Esta é a história da invenção do conceito de energia e de como a ciência alcançou o entendimento de que este conceito governa todos os acontecimentos no Universo. Esta é também a história da descoberta da característica fundamental do mundo em que vivemos: Tudo caminha da ordem para o caos.
A seguir você assistirá o documentário "Ordem e Caos" produzido pela BBC. Nesta série o professor Jin Al-kalili, da Universidade de Surrey, parte das ideias mecanicistas de Leibniz, o grande matemático alemão, e narra o surgimento da teoria da Termodinâmica, com o seu conceito fundamental de Entropia. Termina com as ideias de sistemas complexos e sistema caóticos.
Neste primeiro episódio você verá como, a partir da Europa da Primeira Revolução Industrial, a energia foi posta a nosso serviço, em primeiro lugar através de máquinas movidas a vapor. Partiremos da ideia de Leibniz de força viva, logo a seguir, será discutido o trabalho do físico francês Sadi Carnot, o primeiro a mostrar como as máquinas térmicas funcionam.
Em seguida seremos apresentados aos trabalhos dos físicos Clausius e Boltzmann, os inventores do conceito de Entropia, expresso na segunda lei da termodinâmica.
O Panteão de Paris é uma antiga igreja dedicada a Santa Genoveva. Foi projetada no estilo Neoclássico e erguida no bairro de Quartier Latin, na cidade de Paris, França.
Durante a Revolução Francesa a igreja foi transformada pelos revolucionários numa especie de sacrário onde seriam depositados os restos mortais dos grandes heróis da França.
Lá estão sepultados artistas como Voltaire, Dumas, Zola e Vitor Hugo. Cientistas como Pierre e Marie Curie, Langevin, Descartes, Perrin, Carnot e Lagrange. Foi lá, sob a majestosa cúpula, que Foucault realizou seu famoso experimento. Diz a lenda que o convite a Foucault foi feito pelo próprio Napoleão.
Veja o interior da cúpula com o pêndulo no vídeo a seguir. O pêndulo original foi construído com uma esfera de cobre de 28 kg suspensa um fio metálico de 67 m.
Se desejar conhecer um pouco mais sobre o Panteão veja o trabalho de um grupo de estudantes de Arquitetura do Centro Universitário Nossa Senhora do Patrocínio, da cidade de Salto, estado de São Paulo. Clique aqui.
Para mais detalhes sobre o experimento clique aqui.
Imagem do topo de página: Panteão de Paris (Igreja de Santa Genoveva), Gravura em metal, aquarelada, de Jacques G. Soufflot, 1818. Imagens do site La Galerie Napoleón, Paris.
O vídeo do post está disponível no canal Cruisespeed, no YouTube.
Em 1851, nos imponentes salões do Panteão de Paris foi realizada pelo físico e astrônomo francês Jean Bernard Léon Foucault o mais elegante experimento jamais realizado para comprovar a rotação da Terra em torno do seu eixo.
Foucault, nasceu em Paris no ano de 1819, teve uma brilhante carreira em Física e Astronomia. Empreendeu importantes trabalhos em Ótica, foi um dos primeiros a realizar medidas precisas da velocidade da luz.
Neste experimento, realizado em 1850 e conhecido posteriormente como Experimento Foucault-Fizeau, ele mostrou que a luz trafega com maior velocidade no ar que na água. Tal resultado contradizia as previsões dos partidários da teoria corpuscular da luz e deu, com isto, um passo importante para a aceitação da teoria ondulatória.
Voltemos ao experimento com o pêndulo. Um pêndulo oscilando mantem constante o seu momento angular. Isto implica que a oscilação é feita sempre sobre o mesmo plano em relação ao espaço. Imagine um pêndulo oscilando sobre o pólo norte da Terra. Veja figura acima.
Se a Terra não gira sobre seu eixo então o pêndulo, para nós que estamos sobre a superfície do planeta, parecerá oscilar sempre no mesmo plano. Se, ao contrário, a Terra gira sobre seu eixo então nós observaremos o plano de oscilação do pêndulo girar no sentido contrário, completando a volta em 24 horas.
Quando Foucault colocou seu pêndulo a oscilar preso ao teto do Panteão foi exatamente essa rotação do plano de oscilação o que se observou. Veja a animação abaixo a rotação do plano de oscilação do pêndulo. o período está fora de escala. Na latitude 30º o período é aproximadamente 48 horas. O retrato de Foucault está na parede.
Fora dos pólos o período de rotação do plano de oscilação dependerá da latitude. Ele cresce nas latitudes menores e é infinito no Equador. Se desejar uma discussão mais aprofundada veja o artigo dos professores Carlos Fiolhais e João Fonseca, da Universidade de Coimbra.
As mudanças de direção na velocidade com que o plano de oscilação comprovou a existência das Forças de Coriolis e forneceu também um excelente método de determinação da latitude.
Conheça mais sobre a história do Panteão clicando aqui.
A animação desta postagem e a imagem do topo de página são propriedade da Wikipédia - A enciclopédia Livre. Elas estão sob licença Creative Commons e foram disponibilizadas para uso educacional pela Wikimedia commons.org. A animação está disponível neste link e a imagem do pendulo de Focault no pólo norte neste link.
Nos anos finais do século XIV, na Europa, teve inicio uma revolução no pensamento cosmológico provocada pelo trabalho do padre e astrônomo Nicolau Copérnico.
Assim, nosso pequeno planeta passou a não ser mais visto como o centro imóvel do Cosmo e, daquele momento em diante, tornou-se apenas mais um entre os planetas que orbitavam em torno do Sol, formando com eles o sistema solar.
Certamente, a maioria das pessoas que viviam na Europa naqueles dias turbulentos não tomaram conhecimento das mudanças. Viviam suas vidas, cuidavam dois seus negócios.
Estamos passando por algo semelhante. Uma grande mudança na nossa maneira de ver o Cosmo está em andamento nos dias de hoje e, como os povos antigos, muitos de nós não toma conhecimento. Como eles, estamos cuidando dos nossos negócios.
Em março de 2009 a NASA lançou a sonda Kepler numa missão de quatro anos a procura de planetas extrassolares. A missão é um sucesso. Temos aqui a lista dos novos planetas descobertos até agora.
Em comemoração ao final da missão, o jornal The New York Times publicou uma animação sobre as principais descobertas do Kepler. Nela vemos as estrelas e os planetas descobertos em órbita de cada uma delas. Veja aqui.
As distâncias das órbitas estão em escala. Na parte final da animação está representado o nosso sol com seus três planetas interiores para comparação das distâncias astronômicas. Repare na existência da vários sistemas solares com dois sóis. Passando o mouse sobre o gráfico você verá as imagens artísticas dos sistemas.
Alguns desses planetas estão na Zona Habitável do sistema e podem conter vida. Como este é apenas um primeiro contato e novas observações estão programadas, é bem provável que novas descobertas sejam feitas.
De todo modo, note que bastou observar adequadamente uma pequena porção do céu e um mundo novo se abriu para nós. Novas e maravilhosas nos aguardam!
Brad Goodspeed é um Blogueiro e Artista Gráfico canadense e vive na cidade de Toronto. Ele gosta de brincar com Astronomia e, por isto, produziu o vídeo que você assistirá a seguir. No vídeo ele procura responder a seguinte pergunta:
- Qual a aparência dos planetas se eles orbitassem a Terra a mesma distância da Lua?
Claro, em termos gravitacionais se os planetas gasosos estivessem a mesma distância da Lua seria a Terra que os orbitaria, não o contrário. Mas o vídeo quer apenas ilustrar uma ideia interessante.
No site do autor existe uma discussão sobre a exatidão das escalas adotadas. Clique aqui se desejar saber mais. Discussão sobre escalas à parte, considero que o vídeo é bastante interessante para se usar em aula quando se quer mostrar os tamanhos relativos dos planetas.
Observação para os alunos: No vídeo os raios médios dos planetas estão registrados na notação numérica inglesa que usa a vírgula onde usamos o ponto.
Você certamente tem uma ideia nítida do mapa do seu bairro e de sua cidade. Já viu os mapas do Brasil e o mapa dos cinco continentes.
Nesses dias dominados pela Internet é quase impossível não se ter uma ideia geral do aspecto do nosso sistema solar e até da nossa galáxia, a Via Láctea.
Mas, qual seria aparência do conjunto de galáxias. Como seria a aparência do Universo em grande escala?
Miguel Aragon e Alex Szalay da Universidade Johns Hopkins e Mark Subbarao do Planetário Adler produziram a animação que você pode ver abaixo.
A animação mostra a posição de milhares de galáxias e quasares distantes até 1,3 bilhões de anos-luz da Terra. Os dados são do Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Data Release 7. Um dos objetivos da Sloan é o mapeamento do universo conhecido.
A animação é feita do ponto de vista de alguém situado numa nave que navega por entre as galáxias e é capaz de se deslocar numa velocidade maior que a velocidade da luz. Pelo que sabemos, isto é impossível, mas somente com essa "liberdade poética" é possível construir a animação. As distâncias envolvidas são enormes.
Repare que os grandes aglomerados de galáxias estão posicionados de tal forma que parecem fios que rodeiam grandes espaços vazios, com se fossem uma teia de aranha em três dimensões.
Segundo Newton, a intensidade da Força Gravitacional varia com o inverso do quadrado da distância que separa dos corpos em interação.
Para um objeto dentro da atmosfera terrestre, ou na superfície, é aceitável considerar a intensidade da Força Gravitacional que age sobre ele é constante.
Claro, esta afirmação esconde algumas suposições. Estamos considerando que a Terra é uma esfera perfeita e que ela é homogenia, isto é, tem a mesma densidade em todos os pontos e não gira.
Mas a Terra gira e isto provoca uma variação na intensidade da aceleração gravitacional efetiva de um máximo de 9.838 m/s²,nos pólos, até o mínimo de 9.788 m/s² no equador.
Parece pouco mas propicia uma grande economia no lançamento de satélites. Por isto a base de lançamento brasileira está em Alcântara, no Maranhão, próximo ao Equador.
Por outro lado a Terra não é uma esfera perfeita e muito menos tem uma densidade homogenia. Isto provoca novas variações na aceleração gravitacional em cada ponto da superfície.
A grosso modo, a intensidade da aceleração gravitacional sobre um objeto varia de acordo com a massa, ou a densidade, da parte do planeta que está imediatamente abaixo do abjeto. Assim, a órbita de um satélite que deveria ser perfeitamente circular está, na realidade, num sobe e desce constante, respondendo às variações na gravitação.
Veja o vídeo abaixo:
A animação anterior foi obtida da missão GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer, ou Explorador do campo gravitacional e circulação oceânica). Este satélite obteve as mais precisas medições do campo gravitacional terrestre até o momento. No vídeo, repare como a órbita do satélite é irregular.
No final da animação é mostrado o Geoide da Terra. Lembre-se o geoide não mostra a superfície do planeta mas uma superfície onde todos os pontos têm o mesmo potencial gravitacional. Se a intensidade da gravitação fosse constante na superfície terrestre o Geoide teria a mesma forma da Terra. Como a intensidade gravitacional varia o Geoide parece mais uma batata.
Esses dados são importantes para o estudo da circulação das águas oceânicas, prospecção de petróleo e minerais, etc.
As informações são da Agência Espacial Européia: ESA. Mais informações sobre a missão GOCE pode ser encontrada aqui.
No primeiro semestre de 2012, um time de astrônomos, usando o Telescópio Espacial Hubble, descobriu mais uma lua de Plutão. Esta é a quinta lua descoberta em torno deste planeta.
Veja na foto abaixo, obtida pelo Hubble. A Lua recém descoberta está marcada pelo círculo azul. Note também as outras quatro luas e as suas órbitas. Para mais informações sobre esta descoberta clique aqui.
Plutão é um planeta pequeno, mesmo comparado com os planetas internos: Mercúrio, Vênus e Terra. No entanto, apresenta características interessantes.
A sua órbita é uma delas. Ela é a de maior inclinação em relação a Elíptica. Devido ao seu tamanho é surpreendente que consiga manter ao seu redor cinco luas pequenas, a maior delas e a mais próxima do planeta recebeu o nome de Charon.
Plutão é o planeta de órbita mais externa entre os planetas do sistema solar. Alguns anos atrás, os astrônomos decidiram não mais considerar Plutão como um planeta de pleno direito. Plutão é agora um planeta anão.
Pode parecer estranho para a maioria das pessoas uma decisão desse tipo. No entanto, como não poderia deixar de ser, tal decisão está bem fundamentada.
Veja no vídeo abaixo quais os argumentos apresentados pelos astrônomos para retirar Plutão da família dos planetas solares.
Não esqueça de ativar as legendas em Português do vídeo. Se desejar leia a transcrição do áudio aqui.
Desde tempos imemoriais os homens vêm inscrevendo nos céus noturnos as suas esperanças e seus medos. Criamos na imaginação conjuntos especiais de estrelas, as constelações, como a do cruzeiro visto na figura ao lado.
Santiago Ortiz, um especialista em métodos de visualização de dados, criou um algoritmo para a exposição das estrelas tais como elas são vistas à noite. Clique aqui para abrir a animação.
Creio que este algoritmo poderá ser útil ao professor numa aula sobre astronomia ou mesmo como preparação e auxílio para a identificação das constelações numa aula de campo para observação dos céus.
Repare que as principais constelações estão demarcadas por uma limha ligando as estrelas.
Os dados cobrem tanto o céu do hemisfério Norte como o visto do hemisfério Sul. As esferas são dispostas numa superfície esférica como mostrado na figura abaixo.
Girando o botão central do mouse você é colocado no centro da esfera. Nesta posição você poderá observar as constelações como se estivesse na superfície da Terra.
Clique aqui para abrir a animação.
Com o botão esquerdo do mouse pressionado arraste para navegar pelas constelações.
Produção: Santiago Ortiz. Conheça os seus trabalhos visitando o site Moebio.
Informação via: FlowingData. Um site para visualização de dados.
Devido a geometria do sistema solar, em certas ocasiões ocorre que um dos planetas interiores, Vênus ou Mercúrio, se posiciona por algum tempo entre a Terra e o Sol.
Nestas ocasiões podemos observar o planeta em movimento tendo a silhueta do sol como fundo (Veja a foto ao lado). Este fenômeno é chamado de Trânsito.
Ocorre que o plano das órbitas de Vênus, de Mercúrio e da Terra não estão no mesmo plano. As órbitas dos planetas têm inclinações diferentes em relação à elíptica. Isto torna o fenômeno raro.
Os Trânsitos do planeta Vênus, por exemplo, ocorrem aos pares, separados por oito anos. O último Trânsito ocorreu em 2004. O próximo par ocorrerá somente a partir de 2117.
A primeira observação do Trânsito de Vênus da qual temos registro confiável ocorreu em 1639. Na história da ciência, os Trânsitos foram importantes pois da sua observação deriva-se o único método conhecido, até o século XX, para a determinação da distância entre o Sol e a Terra.
A seguir uma compilação de imagens do último Trânsito de Vênus realizada pela equipe do Goddard Space Flight Center, da Nasa.
As imagens do Trânsito de Vênus de 2012 pela face do Sol foram feitas pela sonda SDO, Solar Dynamics Observatory. No vídeo foram compiladas tomadas do evento em vários comprimentos de onda. Cada comprimento de onda é apresentado numa cor.
As imagens foram registradas na faixa do ultravioleta extremo e na faixa da luz visível. Os segmentos onde o Sol aparece em vermelho e na cor dourada temos as observações feitas nos comprimentos de onda de 304 e 171 ansgtrom.
Repare que a atmosfera solar é vísivel nesses comprimentos de onda. Os segmentos de cor magenta são observações feitas nos comprimentos de onda de 1700 angstrom.
O segmento onde o sol aparece em cor laranja é a tomada feita na faixa de comprimentos de onda da luz visível filtrada. Neste segmento a atmosfera solar não é visível.
Produção da imagem do topo de página e do vídeo: Goddard Space Fligth Center. Visite o canal no Youtube aqui.
No modelo cosmológico de Aristóteles a Terra está imóvel no centro e tudo o mais gira em volta dela. As Leis que governam os Céus, acima da órbita da Lua, não são as mesmas Leis que nos governam.
Aqui, no mundo das mudanças, os corpos se movem buscando o seu lugar natural. Uma pedra, por exemplo, uma vez liberada, se move para baixo, procurando ocupar o seu lugar natural, na direção do centro da Terra. Outros, como o fogo, se movem para cima, pelo mesmo motivo.
Newton, por sua vez, introduziu a Gravitação Universal que, como o nome indica, uniu os Céus e a Terra sob a mesma lei. Um corpo com massa, nos Céus e na Terra, se move em resposta à ação atrativa de uma força exercida por outro corpo com massa situado nas vizinhanças. Esta força ele chamou de Força Gravitacional. Conheça o conceito clicando aqui.
A Lei da Gravitação de Newton faz excelentes previsões mas não responde à questão: O que é a Gravitação? A resposta foi fornecida por Einstein, séculos depois. Ele o fez eliminando a Força Gravitacional.
Segundo Einstein, um corpo como a Terra modifica a geometria do espaço e do tempo a sua volta. Um outro corpo, como a Lua, situado nas proximidades segue o caminho "reto" determinado por essa "curvatura" do espaço e do tempo.
Assita ao segmento da série de televisão The Elegant Universe, da PBS, apresentada pelo físico Brian Grenne. As legendas são de Carlos Portela. Nele se fala do segredo embaraçoso de Newton: Afinal, o que é a gravitação?
As teorias Físicas têm um campo de aplicação. Dentro dele a teoria funciona e sempre funcionará. Porém, toda teoria eventualmente é absorvida como um caso especial de uma outra teoria mais abrangente. Foi exatamente isto o que ocorreu com a teoria da gravitação de Newton.
PBS, Public Broadcasting Service. Esta é a rede de televisão pública americana. As séries educacionais, como The Elegant Universe, são produzidas por NOVA e podem ser encontradas aqui.
O vídeo foi disponibilizado no site: Vídeos para o ensino de Física e Química, de Carlos Portela. Neste site você encontrará bons vídeos para uso no ensino médio.
Das quatro interações (forças) fundamentais da natureza a Gravitação é, de longe, a mais fraca. No entanto, ela é uma força atrativa. Assim, quando a massa dos corpos envolvidos são da ordem de grandeza das massas dos planetas ou de massas maiores, a força gravitacional passa ser a força determinante. Na grande escala quem manda é a Gravitação.
Quando uma quantidade muito grande de matéria é reunida no mesmo local do espaço a gravidade pode se tornar muito forte. Pode-se chegar ao ponto em que a matéria "cai sobre si mesma" e forma o que os cientistas chamam de Buraco Negro.
Em torno de um Buraco Negro a força gravitacional torna-se tão intensa que traga tudo que ousa se aproximar. O vídeo abaixo mostra uma simulação de computador do que acontece com uma estrela do tamanho do nosso sol que passa pelas proximidades de um Buraco Negro. Uma descrição simples e direta do que acontece: A estrela é destruida.
Na simulação (veja figura ao lado) o ponto azul representa o Buraco Negro e a faixa amarela representa a massa da estrela sendo espalhada pelo espaço. Parte da matéria cai no Buraco Negro e a parte restante é ejetada para o espaço a grandes velocidades.
No jato de matéria da estrela as áreas em branco representam as regiões de maior densidade, as cores avermelhadas, por sua vez, correspondem às regiões de densidade progressivamente mais baixa.
A quantidade de dias mostrado na simulação corresponde à quantidade de tempo que leva para uma estrela semelhante ao Sol para ser rasgada por um buraco negro de um milhão de vezes mais massivo que o sol.
Créditos da simulação para S. Gezari, da Universidade Johns Hopkins e J. Guillochon, da Universidade Califórnia,em Santa Cruz) para a NASA.
Visite o site oficial do Telescópio Hubble em hubblesite.org
No filme "O Parque dos Dinossauros" de Steven Spilgerg, para aumentar o suspense da platéia, a aparição dos dinossauros é precedida de muitos avisos: Primeiro o chão treme. Depois árvores enormes são derrubadas e, finalmente, o bicho aparece.
Você, na platéia, mal pode conter o nervosismo. Você sabe, mesmo antes do dinossauro aparecer que, a julgar pelo barulho, o bicho deve ser enorme.
Em 1933, o físico Fritz Zwick, estudando o movimento de rotação de galáxias e aglomerados de galáxias, descobriu uma anomalia interessante no movimento das estrelas. Ele esperava que as suas velocidades de rotação seguissem o que determina um teorema chamado Teorema do virial.
Segundo este teorema a energia potencial
gravitacional de um sistema isolado (proporcional à sua massa total) deve ser igual
ao dobro da energia cinética total dos constituintes.
Assim, numa galáxia, as estrelas da parte central devem apresentar velocidades de rotação elevadas em torno do centro da galáxia. As estrelas situadas na borda deveriam, ao contrário, apresentar velocidades menores que aquelas situadas próximas ao centro da galáxia.
Ora, Fritz Zwick podia fazer uma estimativa da massa das galáxias que ele observava. Isto pode ser conseguido pela análise da luz emitida por elas. Podia, do mesmo modo, medir as velocidades de rotação das estrelas.
Para sua surpresa, suas medidas mostravam que as velocidades das estrelas da borda da espiral galáctica eram muito maiores que as velocidades previstas pelo teorema do virial.
Matéria escura
Isto significava que deveria existir uma enorme quantidade de matéria circundando a galáxia. Esta matéria modificava o movimento das estrelas (Veja figura ao lado). O problema era que ela não podia ser vista pelos astrônomos.
Se, por um lado este halo misterioso que cercava as galáxias era certamente constituido de algum tipo de matéria pois interagia gravitacionalmente com as estrelas, modificando o seu movimento. Por outro lado ele não podia ser visto pois não emitia luz, isto é, não emitia radiação eletromagnética.
Mas, sabe-se que toda matéria interage com a luz, emitindo ou absorvendo ondas eletromagnéticas... Conclusão: Esta matéria misteriosa deveria ser de um tipo desconhecido.
Como ela não emitia luz foi chamada de matéria escura.
Assim, alguma coisa está lá fora. Não pode ser vista mas é poderosa o suficiente para alterar o movimento das estrelas.
Como no filme, você pensa: Bem, pelo barulho o bicho deve ser grande.
Na palestra a seguir a física Patricia Burchat, do Acelerador Linear da Universidade de Stanford, descreve o que sabemos atualmente sobre esse tipo misterioso de matéria e fala também sobre algo ainda mais misterioso: A Energia Escura.
Meu amigo, o bicho...Deixa prá lá!
Para assistir as demais palestras da TED.com legendadas em português, clique aqui.
Há mais de vinte anos atrás George Lucas lançou a trilogia "Guerra nas estrelas",
No filme, o planeta natal do herói, Tatooine, orbita dois sóis. Era apenas fantasia de um artista.
Pois bem, a vida imita a arte.
Neste ano, 2011, a NASA anuncia a descoberta, pelo Telescópio Espacial Kepler, de um planeta que orbita um sistema binário distante 200 anos luz da Terra.
O planeta, batizado com o nome Kepler-16b, tem o tamanho um pouco menor que o do planeta Júpiter e está situado numa órbita fora da zona habitável, isto é, é muito frio para possuir água líquida em sua superfície. Portanto incapaz de abrigar vida como a conhecemos.
O sistema solar binário Kepler-16 não é tão incomum. As duas estrelas são menores que o nosso sol e o planeta gira em torno delas com um período similar ao do planeta Vênus, isto é, 229 dias.
Os habitantes deste planeta, se existissem, teriam dias com dois sóis. Em outros dias ocorreriam eclipses. Ora o sol maior oculta o menor, ora se dá o contrário, o sol menor oculta parcialmente o maior.
Para encontrar um sistema solar que possua planetas o Kepler já observou mais de 150.000 estrelas. Ele procura sempre por pequenas variações periódicas no brilho da estrela em observação.
Observe uma fonte de luz distante. Estique o braço e movimente rapidamente a mão num arco de modo que ela passe em frente a seus olhos. Quando isto acontece você notará uma variação no brilho da luz.
O Kepler adota um processo semelhante. Se a fonte de luz é uma estrela e se essa variação de brilho se repete periodicamente então é provável existir um planeta (a sua mão, na analogia) em torno da estrela.
O vídeo abaixo mostra uma animação da evolução do planeta em torno dos dois sóis. Note que a estrela menor, com 20% da massa do sol, gira em torno da estrela maior, com 70% da massa do sol.
Elas obedecem, é claro, as Leis da Gravitação de Newton. O planeta, de massa bem menor, gira em torno das duas estrelas.
Produção do vídeo e mais informações: Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Thechnology
Nossa espécie viveu a grande maioria de seus dias na Terra em cavernas ou dormindo sob a proteção da "grande tenda do céu noturno".
Olhando o céu com respeito e temor ao longo das noites e observando as suas estrelas, galáxias, nebulosas e planetas nossos antepassados sonharam, criaram deuses e, no devido tempo, este mesmo céu, com sua beleza e mistério, forneceu inspiração para um outro tipo de conhecimento... e a ciência começou.
O tempo não para, a história não pode deixar de ser construída e, com o progresso, inventamos a iluminação artificial e nossas noites se iluminaram. Aos poucos a iluminação pública poluiu a escuridão da noite e nos roubou o céu noturno com suas estrelas, seus mistérios e a sua capacidade de nos fazer sonhar.
A algum tempo atrás o norte americano, de seattle, Nick Risinger, um astrônomo amador, percorreu milhares de quilômetros pelos henisférios norte e sul do planeta e, ao longo a viagem, tirou milhares de fotografias. Com elas reconstruiu uma visão em 360° do céu noturno com o esplendor que as novas gerações não têm mais à disposição. Ele, ao fim da viagem, nos trouxe de volta o nosso céu noturno.
Esta visão panorâmica da Nossa Via Láctea está agora disponível a todos nós pela internet. Você pode desfruta-la aqui. É mais interessante observar a montagem fotográfica em tela cheia. Faça isto clicando no último botão à direita, na parte central e inferior da tela.
Para girar na a montagem na horizontal clique nos botões "->", "Look right"; "<-", "Look left" no mesmo lugar. Clicando nos botôes "look up" e "Look dowm" gira-se a montagem fotográfica na vertical.
Outra opção interessante é desenhar no céu as constelações. Faça isto clicando no primeiro botão situado na parte inferior da tela, no centro, à esquerda.
Aprecie a vista. Os borrões escuros são as imensas nuvens de gás entre as estrelas. Note a estrela Polar (Polaris) na constelação da Ursa Menor ( Ursa minor). Está estrela está situada sobre o eixo de rotação da Terra e por isto é usada como referência para navegação no hemisfério norte. Note ainda as nossas "Três Marias". na constelação de Órion e Alpha Centauri, sa estrela mais próxima do nosso sol.
Pode-se optar também por estudar os detalhes. Abrindo esta página você será levado a uma fotografia de corpo inteiro da Via Láctea tal como a vemos.
Lembre-se: Nós estamos dentro dela! Nossa galáxia vista de fora tem a forma espiral com vários braços. Vista de fora ela se assemelha à galaxia da foto abaixo.
Com os controles "+" e "-" ou clicando no lugar desejado você obtém mais ou menos aproximação ( zoom ) e poderá observar os detalhes da estrutura. Assista em tela cheia clicando no último botão à direita na parte inferior da tela.
Tenha um bom divertimento! Sonhe e se inspire como nossos avós.
Na escola primária aprendemos, e observamos no céu noturno, que a face iluminada pelo sol que a Lua nos apresenta a cada noite varia ao longo do mês. Elas são denominadas: Lua nova, quarto cresente, quarto minguante e lua cheia.
Vamos entender como isto se dá analisando a animação sobre as fases da Lua. Nela é mostrado a nossa Lua na sua órbita. Você, em frente a tela do computador, está na posição do sol. Lembre-se que os planos das órbitas da Lua em torno da Terra e dessa em torno do sol não são os mesmos.
A Lua apresenta sempre a mesma face para a Terra: A face visível da Lua. No entanto, a medida que ela avança ao longo da sua órbita a iluminação desta face pelo sol vai mudando.
O período de rotação do nosso satélite é de aproximadamente um mês. Quando a Lua está entre o sol e o nosso planeta a face oculta está totalmente iluminda pelo sol e a face visível esta às escuras. Nós, da superfície, observamos a Lua nova.
A medida que as noites passam a superfície da face visível é progressivamente mais iluminada pelo sol. A Lua está em quarto cresente e, aproximadamente duas semanas depois ela tem a superfície voltada para a Terra toda iluminada, alcançamos a Lua Cheia. Agora a Terra está entre a Lua e o sol. Nas duas semanas seguintes a superfície iluminada vai progressivamente diminuindo, temos a Lua minguante.
Marque a caixa " Pause every 24 hours " e a animação fará uma pausa no avanço da Lua na sua órbita a cada noite e marcará o ângulo que ela avança neste período. Observe ainda, na foto da Lua ao fundo, o quanto a parte iluminada muda a cada noite.
Animação do departamento de Física da University of Oregon.
Segundo a Física de Aristóteles os corpos tendem a ocupar o seu lugar natural no universo. O lugar natural de uma pedra é o centro da Terra. Portanto, se colocada a uma certa altura ela, por sua natureza, inicia um movimento de queda procurando atingir o centro do planeta. Além disto, ainda segundo Aristóteles, quanto mais pesada a pedra mais rápido ela cai.
Por outro lado, segundo a Física de Galileu, a pedra cai devido a atração gravitacional do planeta. Além disto, a aceleração do movimento de queda não depende da massa da pedra. Num dado local a aceleração da gravidade é a mesma para qualquer objeto ali colocado. Veja uma experiência que comprova esta afirmação.
Vamos fazer o seguinte exercício: Imagine um caçador se preparando para atirar num macaco...
Bom... somos amantes da natureza, não?...então o caçador vai atirar no coco que o macaco está segurando.
No momento em que o caçador dispara a sua arma o macaco larga o coco. Supondo que a mira do caçador seja perfeita e que o movimento da bala responde somente à gravitação responda:
- O caçador consegue atingir o coco?
Pense um pouco e depois abra a animação. Procure encontrar uma explicação nos termos da teoria de Aristóteles e de Galileu e depois confira a dica abaixo.
Dica: O movimento da bala, como afirmava Galileu, é composto de um movimento retilíneo uniforme na horizontal e um movimento uniformemente variado na vertical sob o efeito da aceleração gravitacional. A massa do coco é bem maior que a massa da bala mas o movimento de queda independe da massa. Então o movimento na vertical da bala é o mesmo do coco. Logo, como a aceleração é a mesma para os dois objetos eles se encontrarão num ponto, ou seja, o caçador atinge o coco.
O sistema cosmológico de Ptolomeu é geocêntrico, isto é, nele a Terra está fixa no centro do universo e tudo o mais gira a sua volta. Quando se olha para o céu noturno é isto que se vê.
Certos astros, no entanto, têm um comportamento diferente. Quando os observamos, noite após noite, durante o ano, notamos que eles descrevem trajetórias bem estranhas. Elas dão um "laço". O astro vai para a frente, como todas as estrelas mas, de repente, dá a volta e se movimenta para trás para logo a seguir retomar o seu avanço. Esses astros errantes foram chamados planetas.
Um dos grandes feitos de Ptolomeu foi explicar esse comportamento.
Abra a animação. Clique em ">" para iniciar. No lado esquerdo você verá uma representação do sistema de Ptolomeu. Nele o ponto azul no centro representa a Terra. O ponto vermelho representa Marte e o ponto amarelo é o sol. Ambos giram em torno da Terra. Os demais planetas e estrelas não estão representadas.
Para explicar a órbita estranha dos planetas Ptolomeu usou os Epiciclos. Ele afirmava que os planetas não giram diretamente em círculos em torno da Terra mas giram em círculos em torno de um ponto que, por sua vez, descreve um círculo em torno da Terra. Observe como Marte se comporta.
Abra a animação. Clique no segundo botão cinza no centro da parte inferior da animação. A órbita de Marte, tal como vista da Terra, será marcada em vermelho. Note que Marte, o ponto vermelho,gira sobre o epiciclo e dá um "laço" na sua trajetória. Para quem olha da Terra parece que ele volta por um tempo para avançar logo depois.
Isto funcionava mas era complicado. Ainda mais se compararmos com as órbitas dos planetas no sistema proposto por Copérnico ( representado ao lado). Note, ele é bem mais simples e mostra que os "laços" são, na verdade, devidos ao fato da Terra orbitar o sol como todos os outros planetas.
Visite o site Galileo and Einstein home page de Michael Fowler, professor da Universidade de Virgínia para mais informações.
Em sua obra, O Almagesto, Cláudio Ptolomeu apresenta um sistema cosmológico onde a Terra está no centro do universo. O sol, os planetas e as estrelas giram em torno dela em esferas concêntricas.
Nicolau Copérnico, muito tempo depois, apresenta um sistema cosmológico onde o sol ocupa o centro. Os planetas, entre eles a Terra, e as estrelas giram em torno dele.
A idéia popular é a de que o sistema de Ptolomeu, o perdedor, estava errado e foi substituído pelo de Copérnico, o vencedor, que estava certo. Claro, a ciência não funciona assim. O sistema de Ptolomeu dava conta dos fatos observados no céu com os dados que se dispunha na época. Assim, não se pode afirmar que ele estava "errado".
Abra a animação. Nela temos lado a lado uma representação dos dois sistemas . Estão marcadas as órbitas da Terra de Marte. No lado esquerdo temos o sistema de Ptolomeu onde o ponto azul no centro representa a Terra. Note que o ponto vermelho, Marte, não gira diretamente em volta da Terra mas sobre um circulo com centro em um ponto da órbita. Esse círculo é chamado Epiciclo. O ponto amarelo é o sol e gira em torno da Terra.
Do lado direito temos o sistema de Copérnico com os planetas em órbitas circulares em torno do sol.
Clique em ">" para iniciar a animação. A pergunta é:
- O modelo de Ptolomeu conseguia descrever o que acontecia no céu?
Vamos tomar como exemplo a posição de Marte no céu noturno. Clique no primeiro botão cinza no centro da parte inferior da animação. Com isso uma reta azul unirá o planeta Terra a ao planeta Marte. Ela representa a posição em que vemos Marte no céu . Note que as retas , durante toda a órbita, são sempre paralelas. Isto significa que os dois sistemas prevêem a mesma posição, vista da Terra, para Marte.
Claro, historicamente o sistema de Copérnico abriu todo um novo caminho de desenvolvimento para o conhecimento humano. Portanto deve ser considerado o melhor. dentre eles. Por outro lado, devemos nos lembrar que toda teoria física, dentro dos seus limites, continuará sempre válida pois se baseia em observações. A Ciência não é um jogo de " perde e ganha".
Visite o site Galileo and Einstein home page de Michael Fowler, professor da Universidade de Virgínia para mais informações.
A segunda Lei de Kepler, também conhecida por "Lei da áreas", nos afirma que um dado planeta em órbita de sua estrela varrerá áreas iguais em intervalos de tempos iguais.
- O que significa isto? Vamos tentar entender usando uma simulação.
Abra a animação. Nela temos o sol em amarelo no centro. Ao passar o "mouse" por algum ponto da tela você verá um círculo azul. Ele representa um planeta. Para fixa-lo num ponto clique com o botão esquerdo. Na parte superior do lado esquerdo estão marcados em amarelo a distância do sol ( distance from sun ), o período da órbita ( time ) e o módulo da velocidade ( speed ) do planeta em relação ao sol. Após cada exercício clique no botão "reset" para tentar novamente.
Clique no botão amarelo do canto inferior direito da tela onde está escrito "Show kepler's law". Com o "mouse" clique em algum ponto da tela. Com isto você fixa o planeta neste ponto. Arraste o "mouse" e aparecerá uma seta vermelha representando o vetor velocidade do planeta. Coloque a seta apontando numa direção perpendicular à reta que une o planeta ao sol. Clique e o planeta seguirá sua órbita.
Para Kepler "varrer uma área" significa o seguinte: Imagine um segmento de reta que une o planeta ao sol. Note que na animação esse segmento é marcado a um intervalo de tempo constante. O que Kepler afirma é: as áreas desses "triângulos" entre a órbita do planeta e o sol são sempre iguais.
Ora, as órbitas são elípticas. Então quando o planeta está num ponto da órbita mais próximo ao sol os "triângulos" marcados são de altura menor. Logo, para ter a mesma área a "base" do triângulo deve ser maior.
Isto significa que o planeta deve percorrer uma distância maior no mesmo intervalo de tempo, isto é, ele deve aumentar a sua velocidade. Assim o planeta acelera quando se aproxima do sol e desacelera quando afasta.
Abra a animação. Use a tabela com as distâncias e velocidades da Terra, de Mercúrio e de Vênus. Coloque os planetas nas sua órbitas e observe o resultado.
Imagem: revistaepoca.globo.com
Animação: Professor Heather Welch, Universidade de Virgínia.
