Real das Ciências da Suécia aos cientistas dos vários campos da Física. É um dos cinco Prêmios Nobel estabelecidos por Alfred Nobel em 1895, premiando as contribuições excepcionais na Física. Conforme o desejo de Alfred Nobel, o prêmio é administrado pela Fundação Nobel e os premidos são escolhidos por um comitê de cinco membros, eleitos pela Academia Real das Ciências da Suécia.

O primeiro Nobel de Física foi entregue em 1901 ao alemão Wilhelm Röntgen. Cada premiado recebe uma medalha de ouro, um diploma e uma quantia em dinheiro, que é decidida pela Fundação Nobel previamente. A premiação acontece anualmente em Estocolmo no dia 10 de dezembro, o aniversário da morte de Alfred Nobel.

Mas quais foram as 10 últimas descobertas premiadas pelo Nobel de Física? Vamos descobrir a seguir:

2017
O prêmio foi para o time que descobriu as ondas gravitacionais, um fenômeno que Einstein previu, mas que jurava que jamais encontraríamos: Rainer Weiss, Barry Barish e Kip Thorne, todos dos Estados Unidos.

2016
David Thouless, Duncan Haldane e Michael Kosterlitz receberam o prêmio por seus trabalhos sobre os isolantes topológicos, materiais “exóticos” que em temperaturas mais altas, criam o quarto estado de matéria, o plasma. Mas em temperaturas extremamente baixas, desenvolvem supercondutividade e a superfluidez.

2015
Takaaki Kajita e Arthur B. McDonald, pela descoberta das oscilações dos neutrinos, que demonstram que estas enigmáticas partículas têm massa.
A descoberta de ambos os físicos “mudou nossa compreensão do funcionamento mais profundo da matéria e pode ser crucial para nossa visão do universo”, disse a Academia de Ciências da Suécia, que concede o prêmio anualmente.

2014
Por muitos anos, a indústria teve à sua disposição LEDs de cor vermelha e verde. No entanto, para obter luz LED branca, era necessário ter a componente azul. Nos anos 1990, os cientistas Isamu Akasaki e Hiroshi Amano e Shuji Nakamura conseguiram produzir essa luz, possibilitando o uso de LEDs para iluminação.

2013
François Englert e Peter Higgs receberam premiação por trabalhos sobre o bóson de Higgs, peça que faltava para legitimar o Modelo-Padrão da Física. Segundo esta teoria, formulada nos anos 1960, o universo é composto de 32 elementos fundamentais. O bóson de Higgs era o único desses elementos cuja existência fora inferida, mas nunca comprovada.

2012
Serge Haroche e David Wineland, por pesquisas em óptica quântica que possibilitaram a construção de relógios extremamente precisos e marcaram o primeiro passo para computadores extremamente rápidos.

2011
Os cientistas norte-americanos Saul Perlmutter, Adam Riess e Brian Schmidt receberam o Nobel de física de 2011 por pesquisas que mostraram como a expansão do Universo estava acelerada. Os estudos se basearam na observação da luz de supernovas – explosões que marcam o fim da vida de estrelas com muita massa.

2010
Andre Geim e Konstantin Novoselov receberam a premiação por experimentos inovadores com grafeno, um material mais forte que diamante, condutor de calor e superflexível. Um material revolucionário que transformou a eletrônica, em particular a construção de computadores e transistores.

2009
Charles Kao, Willard Boyle e George Smith, por pesquisas sobre a fibra óptica e os semicondutores, responsáveis por importantes avanços tecnológicos na telefonia, transporte de dados e fotografia.

2008
Este Prêmio Nobel de Física foi dividido entre dois cientistas. Yoichiro Nambu descobriu o mecanismo de simetria quebrada espontânea na física subatômica, e Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa descobriram a origem da simetria quebrada, que prevê a existência de pelo menos três famílias de quarks na natureza.

Quem será o grande ganhador deste ano? Façam as suas apostas!

Fontes: Jornal de Santa Catarina, G1, O Globo, Só Física e Galileu Galilei

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