Exemplo - A história da Energia, o conceito de informação.

  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.

  Na segunda parte do vídeo o professor Al-Kalili trata do conceito de informação. Narra o surgimento da escrita e discute como a informação é usada por nós para construir ordem num Universo que caminha para o caos. Parte das primeiras codificações nos cartões de papelão dos teares mecânicos de Lyon, França, no século XVIII e chega às modernas  tecnologias da informação passando pelos trabalhos de Morse, Maxwell e Shannon.

  Para assistir a primeira parte do vídeo clique aqui.

A produção do documentário é da BBC; As legendas e o vídeo legendado estão disponíveis no canal ReVCienN, do YouTube.

Exemplo - Terremotos, destruição e Tsunami.

A imensa energia térmica guardada no interior da Terra tem consequências importantes para a vida no nosso planeta.

A primeira dela é a manutenção da temperatura na superfície. Sem uma temperatura média suficientemente alta não haveria água no estado líquido e a vida seria improvável.

Outra consequência é a formação de um núcleo central de ferro que cria um campo magnético que nos defende da radiação vinda do espaço. Existe, porém, consequências bem desagradáveis.

A Terra é como um balão de festa. Uma fina camada sólida no exterior, a crosta terrestre, boiando sobre a parte interna composta de rocha líquida. Isto e o fato dela estar girando a uma velocidade bastante alta causa o fraturamento da crosta. Veja a figura acima. Esses pedaços, as placas tectônicas, estão em constante choque uns com os outros. 

Em alguns lugares as placas estão se afastando. Esse movimento de separação forma uma falha no solo. Veja na imagem abaixo a falha que está no fundo do oceano Atlântico entre o Brasil e a África.   

Em outros lugares as placas estão se juntando, como mostrado na imagem abaixo, formando grandes cadeias de montanhas. Em certos lugares parte dessa energia é liberada para a superfície pelos vulcões. Veja aqui.

Esta tensão entre as placas libera  grande quantidade de energia em ondas de choque que se propaga até a superfície causando os terremotos e, quando o evento ocorre sob o leito marinho, as Tsunamis.

Veja o vídeo abaixo. Uma produção de Frank Gregório que serve muito bem como introdução para uma aula sobre o assunto. 

Este e outros interessantes vídeos estão disponíveis no canal Frank Gregório, no YouTube. Todos eles têm os direitos liberados para uso educacional.

Exemplo - O interior da Terra, as placas tectônicas e os vulcões.

Nosso planeta foi formado pelo choque sucessivo de um sem número de planetóides, isto é, de pequenos pedaços de rocha que orbitavam o sol no início do sistema solar.

A imensa energia dessas colisões não foi dissipada, ao contrário, está guardada no interior do planeta na forma de energia térmica. A Terra, que vista do espaço mostra paz e beleza, é, na verdade, uma bola de rocha líquida coberta por uma fina camada de rocha sólida, a Crosta Terrestre. Sobre ela vivemos nós.

A Crosta é dividida e os diversos pedaços formam as placas tectônicas. Tudo o mais na Terra é um agitado oceano interior composto  de lava. Veja a figura abaixo: 

O vídeo a seguir foi montado por Frank Gregorio como uma introdução ao estudo dos Vulcões. Repare, na altura 3:35, o núcleo de ferro líquido (Inner core) origem do campo magnético da Terra que nos protege do vento solar. 

No vídeo, atenção ainda para o movimento das placas tectônicas. Veja nas figuras abaixo. A da esquerda mostra as placas se separando e a fenda que surge na superfície. Isto ocorre na fenda que atravessa o fundo do Oceano Atlântico de norte a sul em frente da costa brasileira. A imagem da direita mostra as placas se comprimindo. Isto dá origem às cadeias de montanhas como os Andes.

No encontro das placas parte dessa energia é liberada para a superfície e forma os Vulcões. Em outras ocasiões as tensões resultantes do movimento das placas são liberadas de forma violenta e dão origem aos terremotos e Tsunamis. Veja aqui.

Ao assistir o vídeo deve-se notar a música da trilha sonora. É impressionante. Veja o vídeo com o som bem alto.

Aqui estamos nós. Vivendo sobre uma fina casca entre o fogo do interior do planeta e o frio do espaço. Poderia existir vizinhança melhor?





Imagem do topo de página: Desenhosparacolorir. Um site para as crianças com desenhos para colorir.

Este e outros interessantes vídeos estão disponíveis no canal Frank Gregório, no YouTube. Todos eles têm os direitos liberados para uso educacional.

Exemplo - A temperatura de ebulição dos líquidos e a pressão.

Em 1654, na cidade alemã de Magdeburgo, o físico Otto Von Guericke realizou um experimento com dois hemisférios metálicos que se tornou famoso. Veja a gravura ao lado.

Von Guericke,  pioneiro no estudo do vácuo e da eletrostática, usou um equipamento de alta tecnologia para a época chamado "bomba de vácuo". Com ela fez vácuo entre  os dois hemisférios metálicos que se encaixavam perfeitamente e foram unidos para formar uma esfera. 

No experimento, os hemisférios permaneceram unidos, resistindo aos esforços para separa-los realizado com a força de vários cavalos. Von Guericke além de Físico era jurista e prefeito da cidade. Fez do seu experimento uma festa com a presença do povo e de políticos. Isto chamou a atenção para a importância da pressão atmosférica.

No vídeo a seguir usa-se a bomba de vácuo para mostrar a influência da pressão do ar num fenômeno do dia a dia: A ebulição dos líquidos. 

Quando se afirma que a ebulição da água se dá a temperatura de 100°C, estamos considerando que o líquido se encontra sob uma pressão de 1 atm. As moléculas do ar atmosférico sobre o líquido dificultam a saída das moléculas da água. Somente aquelas com energia cinética suficiente vencem essa barreira.

Claro, quando a pressão diminui esta energia cinética necessária para a molécula abandonar o líquido também diminui. Logo a temperatura de ebulição acompanha esse movimento de queda. No limite, isto é, quando a pressão se torna nula, a água não pode existir no estado líquido.

No vídeo, 200 mililitros de água a aproximadamente 45°C são colocados sob a cúpula de vidro. A bomba de vácuo é ligada e a pressão do ar sobre a água no interior da cúpula diminui progressivamente.

Quando a pressão cai o suficiente a água, que está a 45°C, entra em ebulição. Repare, mesmo que a água estivesse numa temperatura menor, ela entraria em ebulição quando a pressão caísse um pouco mais.

Se nosso planeta não possuísse uma atmosfera, a água não poderia existir na forma líquida na superfície da Terra, independente da temperatura.

Produção: Vídeo disponível no canal StatlerChemCam's do Youtube.

Imagem do topo de página: Experiência sobre pressão atmosférica do físico Otto Von Guericke. Disponível no site Hermani Mattos.

Exemplo - As Correntes Oceânicas superficiais.

Os Oceanos da Terra absorvem uma enorme quantidade de energia vinda do sol. Essa energia térmica é distribuída pelo planeta por meio de verdadeiros "rios" dentro do mar chamados de correntes oceânicas. 

Obtenha mais informações sobre elas aqui. Este mecanismo de distribuição de energia térmica é um dos principais determinantes do Clima Terrestre. 

A vídeo abaixo mostra a animação do movimento das águas oceânicas superficiais durante o período de Junho de 2005 a Dezembro de 2009. Esta visualização foi produzida pela  NASA/JPL, usando um modelo computacional chamado ECCO-2, Estimating The Circulation and Climate of the Ocean, fase 2. 

A animação mostra as correntes oceânicas em escala global, no entanto, as principais correntes superficiais são facilmente identificadas. Veja, por exemplo, a Corrente do Golfo que se move da costa americana para a Europa. Repare também na movimentação das águas do Atlântico na costa brasileira.

Repare ainda na turbulência das águas em frente ao Cabo da Boa Esperança, na Africa do Sul. No tempo das navegações portuguesas o cabo era chamado de "Cabo das Tormentas". Com toda razão, diga-se de passagem.

Vencer essas águas ou "dobrar o cabo" foi um grande feito dos navegantes portugueses. Vasco da Gama enfrentou tudo isto numa caravela....

As informações sobre as correntes oceânicas são do site Alfaconection, do professor Lucien Alhanati.

Produção do vídeo:  Goddard Space Flight Center O vídeo pode ser encontrado no canal  Nasa Goddard, no Youtube

Aula - A primeira lei da termodinâmica.

A primeira Revolução Industrial, na Inglaterra, foi movida pelas máquinas a vapor (veja figura ao lado). Isto tornou fundamental o estudo do calor, isto é, da Termodinâmica.

Durante o século XVIII, vários físicos entre os quais se encontravam Joule, Helmholtz e Meyer, foram aos poucos construindo os conceitos de energia, calor e trabalho.

No final deste mesmo século, Os físicos Clausius  e Thomson (Lord Kelvin)  escreveram os primeiros enunciados formais da Primeira Lei da Termodinâmica.

Esta lei enuncia que a energia total transferida para um sistema é igual à variação da sua energia interna.

Se desejar reveja o conceito de trabalho clicando aqui e o de calor aqui.

Repare que a primeira lei da termodinâmica é o Princípio da conservação da energia. Nela observamos a equivalência entre trabalho e calor.

Imagem: Faculdade de Engenharia Mecânica, UNICAMP.

Exemplo - A variação da Energia Interna através do calor.

Observe uma porção de água em repouso. A primeira vista parece não haver qualquer atividade. No entanto, existe um intenso movimento, uma agitação permanente das moléculas de água. 

À energia deste movimento chamamos de Energia Interna desta porção de água.

Para recordar o conceito de Energia Interna veja aqui.

A pergunta que nos fazemos é: Como podemos variar a Energia Interna de um corpo.

A parte da Física que trata deste assunto chama-se Termodinâmica. E nela a Primeira Lei da Termodinâmica trata dos meios para se produzir variações na Energia Interna de um corpo material.

Estas variações da Energia Interna de um corpo ocorrem devido a transferência de energia entre o corpo e o  meio ambiente. Ela se dá  por dois processos distintos:  A transferência de energia na forma de calor e a realização de trabalho. Reveja o conceito de trabalho clicando aqui e o de calor aqui.

A variação da Energia Interna de um corpo pelo calor ocorre quando existe uma diferença de temperatura entre o corpo e o meio ambiente. E continua a ocorrer enquanto houver diferença entre as temperaturas, isto é, até se alcançar o equilíbrio térmico.

Vamos usar uma animação do site Molecularium para obter uma simulação do processo. Clique aqui e abra a animação.

 Repare que na animação o tamanho da representação das moléculas de água está totalmente fora de escala. Elas são muito menores. Do mesmo modo, o número das moléculas representadas é muito maior para qualquer porção de água, por menor que ela seja.

Rode o botão para simular o aquecimento. Quando a placa de aquecimento atinge uma temperatura maior que a da água, seus átomos estão mais agitados que as moléculas de água.

Assim, as moléculas de água ao se chocarem com a placa recebem energia que se manifesta como energia cinética. Neste caso o calor está sendo transferido por condução.

Por outro lado, os átomos da placa de aquecimento, estão emitindo radiação infravermelha. Esta radiação é absorvida pelas moléculas de água. O calor está sendo transferido por irradiação.

Num dado momento as moléculas de agua irão se organizar em correntes de convecção. O calor está sendo então transferido por convecção.

Claro, os três tipos de transferência de calor podem  ocorrer simultaneamente.

Clique aqui e abra a animação. Note que o calor não é uma forma nova de energia. É apenas energia de movimento sendo transferida. Quando a transferência acaba não podemos mais falar em calor.

No final do processo a placa perdeu energia e a água aumentou sua Energia Interna.

Imagem: softicons.com Imagens livres (Icons) para uso não comercial na Internet

Molecularium: Clique aqui e veja as demais simulações de fenômenos da Física e da Química.

 Imagem e Produção: Centro de Ciência Viva de Coimbra e da Universidade do Porto, Portugal.

Exemplo - A Energia Interna de um líquido ou gás.

Na imagem ao lado vemos representadas algumas moléculas de água. Os átomos de oxigênio estão representados pelas esferas vermelhas e as duas esferas cinzas de tamanho menor são a representação dos átonos de Hidrogênio.

Claro, isto é apenas uma representação. Não temos informações de como  os átomos se parecem realmente. Mas esta representação será útil para entender o conceito de Energia Interna de um líquido ou gás. A definição você encontrará aqui.

Para uma critica bem humorada à nossa representação dos átomos clique aqui.

Vamos trabalhar com uma certa porção d'água dentro de um vasilhame com um aquecedor e um termômetro. Para isto abra a animação do site Molecurarium clicando aqui.

Nossa intenção é usar um exemplo para entender melhor o conceito de Energia Interna de um líquido ou gás. Neste caso usaremos a porção de água da animação mencionada acima.

Observe a animação. Nela estão representadas moléculas de água dentro de um recipiente. Claro, elas estão absurdamente fora de escala. Do contrário não seriam vistas.

Note que cada uma das moléculas tem movimento de translação. Além disto todas elas giram e vibram. Assim  podemos associar a cada uma delas uma certa  energia cinética para cada tipo de movimento.

Por outro lado, cada molécula é origem de um campo elétrico. Portanto existem forças de atração ou repulsão elétricas entre elas. Logo, podemos associar ao conjunto delas uma certa energia potencial.

À soma da energia potencial do conjunto de moléculas com o total  da soma das energias cinéticas de cada uma delas chamamos de Energia Interna desta porção de água.

Siga este link e abra a animação. Nos perguntamos agora se é possível variar a energia interna desta porção de água.

Se isto for possível deve significar uma variação na soma  das energias cinéticas das moléculas do material. 

Na animação, gire o botão para simular o aquecimento da porção de água. Repare: quanto maior a temperatura mais as moléculas se agitam. A energia cinética do conjunto das moléculas aumentou com o aumento da temperatura.

Como a energia se conserva, isto significa que esta porção de água está recebendo energia a placa de aquecimento e com isto aumentando a sua Energia Interna.

Para conhecer as maneiras de se variar a Energia Interna de um objeto veja aqui.

Molecularium: Clique aqui e veja as demais simulações de fenômenos da Física e da Química.

 Imagem e Produção: Centro de Ciência Viva de Coimbra e da Universidade do Porto, Portugal.

Exemplo - Cobertura de gelo no Ártico.

O Centro de Visualização Científica, do Goddard Space Flight Center, uma laboratório da NASA, produziu esta interessante animação da evolução sazonal da cobertura de gelo sobre o ártico e as terras ao seu redor.

Os dados cobrem a evolução no período de 04 de Setembro de 2009 a 30 de Janeiro de 2011. Repare como a cobertura de gelo avança e se retrai sobre o mar de acordo com as estações do ano.

Ela alcança o seu mínimo em extensão durante o verão. Nesta época temos a cobertura de gelo permanente sobre o mar ártico.

Durante o inverno a cobertura avança sobre o mar e, além disto, cobre a parte norte do Continente Americano, da Europa e Ásia.

Devido  ao aquecimento global a cobertura permanente de gelo sobre o mar ártico está cada vez menor. Se o aquecimento continuar nesse ritmo é possível que ela desapareça dentro de alguns anos. O que terá graves consequências para o clima.

Os dados sobre a cobertura de gelo são da plataforma Terra and Aqua / MODIS / Blue Marble Land Cover, da NSF, a Fundação de Ciência Americana.

Para mais informações:Scientific Visuatization Studios
Imagens, créditos: NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio.

Exemplo - O continente Antártico.

O Centro de Visualização Científica, do Goddard Space Flight Center, um dos instituto de pesquisa da NASA, produziu esta interessante animação da evolução sazonal da cobertura de gelo sobre o continente Antártico e o mar ao seu redor.

Os dados cobrem a evolução do tamanho da cobertura de gelo no período de 26 de maio de 2009 a  31 de Julho de 2010. A resolução das imagens é de 240 metros por pixel. Repare como a cobertura de gelo avança e se retrai sobre o mar de acordo com as estções do ano.

Os dados são do "The Landsat Image Mosaic of Antarctica" (LIMA), banco de dados sobre a Antártica da NSF, a Fundação de Ciência americana.

O continente Antártico interessa diretamente ao Brasil e lá mantemos atualmente uma base para estudos científicos,  a Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF).

A base está localizada na Ilha do Rei George, a 130 km da Península Antártica, baía do almirantado. Veja na figura abaixo a localização aproximada.

A base é administrada pela Marinha Brasileira e nela nossas universidades realizam pesquisas em campos como poluição atmosférica e  biologia marinha.

O continente antártico não passou pelo processo de colonização. Os interesses das nações foram objeto do Tratato da Antártica  firmado em 1959 entre doze países que reclamavam a posse do continente, entre eles o Brasil. O continente se encontra atualmente aberto somente para pesquisa científica.

Para mais informações: Scientific Visuatization Studios
Imagens, créditos: NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio.

Aula - O ciclo de Carnot.

 Na antiguidade, o homem usou como fonte de energia para produzir trabalho a roda d'água, os ventos e a tração animal. Durante a primeira Revolução Industrial foram introduzidas as máquinas térmicas. Com isto passamos  a produzir trabalho a partir do calor. O material comumente usado nas máquinas para transferir o calor foi o vapor d'água. Se hoje vivemos a Era da Eletricidade, naqueles tempos vivíamos a Era do vapor.

As primeiras máquinas a vapor foram construídas por artesãos. Elas funcionavam, mas não se sabia exatamente como isto se dava. A situação permaneceu a mesma até que entraram em cena os engenheiros  James Watt e Sadi Carnot. Algumas das questões que eles enfrentaram foram: Como melhorar o rendimento da máquinas térmicas ? Qual o maior rendimento possível?

 Carnot se propôs a resolver o seguinte problema: Qual o rendimento máximo de um motor térmico que trabalha de forma cíclica entre uma fonte quente e uma fonte fria? A resposta encontrada por ele foi:

-O rendimento máximo é alcançado quando a máquina opera num ciclo de transformações térmicas chamado, em sua homenagem, Ciclo de Carnot.

O calor se perde inultimente (não produz trabalho) quando é transferido por condução. Isto ocorre quando os corpos que entram em contato térmico têm temperaturas diferentes. Assim, para evitar queda de rendimento, quando o vapor entra em contato térmico com as fontes quente e fria deve estar a mesma temperatura delas e, do mesmo modo, quando o vapor muda a sua temperatura durante uma transformação ele não deve estar em contato térmico com as fontes e o ambiente. Em outras palavras: No ciclo de Carnot as transformações que o vapor sofre devem ser isotérmicas ou adiabáticas.

Vamos usar uma animação para entender como uma máquina térmica opera num ciclo de Carnot.

Depois de aberta a animação clique em "Init" para monta-la. Faça o mesmo quando quiser reiniciar a animação. Depois clique em "start" para começar o processo.

Os dois retângulos laterais representam a fonte quente, quando ganham a cor vermelha; representam a fonte fria, quando ganham a cor azul. Quando eles adquirem a cor cinza isto indica que não há contato térmico com o vapor, isto é, está ocorrendo uma transformação adiabática.

A máquina produz trabalho mecânico quando move o pistão. Repare no gráfico pressão X volume ao lado. Ele descreve as diferentes transformações por que passa o vapor durante o Ciclo de Carnot.

No início o vapor está em contato térmico com a fonte fria. Note que o movimento do pistão diminui o volume disponível para o vapor. Ainda assim a temperatura se mantém constante pois o vapor cede calor para a fonte fria. Temos uma transformação isotérmica a baixa temperatura (Isothermal at low T).

Em seguida o vapor é isolado da fonte fria. Temos uma transformação adiabática. O volume continua diminuindo e a  pressão do vapor  aumenta. Como não há troca de calor, a temperatura do vapor também  aumenta.

Quando o vapor e a fonte quente estão à mesma temperatura eles são postos em contato térmico. O vapor absorve calor da  fonte quente. Como o volume aumenta a temperatura se mantém constante. Temos outra transformação isotérmica, agora a alta temperatura ( Isothermal at Hight T).

Ainda com a animação aberta observe que o vapor é novamente isolado do ambiente (outra transformação adiabática). Como o volume continua aumentando, a temperatura cai até atingir a temperatura da fonte fria e o ciclo se repete.

Animação produzida por: Shermam Visual Lab, Xing Min Wang, ph.d.

Imagens: Sadi Carnot,em www.mudanzashermanosjuarez.com

              Ciclo de Carnot, http://elwitxi.com/maquinasnavales/ciclo_carnot.htm

Aula - O balanço de radiação no sistema Terrestre.

Responda uma a curiosidade minha?

- Neste sol de verão, se você fica exposto à luz solar por algumas horas a sua pele ganha um bronzeado bonito. No entanto, se a exposição dura mais tempo é quase certo de você se queime.

- Pense comigo: Nosso planeta está exposto ao sol por bilhões de anos. Então, por que não se queimou?

Sabemos que a energia se conserva, isto é, não pode ser destruída. Como a Terra recebe energia do sol de forma contínua e ainda assim consegue  manter a sua temperatura média razoavelmente constante ao longo do tempo então... A energia deve estar indo para algum lugar!

Este lugar é o espaço. O espaço em volta do planeta está a uma temperatura média de -272°C. A temperatura média do nosso planeta é de 15°C. Esta diferença de temperatura permite a Terra transferir energia para o espaço na forma de calor.Com isto o planeta (e você junto com ele) não vira churrasquinho queimado.

Este processo se chama "balanço de radiação do sistema terrestre". A Terra recebe energia do sol sob a forma de radiação ondas curtas. Esta energia move nosso ecossistema. Parte dela, por exemplo, fica retida na forma de biomassa. Depois, a energia é lançada para o espaço na forma de radiação de ondas longas.

Assim, a temperatura média do planeta se mantém constante e você pode continuar indo à praia pegar um bronzeado...Usando protetor solar, claro. Pois afinal você gosta e  sabe um pouco de física.

Mas antes da diversão, por favor, assista a animação sobre o balanço de radiação do sistema Terrestre feito pelo CPTEC, o Centro de Previsão e Estudos Climáticos do INPE.

Exercício - Escala Celsius versus Fahrenheit.

A relação entre as escalas de temperaturas Celsius e a escala Fahrenheit é dada pela seguinte relação matemática:




Onde °C representa a medida da temperatura na escala Celsius e °F a medida da temperatura em graus Fahrenheit.

Vamos fazer alguns exercícios usando a fórmula e o termômetro mostrado abaixo.Você pode trabalhar com ele clicando e arrastando a coluna de mercúrio e ler a medida na escala Celsius à esquerda e na escala Fahrenheit à direita.

Se desejar digite a medida nas caixas brancas na parte inferior. Se você digitar uma medida em graus Celsius na caixa °C obterá a medida correspondente na escala Fahrenheit na caixa °F e vice-versa.

Use a fórmula para fazer os exercícios e confira o resultado usando o termômetro:

1. Escreva a temperatura de ebulição da água ( 100°C ) na escala Fahrenheit;
2. O mesmo para a temperatura de fusão do gelo ( 0°C );
3. Ontem a temperatura máxima na cidade de Chicago ( USA ) foi de 40°F. É verão ou inverno em Chicago?
   

Animação de Poodwaddle.com

Aula - A atmosfera terrestre.

Os fenômenos atmosféricos formam uma área de estudo rica em exemplos da ação dos fenômenos físicos. Este sistema cuja ação determina a possibilidade de vida na superfície do nosso planeta é acionado a partir da absorção da energia solar. A partir daí uma maquinaria complexa entra em ação e determina as chuvas, secas, tempestades,etc.

No estudo da atmosfera tratamos com conceitos físicos como pressão,calor, condução do calor, calor específico, densidade, teoria cinética dos gases,etc.

Abra a animação. Ela trata dos conceitos básicos da meteorologia. Foi preparada pelo Cptec, o centro de estudos climáticos do INPE.

Claro, nós tratamos de física. Então o que nos interessa prioritariamente é que você observe com cuidado como a ciência usa os conceitos da Física. Entenda, por exemplo, como a variação da pressão atmosférica determina os ventos ou como a absorção do calor determina a variação da densidade do ar e esta, por sua vez, determina a pressão atmosférica.

Abra a animação e a estude com cuidado procurando observar os outros conceitos da física apresentados.

Imagem: tecnozono.com

Aula - Movimento Browniano.

Em 1827, o botânico escocês Robert Brown observou que grãos de pólen em suspensão na água descrevem um movimento errático em todas as direções. Veja a animação . Ele não soube encontrar uma explicação para este tipo de comportamento.

Anos depois os físicos chegaram a uma explicação: Os grãos de pólen estão sofrendo o choque contínuo das moléculas da água em todas as direções. Estas colisões transferem momento para o grão. Como a soma dessas colisões não são idênticas em todas as direções existe um momento resultante não nulo. Isso leva ao movimento errático do grão.

Mas... e daí? Qual a importância disto?

Bom... Em 1905 Albert Einstein publicou um artigo sobre o "movimento Browniano" que levou a comprovação da existência dos átomos e moléculas. Hoje em dia, esta explicação do "movimento browniano" serve de modelo para a descrição de flutuações de preços de ações, cheias de rios, condutividade elétrica em metais,etc.

Abra a animação. Ela mostra um grão de pólen em suspensão na água. Note o movimento errático do grão. Clique duas vezes sobre a animação. Para ver as moléculas de água se chocando contra o grão pressione a barra de espaços.

Imagem: Robert Brown, via wapedia.mobi

Exemplo - A dilatação da água.

Os materiais, de um modo geral, aumentam seu volume com o aumento da temperatura, isto é, se dilatam com o aumento da temperatura e se contraem com a sua queda. Existe, no entanto, uma exceção muito importante: A água.


Se aquecermos um certo volume de água, ela diminui de volume quando a sua temperatura varia de 0 ºC até aproximadamente 4,0 ºC. Isto é , ela aumenta a sua densidade neste intervalo. A partir daí a água passa a se comportar normalmente, ou seja, aumenta o seu volume com o aumento da temperatura.


Esse comportamento tem consequências ecológicas importantes. Nas regiões temperadas e polares da Terra, no inverno, a água superficial dos lagos, rios e mares torna-se menos densa ( portanto menos pesada ) quando a temperatura ambiente cai e atinge a faixa entre os quatro e zero graus Celsius. Por ser mais leve essa camada superficial não afunda e isso impede as correntes de convecção dentro do líquido. Como resultado forma-se uma camada de gelo na superfície enquanto a água permanece líquida e relativamente aquecida no fundo. Isso permite a sobrevivência de todo ecossistema aquático durante o inverno.


A foto abaixo mostra o fundo do lago Llyn Dinas, no Pais de Gales ( Inglaterra ). Note a camada superficial de gelo e o ambiente relativamente aquecido e protegido no fundo.

Foto: NPL/Rex Features.
Via The guardian

Aula - Transmissão do calor - Convecção.

Calor é o nome que se dá a energia transferida de um objeto para outro devido à diferença de temperatura entre eles. Esta transferência ocorre de três maneiras: Por conduçao, por convecção e por irradiação.

A transmissão por convecção ocorre nos fluidos ( líquidos e gases) e se caracteriza pelo movimento de parte do fluido formando as chamadas "correntes de convecção".

A parte do fluido mais próxima da fonte de calor aumenta a sua temperatura e torna-se menos densa. Isto faz com que ela suba. A parte mais afastada da "fonte de calor", por ser de menor temperatura e mais densa, afunda. Forma-se então um circuito fechado que leva o calor para todo o fluido.

Abra a animação. Repare na escala à esquerda. Nela a cor azul corresponde à parte do fluido de menor temperatura e a cor amarela à de maior temperatura.

Clique em "start". A fonte de calor está sob a parte inferor do recipiente. Note como o fluido vai aos poucos se aquecendo. Isto se deve às correntes de convecção que, por sua vez, são movidas pela ação da força gravitacional.

Agora, clique no aquecedor e arraste para a parte de cima do recipiente contendo o fluido. Neste caso, a porção mais quente já está na parte superior do fluido. Com isto, a corrente de convecção não se forma. A transmissão do calor se dá por condução.

Clique em ">>" e passe a animação para a parte 2. Nesta parte o fluido não está mais dentro do campo de gravidade da Terra. Repita o processo colocando o aquecedor encima e embaixo do recipiente. Note que em ambos os casos não há a formação das correntes de convecção. Neste caso a transmissão do calor se dá exclusivamente por condução. Isto é, as correntes de convecção somente se formam quando o fluido está dentro de um campo gravitacional.

Clique em "reset" sempre que necessitar reiniciar a animação.

Exemplo - Mudança de fase.

Você assistirá a seguir um vídeo preparado pelo professor Flávio S. Cunha. Nele é tratado os conceitos de mudança de fase dos materiais, de calor específico e de calor latente. Observe ainda:

• Quando nos referimos a uma substância estamos falando sobre a substância pura.
• Nas mudanças de fase ( ou de estado ) deve-se levar em conta a pressão . As temperaturas de fusão e ebulição variam com a pressão. Aqui trabalhamos com a pressão normal ( 1,0 atm ).
• Observe com cuidado o significado do "calor latente" e do "calor específico". Nada mais são que a quantidade de energia absorvida por unidade de massa e por variação de um grau na temperatura, caso do calor específico, e a quantidade de energia absorvida por variação de um grau na temperatura, no caso do calor latente.

Aula - Medida da quantidade de calor.

A diferença de temperatura entre um objeto e seu entorno provoca a transferência de uma certa quantidade de energia interna entre o objeto e seu entorno na forma de calor.

Essa energia é medida através da seguinte expressão matemática:

Aula - Calor.

O conceito de "calor" sofreu grandes transformações ao longo do tempo. Primeiro temos a entendimento de "calor" como uma substância. Um corpo se aquece quando absorve uma certa quantidade de uma substância chamada calórico.

Com o tempo a idéia de calor como substância deu lugar ao conceito de calor como energia. No caso, como a energia em trânsito de um corpo para outro devido a diferença de temperatura entre eles.