Divulgação da Ciência: Ciência é Evolução (autor: Eliakim Ferreira Oliveira)

O Efeito Zeeman

2010-07-12T08:16:00.000-07:00

No ano de 1896, o ilustre físico holandês Pieter Zeeman (1875-1943) fez uma descoberta extremamente importante para o desenvolvimento da Física Moderna. Seguindo o exemplo de seu antecessor, o grande físico inglês Michael Faraday (1791-1867), ele fazia experiências com influência de campos magnéticos sobre a luz, especialmente sobre os espectros dos átomos. Em seus experimentos, observou as linhas de emissão de vapor de sódio num campo magnético e logo conseguiu descobrir um alargamento da linha no campo magnético. Depois de melhorar sua técnica experimental, conseguiu separar as linhas do espectro no campo magnético em diversos componentes. A separação das linhas espectrais no campo magnético é conhecida, então, por "efeito Zeeman".

Uma explicação teórica do fenômeno observado seria dada pouco depois pelo professor de Zeeman, Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928). Lorentz partiu da hipótese de que partículas carregadas movem-se no átomo e são responsáveis pela radiação da luz. (Uma teoria um tanto profética, como revelaria-se após a descoberta dos elétrons, por Josef John Thomson, e suas condições de energia.) Sobre essas partículas carregadas, segundo as leis clássicas do eletromagnetismo, atua uma força no campo magnético. A partir da modificação da frequência das linhas no efeito Zeeman, Lorentz e Zeeman conseguiram até mesmo uma afirmação sobre a proporção entre a carga e a massa das partículas carregadas. Ficou estabelecido que tratava-se de uma partícula negativamente carregada com uma duomilésima parte da massa atômica, como mais tarde foi efetivamente verificado para o elétron. Por seus célebres trabalhos sobre o efeito Zeeman, Pieter Zeeman e Hendrik Antoon Lorentz receberam em 1902 o Prêmio Nobel de Física.

Ilhotas em um Mar de Glândulas

2010-05-25T09:55:00.000-07:00

Até meados do século XIX, tinha-se uma... vaga ideia da fisiologia do pâncreas, sabendo-se apenas que tal órgão é constituído por glândulas (acinosas) muito semelhantes às salivares, e secretoras de uma enzima (a chamada tripsina) que, através do canal de Wirsung chega ao intestino delgado, contribuindo assim para a digestão. Na Alemanha, quando estudava o pâncreas com o auxílio do microscópio, para a preparação de sua tese de doutoramento, o patologista, fisiologista e biólogo alemão Paul Langerhans (1847-1888) notara o que até então havia passado despercebido a experientes anatomistas: a presença de grupos de ilhotas de glândulas diferentes das acinosas. A descoberta de Langerhans foi anunciada em 1869. O primeiro a avaliar a importância desses grupos foi o patologista e histologista francês Gustave-Edouard Laguesse (1861-1927), que os chamou de ilhotas de Langerhans, em homenagem ao seu descobridor. Em um trabalho publicado em 1893, revelou sua função de secreção interna, ou endócrina.

Enquanto Laguesse realiza suas pesquisas, o médico alemão Joseph von Mering (1849-1908) e o cientista também alemão Oscar Minkowski (1858-1931), ocupados em estudos sobre nutrição, descobriram, acidentalmente, a correlação entre as funções do pâncreas e a doença diabetes. Tudo se iniciou numa conversa durante um almoço na universidade alemã de Strasbourg, quando Mering sugeriu que o suco pancreático não teria influência na digestão da limpanina, um óleo comestível com 6% de ácidos graxos. Minkowski não aceitou a hipótese e propôs a extirpação do pâncreas (operação esta denominada pancreatectomia) de um animal. Mering replicou que a pancreatectomia causaria fatalmente a morte do animal, e desafiou seu colega a realizar a operação. Minkowski aceitou o desafio, e um cachorro por ele operado sobreviveu por quatro semanas. Satisfeito por ter conseguido a prova que buscava, Minkowski desinteressou-se pelo cachorro, que foi entregue aos cuidados de um tratador. No entanto, numa de suas visitas ao animal, notou um aspecto de sujeira na jaula, com ajuntamento de moscas. Chamou a atenção do tratador, que explicou-lhe que tão logo terminava a limpeza o cachorro sujava de novo, com urina. Depois de uma breve reflexão, Minkowski associou a fato a um dos sintomas do diabetes: secreção excessiva de urina. Apanhou um pouco da urina do solo e, ao analisá-la, notou altíssima concentração de 120 gramas de glicose por litro. Sem o pâncreas o cachorro ficara diabético.

A Lei de Avogadro e o Número de Avogadro

2010-05-23T06:45:00.000-07:00

Até o início do século passado, os cientistas já haviam adquirido uma razoável quantidade de informações sobre as reações químicas observadas entre os gases. O célebre físico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856), baseando-se em tais informações e em resultados de experiências realizadas por ele próprio, formulou, no ano de 1811, uma hipótese extremamente importante, relacionando o número de moléculas existentes em duas amostras gasosas. Segundo Avogadro, se tomarmos dois recipientes, de mesmo volume, contendo gases diferentes, ambos à mesma temperatura e pressão, o número de moléculas contidas em tal recipiente deverá ser o mesmo. Posteriormente, um grande número de confirmações experimentais desta lei fizeram com que ela passasse a ser conhecida como Lei de Avogadro.

Uma das verificações desta lei pode ser feita quando analisamos, em um laboratório, a decomposição de alguns gases. Tomemos, por exemplo, volumes iguais de HCl (ácido clorídrico), H2O (água), NH3 (amônia) e CH4 (gás metano), sob a forma gasosa, à mesma pressão e temperatura. De acordo com a lei de Avogadro, as três amostras dos gases considerados devem ter o mesmo número, N, de moléculas. Decompondo estes gases e recolhendo o hidrogênio liberado em cada amostra, deveríamos, então, obter: para o HCl, N átomos de H; para o H2O, 2N átomos de H; para o NH3, 3N átomos de H; e para o CH4, 4N átomos de H. A experiência confirma este resultado, pois, enquanto recolhe-se uma massa m de hidrogênio na decomposição do HCl, verifica-se que uma massa 2m é recolhida na decomposição H2O, uma massa 3m na decomposição do NH3 e uma massa 4m na decomposição do CH4.

Uma vez conhecida a Lei de Avogadro, poderia-se indagar qual é o número de moléculas que existe em uma dada massa do gás. Suponha, por exemplo, que tomássemos 1 mol (unidade de quantidade de matéria) de vários gases diferentes (2 g de H2, 32 g de O2, 28 g de N2, etc.). Em Química, poderíamos afirmar que o número de moléculas em cada amostra, é o mesmo. Este número é denominado número de Avogadro e é representado por N0. O grande físico-químico francês Jean-Baptiste Perrin (1870-1942), no início do século XX, realizou uma série de experiências, procurando determinar o valor de N0, concluindo que este valor estaria compreendido entre 6,5 . 10²³ e 7,2 . 10²³ moléculas em cada mol. Por tais trabalhos, Perrin recebeu o Prêmio Nobel de Física, no ano de 1926. Posteriormente, medidas mais precisas e cuidadosas mostraram que o valor de N0 é mais próximo de 6,02 . 10²³ moléculas/mol.

Os Vírus

2010-05-18T11:53:00.000-07:00

Os vírus diferem de todos os outros seres vivos pelo fato de não apresentarem organização celular. Um vírus é formado por um envoltório de moléculas de proteína, o chamado capsídeo, que protege o material genético; este pode ser o DNA (ácido desoxirribonucléico) ou RNA (ácido ribonucléico), dependendo do vírus. Os vírus formam um grupo bastante heterogêneo e diferenciado em relação aos outros seres vivos. Acredita-se que eles possam ter-se originado de organismos celulares que, durante a evolução, tornaram-se parasitas intracelulares e sofreram simplificação estrutural. Quando não estão reproduzindo-se, os vírus não manifestam nenhuma atividade vital: não crescem, não degradam nem fabricam substâncias e não reagem à estímulos. No entanto, sua capacidade reprodutiva é assombrosa: um único vírus é capaz de produzir, em poucas horas, milhões de novos indivíduos.

Todos os vírus são parasitas intracelulares obrigatórios. Um único vírus, ao invadir uma célula, pode assumir o comando das atividades celulares e fazer com que a célula hospedeira passe a trabalhar quase que exclusivamente na produção de novos vírus. A infecção viral geralmente causa profundas alterações no metabolismo celular e pode levar as células infectadas à morte. Os vírus provocam diversas doenças em plantas e em animais, incluindo o ser humano.

A reprodução de um vírus envolve dois aspectos: multiplicação do material genético e síntese das proteínas do capsídeo. Como não possuem a maquinaria necessária para realizar nenhum desses processos, os vírus desenvolveram, ao longo de sua evolução, surpreendentes mecanismos para subverter o funcionamento da célula hospedeira e se reproduzir à custa do metabolismo celular. Em geral, eles inibem o funcionamento do material genético da célula infectada e passam a comandar a síntese de proteínas.

Como exemplo de vírus, pode-se citar os bacteriófagos, que são vírus que reproduzem-se no interior de bactérias. Eles geralmente apresentam uma "cabeça" protéica, na qual fica alojado o material hereditário (no caso o DNA), e uma "cauda", também protéica, formada por fibras que aderem à bactéria hospedeira.

Outro peculiar exemplo de vírus é o vírus da gripe. Existem dezenas de variedades de vírus da gripe. Em todos eles, o material hereditário é o RNA. A infecção gripal começa quando o vírus adere à superfície das células hospedeiras, geralmente células que revestem as vias respiratórias.

Há também um outro tipo muito conhecido de vírus denominado HIV( sigla proveniente do idioma inglês e significa Human Immunodeficiency Virus, isto é, vírus da imunodeficiência humana). O HIV pertence ao grupo dos retrovírus e além de apresentar o RNA como material genético, a principal característica dos vírus desse grupo é a presença de uma enzima, a transcriptase reversa, que catalisa a produção de moléculas de DNA a partir do RNA viral. O HIV ataca os linfócitos T (um dos tipos de glóbulo branco do sangue) causando a síndrome da imunodeficiência adquirida, abreviadamente aids (do inglês acquired immunodeficiency syndrome). A aids é uma doença letal, ainda sem cura, que se tem disseminado rapidamente pelo mundo a partir de 1981.

Van't Hoff e a Química Orgânica

2010-05-17T12:32:00.000-07:00

Enquanto desenvolvia a teoria dos isômeros, o grande químico holandês Jacobus Henricus Van't Hoff (1852-1911) (retratado na fotografia acima) ocupava-se também em sua tese de doutoramento. E, no mês de dezembro de 1874, ele lia, ante o catedrático de Química da Universidade holandesa de Utrecht, E. Mulder, o trabalho que tinha como título: Contribuições para o conhecimento do ácido cianético e do ácido malônico. Era uma pesquisa de rotina, sem qualquer contribuição inovadora. O que surpreendeu a muitos, uma vez que, em setembro do mesmo ano, Van't Hoff publicara sua famosa brochura de onze páginas sobre estruturas moleculares espaciais.

Já formado, porém ainda sem rumo definido, Van't Hoff começa a procurar emprego, o que só consegue em março de 1876, tornando-se assistente de Química e Física no Colégio Veterinário de Utrecht. Nessa época dedica interesse especial ao estudo de substâncias extraídas de uma resina vegetal. Escreve também vários artigos sobre estereoquímica - sobre os anéis carbônicos, a fórmula estrutural do benzeno, a direção das valências no átomo de nitrogênio e a relação entre atividade ótica e a constituição das substâncias orgânicas. Ainda em tal período, escreve, em dois volumes, o livro Ansichten über die Organische Chemie (Opiniões sobre a Química Orgânica). Segundo Van't Hoff, o próposito da segunda parte consistia em obter um conhecimento da natureza própria do carbono e das variações que ela sofre quando o elemento combina-se com outros átomos ou grupos de átomos. Para se alcançar este objetivo, devemos ter uma visão geral das reações químicas nas quais o átomo de carbono participa e das variações do caráter físico que as acompanham.

Em setembro de 1877, Van't Hoff é nomeado expositor de Química no Colégio da Cidade de Amsterdam - que um mês após é elevado à categoria de universidade. Em junho do ano seguinte, torna-se professor de Química, Mineralogia e Geologia.

Asteróides e Meteoritos

2010-05-16T11:44:00.000-07:00

Asteróides são grumos secos de rocha, metal ou mistura de ambos, que orbitam em torno do Sol. Suas trajetórias podem colidir, quando eles quebram e são lançados à Terra. Um meteoro ou pedaço de asteróide caído na Terra é chamado de meteorito. Há muito mais de um bilhão de asteróides e mais de duzentos mil já foram descobertos. Eles são material que não chegou a formar um planeta rochoso há cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, quando os planetas do Sistema Solar formaram-se. São em geral irregulares na forma e podem ter centenas de quilômetros de diâmetro ou ser do tamanho de um matação, um seixo ou um grão de poeira. Cerca de 100 asteróides têm diâmetro de cerca de 200 km. Mais de 90% dos asteróides estão no cinturão Principal, também conhecido como Cinturão de Asteróides. Ceres, o maior objeto em tal cinturão, foi reclassificado como planeta anão (ou planetóide) em 2006. Os asteróides próximos do planeta Terra têm órbitas que os tiram do cinturão. Os Troianos são dois grupos que seguem a órbita do planeta Júpiter, um à frente dele e outro atrás.

O primeiro close-up de um asteróide foi-nos dado pela sonda Galileo a caminho de Júpiter, em 1991. A chamada NEAR foi a primeira sonda a estudar um asteróide em profundidade, orbitando Eros em dezembro do ano 2000. Embora não projetada como um aterrisador, pousou no asteróide um ano depois. No ano de 2005, a Hayabusa mapeou o asteróide Itokawa e coletou uma amostra da superfície. Outro asteróide observado pela sonda Galileo foi o Ida que é um asteróide de cerca de 60 km de comprimento e com um satélite chamado Dáctil orbitando ao seu redor.

Pedaços de asteróides grandes demais para queimarem-se por completo na atmosfera da Terra caem em sua superfície. Mais de 3 mil desses meteoritos com mais de 1 kg atingem a Terra por ano. A maioria, por sorte, cai no mar. Cerca de 160 crateras foram identificadas - medem de alguns metros a 140 km de diâmetro. A maioria formou-se há mais de 100 milhões de anos.

Ohm e as Forças Eletroscópicas

2010-05-16T10:38:00.000-07:00

Em sua obra principal - intitulada Teoria Matemática das Correntes Elétricas -, escrita no ano de 1827, o renomado físico e matemático alemão Georg Simon Ohm (1789-1854) (retratado na fotografia acima) estabelece um paralelo entre seus conceitos e os conceitos expostos pelo físico e matemático francês Jean-Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) no livro Teoria Analítica do Calor: a intensidade da corrente, ou fluxo de eletricidade, é análogo ao do calor; o correspondente da temperatura é o que denomina força eletroscópica em um dado ponto. Ohm então apresenta a hipótese de que "uma molécula eletrizada só pode comunicar eletricidade ás moléculas contíguas (...) e a grandeza do fluxo entre duas moléculas contíguas é proporcional, em circunstâncias iguais, à diferença das forças eletroscópicas que as duas moléculas possuem, da mesma maneira que, na teoria do calor, o fluxo de calor é considerado como proporcional à diferença de suas temperaturas".

Ohm ainda considerava que "a tensão (ou força eletromotriz) é definida pelo seguinte princípio: quando dois corpos tocam-se, fica estabelecida no ponto de contato uma diferença constante entre suas forças eletroscópicas". Ohm descreve também esquematicamente como medir a força eletroscópica, através de um eletroscópio. Caracteriza este dispositivo como sendo um simples plano de prova de pequeníssimas dimensões, de tal maneira que, quando é posto em contato com a parte do condutor (percorrida por uma corrente) que pretende-se explorar, seja possível considerá-lo como substituído nessa parte; então, acontece que as forças eletroscópicas (desse plano de prova), medidas pela força que exercem sobre uma espécie de balança de Coulomb, são diferentes para os diversos pontos tocados e elas dão a conhecer as diferenças que existem no estado elétrico desses respectivos pontos.

Despercebidos durante muito tempo, os ilustres trabalhos de Ohm só ganharam projeção após confirmados por físicos como Fechner (em 1829) e Pouillet (em 1837). Já no ano de 1845, o grande físico alemão Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) identificava a "força eletroscópica" com o potencial elétrico.

A Classificação Biológica

2010-05-13T10:28:00.000-07:00

No ano de 1735, o naturalista sueco Carl von Linné (1707-1778), mais conhecido como Lineu, publicou o livro Systema Naturae, no qual propôs um sistema de classificação biológica coerente, que, por sinal, serviu de base para os sistemas de classificação modernos. O principal critério usado por Lineu era a organização corporal do organismo, ou seja, sua estrutura anatômica. Com tal feito, Lineu inaugurou um novo campo de estudo nas ciências naturais, a Taxionomia (do grego táxis, classificação, e nómos, regra). Desde então, os taxionomistas têm-se dedicado à tarefa monumental de identificar e catalogar mais de 2 milhões de espécies conhecidas. No sistema atual de classificação, além de semelhanças anatômicas, também são estudadas as semelhanças na composição química e na estrutura do genes.

Nos sistemas atuais de classificação, a primeira categoria de classificação, ou categoria taxionômica, é a espécie (do latim, species, tipo). Esta é definida como um conjunto de seres semelhantes, capazes de cruzar-se em condições naturais, produzindo descendência fértil. A partir da espécie derivam as outras categorias taxionômicas. Por exemplo, cães e lobos são espécies distintas, mas muito semelhantes. Por isso são reunidas em uma categoria taxionômica hierarquicamente superior, o gênero, neste caso denominado Canis (gênero dos cães), que agrupa diversas espécie de cão.

Gêneros que apresentam semelhanças significativas são reunidos em uma categoria hierarquicamente superior, a família. Por exemplo, as raposas não pertencem ao gênero dos cães (Canis), mas são semelhantes o bastante para serem classificadas, junto com os cães, dentro da família Canidae. Famílias semelhantes, por sua vez, são reunidas em ordens; ordens semelhantes são agrupadas em classes, e classes semelhantes são agrupadas em filos. Estes, por sua vez, compõem os reinos.

É importante salientar que, até o final do século passado, os biólogos agrupavam os seres vivos em dois grandes reinos: Animal e Vegetal. Todavia, em 1899, o grande biólogo alemão Ernst Haeckel (1834-1919) propôs a criação de dois novos reinos: Protista e Monera. Tais novos reinos reuniriam os organismos mais simples. Porém, já em 1969, o grande biólogo norte-americano Robert Harding Whittaker (1920-1980) sugeriu que fungos, até então classificados nos reinos Vegetal ou Protista, fossem separados em um reino à parte, denominado Fungi.

A Descoberta do Hidrogênio

2010-05-10T15:41:00.000-07:00

O isolamento e a identificação dos diversos gases como substâncias peculiares foram um dos maiores avanços da Química no século XVIII. Um dos primeiros passos importantes nesse sentido foi dada no início desse século, quando o fisiologista, químico e inventor inglês Stephen Hales (1677-1761) desenvolveu uma "cuba pneumática" que permitia recolher, isolar e medir a quantidade de gás desprendido pelas substâncias aquecidas. Na cuba pneumática, um recipiente de vidro é inicialmente enchido de água e colocado na vertical, com a boca mergulhada em uma bacia igualmente cheia desse líquido; assim, a pressão atmosférica mantém o frasco cheio de líquido. Hales aquecia diversas substâncias em frascos fechados, dos quais saía um tubo curvo que, por dentro da água, se introduzia no recipiente de vidro da cuba pneumática. O "ar" produzido por aquecimento - na verdade um gás qualquer, em geral muito diferente do ar atmosférico - passava pelo tubo curvo e encheria o referido recipiente, dele expulsando a água. Assim, o gás desprendido era recolhido e tornava-se fácil medir o seu volume.

Apesar do grande número de observações que realizou, obtendo quase sempre gases puros, Hales não chegou a reconhecer que essas substâncias diferiam entre si. Ele aceitava que só houvesse um tipo de ar e que as diversidades de cor, cheiro, inflamabilidade, etc. eram acidentais - devidas a "fumaças, vapores e espíritos sulfurosos". Contudo, foi em meados do mesmo século que o físico e químico escocês Joseph Black (1728-1799) iniciou as pesquisas que transformariam completamente o conhecimento sobre a natureza de tais substâncias. Estudando o gás carbônico ( CO2) - que é produzido normalmente na respiração de animais e vegetais ou na queima de substâncias orgânicas - Black mostrou que esse gás (que chamava de ar fixo) podia ser facilmente obtido pelo aquecimento de certas substâncias, como a pedra de cal (carbonato de cálcio) e a magnésia alba (carbonato básico de magnésio). Também constatou que, quando isso acontecia, as propriedades químicas dessas substâncias sólidas mudavam, mas que, unindo-se novamente o gás ao resíduo, elas recuperavam suas antigas propriedades. Mostrou, dessa forma, a existência de um outro "ar", bem diferente do atmosférico, e aboliu a velha ideia de que um "ar" não é capaz de tomar parte em reações químicas de qualquer tipo.

Além das descobertas de Hales e Black, na época do físico e químico inglês Henry Cavendish (1731-1810) também se conhecia a existência de um gás produzido pela dissolução de fios de ferro em ácido sulfúrico (H2SO4): o chamado "ar inflamável", pois, misturado ao ar, ele se incendiava. No entanto, nada mais se sabia a seu respeito. Foi Cavendish quem realizou, em 1766, o primeiro estudo detalhado sobre o ar inflamável, sendo, por isso, considerado o seu descobridor. Tendo produzido tal gás - que depois recebeu o nome de hidrogênio (do grego hýdor, que significa água, e genós, que significa geração) - a partir de diferentes substâncias, recolheu-o em uma cuba pneumática aperfeiçoada (que utiliza mercúrio ao invés de água), enchendo com ele várias bexigas secas de animais. Pesou-as a seguir, conseguindo mostrar que o hidrogênio é bem mais leve que o ar. Estava aí uma das maiores descobertas para o homem: o hidrogênio. Atualmente sabemos que o hidrogênio faz parte da molécula de água, é componente essencial para o maioria dos compostos orgânicos, serve para ligações em compostos orgânicos (ligação esta chamada de ponte de hidrogênio), é "combustível" para a maioria das estrelas (como o Sol) e combustível para foguetes, entre outras várias utilidades.

Tyndall e o Porquê do Azul do Céu

2010-05-08T15:19:00.000-07:00

John Tyndall (1820-1893) (retratado na fotografia acima), grande físico irlandês, fez pesquisas significativas sobre o comportamento da luz em determinadas circunstâncias. Uma das suas mais renomadas pesquisas foi sobre a difusão da luz. Prova de tais pesquisas é que a difusão da luz em suspensões coloidais ficou conhecida como efeito Tyndall: sempre que um feixe luminoso atinge um meio dessa natureza, parte da luz é transmitida, parte é difundida em todas as direções.

Para a Química, o efeito Tyndall constituiu-se em valioso recurso de análise quantitativa: a intensidade da luz difundida é diretamente proporcional ao número de partículas da solução coloidal em estudo, ou seja, a sua concentração; o ângulo de difusão relaciona-se com o tamanho dessas partículas. Recorrendo ao comportamento da luz em meios coloidais, Tyndall tenta uma explicação para o "azul do céu": "(...) Pode-se demonstrar, através de provas, as mais conclusivas, que a luz do firmamento é uma luz refletida. A luz do firmamento chega até nós numa direção transversal à direção dos raios solares; e este afluxo lateral ou oposto ao movimento ondulatório só pode ser devido ao choque das ondas no próprio ar, ou contra alguma coisa em suspensão no ar. Além disso, a luz solar não é refletida pelo firmamento nas proporções que produzem o branco. O céu é azul, o que indica um excesso de ondas mais curtas (...)".

Depois de refutar a hipótese que atribui a aperência do firmamento a uma eventual cor azul do ar, continua discutindo: "Suponhamos, pois, que partículas muito pequenas estejam difundidas em nossa atmosfera. Ondas de toda grandeza vêm chocar-se com elas e, em cada colisão, uma parte da onda incidente é desviada. Isso ocorre para todas as ondas do espectro, do vermelho ao violeta; mas em que proporções serão elas dispersas?". E Tyndall conclui que, devido às reduzidas dimensões das partículas atmosféricas, na parcela refletida predominarão as cores de baixo comprimento de onda - o azul, sobretudo. Tyndall então afirma: "As outras cores do espectro devem, até certo ponto, estar associadas ao azul (...), mas em proporções que diminuem do violeta ao vermelho."

Como divulgador da Ciência, John Tyndall atinge renome internacional. De diversos países chegam-lhe convites para proferir conferências ou orientar cursos. Pressionado pelo secretário da Smithsonian Institution, o grande cientista norte-americano Josef Henry (1797-1878), acaba atendendo ao pedido que lhe chega dos Estados Unidos da América.

Galáxias

2010-05-07T11:21:00.000-07:00

As galáxias (do grego galaktos, que significa leite) são sistemas de bilhões de estrelas, unidas por sua própria gravidade, em geral misturadas com poeira e gás. Existem vários tipos e parecem ser transformadas por colisões dentro de aglomerados de galáxias. A nossa galáxia, a Via Láctea (do latim via, que significa rio, e láctea, que significa leite), abriga o Sol e todas as estrelas que podemos ver no céu. É um vasto sistema espiral situado a cerca de dois terços a partir do centro, na borda exterior de um braço espiral. Como a galáxia tem a forma de um disco, há mais estrelas em nossa linha de visão quando olhamos ao longo do plano dela do que quando olhamos para cima ou para baixo do plano - as densas nuvens de estrela do plano formam a faixa da Via Láctea que se enrola em volta do céu. O Sol gira em torno do centro da galáxia uma vez a cada 200 milhões de anos, aproximadamente, porém a Via Láctea não comporta-se como um corpo sólido e as regiões internas orbitam em torno do centro mais depressa que as externas. A região central é dominada por um denso centro de antigas estrelas vermelhas e o disco externo tem uma mistura de estrelas. As estrelas azuis mais brilhantes concentram-se nos braços espirais, em geral em aglomerados abertos formados há pouco. As estrelas no disco e nos braços espirais da Via Láctea, chamadas estrelas de População I, são em geral relativamente jovens. Estrelas mais velhas encontradas no centro e nos aglomerados globulares formam a população II.

A Via Láctea não está só em sua região do espaço. Para o seu tamanho, as galáxias estão relativamente comprimidas, e nossa galáxia é um membro-chave de um pequeno aglomerado, o chamado Grupo Local, que contém pelo menos mais duas dúzias de galáxias pequenas e dois outros membros maiores: as espirais Andrômeda e Triângulo, a cerca de 2,5 milhões de anos-luz de distância. Andrômeda, duas vezes maior que a Via Láctea, é a maior galáxia do Grupo Local. A atração gravitacional entre as duas é tão forte que estão se aproximando e fatalmente colidirão e se fundirão daqui a bilhões de anos.

A cerca de 160 mil anos-luz de distância orbitam duas galáxias "irregulares", sem forma e tamanho moderado: as chamadas Nuvens de Magalhães. Ainda mais próxima, uma minúscula e esparsa galáxia "anã elíptica" está de fato colidindo com a nossa do outro lado do centro galáctico.

Algo extremamente interessante que sabe-se sobre a Via Láctea é que em seu centro há um buraco negro com massa de três milhões de Sóis. Ele há muito sugou as estrelas e o gás da região à sua volta, entretanto, sua gravidade ainda afeta a rotação das estrelas no centro. É provável que a maioria das grandes galáxias tenha buracos negros com massas enormes em seu centro.

O Efeito Termoiônico e a Válvula Diodo

2010-05-06T17:22:00.000-07:00

Os elétrons livres existentes em um corpo metálico possuem, a qualquer temperatura, um movimento aleatório em virtude de sua agitação térmica (de modo muito parecido ao que ocorre com as moléculas de um gás). Os elétrons que, nesta agitação constante, atingem a superfície do metal, são atraídos pelos íons positivos (os cátions) da rede cristalina e, à temperatura ambiente não possuem energia suficiente para vencer esta atração, permanecendo, assim, no corpo do metal. Todavia, se a temperatura do corpo for aumentada, a agitação térmica dos elétrons aumentará e um grande número deles conseguirá escapar da atração dos íons positivos. Estes elétrons que escapam do material passam a formar uma nuvem eletrônica próxima à superfície do corpo. Este fenômeno de emissão de elétrons pela superfície de um metal aquecido é denominado emissão termoiônica e foi observado, pela primeira vez, pelo célebre inventor norte-americano Thomas Alva Edison (1847-1931) (retratado na fotografia acima). Por este motivo, a emissão termoiônica costuma ser também denominada efeito Edison.

Edison conseguiu fazer tal descoberta da seguinte maneira: introduziu na parte superior de uma lâmpada elétrica comum uma placa metálica, situando-a, assim, em frente ao filamento metálico.

A placa foi ligada ao pólo positivo de uma bateria e o filamento ao pólo negativo da mesma bateria. Como sabe-se atualmente, este filamento, ao ser aquecido pela bateria (o que chamamos de efeito Joule, em homenagem à James Prescott Joule), emitia uma grande quantidade de elétrons que eram atraídos pela placa. Em virtude disso, Edison observou que uma corrente elétrica era estabelecida no circuito da bateria, sendo indicada por um amperímetro. Naquela época, nem Edison, nem outros cientistas conseguiram uma explicação para o fato.

O efeito termoiônico encontra a sua mais importante aplicação na construção das chamadas válvulas eletrônicas, usadas amplamente em aparelhos de rádio, televisões, etc. A mais simples das válvulas eletrônicas é denominada diodo (o nome indica que ela possui dois eletrodos) e nada mais é do que uma adaptação da lâmpada com a qual Edison descobriu o efeito termoiônico. A válvula diodo consiste de um cilindro metálico (o catodo, ou seja, o eletrodo negativo), que é aquecido por meio de um filamento existente em seu interior, no qual passa uma corrente elétrica. Este cilindro é envolvido por outro, também metálico, que constitui o anodo da válvula (eletrodo positivo).

Cultura: Um Nicho Ecológico

2010-05-06T11:27:00.000-07:00

Em quanto tempo a evolução processa-se e como situar o homem na escala evolutiva são problemas que ainda desafiam a Ciência. Nos vários quadros que traçam as linhas gerais da evolução, estabelecendo um paralelo entre o tempo geológico, existem muitos elementos especulativos. A localização do homem como caso particular do desenvolvimento evolutivo foi, desde o início da teoria evolucionista - sobretudo depois que o célebre naturalista britânico Charles Darwin (1809-1882) publicou seu livro A Estirpe do Homem -, o centro dos mais ferozes ataques dirigidos pelos ultra-conservadores. Estes não podiam aceitar que a espécie humana tivesse ascendentes animais. E, muito menos, que fossem gorilas ou outros gêneros de macacos. Na realidade, fez-se uma certa confusão, proposital ou não, ao se afirmar que o homem descende do gorila: já que ambos são contemporâneos, a verdadeira proposição seria a de indicar para homens, gorilas e outros primatas a mesma faixa de ancestrais comuns. E isso foi muito bem feito.

Em seu livro Processos de Evolução Orgânica, o ilustre geneticista norte-americano George Ledyard Stebbins Jr. (1906-2000) (retratado na fotografia acima) comenta: "Estudos recentes da morfologia e da química comparada de proteínas mostraram que o Homo sapiens, o chimpanzé e o gorila relacionam-se muito mais estreitamente que qualquer dessas espécies com os outros macacos antropóides, como o orangotango e com gibão. Aquelas três espécies descendem provavelmente de um grupo de macacos que eram comuns na Eurásia e na África durante o Mioceno. Os ancestrais imediatos do Homo sapiens foram os australopitecos, que viveram na África do Norte e na Eurásia, no fim do Plioceno e no início do Pleistoceno. A primeira espécie do gênero Homo, o H. erectus, estava disseminada pela Eurásia durante o médio pleistoceno e, provavelmente, evoluiu em direção ao homem moderno por meio de uma série de estágios, sem se desmembrar em espécies separadas. As diversas particularidades que distinguem o homem dos macacos provavelmente evoluíram a taxas um pouco diferentes. Uma das primeiras características humanas a aparecer foi o uso de instrumentos, que precedeu o aumento do tamanho do cérebro e acompanhou a mudança da postura quadrúpede para a postura ereta".

Todavia, pode-se afirmar que o bipedismo não oferece vantagens do ponto de vista da sobrevivência. O bipedismo apenas liberta as mãos, especializando-se de forma diversa dos pés, na fabricação de instrumentos. A vantagem do bipedismo é, portanto, de nível cultural. E os seres bípedes conseguiram sobreviver defendidos pela vantagem da cultura que eles criaram.

Referindo-se ao homem moderno, Stebbins considera como seu aspecto mais marcante a evolução cultural, e analisa: "Os processos da evolução cultural não são controlados pelos processos biológicos de mutação, recombinação gênica e seleção natural, mas pela invenção, desenvolvimento de ideias, aprendizagem, previsão, difusão cultural e seleção consciente".

O Flogístico: Um Atraso para a Química

2010-05-05T09:05:00.000-07:00

Já no século XVIII, fazendo a distinção entre os corpos simples e complexos - ainda que de modo pouco preciso, rudimentar e insatisfatório - os químicos já eram capazes de dizer com bastante clareza quais os corpos simples que, reunidos sob determinadas condições, davam origem a certos corpos complexos. Uma coisa, todavia, preocupava os pesquisadores: o fato de uma substância mudar de aspecto e ter alterada suas propriedades físicas e químicas quando queimada. Como ainda eram poucos os gases conhecidos, os químicos não podiam imaginar que a combustão do enxofre (S), por exemplo, se devesse a um mecanismo análogo ao da formação de um sal a partir de um ácido e um álcali (ou, em linguagem moderna, uma base). Alem disso, os cientistas acalentavam a esperança de descobrir um agente universal, que, de uma vez por todas, acabasse com as controvérsias que cercavam os "princípios", fossem eles escolásticos ou devidos ao cientista holandês Phillipus Aureolus Theophrastus Bombastus Von Hohenheim (1493-1541), mais conhecido como Paracelso.

A chamada teoria do flogístico satisfaz essas duas reivindicações e encontrou no químico, médico e metalúrgico alemão Georg Ernst Sthal (1659-1734) o seu mais fervoroso adepto. O flogístico, ou fogo-princípio, não deveria ser confundido com o fogo visível, que se produz durante uma combustão. Tratava-se de um elemento imponderável, contido em todos os corpos combustíveis. No momento da combustão, o flogístico abandonaria o corpo em questão, e a isso devia-se sua mudança de características. Dessa maneira, o enxofre, submetido à combustão, perderia seu flogístico e se transformaria em gás sulfuroso; os óleos, quando queimados, passariam a gás carbônico, água e alguns resíduos; e assim por diante.

A teoria do flogístico reinou soberana por muito tempo, pois satisfazia a todos, desde atomistas e newtonianos, até os cartesianos. Era o coroamento de um esforço de síntese que os químicos almejavam há três séculos. E nenhuma outra teoria foi capaz de se lhe antepor.

Para os cientistas modernos, o conceito de uma substância impalpável e mal definida como o flogístico pode parecer totalmente absurda; na época em que surgiu, no entanto, este conceito não era mais misterioso que, por exemplo, a eletricidade ou o magnetismo. Na verdade, a teoria do flogístico foi muito bem aceita, pois explicava de maneira satisfatória a maioria dos fenômenos então conhecidos. Grandes cientistas como Joseph Priestley (1733-1809), Henry Cavendish (1731-1810), Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) e Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) alinharam-se na defesa dessa teoria. Porém, o célebre químico francês Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) (retratado na fotografia acima) lutava veemente contra tal teoria. Lavoisier tinha conhecimento nas falhas dessa teoria e percebeu que a causa dos corpos se queimarem tinha imensa relação com o gás oxigênio (O2) presente no ar.

Arquimedes e a Quadratura da Parábola

2010-05-03T13:04:00.000-07:00

Tradicionalmente, a geometria grega, desde seus primórdios, mais ou menos no século IV a. C. ou III a. C., vinha investigando processos de transformação de figuras curvas em retas, equivalentes. A quadratura do círculo, por exemplo, constituía um problema que vários matemáticos procuraram resolver. O grande matemático e filósofo grego Arquimedes (287 a. C. - 212 a. C.) (retratado na fotografia acima) dedicou-se profundamente a esse tipo de questão - e um dos seus principais livros sobre Matemática intitulou-se Tratado da Quadratura da Parábola.

A transformação do curvilíneo em retilíneo é feita por Arquimedes através do chamado método "de exaustão". Se um triângulo é inscrito num círculo, sua área é tão claramente menor que a do círculo quanto a do triângulo circunscrito é maior. No entanto - eis o procedimento adotado por Arquimedes - multiplicando-se o número de lados formados, inscritos e circunscritos, já aproximam-se da área do círculo. E com o multiplicar sucessivos dos lados, os polígonos assim formados apresentam áreas que crescem (para os inscritos) e diminuem (para os circunscritos), aproximando-se da do círculo, embora nunca coincidem com ela.

Arquimedes conseguiu ir multiplicando o número de lados dos polígonos até obter figuras de 96 lados; verificou que as áreas respectivas, apesar de cada vez mais próximos do círculo, eram sempre um pouco maiores ou um pouco menores. Havia aqui também um procedimento que subentendia a aproximação de um valor exato - a área do círculo; esta era um "limite" a ser atingido, uma "justa medida" que só permitia abordagens aproximadas. O que estava implícito nesse método de resolução de um problema geométrico era - como no caso do estabelecimento do valor do número pi - a existência de valores infinitesimais, que justificavam a gradativa variação de tamanhos e grandezas. Aqui também Arquimedes antecipa conquistas que a Matemática só efetivará plenamente no final do século XVII, com o cálculo infinitesimal do matemático e filósofo alemão Wilhelm Leibniz (1646-1716) e do matemático, físico e astrônomo inglês Sir Isaac Newton (1642-1727). (Em relação ao número pi, pode-se dizer que representa o quociente entre o comprimento de uma circunferência e seu respectivo diâmetro. Tal número é irracional e constante em todas as circunferências; seu valor é aproximadamente 3,1415926535897932384626...)

A Descoberta da Fotossíntese

2010-05-02T17:12:00.000-07:00

Mesmo empregando métodos de pesquisa bastante simples e até mesmo rudimentares, o grande químico britânico Joseph Priestley (1733-1809) conseguiu dar importantes contribuições à história da Química e da Biologia. Ao experimentar a ação dos gases, que descobria sobre seres vivos, concluiu, espetacularmente, que os vegetais, ao contrário dos animais, eliminam oxigênio (O2). Estava dado o primeiro passo importante no estudo da chamada fotossíntese.

Utilizando o gás carbônico (CO2), Priestley verificou que as plantas absorvem este gás e, uma vez colocadas em um lugar iluminado, enriquecem o ambiente em oxigênio. A importância da luz nesse processo passou despercebida ao cientista, porém sua descoberta serviu de base para estudos posteriores, que foram desvendando os mecanismos da vida vegetal. Coube, então, a um contemporâneo de Priestley, o médico holandês Jan Ingenhousz (1730-1799) (retratado na fotografia acima) dar o passo seguinte no conhecimento dos fenômenos da fotossíntese. Trabalhando em Londres, em 1766 ele destacou-se pelo emprego da inoculação da varíola no tratamento desta doença. Graças a esse trabalho, que trouxe-lhe renome internacional, foi chamado pela imperatriz austríaca Maria Teresa para residir na capital austríaca, Viena, para onde partiu em 1968. Foi nessa época que a respiração das plantas começou a despertar seu interesse. Para se libertar da absorvente vida da aristocracia vienense, que prejudicava seus estudos, e, ao mesmo tempo, para obter melhor material de trabalho, Ingenhousz acabou voltando para Londres, em 1779. No mesmo ano de seu retorno, foi eleito membro da Sociedade Real de Londres (o Royal Society of London) e passou a ser protegido de lorde Shelbourne (o mesmo Shelbourne que havia amparado Priestley), em cuja residência instalou seu laboratório.

Um dos grandes méritos do cientista holandês foi a introdução da noção de equilíbrio entre vida vegetal e vida animal. O resultado de suas pesquisas, publicado no livro intitulado Experiência Sobre Vegetais Para Descobrir Seu Grande Poder de Purificação do Ar Comum ao Sol e de Poluí-lo na Sombra e Durante a Noite, demonstra que as partes verdes das plantas fixam o gás carbônico livre na atmosfera e que esse poder existe somente quando a luz incide sobre as plantas. Na obscuridade, ao contrário, as plantas libertam tal gás. Detalhando suas experiências, Ingenhousz mostrou que a produção de oxigênio é muito intensa à luz solar direta e deficiente em dias de luz difusa, mas que nem todas as plantas atuam da mesma maneira durante o período de iluminação do dia: algumas não desprendem oxigênio algum após o crepúsculo do Sol, enquanto outras fazem na nesse mesmo período. Assinalava ainda que, na obscuridade, as plantas não só deixam de libertar oxigênio como viciam ainda mais o ar. A produção de oxigênio ocorre principalmente na face inferior das partes verdes do vegetal e nas folhas jovens menos que nas totalmente desenvolvidas. Mostrou também que as plantas aquáticas liberam o mesmo gás.

Os Estados Quânticos

2010-04-30T10:16:00.000-07:00

Os cientistas, na década de 1910, chegaram a estranhas conclusões a respeito do comportamento dos elétrons (partículas subatômicas que giram em torno do núcleo atômico). Não pode-se, por exemplo, determinar a posição e a velocidade de um elétron em um determinado instante, porém, teremos uma probabilidade P de encontrar o elétron em uma determinada posição com uma determinada velocidade. Essa propriedade foi descoberta pelo grande físico alemão Werner Karl Heisenberg (1901-1976) e pode ser conhecida como Princípio de Heisenberg ou Princípio da Incerteza. Embora possuam massa e carga elétrica, as propriedades dos elétrons são a de uma nuvem de carga negativa, concentrada em alguns pontos e rarefeita em outros. No entanto, podem-se construir modelos, isto é, imaginar a forma como eles estão dispostos e, a partir daí, verificar se o modelo construído está de acordo com os dados empíricos. Assim, do conhecimento de que os elétrons estão presos ao átomo, conclui-se que eles devem possuir energia, pois é necessário fornecê-la, para retirá-los de sua respectiva órbita ou do próprio átomo. Experiências realizadas evidenciaram que a energia não é a mesma para todos os elétrons de um átomo, e que há certos valores que eles não podem ter: os elétrons ocupam níveis energéticos distintos. Isso significa que um elétron não passa de um nível de energia percorrendo valores intermediários, como um veículo automotivo, que, dos 60 km/h aos 70 km/h, deve necessariamente passar pelos 61,62,63,64,65, etc. Esses níveis de energia são quantidades descontínuas ou discretas - os chamamos de estados quânticos dos elétrons.

Dessa forma, é possível imaginar os elétrons dispostos em camadas, cada uma delas correspondente a um nível, um estado quântico. Para ajustar esse modelo a dados obtidos experimentalmente, o grande físico austríaco Wolfgang Ernst Pauli (1900-1958) postulou que um mesmo estado quântico não pode ser ocupado por mais de um elétron. Essa princípio ficou conhecido como Princípio da Exclusão de Pauli. Por isso, o comportamento global de um corpo é altamente influenciado pelo que acontece com os elétrons da última camada eletrônica (também conhecida como camada de valência). É o que ocorre com as propriedades químicas das substâncias: quando um elemento é composto por átomos com camadas inteiramente preenchidas, torna-se muito estável, a ponto de sua afinidade química é tão baixa que praticamente não reage; é o ocorre com os chamados gases inertes ou gases nobres, que são respectivamente o hélio (He), o neônio (Ne), o argônio (Ar), o xenônio (Xe), o criptônio (Kr) e o radônio (Rn).

Quando a última camada a ser preenchida dispõe de apenas um elétron, este confere à substância caráter fortemente metálico. É o que acontece nos metais alcalinos, respectivamente o lítio (Li), o sódio (Na), o potássio (K), o rubídio (Rb) e o césio (Cs). Nos halogêneos, como flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br) e iodo (I), ocorre o contrário: são sete os elétrons da última camada em cada átomo, que está assim quase completa. Dessa forma é mais fácil a um metal alcalino perder elétron do que ganhar outro. Exatamente o oposto ocorre no caso do halogêneo, que é um não-metal (ou ametal). De qualquer forma, qualquer átomo apresenta-se eletricamente neutro: a carga negativa (dos elétrons) tem o mesmo valor que a positiva (dos prótons). Quando perde um de seus elétrons, o átomo fica ionizado: transforma-se em um íon positivo (os chamados cátions). A ionização (isto é, o desequilíbrio entre cargas positivas e negativas em um átomo) também pode ocorrer de maneira inversa, como acontece com os halogêneos: o átomo recebe um elétron, que completará sua última camada, tornando-se assim um íon negativo (os chamados ânions).

Aparelho de Golgi e Organelas Citoplasmáticas

2010-04-29T15:47:00.000-07:00

No final do século XIX, o grande médico e histologista italiano Camillo Golgi (1844-1926) apontou a existência de um aparelho no citoplasma de certas células, de áreas com afinidade por metais pesados, como a prata e o ósmio. Anos mais tarde, descobriu-se que nos locais apontados por Golgi havia estruturas bem definidas, denominadas posteriormente como aparelhos ou complexo de Golgi, em homenagem a seu descobridor. Ao microscópio eletrônico, o aparelho de Golgi aparece como pilhas de sacos membranosos achatados, cada uma delas denominada golgiossomo ou dictissomo. O aparelho de Golgi é uma local onde substâncias são transformadas, empacotadas e finalmente remetidas para outras regiões da célula ou para o meio extracelular. Proteínas sintetizadas no retículo endoplasmático granular, por exemplo, passam pelo aparelho de Golgi, onde sofrem modificações e são enviadas aos locais onde desempenharão suas respectivas funções.

O aparelho de Golgi desempenha papel fundamental na eliminação de substâncias úteis ao organismo, processo este denominado secreção celular. Praticamente todas as nossas células fabricam e secretam proteínas que atuarão no meio externo. Por exemplo, as enzimas digestivas produzidas pelas células no pâncreas são sintetizadas no retículo endoplasmático granular e enviadas ao aparelho de Golgi. Por conseguinte são empacotadas em pequenas bolsas membranosas, que se desprendem dos dictissomos e migram para o pólo celular voltado para a cavidade pancreática. Quando há alimento para ser digerido, vesídulas cheias de enzimas deslocam-se até a membrana plasmática, fundem-se com ela e eliminam seu conteúdo para o canal do pâncreas. Através deste, as enzimas chegam até o intestino delgado, onde participam da digestão dos alimentos.

Outro grande exemplo do papel secretor do aparelho de Golgi ocorre nas células produtoras de muco, substância lubrificante que recobre os revestimentos internos do nosso corpo. O muco é constituído por moléculas de glicídios e proteínas (o que podemos chamar de glicoproteínas), que combinam-se quimicamente no interior dos sacos do aparelho de Golgi. Bolsinhas contendo muco são constantemente liberadas e expelidas pelas células mucosas, lubrificando a superfície das células adjacentes.

Além do retículo endoplasmático e do aparelho de Golgi, o citoplasma de uma célula eucariótica contém inúmeras estruturas membranosas, no interior das quais ocorrem processos metabólicos específicos. Essas estruturas atuam como pequenos órgãos das células, daí serem denominadas organelas ou orgânulos citoplasmáticas. As principais organelas citoplasmáticas são os lisossomos e os peroxissomos, relacionados a processos digestivos intracelulares, e as mitocôndrias e os plastos, relacionados a processos energéticos.

História e Catalogação das Constelações

2010-04-27T15:15:00.000-07:00

Os astrônomos dividem a esfera celestes em seções chamadas constelações. Estas originam-se com os padrões de estrelas imaginados pelos povos antigos para representar seus heróis míticos, deuses e animais exóticos. Atualmente, as constelações são apenas áreas do céu com limites estabelecidos por acordo internacional, embora conservem seus nomes antigos como Perseu, Andrômeda, Órion, entre outros. Por volta de 150 d. C., o célebre astrônomo e geógrafo grego Ptolomeu (90-168) produziu um catálogo de estrelas dividido em 48 constelações que desde então foi a base de nosso sistema de constelações. No final do século XVI, um excelente cartógrafo holandês, Petrus Pancius (1552-1622), e dois navegadores também holandeses, Pieter Dirkszoon Keyser (1540? - 1596) e Frederick de Houtman (1571-1627), acrescentaram algumas constelações, entre as quais uma dúzia no extremo sul do céu, abaixo do horizonte para os gregos antigos. Outras foram acrescentadas no fim do século XVII pelo astrônomo polonês Johannes Hevelius (1611-1687), preenchendo assim as lacunas entre as constelações gregas.

O quadro foi completado nos anos de 1750 por um astrônomo francês chamado Nicolas Louis de Lacaille (1713-1762), que concebeu 14 constelações representando aparelhos da ciência e das artes no céu austral. Ao todo, 88 constelações enchem o céu, com nomes e limites definidos pela União Astrônomica Internacional, o órgão regulador internacional de Astrônomia. Todas as estrelas dentro dos limites de uma constelação são consideradas pertencentes a ela, quer façam ou não parte da figura que traça. Os nomes na maioria das vezes são abreviados em três letras - por exemplo, a constelação de Cassiopéia torna-se Cas e a constelação de Cão Maior, CMa.

As estrelas têm uma confusa variedade de designações e podem ter vários apelidos. As mais brilhantes são rotuladas com letras gregas, sistema concebido em 1603 pelo astrônomo alemão Johann Bayer (1572-1625). A letra é usada com a forma genitiva (possessiva) do nome da constelação - por exemplo, Alfa de Centauri. Algumas estrelas brilhantes têm também nomes próprios, como Sirius e Betelgeuse. Com estrelas de brilho mais fraco, usam-se números, como em 61 Cygni.

Um sistema diferente de nomeação é usado para os chamados objetos do céu profundo, como estrelas, nebulosas e galáxias. A primeira lista desses objetos foi compilada pelo astrônomo francês Charles Messier (1730-1817), e eles ainda são conhecidos por seus números M, ou Messier. O catálogo final de Messier, lançado em 1781, continha pouco mais de 100 objetos, número que cresceu rapidamente com o aperfeiçoamento dos telescópios. o New General Catalogue (NGC), de 1888, continha 7.840 objetos e mais de 5 mil foram acrescentados em dois suplementos chamados Index Catalogues (IC).

Bunsen e a Iluminação Elétrica

2010-04-26T12:36:00.000-07:00

A pilha de carvão e zinco (símbolo Zn), denominada pilha de Bunsen, é uma das mais conhecidas descobertas do célebre químico alemão Robert Wilhelm Eberhard von Bunsen (1811-1899) (retratado na fotografia acima). A sua construção, no ano de 1841, marcou uma nova era na produção econômica da eletricidade. Substituindo por carvão das placas de platina da pilha do físico galês William Robert Grove (1811-1896), conseguiu reduzir o custo de sua produção e ampliou o tempo durante o qual a corrente elétrica pode ser mantida em valor máximo. O êxito da invenção deveu-se ao método criado para evitar a ação desintegradora do ácido nítrico (fórmula HNO3) concentrado sobre o carvão, aquecendo-se intensamente os bastões cilíndricos. Já em 1843, Bunsen assinalava que a corrente elétrica pode ser usada como meio de iluminação. Utilizando uma bateria de 44 elementos, Bunsen mostrou como seria possível obter uma luz equivalente a 1171,3 velas, consumindo apenas uma libra de zinco por hora e "dando", segundo Bunsen, "um brilho que dificilmente os olhos podem suportar". Além disso cobrindo-se os dois pólos de carvão do arco com o globo de vidro, se reduz o desgaste por oxidação. Usando a sua pilha, Bunsen realizou várias experiências eletroquímicas, confirmando a lei de Faraday, segundo a qual a massa de uma substância produzida por eletrólise é diretamente proporcional à eletricidade consumida.

A partir de 1852, Robert Bunsen concentrou sua atenção no emprego da pilha para a preparação eletrolítica (passagem da corrente elétrica através de uma solução) dos metais. Alguns destes ainda não haviam sido obtidos e outros eram produzidos apenas em minúsculas quantidades, o que dificultava o estudo de suas propriedades químicas e físicas. O primeiro metal que conseguiu isolar assim foi o magnésio (símbolo Mg). A dificuldade residia no fato de os glóbulos do magnésio serem mais leves que o cloreto usado na eletrólise. Por tal motivo, passavam rapidamente para a superfície, queimando-se no contato com o oxigênio (símbolo O) presente no ar. Para evitar isso, Bunsen criou concavidades no pólo do carbono (símbolo C), no qual o metal se forma e onde os seus glóbulos se acumulam, evitando assim o contato com o ar. Posteriormente, Bunsen conseguiu medir as propriedades luminosas do magnésio e mostrou que poderia ser usado para fins fotográficos.

Citoesqueletos e Centríolos

2010-04-23T11:35:00.000-07:00

As células eucarióticas (células que possuem núcleo definido envolvido por um envoltório celular) possuem, na camada citoplasmática, uma rede de tubos e fios protéicos finíssimos, entrelaçadas e interligados de modo a dar sustentação esquelética á célula. Tal rede podemos classificar como citoesqueleto. Os componentes fundamentais do citoesqueleto são os microtúbulos, formados por moléculas de uma proteína chamada tubulina. Um microtúbulo mede cerca de 28 nanometros de diâmetro externo e 14 nanometros de diâmetro interno; seu comprimento pode atingir alguns micrometros. Em células que não estão dividindo-se, os microtúbulos convergem para um ponto próximo ao núcleo, denominado genericamente como centro celular. Durante as divisões celulares, os microtúbulos se organizam entre os dois pólos da célula, constituindo o fuso ou aparelho mitótico, responsável pela separação dos cromossomos.

Além de sustentar a célula, o citoesqueleto é responsável pela organização interna e pelos movimentos celulares. A formação dos pseudópodos, por exemplo, ocorre devido ao alongamento e encurtamento das fibras do citoesqueleto. Certos filamentos do citoesqueleto são os responsáveis pela contínua movimentação do líquido citoplasmático, a ciclose, que permite a circulação de substâncias na célula.

Centríolos são estruturas citoplasmáticas presentes nas células da maioria dos organismos eucarióticos, com exceção das plantas angiospermas (frutíferas). Um centríolo é uma cilindro que mede cerca de 150 nanometros de diâmetro por 300 a 500 nanometros de comprimento. As paredes desse cilindro são formadas por nove conjuntos de três microtúbulos. Existe um par de centríolos por célula, a eles geralmente dispõem-se bem próximos um ao outro, em oposição perpendicular característica. O par de centríolos localiza-se perto do núcleo, no centro celular, para onde convergem os microtúbulos do citoesqueleto. Os centríolos desempenham um importantíssimo papel na reprodução celular.

Fonte de Energia Estelar

2010-04-22T09:00:00.000-07:00

Nas primeiras décadas do século XX, os astrônomos possuíam as técnicas para estudar as características das estrelas distantes, e até suas composições, porém, a fonte de energia que há dentro delas a as faz brilhar continuava desconhecida. A descoberta de elementos radioativos na década de 1990 abriu caminho para novas técnicas de datação que sugeriram que a Terra tem vários bilhões de anos. Como admite-se em geral que o Sol e os planetas formaram-se ao mesmo tempo, isso significa que também o Sol brilha há bilhões de anos, entretanto, nenhuma fonte de energia conhecida teria sido capaz de sustentá-lo por tanto tempo (antes considerava-se que a contração e o aquecimento gravitacionais poderiam tê-lo sustentado por alguns milhões de anos). Felizmente, além de revelar o problema, a Física Nuclear deu também a solução. Com maior conhecimento das reações entre núcleos atômicos, astrônomos como o renomado astrônomo britânico Sir Arthur Eddington (1882-1944) começaram a compreender que a fusão nuclear (a junção de núcleos atômicos leves para formar outras mais pesados) era uma fonte potencial de imensa energia a partir da destruição de pouco material. Só no ano de 1938 o célebre físico teuto-estadunidense Hans Albrecht Bethe (1906-2005) elucidou os detalhes da cadeia de fusão do hidrogênio que dá energia a estrelas como o Sol. Estima-se atualmente que o Sol e estrelas semelhantes têm massa de hidrogênio suficiente para brilhar por cerca de dez bilhões de anos.

O processo de fusão nuclear, como a que ocorre no Sol, consiste no seguinte: átomos de hidrogênio H-1 e seu respectivo isótopo, denominado deutério H-2, fundem-se dois a dois entrando logo em seguida em decaimento radioativo, se transformando assim em núcleos atômicos de hélio He-2. Esse processo libera uma imensa quantidade de energia (que pode ser calculada pela equação de Einstein E = mc²) muito maior que a energia de fissão nuclear (desintegração de núcleos atômicos). Para que ocorra a fusão nuclear tem-se que haver uma imensa temperatura (cerca de 10 000 ºC), o que pode ocorrer facilmente em estrelas. As estrelas emitem, conforme seus processos nucleares, tipos de partículas que têm uma interação muito fraca com a matéria (atravessam a matéria). Tais partículas foram descobertas pelo grande físico alemão Wolfgang Ernst Pauli (1900-1958) e denominadas por ele como neutrinos. Esses neutrinos chocam-se quase que continuamente com o planeta Terra, atravessando assim a matéria nele existente. Isso mostra que neutrinos estão sempre atravessando nossos corpos, porém, pela sua massa nula e sua fraca interação com a matéria, não podemos senti-los. Observatórios de neutrinos usam imensos tanques detectores subterrâneos para registrar tais partículas.

Um fato interessante sobre as estrelas e toda matéria existente no planeta Terra (incluindo nós, seres vivos) é que somos todos "constituídos de estrelas". Essa afirmação é um tanto estranha, porém é a puríssima verdade. Pelos processos nucleares ocorridos nas estrelas, ocorrem certos decaimentos radioativos, acarretando na criação e disseminação no espaço de vários tipos de elementos químicos. Podemos afirmar que todo os elementos químicos existentes no planeta Terra são vindos de estrelas, como o Sol, desde o início do nosso Universo. Salientando-se que toda a matéria é constituída de elementos químicos, assim como a matéria orgânica como nos seres vivos, podemos concluir que somos feitos de "poeira das estrelas", pois somos constituídos de elementos químicos provenientes das estrelas.

O Mistério do Campo Magnético Terrestre

2010-04-21T06:02:00.000-07:00

Podemos afirmar, atualmente com grande carga de certeza, que o planeta Terra comporta-se como um imenso imã, estabelecendo um campo magnéticos no espaço em torno dela (além, é claro, de seu campo gravitacional). O eixo geomagnético, que liga os pólos norte e sul magnéticos, não coincide com o eixo geográfico da Terra, ou seja, com seu respectivo eixo de rotação. O ângulo formado por esses eixos é de aproximadamente 13° e, assim, o pólo sul magnético está situado a cerca de 1300 km do pólo norte geográfico, em um espaço ao norte da Baía de Hudson, no Canadá (salientando-se, é claro, que pode-se afirmar que o pólo magnético da Terra está situado próximo ao pólo norte geográfico é um pólo sul magnético). Durante um vasto período de tempo, os cientistas acreditavam que o campo magnético da Terra era criado por enormes porções de minerais de ferro magnetizado, existente no interior do nosso planeta e distribuídas de maneira a criar o grande imã-Terra. Todavia, atualmente sabe-se com certeza que tal hipótese não é verdadeira, porque a matéria existente no interior da Terra está em temperatura tão elevada que o ferro e o níquel ali existentes encontram-se no estado líquido. Em tais condições, é totalmente impossível orientar os imãs elementares dessas substâncias, posto que mantêm-se em uma distribuição caótica, não dando origem, portanto, a nenhum efeito magnético externo.

Não há, até a atual data, nenhuma explicação completa e detalhada da origem do campo magnético terrestre. A teoria mais aceita é a de que este campo é criado por enormes correntes elétricas, circulando na camada líquida existente no interior da Terra, que experimentalmente é altamente condutora elétrica. Tal teoria explica satisfatoriamente as principais características do campo magnético terrestre, e também de campos magnéticos existentes em outros planetas, como Mercúrio e Júpiter. Todavia, a fonte de energia necessária para criar e manter essas correntes é ainda desconhecida, constituindo assim um tema de pesquisa e interesse permanente. O que há de mais enigmático sobre o campo magnético do planeta Terra são as várias inversões de polaridade que ele já experimentou: observações geológicas permitiram concluir que seu sentido foi invertido cerca de 170 vezes nos últimos 17 milhões de anos, isto é, a cada 100.000 anos! Para tal fato, também não foi possível, ainda, encontrar uma explicação adequada.

Um fato que é extremamente relacionado ao campo magnético terrestre é as chamadas aurora boreal e aurora austral, que podem ser muito bem observadas na atmosfera, nas proximidades do pólo norte e pólo sul da Terra. Os termos aurora boreal e aurora austral significam, respectivamente, "luzes do norte" e "luzes do sul". Estes fenômenos são conhecidos desde a Antiguidade, sendo mencionados na mitologia dos esquimós e de outros povos, que atribuíam-lhes origem sobrenatural. A aurora boreal e austral podem se apresentar em distintas formas (cortinas, arcos, raios, etc.) e com variadas cores.

A causa das auroras está relacionada com o campo magnético da Terra e uma explicação bem elaborada deste fenômeno só foi possível após o lançamento dos primeiros satélites artificiais. Instrumentos de observação, existentes nesses satélites, permitiram concluir que feixes de partículas eletrizadas (prótons e elétrons), emitidas pelo Sol, ao passarem nas proximidades da atmosfera terrestre são capturadas pelo campo magnético terrestre e descrevem trajetórias espiraladas em tal campo. As extensas regiões em torno da Terra, nas quais tais partículas descrevem as trajetórias espiraladas, são denominadas "cinturões de Van Allen" em homenagem ao grande físico norte-americano James Alfred Van Allen (1914-2006) (retratado na fotografia acima), que verificou e existência de tais regiões. Grande número desses partículas são defletidas em direção aos pólos magnéticos da Terra (onde o campo magnético é muito mais intenso). Ao atingirem a atmosfera, as partículas colidem com os átomos e moléculas de oxigênio e nitrogênio (principalmente), fazendo com que eles emitam a luz que constituem a aurora.

A Revolução da Polarografia

2010-04-20T12:42:00.000-07:00

Por volta do ano de 1920, os estudos de diversos campos da eletroquímica eram praticamentes considerados como encerrados: os conhecimentos obtidos permitiram interpretar muito bem o fenômeno da eletrólise, muito empregada também na análise química. Todavia, uma surpreendente descoberta mostraria que muitos problemas eletroquímicos estavam ainda em aberto, que alguns conceitos deveriam e careciam de ser reformulados, que os conhecimentos sobre a cisão das moléculas e a migração de suas partes constituintes, durante a eletrólise, eram muito insuficientes. Tal processo revolucionário foi a polarografia. No campo da técnica, o polarografo permitiria a visualização esquemática do comportamento dos íons na eletrólise, bem como análises rápidas e precisas, mesmo de quantidades de amostra inferiores a 1 mililitro. Isso em um nível quantitativo e qualitativo. (Íons são átomos com o número de prótons diferente do número de elétrons; íons com maior número de elétrons são denominados ânions, íons com maior número de prótons são denominados cátions.)

A polarografia foi descoberta pelo grande químico tchecoslovaco Jaroslav Heyrovský (1890-1967) (retratado na fotografia acima), quando estudava certa anomalia no gráfico que traduz a variação da corrente elétrica com o aumento da tensão, num processo eletrolítico em que usa-se como cátodo o mercúrio (Me) gotejante. Sintetizando, a nova modalidade de eletrólise utiliza uma célula eletrolítica de constituição espacial: o cátodo é o mercúrio que cai de um capilar com a freqüência de 3 a 6 gotas por segundo; o ânodo pode ser a camada de mercúrio depositada no fundo da célula; a fonte de energia é uma bateria de 2 volts ou 4 volts. Um potenciômetro faz variar continuamente e uniformemente, por intermédio de um motor e uma resistência, o potencial elétrico aplicado aos eletrodos. Um registrador traça a curva da variação da intensidade da corrente com a voltagem aplicada. Como na eletrólise de uma solução contendo sais de diferentes metais, cada metal só começa a se depositar no cátodo quando a força eletromotriz atinge certo limite (potencial de decomposição), a curva traçada pelo registrador permite identificar os constituintes da solução. Com o artificio da gota de mercúrio, o cátodo é sempre renovado, evitando-se a sua "polarização", ou seja, que algum produto da eletrólise deposite-se sobre ele, modificando-lhe as propriedades.

Essa descoberta de Heyrovský marcou o início para novas e revolucionárias descobertas no campo da Química, o que rendeu-lhe o Prêmio Nobel de Química em 1959.

Ácidos Nucléicos

2010-04-20T11:12:00.000-07:00

Os ácidos nucléicos são assim chamados pelo fato de terem sido descobertos primeiramente no núcleo das células. São as maiores e mais importantes moléculas orgânicas, e estão presentes em todas as formas de vida: desde vírus até mamíferos. Existem dois tipos de ácidos nucléicos: o DNA (ou ADN, que é a sigla para ácido desoxirribonucléico) e o RNA (ou ARN, que é a sigla para ácido ribonucléico). Ambos são constituídos por dezenas, centenas ou até milhões de moléculas denominadas nucleotídeos, unidas entre si como elos de uma corrente. Por tal motivo, os ácidos nucléicos são classificados como polinucleotídeos. O nucleotídeo é uma molécula formada pela união de três outras moléculas: um ácido fosfórico (H2PO4), um monossacarídeo de cinco átomos de carbono (o que denomina-se pentose) e uma base nitrogenada. No DNA, a pentose presente é denominada desoxirribose, enquanto no RNA é denominada ribose. Quanto às bases nitrogenadas, tanto o DNA quanto o RNA, apresentam adenina, citosina e guanina. Somente o DNA, todavia, contém timina, e somente o RNA contém uracila.

O DNA é formado por desoxirribonucleotídeos, ou seja, por nucleotídeos cujo açúcar é a desoxirribose. Pode haver quatro tipos de nucleotídeos no DNA, que são os citados anteriormente. Uma molécula de DNA é formada por duas cadeias polinucleotídicas paralelas, dispostas no espaço como se fossem os corrimões de uma escada caracol torcida como uma mola helicoidal. As duas cadeias mantêm-se paralelas por estarem unidas através de ligações fracas (ligações estas denominadas pontes de hidrogênio), que estabelecem-se entre as bases nitrogenadas. As pontes de hidrogênios ocorrem entre pares de bases específicos: a adenina de uma das cadeias se liga à timina de outra cadeia, e a citosina de uma das cadeias se liga à guanina da outra.

O RNA é formado por ribonucleotídeos, ou seja, por nucleotídeos cujo açúcar é a ribose. Pode haver quatro tipos de nucleotídeos no RNA, contendo citosina, guanina, adenina ou uracila. É importante frisar que no RNA não há nucleotídeos como timina. A molécula de RNA é formada quase sempre por uma cadeia polinucleotídica, muitas vezes enrolada sobre si mesma.

Agora fica uma questão: qual é a importância dos ácidos nucléicos para os seres vivos? Os ácidos nucléicos comandam todo o funcionamento das células e do organismo porque contêm o genes, nos quais estão inscritas instruções para a fabricação de proteínas. Uma vez que as proteínas enzimáticas catalisam todas as reações vitais, ao controlar as enzimas os ácidos nucléicos controlam, indiretamente, todo o metabolismo. O DNA é capaz de autoduplicar-se, gerando duas cópias idênticas de si mesmo. Essa capacidade possibilita que as instruções genéticas sejam passadas de uma geração para outra.

"O Vasto Multiverso dos Amplos Universos"

2010-04-19T10:13:00.000-07:00

Até a década de 1920 o ser humano pensava que só existia uma única galáxia. Tal galáxia era denominada Via Láctea (do latim via, que significa rio, e Láctea, que significa leite) e, por sinal, é a que vivemos. Todavia, em 1924 o célebre astrônomo norte-americano Edwin Powell Hubble (1889-1953) pôde constatar, por meio de um telescópio moderno em um observatório na Califórnia, que existem outras galáxias no Universo. A mais próxima da Via Láctea seria uma galáxia situada à 2 milhões de anos-luz do centro da Via Láctea, denominada Nebulosa de Andrômeda. Isso representou um avanço surpreendente e uma mudança radical no pensamento científico da época. Hubble, logo depois, por meio do chamado redshift (desvio para o vermelho), constatou que as galáxias estavam se afastando umas das outras, descoberta esta que serviu de base para a Teoria do Big-Bang. Isso mostrou que o Universo não é estático, porém, dinâmico e a cada vez mais cresce.

Até a década de 1980 o ser humano acreditava na existência de um único Universo, o nosso. Entretanto, surgiu a ideia de que, talvez, pudesse existir vários Universos. Isso seria como bolhas de água. Essa ideia surgiu por um motivo: a existência dos buracos brancos. Um buraco branco é o contrário de um buraco negro. Enquanto o buraco negro tem um campo gravitacional tão intenso a ponto de absorver para seu núcleo qualquer tipo de matéria (inclusive a luz), o buraco branco faz o contrário: ele jorra matéria. O buraco branco faz com que matéria saia de seu núcleo. E talvez a origem do big-bang tenha sido causada por um buraco branco. A existência dos buracos brancos, assim como a dos buracos negros, é uma peculiar conseqüência da relatividade. Por isso, se o nosso Universo foi criado por um buraco branco e existem vários buracos brancos no Universo, então existem vários big-bangs e, portanto, vários Universos paralelos. Portanto em um Universo paralelo pode existir outro sistema solar, outro planeta Terra, outro eu e outro você!

Uma teoria que se engloba imensamente em tais proposições hipotéticas é a Teoria das Cordas, que afirma mais ou menos isso, porém, unificando as quatro principais forças que regem o cosmos (força gravitacional, força eletromagnética, força nuclear forte e força nuclear fraca). Todavia, tem-se que levar em consideração que em um Universo paralelo ao nosso talvez exista outras leis físicas e, por conseqüência, outras constantes da natureza. Se em um Universo como o nosso, por exemplo, falhasse uma constante física da natureza, nós poderíamos não existir. Se, por exemplo, a constante universal, que rege os fenômenos relacionados a massa dos corpos, fosse menor, a massa dos corpos iria se dispersar pelo espaço e não existiria vida. Se a constante eletrostática que rege os fenômenos elétricos não existisse, não poderia haver uma interação entre os prótons e elétrons de um átomo e, por conseqüência, não poderia haver ligações covalentes ou iônicas, o que acarretaria na não existência de substâncias como a água ou qualquer tipo de ácidos, bases ou sais. Com isso, corpos orgânicos não existiriam e, por conseqüência, nenhum ser vivo existiria. Por isso, se em Universo paralelo as constantes e leis físicas forem diferentes pode não existir vida ou matéria como nós a conhecemos. Isso mostra-nos a imensa (muito imensa mesmo!) importância das leis e constantes físicas em um Universo, pois se uma falhar, todo o Universo é desregulado. Mas a ideia de Multiverso ainda existe e atualmente há uma imensa probabilidade de comprovação.

Em uma experiência recente com microondas ficou-se provado que o espaço do nosso Universo é curvado e achatado. Isso mostra que estamos dentro de uma esfera espacial (salientando-se que, segundo a relatividade einsteniana, o espaço é maleável. Disso provém a existência da gravidade.).

Homenagem à Louis Pasteur

2010-04-13T12:24:00.000-07:00

O trabalho do grande cientista francês Louis Pasteur, que contribuiu imensamente para a Química e Medicina, abriu campos novos na Química e sempre teve a preocupação de atender às necessidades da sociedade, especialmente nas áreas de saúde a alimentação. A estreita relação entre a Química e a Medicina tem um marco muito importante encravado nesse cientista. Além disso, o resultado de suas investigações teve considerável impacto na economia, especialmente da França, permitindo ao país manter padrões significativos para o século XIX.

Louis Pasteur nasceu na cidade de Dôle, na França, a 27 de dezembro de 1822. Freqüentou as escolas primária e secundária em outra cidade, Arbois. Seus estudos superiores foram realizados no Colégio Real de Besançon, onde, em 1840, recebeu o título de bacharel em letras e, 1842, o diploma de bacharel em Ciências, no qual constava a qualificação de "medíocre" em Química. No ano de 1843, ingressou na Escola Normal Superior, em Paris. Freqüentando as aulas do químico Jean Baptiste André Dumas (1800-1884), um dos fundadores da teoria atômica, sentiu-se motivado a aprofundar seus estudos em Química. Pouco tempo depois tornou-se assistente do químico Antoine Jerome Balard (1802-1876), que, em 1826, descobriu o elemento químico bromo. Recebeu o título de doutor em Ciências, em 1847.

Pasteur teve grande envolvimento com o trabalho experimental, aconselhando empenho máximo a seus discípulos. Consta que, até mesmo em seu leito de morte, teria recomendado a seus alunos: "É preciso trabalhar" (Il faut travailler, em francês). Outra afirmação célebre de Pasteur é a de que "o acaso só favorece a mente preparada" (em francês: Hasard ne favorise que l'esprit préparé). Com essas palavras, Pasteur pretendia afirmar que o experimentador deve estar sempre atento ao seu empreendimento porque, no transcorrer da investigação científica, mesmo acontecimentos fortuitos podem sugerir novos caminhos. O vislumbre dessas rotas alternativas só estará ao alcance de quem possuir muito conhecimento acumulado e permanecer sempre alerta. Pasteur teve muitas ocasiões de verificar tal máxima.

Sua significativa obra despertou admiração internacional. Entre aqueles aqueles que prestigiaram seu grande intelecto está uma personalidade bastante conhecida na história do Brasil, o imperador Dom Pedro II. O monarca luso-brasileiro encontrou-se várias vezes com Pasteur, trocou correspondência e financiou algumas de suas pesquisas.

Devemos à Pasteur descobertas como o soro anti-rábico, a pasteurização (processo no qual fervemos leite - ou outro líquido qualquer - com o intuito de matar os microorganismos que nele se encontra) e descobertas extremamente significativas no ramo da Química intitulado estereoquímica. Pasteur trabalhou no estudo da simetria molecular e determinação da estrutura molecular por meio de luz polarizada.

Pasteur faleceu em 28 de setembro de 1895, após sofrer um segundo derrame cerebral (o primeiro havia sido em 1868, aos 46 anos de idade). Todavia, o legado e as grandes descobertas do saber de Pasteur estão mais vivas do que nunca. Sempre que alguém se interessa por química, Pasteur "renasce" novamente.

O Big-Bang

2010-04-11T11:55:00.000-07:00

O big-bang é atualmente o melhor modelo que tenta explicar cosmologicamente o início do Universo (frisando-se, porém, que há outras teorias com o mesmo objetivo). Proposto com grande estruturação pelo físico ucraniano George Gamow (1904-1968) (retratado na fotografia acima), afirma que há cerca de 13,7 bilhões de anos atrás, o Universo nasceu numa violenta "explosão". (Eu me permiti colocar entre aspas a palavra explosão porque realmente não podemos classificar como uma explosão o big-bang, posto que naquele espaço não existia matéria para a onda de choque poder se propagar.) Podemos considerar que numa fração de um segundo, toda a energia e matéria do cosmos foram criadas e a matéria assumiu sua forma presente. A teoria não pode e não tenta explicar o que ocorreu "antes" disso. Só podemos afirmar que o Universo era infinitamente pequeno, quente e extremamente denso ao nascer. Dos 10 aos 43 segundos, o que pode-se chamar de "tempo de Planck", as leis normais da Física não aplicavam-se. Do tempo de Planck em diante, todavia, a teoria teve mais sucesso. A densidade da energia era tão alta que partículas de matéria podiam se formar e decair espontâneamente, segundo a famosa equação de Einstein, E = mc². À medida que o Universo expandiu-se, a densidade e a temperatura caíram e a massa das partículas que podiam se formar desse modo diminuiu, até que, após um microssegundo (um milionésimo de segundo), a temperatura caiu a menos de um quatrilhão de °C e não pôde haver mais formação de matéria.

Ocorreu um período de súbita expansão no primeiro instante da criação, denominado inflação, no qual o Universo passou de menor que um átomo a maior que uma galáxia. Isso foi extremamente necessário para explicar a uniformidade que o Universo apresenta hoje. A melhor sugestão quanto ao que pode ter impelido esse surto de crescimento é que enormes quantidades de energia foram liberadas quando quatro "forças fundamentais" (força gravitacional, força eletromagnética, força nuclear forte e força nuclear fraca), que governam o Universo desde então, se separaram de uma "superforça" sintetizada.

O principal argumento (e o primeiro) que reforçaram (e reforçam) as crenças na teoria do big-bang é o fato de as galáxias estarem se distanciando. Essa expansão de galáxias foi descoberta no ano de 1923 pelo astrônomo norte-americano Edwin Powell Habble (1889-1953). Deve-se, é claro, salientar que a primeira teoria que tentou explicar a origem do Universo mais semelhante a do big-bang foi uma teoria proposta pelo astrônomo, físico e padre católico belga Georges Lemaître (1894-1966).

O termo big-bang surgiu de forma um tanto pejorativa, posto que a primeira pessoa que referia-se a tal teoria desta forma foi o astrônomo britânico Fred Hoyle (1915-2001) que lutava a favor de uma teoria contrária ao big-bang, uma teoria que considerava o Universo como sendo estacionário, isto é, sempre teve a forma que conhecemos, porém, foi desenvolvendo-se com o tempo.

Newton e Einstein: Os Desbravadores da Gravidade

2010-04-09T12:02:00.000-07:00

No século XVII, o célebre físico, matemático e astrônomo inglês Sir Isaac Newton publicou a sua mais renomada obra, intitulada Princípios Matemáticos da Filosofia Natural. Em tal obra, Newton apresentou as leis que regem o movimento dos corpos, as chamadas Leis de Newton. Além de tais leis, Newton, no terceiro e último volume dos livros, deu a explicação para a questão de que por que os corpos caem. Sua explicação pode ser resumida em uma frase: todos os corpos atraem-se reciprocamente com uma força proporcional a massa dos respectivos corpos e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa. E Newton, com sua imensa genialidade e conhecimento vasto em Matemática, resumiu tal lei em uma única equação: F = GMaMb/r², onde F representa a força de atração dos corpos, Ma e Mb representam a massa dos corpos, G é a chamada constante gravitacional, que tem um valor G = 6,6 . 10-¹¹ N . m²/kg² (medida no século XVIII pelo físico e químico inglês Henry Cavendish -1731-1810), e r representa a distância de separação dos corpos. Essa lei é o que atualmente conhecemos por Lei da Gravitação Universal. Com essa lei Newton não só explicou por que os corpos caíam, todavia, explicou também por que a Lua gira em torno da Terra, porque ocorre o fenômeno das marés e por que os planetas do sistema solar giram em torno do Sol. E tal lei se adentra por todo o Universo. Porém, existiu uma imensa dúvida que nem o próprio Newton soube responder: como se forma esta força gravitacional, ou melhor, o que é esta força gravitacional, ou explicitando ainda melhor, o que é a gravidade? Quem respondeu tal questão foi um renomado físico alemão chamado Albert Einstein (1879-1955).

No ano de 1905 Albert Einstein, com apenas 26 anos de idade, publicou três artigos dos quais o primeiro falava sobre o efeito fotoelétrico e a natureza quântica da luz; o segundo falava sobre o movimento browniano que, por sinal, contribuiu imensamente para a comprovação da existência dos átomos; e o terceiro, e mais impactante, falava sobre a chamada, e muito conhecida atualmente, Teoria da Relatividade Restrita. A Teoria da Relatividade Restrita, em uma extrema síntese, afirma que o espaço e o tempo são praticamente a mesma coisa. Em outras palavras o espaço e o tempo se "entrelaçam" formando um único conjunto, como uma espécie de lençol, denominado espaço-tempo. Afirma também que, para um corpo que viaja a velocidade da luz (aproximadamente 300 000 km/s), o tempo passaria mais lentamente, isto é, ocorreria o que chama-se cientificamente de dilatação dos tempos. Einstein faz também em tal obra uma revelação incrivelmente inteligente: afirma que todos os corpos distorcem o espaço só pelo fato de estarem contidos nele. E quanto maior for a massa de um corpo, maior será tal distorção. É como uma cama elástica: se, por exemplo, uma pessoa de 50 kg pular em cima de uma cama elástica, ela com certeza causará uma distorção na cama elástica; porém, se uma pessoa de 73 kg, por exemplo, pula em cima da mesma cama elástica, a distorção será maior devido a maior massa de tal pessoa. Einstein, com isso, explica como se forma a gravidade entre os corpos: pela distorção que eles causam no espaço. Por isso que quanto maior for a massa de um corpo, mais intenso será seus campo gravitacional, pois a distorção que ele causará no espaço será maior. Então podemos afirmar que a gravidade não é mais que a deformação que os corpos causam no espaço.

Essa concepção de Einstein representou uma imensa revolução na Física e em todo o pensamento científico da época e de atualmente também. Uma interessante conseqüência da Relatividade é a existência dos buracos negros: quando uma estrela de grande (imensa mesmo!) massa consome toda a sua energia, seu núcleo pela, força gravitacional, se contrai, o que acarreta em uma expansão de sua superfície devido a imensa quantidade de radiação contida no núcleo. Isso faz com que a massa da estrela cresça até o ponto de explodir em um processo conhecido como explosão de uma super-nova. Isso forma um corpo de massa imensamente grande que, justamente por sua imensa massa, causa uma monumental distorção no espaço. Essa massa tem um campo gravitacional tão intenso (extremamente intenso mesmo!) que nem mesmo a luz pode "escapar" dele. Isso faz com que tudo, absolutamente tudo, seja atraído para seu núcleo passando por uma série de eventos de espaço-tempo, fazendo com que qualquer corpo, quando é absolvido por esta massa, não possa mais retornar. Esta massa é conhecida como buraco negro.

Paleontologia: Descobrindo Dinossauros

2010-04-08T11:00:00.000-07:00

Nos anos de 1820, a paleontogista inglesa Mary Anning (1799-1847) começou uma carreira como coletora profissional de fósseis nas praias de Lyme Regis, na Inglaterra. Anning forneceu material para os maiores cientistas do período e, durante sua carreira, descobriu fósseis de Plessiossauro, de Ichthyossauro e do primeiro Pterossauro na Grã Bretanha. No ano de 1842, o biólogo anatomista e paleontologista britânico Richard Owen (1804-1892) inventou o termo "dinosauria" para descrever o Megalossauro, Iguanodon e Hylaeossauro, encontrados na época.

Em 1860, 1861 e 1877, os fósseis de uma pena e de dois pássaros foram descobertos na mesma pedreira jurássica em Solnhofen, na Alemanha. O pássaro foi denominado Archaeopteryx e parecia ser uma forma transitória entre dinossauro e pássaro.

O Primeiro Dinossauro

Fósseis de uma mandíbula e dentes foram encontrados em Oxfordshire, na Inglaterra, por volta de 1815.

O geólogo e paleontólogo britânico William Buckland (1784-1856), da Oxford University, estudou os fósseis que ele deduziu serem de um réptil grande e carnívoro.
Em 1822, o colega de Buckland, o geólogo, paleontólogo e ativista político James Parkinson (1755-1824), nomeou a criatura de Megalossauro (grande lagarto).

As Descobertas de Edward Jenner (1749-1823) e Alexander Fleming (1881-1955)

2010-04-07T13:39:00.000-07:00

Os cientistas britânicos Edward Jenner e Alexander Fleming realizaram descobertas revolucionárias no campo da Medicina e Fisiologia, marcando o início de uma revolução na área médica e biológica.

Edward Jenner (retratado na fotografia mais acima) nasceu no vilarejo de Berkeley, situado na Inglaterra. Ele atuou como cirurgião antes de estudar Medicina em Londres. Retornou para sua cidade natal como médico em 1773. A contribuição mais famosa e revolucionária de Jenner para a Medicina foi o desenvolvimento inicial da vacinação. Conta-se que uma senhora que trabalhava em uma fazenda ordenhando vacas chamada Sarah Nelmes gabava-se que não pegava varíola (doença muito disseminada na Europa na época) porque já tinha contraído antes a menos séria varíola bovina das vacas que ela ordenhava. Um surto de varíola em 1788 provou que ela estava certa. Todos os pacientes de Jenner que já tinham tido varíola bovina não contraíram varíola. No ano de 1796, Jenner provou sua teoria infectando um garoto primeiro com varíola bovina e depois com varíola. Ele descobriu que o garoto estava imune à doença. Jenner chamou seu tratamento de vacinação (palavra derivada da palavra latina para varíola bovina - vaccina).

Sir Alexander Fleming (retratado na foto mais abaixo da extremidade acima) nasceu em 1881 na Escócia, formando-se em Bacteriologia. Fleming trabalhou no St. Mary's Hospital, em Londres, e serviu no Corpo Médico durante a Primeira Guerra Mundial. Ele se tornou interessado no problema de controlar infecções causadas por bactérias e continuou suas pesquisas depois da guerra. Fleming descobriu a penicilina, o primeiro antibiótico, o que marcou uma revolução na Medicina. Antibióticos são drogas que matam bactérias. Eles, atualmente, são usados para o tratamento de doenças. Conta-se que, em uma manhã de 1928, Fleming estava preparando sua rotineira amostra de culturas de bactérias quando notou que algo estava matando as bactérias. Ao investigar, descobriu que era um bolor de pão chamado penicilina. Dois outros excelentes cientistas, Howard Walter Florey (1898-1968) e Ernst Boris Chain (1906-1979), ajudaram a aperfeiçoar a manufatura de penicilina, e eles dividiram em 1945 o Prêmio Nobel de Medicina em com Fleming.

"O Mensageiro das Estrelas"

2010-04-06T10:38:00.000-07:00

No ano de 1597, o grande físico, astrônomo e matemático italiano Galileu Galilei (1564-1642) (retratado na fotografia acima) escreveu uma carta ao astrônomo, matemático e astrológo alemão Johannes Kepler (1571-1630), na qual proclamava partidário, "há muitos anos", da teoria heliocêntrica (Sol no centro do Universo) do astrônomo e matemático polonês Nicolau Copérnico (1473-1543). Todavia, durante todo o tempo que Galileu permaneceu na cidade italiana de Pádua, ele ministrou suas aulas em estrita concordância com os ensinamentos aristotélicos, que afirmavam ser a Terra o centro do Universo. Suas convicções heliocêntricas, assim como as revolucionárias conclusões sobre o movimento dos corpos, Galileu guardava-as para os amigos e para alguns poucos correspondentes, como Kepler. As teorias de Galileu sobre o movimento seriam publicadas, de forma bem ordenada, somente após a sentença do Tribunal do Santo Ofício sobre ele, em decorrência de suas concepções anti-aristotélicas e modernamente heliocêntricas. Entretanto, sua defesa do heliocentrismo, que o levaria à prisão domiciliar, foi ventilada muito antes.

Tudo se iniciou em 1609, com uma viagem de Galileu à cidade de Veneza, onde ouviu falar de um aparelho, construído por um artesão holandês, chamado Hans Lippershey (1570-1619), que fazia os objetos parecerem maiores e mais próximos: o telescópio. Retornando a cidade de Pádua, Galileu conseguiu adquirir um desses interessantes instrumentos, com o qual passou a investigar constantemente o céu.

Em março de 1610, Galileu publicou um livro de apenas 24 páginas, intitulado Sidereus Nuncius (isto é, O Mensageiro das Estrelas), nele descrevendo algumas de suas observações com a luneta. Neste livro, Galileu cita no início uma pequena homenagem à Cosimo de Médici, duque de Pádua, a quem Galileu tinha esperança de ser próximo e protegido. No livro, Galileu verifica que "a superfície da Lua não é perfeitamente lisa, livre de desigualdades, nem exatamente esférica, como considera uma extensa escola de filósofos com respeito à Lua e aos demais corpos celestes; pelo contrário, está repleta de irregularidades, é desigual, cheia de cavidades e protuberâncias, tal qual a superfície da própria Terra, diversa por toda parte, com montanhas elevadas e vales profundos". O Mensageiro das Estrelas prosseguia narrando a descoberta de milhares de outras estrelas, além das observáveis a olho nu; e trazia no término uma revelação sensacional e surpreendente na época: "Fica a questão que se me afigura ser tida como a mais importante desta obra, isto é, a de eu revelar e publicar ao mundo o momento da descoberta e observação de quatro planetas nunca vistos, desde o começo do mundo até nossos dias". Galileu havia descoberta as quatro luas de Júpiter, as quais futuramente foram denominadas Luas Galileanas. É interessante que as luas de Júpiter, apesar de não provarem que Copérnico tinha realmente razão, abalavam a antiga ideia de que a Terra é o centro em torno do qual tudo gira, que, por sinal, podemos classificar como uma ideia muito egoísta e anticientífica!

Proteínas e Aminoácidos

2010-04-03T10:50:00.000-07:00

As proteínas são componentes fundamentais e cruciais de todos os seres vivos. Mesmo os vírus e outros microorganismos, as formas mais simplórias de vida, contêm proteínas em sua rede estrutural. Devemos a descoberta das proteínas ao farmacologista e bioquímico norte-americano Alfred Goodman Gilman (nasc. 1941). Moléculas de proteína são constituídas por dezenas ou mesmo centenas de moléculas menores, os chamados aminoácidos, ligados em seqüência como elos de uma corrente. Uma proteína pode ser definida, portanto, como uma seqüência de aminoácidos encadeados. As moléculas de proteína são relativamente grandes, quando comparadas com moléculas de outras substâncias. Por tal motivo, são classificadas, juntamente com algumas outras substâncias orgânicas, na categoria de macromoléculas (do grego makros, que significa grande).

Um aminoácido é uma molécula orgânica formada por átomos de carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O) e nitrogênio (N). Alguns tipos de aminoácidos podem conter, além desses, átomos de enxofre (S). Ao analisar as fórmulas dos 20 tipos de aminoácidos que podem estar presentes nas proteínas, nota-se que, em todas, há um átomo de carbono que ocupa posição central na molécula (o chamado carbono alfa). A esse átomo de carbono ligam-se quatro grupos de átomos, três dos quais são iguais em todos os aminoácidos: um hidrogênio (-H), um grupo amina (-NH2) e um grupo carboxílico (-COOH). O termo aminoácido deve-se justamente à presença desses agrupamentos típicos na molécula. Os aminoácidos diferem por um único grupo de átomos, denominado genericamente como radial (representado comumente por R), que faz a quarta ligação com o carbono central. No aminoácido do tipo glicina, por exemplo, o R é um átomo de hidrogênio; no aminoácido do tipo alanina, o R é um agrupamento de três átomos (-CH3); já no aminoácido do tipo cisteína, o R contém cinco átomos, sendo um deles o enxofre (-CH2SH).

Todo o ser vivo necessita de 20 tipos de aminoácido para fabricar suas proteínas. Algumas espécies são capazes de fabricar todos esses aminoácidos, e não precisam obtê-los na alimentação variada. Outras espécies, entre elas os seres humanos, não conseguem sintetizar alguns dos tipos de aminoácidos e, por tal razão, têm de recebê-los nos alimentos. Os aminoácidos que um organismo não tem a capacidade de sintetizar são chamados aminoácidos essenciais. Já os aminoácidos que o organismo tem a capacidade de sintetizar a partir de outras substâncias que ingere são chamados de aminoácidos naturais ou aminoácidos não-essenciais.

Homenagem ao Pai da Tabela Periódica: Dmitri Ivanovich Mendeleev

2010-04-01T09:22:00.000-07:00

É muito interessante pensar na vastidão de matéria que existe no Universo em que habitamos. E é uma matéria variada, pois se apresenta de várias formas distintas e composições peculiares. Todavia, é ainda mais interessante que pouco mais de 90 elementos químicos são suficientes para constituir toda essa vasta quantidade de matéria. Toda a matéria (excetuando a matéria escura) é constituída por tais elementos químicos.

Nós sabemos que todos os elementos químicos (atualmente 118 já descobertos) são dispostos em uma tabela que permite identificá-los, denominada Tabela Periódica. Porém, afinal, quando surgiu a Tabela Periódica? A Tabela Periódica foi inventada no final do século XIX por um químico e físico russo brilhante e habilidoso chamado Dmitri Ivanovich Mendeleev (retratado na fotografia acima).

Dmitri Ivanovich Mendeleev nasceu em 8 de Fevereiro de 1834, na cidedezinha de Tobolsk, na então fria Sibéria. Era o filho mais novo de 17 irmãos. Seu pai, Ivan Pavlovich Mendeleev era diretor da escola de seu povoado, e, infelizmente, perdeu a visão no mesmo ano do nascimento de Dmitri. Por conseqüência, perdeu seu trabalho. Para a infelicidade da família, seu pai recebia uma pensão muito ínfima, e por tal motivo, sua mãe, Maria Dmitrievna Mendeleev, passou a dirigir uma fábrica de cristais fundada por seu avô, Pavel Maximovich Sokolov. Na escola em que estudava, Dmitri destacou-se, desde cedo, em Ciências (porém, nem tanto em escrita, ou escrevendo mais formalmente, ortografia). Um cunhado, exilado por motivos meramentes políticos e um químico da fábrica de cristais deram força para sua paixão por Ciência. Posteriormente, logo depois da morte de seu pai, um incêndio devastou a fábrica de cristais. Sua mãe, então, não decidiu reconstruir a fábrica, pois preferiu investir suas economias na educação do filho. Nessa mesma época todos os seus irmãos, exceto uma irmã, já viviam independentemente. Sua mãe, então, mudou-se com ambos para a cidade de Moscou, com o fim de que Dmitri ingressasse na Universidade de Moscou, o que, infelizmente, não ocorre. Talvez devido as condições políticas vividas pala Rússia naquele período, a universidade só admitia moscovitas. Então, viajaram para a cidade de São Petersburgo, que, naquela época, era uma das mais desenvolvidas economicamente da Rússia. Entretanto , em São Petersburgo a situação praticamente era a mesma: não admitia-se estudantes de outras regiões. Felizmente sua mãe descobriu que o diretor do Instituto Pedagógico Central (naquela época principal escola formadora de professores da Rússia) era amigo de seu já falecido marido, o que acarretou em uma admissão de Dmitri. O Instituto Pedagógico Central ficava nos mesmos prédios da Universidade de São Petersburgo e tinha em sua contribuição muitos professores da própria universidade.

Dmitri interessou-se pela Química graças ao prestigiado professor Alexander Voskresenki, que, por sinal, passou seus últimos anos de vida em uma enfermaria devido a um falso diagnóstico de tuberculose. Ainda assim, Dmitri graduou-se em 1855 como primeiro de sua classe. No ano de 1859, conseguiu uma verba do governo para estudar no exterior durante dois anos. Inicialmente foi à Paris, onde estudou sob orientação do químico e físico francês Henri Victor Regnault (1810-1878), um dos melhores experimentalistas de toda a Europa naquela época. No ano posterior, Mendeleev viajou à Alemanha, onde estudou com o físico alemão Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) e com o químico, também alemão, Robert Wilhelm Eberhard von Bunsen (1811-1899), que, por sinal, foram os inventores do espectroscópio e do, até hoje utilizada, bico de Bunsen.

Mendeleev tinha um temperamento muito díficil e explosivo, e foi isso que acabou com parte de sua carreira. Com pouquíssimo tempo de convivência com Kirchhoff desistiu de suas aulas. Todavia, ainda continuou na Alemanha, onde residia em um pequeno apartamento que, de costume e peculiaridade, transformou em um laboratório. Neste laboratório improvisado, trabalhando só, limitou-se a estudar a dissolução do álcool em água e fez importantes descobertas sobre estruturas atômicas, valência e propriedades dos gases. No ano de 1860, pouco antes de retornar à Rússia, participou do 1º Congresso Internacional de Química da Alemanha, na cidade de Kerlusche, onde foi por influência do célebre químico italiano Stanislao Cannizzaro (1826-1910), que afirmou que o padrão de abordagem dos elementos químicos seria o chamado peso atômico.

Mendeleev estudou as propriedades físicas e químicas de 63 elementos químicos conhecidos na época e ordenou em uma tabela por ordem crescente de massa atômica, inaugurando, assim, a Tabela Periódica. Sua tabela serviu de base para a organização dos 118 elementos químicos conhecidos atualmente. A classificação de Mendeleev deixava espaços vazios, prevendo a descobertas de novos elementos. Conta-se que Mendeleev fez tal organização em sua casa de campo, na Sibéria, após uma madrugada inteira acordado. Além de tais surpreendentes descobertas, Mendeleev elaborou a fórmula da vótka perfeita, afirmado que devem ser duas doses de água para uma de álcool. Isso, atualmente, é uma lei da Rússia.

Mendeleev faleceu em 2 de Fevereiro de 1907, já praticamente cego, porém, seu legado está vivo até os dias de hoje.

Teorema de Steiner

2010-03-31T09:47:00.000-07:00

O Teorema de Steiner, em homenagem ao grande matemático suíço Jacob Steiner (1796-1863) (retratado na fotografia acima), ou Teorema dos Eixos Paralelos é uma fórmula que permite-nos calcular o momento da inércia de um sólido rígido relativo a um eixo de rotação que passa por um ponto O, quando conhecemos o momento da inércia relativo a um eixo paralelo ao interior e que passa pelo centro das massas e a distância entre os eixos.

Considerando-se, por exemplo, Imc como o momento da inércia do corpo sobre o centro da massa, M como a massa do respectivo corpo e d a distância perpendicular entre dois eixos, o momento da inércia sobre um novo eixo z é dado por Iz = Icm + Md². Esta regra pode ser aplicada com a chamada regra de estiramento e o Teorema dos Eixos Perpendiculares para encontrar momentos de inércia para uma variedade de formatos.

A regra dos eixos paralelos também aplica-se ao segundo momento de área (momento de inércia de área), calculado pela equação Iz = Ix + Ad², onde Iz é o momento da inércia de área através do eixo paralelo, Ix é o momento de inércia de área através do centro de massa da área, A é a medida de superfície da área e d é a distância do novo eixo z ao centro de gravidade da área.

Em Mecânica Clássica, o teorema dos eixos paralelos (também conhecido como Teorema de Huyghens-Steiner) pode ser generalizado para calcular um novo tensor de inércia Jij de um tensor de inércia sobre um centro de massa Iij quando o ponto pivô é um deslocamento a do centro de massa.

Os Aceleradores de Partículas

2010-03-30T16:43:00.000-07:00

Desde o início do século XX, as experiências do físico britânico Charles Glover Barkla (1877-1944) sobre a absorção de raios X, e a teoria de espalhamento, do célebre físico, também britânico, Sir Josef John Thomson (1856-1940), permitiram penetrar no segredo da estrutura atômica, determinando o número de elétrons presentes em cada átomo. As pesquisas iniciais estavam dirigidos para o átomo de carbono (C - 12), porém, logo generalizou-se o conceito de que número atômico - definido como o número de ordem do elemento na tabela periódica - corresponde ao número de elétrons presente na eletrosfera de um átomo neutro do elemento.

As pesquisas de Thomson, levados a efeito com raios X, permitiram elaborar um dos primeiros modelos para o núcleo atômico. Segundo tal modelo, cada átomo seria constituído por uma espécie de "bola" de carga positiva, apresentando os elétrons, de carga negativa, uniformemente distribuídos em seu interior - como passas em um pudim. Por tal motivo, "pudim de passas" é o nome pelo qual o modelo atômico de Thomson passou a ser conhecido.

Todavia, é importante salientar que os projéteis empregados por Thomson para estudar o edifício atômico só permitiram entender, de forma significativa, o que acontecia com os elétrons, frisando-se, pois, que sendo grande a massa associada às cargas positivas, a interação destas últimas com raios X era desprezível, impedindo a obtenção de dados relevantes a seu respeito.

Procurando obter informações específicas sobre as cargas positivas do átomo, o renomado físico neo-zelandês Ernest Rutherford (1871-1937), em 1911, bombardeou finas placas de ouro (Au) com partículas alfa obtidas durante o decaimento de alguns tipos de elementos químicos. As partículas alfa (que depois foram identificadas com núcleos atômicos idênticos ao do núcleo de hélio - 4) possuem energias de ordem de alguns milhões de elétrons-volt (eV) (1 eV = 1,6 . 10-¹9 Joules). Os resultados de Rutherford foram surpreendentes: quando esperava-se que as colisões das partículas alfa com os átomos de ouro fossem em grande número, apenas uma pequena parcela de tais partículas teve sua direção modificada. Tais resultados experimentais apenas podiam ser explicados admitindo-se que, em relação às proporções das partículas alfa, a lâmina de ouro apresentava enormes vazios. Por conseqüência, quase toda a sua massa estaria concentrada em uma diminuta porção dos próprios átomos. Entretanto, em decorrência dos projéteis usados, não se foi possível além dessa informação: o átomo dispõe de um núcleo no qual concentra-se sua carga elétrica positiva. Isso, porque uma partícula apenas pode penetrar a fundo em um átomo quando dispõe de suficiente energia para vencer o campo de forças que estabelece-se ao redor do núcleo.

Para compreender as razões pelas quais são necessárias altas doses de energia para levar uma partícula até o núcleo atômico basta lembrar que ela deve vencer o intenso campo de forças, que é tanto maior quanto maior for o número de prótons presentes no núcleo do átomo-alvo.

Daí tem-se o papel do aceleradores de partículas, que são instrumentos capazes de comunicar ás partículas atômicas a energia necessária para levá-las a vencer tal campo de forças e chegar até o núcleo dos átomos. A princípio, a energia dispensada era apenas alguns MeV (mega elétron-volt). Atualmente existem máquinas capazes de acelerar partículas a energia de 300 GeV (giga elétron-volt) - 300 milhões de MeV. E essas partículas podem ser, dependendo da máquina, elétrons, prótons, nêutrons, dêuterons, partículas alfa e núcleos atômicos de alguns elementos pesados.

A Origem da Genética

2010-03-30T12:47:00.000-07:00

A hereditariedade, ou seja, a transmissão das características ao longo das gerações, sempre despertou grande curiosidade de leigos e cientistas. A Ciência da Hereditariedade, mais conhecida como Genética, surgiu no início do século XX com o reconhecimento e celebração dos trabalhos do monge agostiniano, botânico e meteorologista austríaco Gregor Mendel (1822-1884) (retratado na fotografia acima).

A peculiar e interessante ideia de herança biológica está cunhada em todos nós, seres vivos. Ninguém questiona de que uma vaca grávida terá bezerros, ou que uma mulher grávida dará à luz uma criança. As vacas, os seres humanos, as plantas e os demais seres vivos transmitem a seus descendentes as características próprias de sua espécie, além de peculiaridades familiares.

A questão é: como ocorre ou qual é o processo que rege a transmissão de características dos pais aos filhos? Tal questão constituiu um desafio imenso para os cientistas durante grande período de tempo. Desde as primeiras hipóteses, entre elas a curiosa explicação de que óvulos ou espermatozóides continham pequenos indivíduos semi-formados em seu interior, o conhecimento sobre a herança biológica evoluiu consideravelmente. Atualmente sabemos que o que transmite-se de uma geração para outra não são as características propriamente ditas, como olhos verdes, por exemplo, mas sim as instruções de como produzir tais características. Partindo dessas instruções biológicas, que os cientistas criaram o conceito de genes, o novo indivíduo constituirá todas as partes de sua organização corporal, que serão semelhantes às de seus ancestrais. Foi do termo "genes" que deu origem ao termo "genética".

Atualmente sabemos que as características hereditárias de qualquer ser vivo são regidas pelas instruções inscritas do DNA (ácido desoxirribonucleico) dos cromossomos, os chamados genes, que cada indivíduo recebe de seus pais.

Pauling e as Estruturas Cristalinas

2010-03-28T12:38:00.000-07:00

Logo após a descoberta da difração dos raios X, no ano de 1912, os pesquisadores passaram a dispor de importante método para determinar as estruturas de muitas substâncias, iniciando pelas que apresentam-se na forma cristalina. Os cristais, com átomos distribuídos de forma regular, ordenada e distanciados por o valor de alguns angstrons, difratam os raios X. Explorando assiduamente tal propriedade, foi possível esclarecer a ordenação cristalina.

O método começou a ser aplicado, com imenso êxito, por sinal, pelo físico e químico britânico Sir William Henry Bragg (1862-1942) e por seu filho, também físico, William Lawrence bragg (1890-1971). A tal estudo, também dedicou o grande bioquímico e químico quântico norte-americano Linus Carl Pauling (1901-1994) (retratado na fotografia acima) os primeiros anos da pesquisa.

Por volta do ano de 1926, já haviam sido determinadas as estruturas cristalinas da maioria dos elementos químicos, de vários sais simples e de um pequeno número de substâncias complexas, incluindo um ou dois compostos orgânicos. Chocava-se, todavia, com a dificuldade de encontrarem-se outras substâncias cujas estruturas pudessem ser analisadas pelas técnicas de difração de raios X. No ano de 1928, Linus Carl Pauling resolve com sucesso a divergência. Em um renomado trabalho, intitulado A Teoria da Coordenação da Estrutura de Cristais Iônicos, afirma: "No estudo da estrutura de um cristal por meio dos raios X, vários pesquisadores, especialmente dos Estados Unidos, têm-se esforçado por eliminar rigorosamente todos os possíveis arranjos atômicos, com exceção daquele formado pela unidade estrutural permitida pelos dados experimentais, sem levar em conta o fato de essas estruturas serem ou não quimicamente admissíveis ou estarem ou não de acordo com as distâncias interatômicas admitidas. A importância deste processo provém da certeza com que seus resultados podem ser aceitos (...). Mas, infelizmente, o trabalho envolvido em sua aplicação a cristais complexos é insuperável. (...) Os cristais complexos, entretanto, são de grande interesse, e é de se desejar que a determinação de suas estruturas possa ser feita mesmo com o sacrifício do rigor do método. Procede-se então da seguinte maneira: dentre todos os arranjos atômicos possíveis, escolhe-se um e examina-se sua concordância com os dados experimentais. Se a concordância for completa e extensa, admite-se que a estrutura escolhida é a correta. A principal dificuldade enfrentada nessa tratamento é a seleção da estrutura a ser testada". Como resultado de tais investigações, Pauling formula cinco regras, das quais a primeira estabelece que "ao redor de cada cátion forma-se, por coordenação, um poliedro de ânions, no qual a distância entre o cátion e o ânion é determinada pela soma dos raios, sendo o número de coordenação do cátion fornecido pela relação dos raios".

A Conjectura de Poincaré

2010-03-24T13:16:00.000-07:00

Uma conjectura é uma ideia, fórmula ou frase, a qual não foi provada ser verdadeira. A Conjectura de Poincaré, proposta pelo grande matemático, físico e filósofo da ciência francês Jules Henri Poincaré (1854-1912), foi uma das maiores questões da Matemática de todos os tempos. Atualmente sabemos que a Conjectura de Poincaré afirma que qualquer variedade tridimensional fechada e com grupo fundamental trivial é homeomorfa (noção principal de igualdade topológica) a uma esfera. Isto significa que em um espaço com três dimensões (tridimensional) fechado, sem, dizendo coloquialmente, "buracos",deve ter a forma de uma esfera.

Esta conjectura surgiu na seqüência de uma outra conjectura formulada por Poincaré em 1900, que afirmava que qualquer variedade tridimensional fechada e com homologia (isto é, topologia algébrica) trivial (denominada esfera homológica) era homeomorfa a uma esfera. Na verdade esta conjectura foi refutada pelo próprio Poincaré em 1904, que forneceu o primeiro exemplo de uma esfera de homologia não homeomorfa a uma esfera.

Em 2003, o matemático russo Grigory Parelman (nasc. 1966) (retratado na fotografia acima) anunciou uma solução positiva para o problema, recusando, não sabe-se por qual razão, o Prêmio Clay no valor de um milhão de dólares. Parelman também recusou-se a receber a Medalha Fields. Diversos matemáticos do MIT (Massachusets Institute of Technology) debruçam-se sobre o teorema criado por Parelman, na tentativa de verificar com precisão seus cálculos. O matemático Tomasz Mrowka, do MIT, afirmou recentemente: "Estamos desesperadamente tentando entender o que ele fez"(!!!).

Einstein Contra a Mecânica Quântica

2010-03-23T09:21:00.000-07:00

Atualmente a Mecânica Quântica (ramo da física que estuda sistemas físicos com extensões em escala atômica ou subatômica) tem imenso prestígio e êxito em toda a comunidade científica. Ela possibilita a compreensão do mundo microscópico, acarretando em uma visão geral do microcosmo ao macrocosmo. É interessante pensar que um dos maiores físicos de todos os tempos, o alemão Albert Einstein (1879-1955), tenha discordado e lutado contra tal estudo. A seguir, apresentarei qual foi razão pela qual Einstein criticou tanto a Mecânica Quântica.

Em 1905 Einstein publicara três trabalhos científico, no qual apresentava sua descrição sobre o movimento browniano, o efeito fotoelétrico e mostrava sua Teoria da Relatividade Restrita. No trabalho onde ele apresentava o efeito fotoelétrico, ele propunha que a energia da luz era quantizada em pacotes discretas, os quais ele denominou quanta (do latim quantidade). O quanta da luz seria o chamado fóton. Atualmente sabemos que o fóton é uma partícula do tipo bóson. Einstein não se dava conta, mas com isso ele havia inaugurado a Mecânica Quântica.

Einstein, homem que por sinal tinha grande crença na existência de Deus, acreditava que nós, seres humanos, poderíamos prever as atitudes de Deus sobre a natureza por meio da Matemática. Ele pensava que qualquer fenômeno natural poderia ser quantificado e qualificado, tendo sempre como ferramenta a Matemática. O problema era o seguinte: toda a Mecânica Quântica é probabilística (!). Para se ter uma ideia, uma das principais leis que regem os fenômenos quânticos é o chamado Princípio da Incerteza (ou Princípio de Heisenberg), formulado pelo grande físico alemão Werner Karl Heisenberg (1901-1976) em 1927, que afirma que é impossível medir simultâneamente a posição x e a velocidade v de uma partícula confinada, com grande exatidão. Você terá uma probabilidade P para o cálculo da velocidade e a posição. Einstein não aceitava isso.

Para ser contra a Mecânica Quântica, ele tentou elaborar, sem sucesso, uma teoria que unificava o campo gravitacional dos corpos com seu campo eletromagnético. Essa teoria ficou conhecida como Teoria do campo Unificado e, supostamente, poderia-se com ela calcular, por meio de uma única equação todos os fenômenos físicos (ou melhor, todos os fenômenos que seguissem as leis e as constantes físicas do nosso Universo). Atualmente esta teoria pode ser considerada como a Teoria das Cordas, que tenta unificar as quatro principais forças do Universo: força gravitacional, força eletromagnética, força nuclear forte e força nuclear fraca.

É interessante que em um debate com o grande físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) (retratado na fotografia acima sentado ao lado de Einstein), grande ícone da Mecânica Quântica, Einstein teria dito a seguinte afirmação contra a Mecânica Quântica: "Deus de fato não joga dados". E Niels Bohr respondeu com certo tom humorístico: "Einstein, pára de dizer o que Deus tem que fazer!".

Einstein perdeu a guerra contra a Mecânica Quântica, sendo até considerado, naquela época pelos cientistas simpatizantes da Mecânica Quântica, como um cientista ilustre, porém, do século XIX. Einstein faleceu (ao que consta, com um aneurisma na aorta abdominal) e, infelizmente, não conseguiu concluir a Teoria do Campo Unificado.

Os Íons Agem Independentemente

2010-03-21T10:21:00.000-07:00

No final do ano de 1886, enquanto ainda trabalhava com o químico e filósofo alemão Friedrich Wilhelm Ostwald (1853-1932), o grande químico sueco Svante August Arrhenius (1859-1927) (retratado na fotografia acima) teve conhecimento da importante descoberta de um químico alemão da cidade de Würzburg, chamado Friedrich Wilhelm Georg Kohlrausch (1840-1910). Segundo observara este cientista, soluções igualmente diluídas de cloreto de ferro II (FeCl2), cloreto de sódio (NaCl), sulfato de ferro II (FeSO4) e sulfato de sódio (Na2SO4) não têm condutibilidades elétricas iguais. Todavia, a diferença entre as condutibilidades dos dois cloretos é igual à existente entre os dois sulfatos; o mesmo podendo ser observado, nas mesmas condições, com quaisquer outros sais.

A teoria de Arrhenius podia interpretar tal fato, afirmando que a única peculiaridade entre as duas soluções de cloretos - ambas com a mesma quantidade de ânions cloro - é que apresentam cátions diferentes: uma tem íons ferro e a outra, íons sódio. Nas outras duas soluções, a única diferença também advém da presença do íon ferro em um e do íon sódio em outra. Como a facilidade com que essas soluções conduzem eletricidade só depende dos íons que elas contêm, e como a diferença de composição dos dois cloretos é a mesma dos dois sulfatos, pode-se prever que as diferenças entre suas condutibilidades elétricas sejam iguais. Sem aceitar a hipótese da dissociação iônica, seria muito díficil explicar tal resultado. Essa ideia de independência de ação dos diferentes íons de uma solução levou Arrhenius (após uma consulta pessoal com Kohlrausch) a imaginar que as características comuns a todos os ácidos advinham da existência de um mesmo tipo de íon ativo em todos eles - os cátions de hidrogênio (H+). Seriam eles responsáveis por todas as reações ácidas. Soluções que apresentam concentrações iguais desse íon comportam-se como se fossem de ácidos idênticos, independentemente dos outros íons presentes. Da mesma maneira, as bases caracterizam-se pela presença de ânions hidroxila(OH-): o outro íon é capaz de produzir efeitos de base.

Embora essa definição de ácidos e bases, derivada da teoria da dissociação iônica, só aplique-se às soluções, ela é muito importante, sendo bastante utilizada atualmente.

A Moderna Teoria Cinética da Matéria

2010-03-20T15:28:00.000-07:00

Considerando o Universo (apenas o nosso Universo e não todo o Multiverso) um sistema fechado, é muito fácil enunciar, como fizeram os grandes físicos do século XIX, que sua energia total é invariável e jamais (e jamais mesmo!) pode ser criada ou destruída. A física do século passado também estabeleceu dois peculiares conceitos - o de matéria e o de energia -, ambos obedecendo à lei da conservação, isto é, a de que um sistema isolado não pode se alterar, tanto em massa quanto energia (daí vem a Lei da Conservação da Massa e a Lei da Conservação da Energia). Essas ideias só foram modificadas no século XX, pela Teoria da Relatividade do grande físico alemão Albert Einstein (1879-1955). As explosões de bombas atômicas são comprovações dramáticas da equivalência entre massa e energia.

Os grandes resultados da Mecânica Clássica haviam levado os cientistas a acreditar que os conceitos do grande físico, matemático e astrônomo inglês Sir Isaac Newton (1642-1727) poderiam ser entendidos a todos os ramos da Física, isto é, que todos os fenômenos podiam ser explicados pela ação de forças atuando sobre partículas imutáveis, dependendo apenas da distância que as separa. Era um, muito interessante, por sinal, engano.

Embora o conceito mecânico explicasse bem fenômenos como o calor, não era aplicável a campos como o elétrico e o ótico. Uma carga elétrica em movimento, por exemplo, age sobre uma agulha magnética. Essa força, entretanto, não depende apenas da distância, mas também da velocidade da carga. Assim, um conceito teve de ser introduzido em Física: o campo. E, a partir de problemas por ele sugeridos, desenvolveu-se uma nove teoria: a da Relatividade. O Homem, então, passou a compreender não somente o calor, mas também a energia em geral e suas relações com a matéria.

Luz Polarizada

2010-03-20T11:36:00.000-07:00

Desde 1905, quando Albert Einstein publicou seus trabalhos sobre o efeito fotoelétrico, podemos estudar a luz como onda eletromagnética ou como constituída por partículas, isto é, como matéria. Esta duplicidade corresponde ao que os textos didáticos chamam de dualidade da luz ou natureza dual da luz.

Analisada do ponto de vista material, a luz é composta por partículas, os fótons, e se propaga em linha reta. Os fótons são o que podemos classificar como a unidade de energia da luz. São partículas do tipo bóson e sua energia pode ser calculada pela equação E = hf, onde E é a energia do respectivo fóton, h é a constante de Planck que tem o valor h = 6,625 . 10-³4 J . s e f é a freqüência da luz. Os fótons vibram em direções perpendiculares à direção de propagação. Na luz natural, como a proveniente do Sol, ou artificial, como aquela das lâmpadas incandescentes ou fluorescentes, os fótons vibram em todas as direções, perpendiculares à direção de propagação. Após atravessar certos meios materiais, denominados polarizadores, os fótons passam a vibrar em uma única direção, também perpendicular à direção de propagação da luz. Essas duas direções - a de vibração e a de propagação - definem um plano de polarização (ou de vibração) da luz.

Quando a luz é encarada como radiação eletromagnética, salienta-se que estão associados a ela dois vetores - um vetor campo elétrico e um vetor campo magnético - reciprocamente perpendiculares entre si e à direção de propagação. À medida que a luz se propaga, a variação simultânea dos dois vetores é senoidal. Na luz natural, todas as direções do vetor campo elétrico (e conseqüentemente do vetor campo magnético) são igualmente prováveis. Após passar por um polarizador, apenas uma direção do vetor campo elétrico (e, portanto, do campo magnético) passa a existir. Fica assim definido um plano que contém o vetor campo elétrico e a direção de propagação, que é chamado de plano de polarização. É importante salientar que a melhor expressão é "plano de polarização", já que quando fala-se em "plano de vibração" está referindo-se aos fótons.

Certas substâncias, denominadas opticamente ativas, têm a capacidade de desviar o plano de polarização da luz. Essa interessante propriedade só pode ser observada quando átomos do respectivo composto estão arranjados de tal maneira a formar uma molécula cuja imagem especular não lhe é superponível.

As Evoluções do Eletromagnetismo

2010-02-17T08:13:00.000-08:00

O nascimento do Eletromagnetismo deu-se com a célebre experiência (esquematizada na fotografia acima) do físico dinamarquês Hans Chistian Orsted (1771-1851) (retratado na fotografia acima). Em 1820, ele verificou que, ao colocar uma bússola sob um fio elétrico, a agulha desviava-se quando fazia-se passar uma corrente pelo fio. A partir desse ocorrido, foi possível estabelecer a relação entre a corrente elétrica e fenômenos magnéticos, permitindo um extraordinário desenvolvimento científico nesta área.

Vários cientistas destacaram-se nesse processo de desenvolvimento. O físico e matemático francês André-Marie Ampère (1775-1836) construiu o primeiro eletroimã. Esse dispositivo foi fundamental para a posterior invenção a aperfeiçoamento de vários aparelhos como o telefone, o microfone, o telégrafo, etc. Michael Faraday (1791-1867), notável físico e químico autodidata inglês, dedicou-se a diversos ramos da Física. No Eletromagnetismo, sua grande contribuição foi a descoberta do fenômeno da indução eletromagnética, básica para que pudessem surgir os geradores mecânicos de eletricidade e os transformadores.

Merecem ainda ser lembrados, por sua imensa contribuição à evolução do Eletromagnetismo, o grande físico norte-americano Joseph Henry (1797-1878), que continuou os trabalhos de Faraday sobre a indução eletromagnética; Heinrich Lenz (1804-1865), grande físico russo, contribuiu também para o estudo do fenômeno da indução eletromagnética; Wilhelm Weber (1804-1891), físico alemão, também contribuiu para o fenômeno do fluxo magnético; Nicolas Tesla (1856-1943), físico e inventor iuguslavo contribuiu para a aplicação do Eletromagnetismo em dispositivos, entre outros cientistas.

Por fim, uma menção especial deve ser feita a James Clerk Maxwell (1831-1879), célebre físico e matemático escocês, cuja participação, se não foi exatamente prática, teve importância teórica fundamental. Maxwell conseguiu estabeler com imensa genialidade uma matemática consistente, em sua obra Tratado Sobre Eletricidade e Magnetismo (publicada em 1873), na qual generalizou os princípios da Eletricidade descobertas antes pelo ilustre físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), Ampère, Faraday e outros. Isso serviu de base para a descoberta posterior das ondas eletromagnéticas, o que constitui a Teoria de Maxwell que foi totalmente comprovada experimentalmente pelo físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894).

A Origem da Vida - O Experimento de Staley Miller e Harold Urey

2010-02-14T12:09:00.000-08:00

Uma das questões mais perturbadoras e discutidas na atualidade é a concepção de como surgiu a vida no planeta Terra. Alguns acreditam que a vida surgiu com o desenvolvimento climático do planeta e outros crêem que talvez a vida proveio do Universo sideral. Esta última concepção foi proposta um pouco antes da metade do século XX pelo grande químico suíço Svante August Arrhenius (1859-1927). Arrhenius propôs que a vida veio ao planeta Terra por meio de meteoros que chocaram-se com a superfície terrestre. Nestes meteoros estaria contido microorganismos que foram desenvolvendo-se na Terra. Esta teoria, contudo, não é tão aceita, pois a proposição de que a vida surgiu na própria Terra tem maior aceitação na comunidade científica.

No ano de 1953, tentando determinar quais eram as condições necessárias para o surgimento da vida no planeta, os cientistas norte-americanos Staley Lloid Miller (1930-2007) (retratado na fotografia acima) e Harold Clayton Urey (1893-1981), construíram um aparelho(mostrado esquematicamente acima), no qual eram reproduzidas as condições supostamente existentes na Terra primitiva. O aparelho continha uma mistura dos gases metano (CH4), amônia (NH3), hidrogênio (H2) e vapor d'água (H2O), que foi submetida a intensas descargas elétricas. A mistura de gases simulava a atmosfera primitiva, e as descargas elétricas simulavam os raios de grandes tempestades que, supostamente, ocorriam na Terra primitiva. No aparelho também havia um condensador, no qual a mistura de gases era resfriada. O vapor de água presente na mistura condensava-se e escorria para a parte inferior, onde acumulava-se. Com isso Miller e Urey simulavam as chuvas que acumulavam-se nos oceanos, mares e lagos. Um aquecedor fazia ferver a água acumulada, que novamente transformava-se em vapor, simulando a evaporação da água das chuvas na superfície quentíssima da Terra.

Após deixar o sistema funcionando durante uma semana, Miller examinou o líquido acumulado na parte inferior do aparelho. O líquido, antes incolor, apresentava-se avermelhado. Testes químicos revelaram que o líquido avermelhado continha diversos compostos que não estavam presentes no início do experimento, entre eles compostos orgânicos como aminoácidos alamina e glicina, além de alguns outros compostos orgânicos simples.

É importante salientar que na época em que Miller realizou seu experimento célebre e pioneiro acreditava-se que a atmosfera primitiva fosse constituída apenas por metano, amônia, hidrogênio e vapor d'água. Porém, evidências um tanto mais recentes indicam que os gases mais abundantes na Terra primitiva eram o gás carbônico (CO2) e o gás nitrogênio (N2).

A Evolução do Estudo Relativo a Massas Atômicas

2010-02-10T10:05:00.000-08:00

A água, substância cuja fórmula molecular é H2O, outrora foi representada, segundo o modelo do físico e químico inglês John Dalton (1766-1844), por HO. É importante frisar que a representação HO era resultado da composição em massa da água. Os resultados da análise da água mostravam que a proporção entre oxigênio (O) e hidrogênio (H), segundo a Lei das Proporções Definidas, proposta pelo químico francês Joseph Louis Proust (1754-1826), mantinha-se próximo de 8 : 1, respectivamente. Portanto, se ao oxigênio for atribuído massa 8, o hidrogênio, por conseqüência, terá massa equivalente a 1. Por tal motivo, a massa era representada por HO. Conforme podemos facilmente perceber, as análises das quantidades equivalentes não foram suficientes para o estabelecimento das fórmulas.

O trabalho do renomado químico italiano Stanislao Cannizzaro (1826-1910), no ano de 1858, teve o imenso mérito de ter associado os métodos de análise química à Teoria Atômica, considerando a existência de átomos e moléculas. Seguindo nessa mesma linha de pensamento, o químico belga Jean Servais Stas (1813-1891) propôs uma escala de massas atômicas com maior precisão. Posteriormente, em 1905, usando métodos químicos, o ilustre químico T. W. Richards efetuou correções nos valores das massas atômicas obtidas por Stas.
A tentativa de classificar os elementos químicos teve seu início no ano de 1817 com o químico alemão Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849). Não foi, no entanto, uma classificação correta. Já em 1869, o grande químico e físico russo Dmitri Ivanovich Mendeleyev (1834-1907) (retratado na foto acima) organizou uma tabela com 63 elementos químicos, em função das massas atômicos de cada elemento, cujos valores haviam sido determinados, em sua maioria, por Cannizzaro. É importante salientar que a tabela original usada por Mendeleyev é muito diferente da que usamos atualmente.

À medida que Mendeleyev arranjava os elementos químicos, deixava certos espaços para elementos que ainda não haviam sido descobertos. Mendeleyev não limitava-se a deixar espaços vazios. Tomava o devido cuidado de calcular com precisão as massas atômicas desses elementos desconhecidos em função das massas atômicas dos elementos vizinhos. Um peculiar exemplo é o caso do elemento cujas propriedades o colocariam ao lado do alumínio (Al). Mendeleyev assumiu que a massa atômica desse elemento deveria ser 68. O gálio (Ga) foi descoberto em 1875, cuja massa atômica é igual a 69,7. Como podemos observar, a tabela periódica foi arranjada em função da massa atômica de cada elemento e ela serviu de guia para a determinação das massas atômicas de outros elementos.

A Descoberta dos Isótopos

2010-02-07T05:42:00.000-08:00

Por definição, isótopos são elementos químicos com o mesmo número atômico (simbolicamente representado pela letra Z), porém, diferente número de massa (simbolicamente representado pela letra A). No ano de 1902, o célebre químico neo-zelandês Ernest Rutherford (1871-1937) e o ilustre químico inglês Frederick Soddy (1877-1956) (retratado na fotografia acima), trabalhando juntos, descobriram que átomos do elemento químico tório (Th), descoberto em 1828 pelo grande químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848), produzia (por meio de decaimento radioativo) átomos de outro elemento. Os novos átomos foram denominados átomos de tório X e o processo foi associado a radioatividade.

É muito interessante tal ocorrido, não só pela imensa contribuição à ciência, mais por um fato histórico sonhado por todos os alquimistas: os alquimistas tentaram durante séculos transformar um elemento em outro, por exemplo, ferro (Fe) e prata (Ag) em ouro (Au). Por esta razão, há registros históricos de que Soddy teria exaltado tal descoberta como a realização dos sonhos dos alquimistas.

No ano de 1909, Rutherford identificou a radiação alfa nos processos radioativos. E no ano de 1913, Soddy identificou a existência dos isótopos (do grego isos, que significa igual, e topos, que significa lugar). Por estes trabalhos, Soddy recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1921 (Rutherford já havia recebido o Prêmio Nobel de Química em 1908 pela descoberta do próton e do núcleo atômico).

Os Raios Cósmicos

2010-02-05T18:33:00.000-08:00

O encontro da ciência com os fenômenos radioativos, de um modo geral, teve início no ano de 1896, quando o grande físico e químico francês Antoine Henry Becquerel (1852-1908) (na foto acima), trabalhando com uma substância que continha o elemento urânio (U), percebeu que, no escuro, a presença de uma fosforecência azulada proveniente dela. Becquerel imprimi o termo radioatividade para designar a emissão de raios durante a desintegração de átomos instáveis (nesses núcleos atômicos, a desintegração pode emitir partículas alfa, beta e raios gama). Com essa descoberta, Becquerel recebeu a Medalha Rumford em 1900 e o Prêmio Nobel de Física em 1903.

Posteriormente a Becquerel, pesquisas revelaram que os detectores de tais raios (citados anteriormente) continuavam a receber impactos mesmo na ausência de um material radioativo. Ficou provado que o "impacto" provinha do espaço cósmico. Alguns desses raios entram no Sistema Solar, atravessam a atmosfera e atingem a Terra. Esses raios são conhecidos atualmente como raios cósmicos (retratados esquematicamente acima).

Descobrindo Elementos Químicos

2010-02-03T09:48:00.000-08:00

Por definição, elementos químicos são átomos de mesma propriedades químicas. Ou, em uma linguagem um tanto mais científica, elemento químico são um conjunto de átomos de mesmo número atômico (representado pela letra Z). Número atômico é o número de prótons encontrados no núcleo atômico. Além do número atômico, os elementos químicos têm uma outra propriedade muito interessante denominada número de massa (representado pela letra A). O número de massa é o número de partículas constituintes do núcleo atômico (sendo prótons e nêutrons). É importante salientar que existem elementos químicos denominados isótopos. Isótopos são elementos químicos de mesmo número atômico, porém, com diferentes número de massa. Por exemplo, o elemento hidrogênio (símbolo H) tem um número atômico 1 (pois tem um único próton em seu núcleo) e um número de massa também 1, pois seu núcleo é constituído por um único próton. Porém, o elemento hidrogênio tem dois isótopos, que se distinguem do hidrogênio apenas por terem número de massa diferente. São eles: o deutério (símbolo D) e o trítio (símbolo T). O deutério, além de um próton, tem em seu núcleo um nêutron, o que faz com que ele tenha número de massa 2; já o trítio, além do próton, tem mais dois nêutrons em seu núcleo, o que faz com que ele tenha número de massa 3. A seguir, estarei apresentando a história da descoberta de alguns elementos químicos e suas propriedades. É importante citar que os elementos químicos na Tabela Periódica se dividem em famílias e classes. As classes são hidrogênio, metal, semi-metal, ametal e gás nobre.

O hidrogênio foi descoberto no 1766 pelo químico inglês Henry Cavendish (1731-1810). Inicialmente, Cavendish denomina o hidrogênio de flogístico ou "ar inflamável". O hidrogênio, à temperatura ambiente, encontra-se no estado gasoso. A palavra hidrogênio deriva do grego hýdor, que significa água, e genós, que significa geração.

No ano de 1772, o químico escocês Daniel Rutherford (1749-1819) descobriu o elemento nitrogênio (símbolo N). O gás recebe só recebe o nome de nitrogênio em 1790. O nitrogênio é um elemento do tipo ametal, de número atômico 7 e número de massa 14. Se encontra à temperatura ambiente na forma gasosa. O nome nitrogênio deriva do grego nitrus, que significa salitre, e genós, que significa geração.

O químico holandês Johan Gadolin (1760-1852), em 1794 descobriu e isolou um mineral raro que continha o elemento yttrium (símbolo Y). O nome yttrium foi dado em homenagem a cidade natal de Gadolin, a cidade de Ytterby. O yttrium é um elemento químico do tipo metal, que à temperatura ambiente encontra-se sólido, com um número atômico 39 e um número de massa 88.

No ano de 1807, o grande químico inglês Sir Humphry Davi (1778-1829) descobriu um novo metal, o qual foi denominado potássio (símbolo K), quando aplica eletricidade a uma mistura de materiais químicos fundidos. O potássio é um elemento do tipo metal, que a temperatura ambiente encontra-se no estado sólido, que tem um número atômico 19 e um número de massa 39. A palavra potássio vem do inglês potashi, que foi a denominação dada ao novo metal naquela época.

Em 1811 o químico francês Bernard Courtois (1777-1838) acidentalmente adiciona ácido demais a um punhado de alga marinha na fábrica de salitre de seu pai e descobre o elemento iodo (símbolo I). O iodo é um elemento químico do tipo ametal, com um número atômico 54, um número de massa 126 e que à temperatura ambiente se encontra no estado gasoso.

No ano de 1825, o ilustre físico e químico dinamarquês Hans Christian Orsted (1777-1851) conseguiu produzir um pedaço sólido de alumínio (símbolo Al). O alumílio é um elemento químico do tipo metal, de número atômico 13, de número de massa 31 e se encontra à temperatura ambiente no estado sólido. O nome alumínio deriva do latim alumén.

Em 1868 os astrônomos Pierre Janssen (1824-1907) e Norman Lockyer (1836-1920) identificaram independentemente um novo elemento, o qual denominaram hélio (símbolo He), na atmosfera do Sol. O hélio é um elemento químico do tipo gás nobre, número atômico 2, número de massa 4 e se encontra à temperatura ambiente na forma gasosa. O nome hélio deriva do grego helium, que significa Sol, ou o Deus do Sol, pois foi encontrado na atmosfera do Sol.

Na Alemanha, no ano de 1886, o químico Clemens Winkler descobre o elemento germânio (símbolo Ge), que havia sido previsto na Tabela Periódica do químico e físico russo Dmitri Ivanovich Mendeleyev (1834-1907) em 1869. O germânio é um elemento químico do tipo semi-metal, de número atômico 32, número de massa 72 e encontra-se à temperatura ambiente na forma sólida. O nome germânio é em homenagem a terra natal de Clemens Winkler, a Germânia (Alemanha).

Em 1894, os cientistas ingleses John William Strutt, mais conhecido como Lord Reyleigh (1842-1919), e William Ramsay (1852-1916) descobriram o gás argônio (símbolo Ar). O argônio é um elemento químico do tipo gás nobre, de número atômico 18, número de massa 39 e se encontra à temperatura ambiente na forma gasosa.

Em 1910, nos Estados Unidos da América, o metalúrgico Matthew Hunter é o primeiro a produzir o elemento químico titânio (símbolo Ti) na forma de metal puro. O titânio é um elemento químico do tipo metal, de número atômico 22, de número de massa 47 que se encontra à temperatura ambiente na forma sólida.

As Enormes Extensões do Universo

2010-02-03T04:21:00.000-08:00

A velocidade da luz (cerca de 300 000 km/s) é usada em uma definição de uma unidade de comprimento, denominada 1 ano-luz, amplamente empregada na medição de distâncias astronômicas. O valor de um ano-luz equivale a distância que a luz percorre durante um período de tempo de 1 ano (esta distância tem o valor aproximado em 10¹³ km). Para que tenhamos uma noção das enormes extensões do Universo conhecido pelo homem, e só vermos alguns peculiares exemplos que apresentarei a seguir.

A distância que nos separa da estrela visível a olho nu, mais próxima do planeta Terra (a estrela Alfa de Centauro), é de 4,2 anos-luz. Isto significa que a luz enviada pela estrela Alfa de Centauro gasta 4,2 anos para chegar à Terra. Em outras palavras, quando observamos esta estrela estamos vendo ela a 4,2 anos atrás. Então se uma nave espacial partisse da Terra, em direção à Alfa de Centauro, e pudesse desenvolver uma velocidade igual a da luz (a máxima velocidade que, de acordo com a Teoria da Relatividade de Einstein, poderia ser alcançada por um corpo material), ela somente chegaria ao seu destino após ter viajado durante mais de 4 anos (para uma comparação, sabemos que a luz vinda do Sol gasta 8 minutas para chegar à Terra).

Os astrônomos verificaram que as estrelas encontram-se, no espaço, agrupadas em imensas aglomerações, a qual foram denominadas galáxias (do grego galaktus, que significa leite), constituídas, cada uma, por bilhões e bilhões de estrelas. O Sistema Solar, por exemplo, pertence a uma galáxia denominada Via Láctea (do latim via, que significa rio, e Láctea, que significa leite), cujo diâmetro vale cerca de 100 000 anos-luz (isto é, a luz gasta 100 000 anos para percorrer o diâmetro da galáxia). O Sol está situado a 30 000 anos-luz do centro da Via Láctea.

O número de galáxias já observadas no Universo é imensamente grande. Entre elas, a mais próxima da Via Láctea é a galáxia (ou nebulosa) de Andrômeda, que encontra-se a uma distância de 2 milhões de anos-luz do centro da Via Láctea. Portanto, quando ocorre uma explosão em alguma estrela desta galáxia, somente após 2 milhões de anos este fato será observado aqui na Terra.

Outras galáxias encontram-se muito mais afastadas da nós, já tendo sido detectados corpos celestes a distâncias de centenas de milhões de anos-luz.

A Relação Calor e Energia Mecânica: A Célebre Experiência de Joule

2010-02-02T15:31:00.000-08:00

A concepção de calor como forma de energia foi proposta em 1798 pelo engenheiro anglo-americano Benjamin Thompson, mais conhecido como Conde Rumford (1753-1814), quando trabalhava na perfuração de canos de canhão. Observando o aquecimento das peças ao serem perfuradas, Rumford teve a ideia de atribuir este aquecimento ao trabalho que era realizado contra o atrito, na perfuração. Em outras palavras, a energia empregada na realização daquele trabalho era transferida para as peças, provocando uma elevação em suas temperaturas. Portanto, a antiga ideia de que um corpo mais aquecido possui maior quantidade de um fluido invisível de peso desprezível, denominado "calórico", começava a ser substituída pela ideia de que esse corpo possui, realmente maior quantidade de energia em seu interior.

Uma vez aceita esta concepção, tornava-se nacessário determinar a relação entre uma certa quantidade de calor e a quantidade equivalente de outra forma de energia. Ou seja, devia-se procurar obter, experimentalmente, a relação entre a unidade de calor (que é a caloria = Cal) e a unidade mais comumente empregada para medir qualquer tipo de energia (que é o Joule = J). Dentre os trabalhos que mais contribuíram para determinar que o calor é uma forma de energia, deve-se destacar as experiências do ilustre físico britânico James Prescott Joule (1818-1889) (apresentado na foto acima). Realizando medidas muito cuidadosas e as repetindo inúmeras vezes, Joule conseguiu obter, com imenso sucesso, a relação procurada, ou seja, quantos Joules de energia mecânica seriam necessários transformar para obter 1 caloria de energia térmica.

Das diversas experiências realizadas por Joule com esse intuito, uma delas tornou-se muito conhecida e destacou-se entre as demais. A experiência de Joule (cujo esquema é apresentado na foto acima) consistia em deixar cair de uma uma certa altura um peso conhecido preso a uma corda, de tal modo que, durante sua queda, um sistema de pás fosse acionado, entrando em rotação e agitando a água contida em um recipiente isolado termicamente. Em virtude do atrito das pás com a água, o peso caía com velocidade praticamente constante, ou seja, sua energia cinética mantinha-se invariável. Portanto, a energia potencial perdida pelo peso era integralmente transformada em energia interna da água, devido à agitação nela provocada pelas pás. Deste modo, a temperatura da água sofria uma elevação (de maneira semelhante ao que ocorreria se ela estivesse recebendo calor). Um termômetro adaptado ao aparelho permitia a Joule medir esta elevação de temperatura.

Conhecendo o valor do peso cuja queda acionava as pás e a altura desta queda, Joule pôde calcular a energia potencial perdida por este peso, por meio da equação Ep = Mgh, onde Ep é a energia potencial adquirida pelo peso, M é a massa do peso, g é a aceleração da gravidade (g = 9,8 m/s²) e h é a altura da qual o peso está do solo. Todavia, sabendo o valor da massa da água no recipiente e tendo medido a elevação de sua temperatura, foi possível a ele calcular a quantidade de energia térmica transferida a água, por meio da equação dQ = mc . dt, onde dQ é a quantidade de calor transferida a água, m é a massa da quantidade de água, c é o calor específico da água (c = C/m = dQ/dt/m = 1 Cal/g . °C) e dt é a variação de temperatura ocorrida na água. Comparando estes dois valores (Ep e dQ), Joule conseguiu estabeler a relação procurada, isto é, quantos Joules de energia mecânica equivalem a 1 caloria de calor. Hoje, sabemos que 1 Cal equivale à 4,18 Joules. Com essa experiência, Joule contribuiu imensamente para a evolução do estudo do calor e ainda estabeleceu uma nova forma de energia.

Homenagem a Stephen Hawking

2010-02-01T09:42:00.000-08:00

Stephen Hawking, atualmente, é um dos maiores cientistas de todos os tempos. Hawking desenvolveu teorias revolucionárias sobre buracos negros e a origem do Universo. Com imensa inteligência e extraordinária determinação, Hawking superou obstáculos de uma degenerativa e rara doença (esclerose lateral amiotrófica) e conquistou seu espaço entre os maiores cientistas comtemporâneos. E é por tais nobres razões que faço-lhe esta humilde homenagem por meio desta científico blog.

Stephen William Hawking nasceu em Oxford, Inglaterra, no dia 8 de Janeiro de 1942, nos exatos 300 anos da morte do grande cientista italiano Galileu Galilei (1564-1642). Seu pai, Frank Hawking, descendente de prósperos fazendeiros de Yorkshire, era um médico especializado em doenças tropicais. Sua mãe, Isobel, filha de um médico escocês, estudou economia na Universidade de Oxford, apenas uma década depois que a velha instituição começou a admitir mulheres em seus cursos. Porém, após a graduação teve de se contentar com o emprego de secretária. Pouco antes do nascimento do filho, para escapar das bombas de aviação alemã, Isobel teve que abandonar a casa que instalara o marido em um nobre subúrbio de Londres. Retornou a Oxford, porque Adolf Hitler (1889-1945), sabe-se lá qual foi o motivo, resolvera poupar os campi universitários. Desse modo, Stephen nasceu na cidade em que seus pais estudaram, a mesma que abrigou, durante a Idade Média, os ilustres precursores da ciência moderna, Robert Grosseteste e Roger Bacon. Após o nascimento de Stephen, o casal Hawking teve mais duas filhas: Mary, nascida em 1943, e Phillippa, nascida em 1947. Em 1950, a família Hawking muda-se para a cidade de Saint Albans, cerca de 30 km de Londres.

O desabrochar intelectual de Hawking lembra, parcialmente, o do grande cientista inglês Isaac Newton (1642-1727), salientando-se, é claro, que este fosse bem mais jovem quando o fenômeno ocorreu. Ambos deram-se repentinamente, de maneira subita, como resposta da mente a uma situação desafiadora. Assim como Newton, no início de seus estudos, até o colegial, Hawking foi um aluno um tanto relápso e medíocre. Fora os componentes neuróticos e problemáticos que atormentaram o grande Newton, imprimindo em sua personalidade marcas de solidão, provindas do rancor e da vingança, Hawking experimentou um despertar deveras mais positivo. Mas a semelhança entre os dois cientistas ingleses não resume-se à repentina subita revelação da genialidade. Existem outras coincidências muito peculiares e interessantes, por sinal:

Newton nasceu em 1642; Hawking, em 1942;
Ambos dedicaram-se ao estudo da cosmologia, envolveram-se profundamente com o fenômeno da gravitação e aspiraram alcançar nada menos do que os fundamentos da ordem universal;
Os dois fizeram carreira na tradicional Universidade de Cambridge e, em 1979, Hawking seria nomeado professor lucasiano de matemática, vindo a ocupar a mesma cadeira assumida por Newton em 1669.

Não convém, todavia, levar estes fatos, não tanto relevantes, longe demais.

Em 1959, Hawking ingrassa no curso de física da University College, em Oxford. Posteriormente, em 1962, recebe o grau de honra em ciência natural. Porém descobre que possui uma doença rara denominada esclerose lateral amiotrófica (resumida na sigla ELA). O nome "esclerose lateral amiotrófica" esclaresse muito sobre a natureza de tal doença: é a degeneração dos neurônios (esclerose), geralmente manifesta-se em uma única parte do corpo (lateral) causando um atrofiamento muscular (amiotrófica). O primeiro a estudar a fundo esta enfermidade foi o renomado neurologista francês Jean-Martin Charcot (1825-1893), que praticamente foi o fundador do método da hipnóse e influenciou imensamente o pensamento do fundador da psicanálise, o neurologista tchecoslovaco Sigmund Freud (1856-1939).

Em 1965, casou-se com uma estudante de francês, que conheceu em uma festa de fim de ano com sua família e amigos, chamada Jane Wilde, com a qual teve três filhos: Robert, nascido em 1967; Lucy, nascida em 1969; e Timothy, nascido em 1979. O casamento de Hawking e Jane terminou em 1990.

Um ano após casar-se com Jane Wilde, Hawking, sob orientação do professor de cosmologia Dennis Sciama, defende sua tese de cosmologia no Trinity Hall, da Universidade de Cambridge. Depois de receber o Ph.D., torna-se primeiro research fellow e depois professoral fellow no Gonville and Caius College, da Universidade de Cambridge, do qual é membro até hoje. Posteriormente, em 1970, junto com o físico inglês Roger Penrose, do Birkbeck College, de Londres, utiliza a teoria da relatividade geral, de Einstein, para demonstrar que a condição primordial do Universo, no instante do Big Bang, seria uma singularidade, análoga à encontrada no interior dos buracos negros. Esses objetos se tornariam o foco principal de sua pesquisa. Com isso, sugere a existência de mini-buracos negros, criados durante o Big Bang. Após essa proposição, em 1973 muda-se do Institute of Astronomy para o Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, situado também na Universidade de Cambridge. Após poucos meses, com imensa genialidade, combina mecânica quântica e teoria da relatividade geral para descrever um peculiar efeito ocorrido nos buracos negros, posteriormente conhecido como Radiação de Hawking, em sua homenagem. Segundo ele, os buracos negros não seriam completamente negros, mas irradiariam uma espécie de radiação e, ao final, evaporariam.

Em 1985, Hawking enfrenta uma grave pneumonia, cujo tratamento exige realização de traqueostomia. A cirurgia priva-o definitivamente da voz. Nessa época já locomovia-se por meio de uma cadeira de rodas. Passa a se comunicar por intermédio de um sintetizador de voz, que lhe dá um sotaque americano de todas as falas posteriores. Dois anos depois, em parceria com o cientista Werner Israel, publica o livro 300 Years of Gravity (300 Anos de Gravitação). Já em 1988, lança o livro Uma Breve História de Tempo, seu primeiro livro de divulgação científica. Para sua surpresa, a obra torna-se um best-seller imediato. E, em maio de 1995, completa 237 semanas na lista de mais vendidos do jornal The Sunday Times, quebrando o recorde de 184 semanas. Posteriormente, em 1993 publica o livro Buracos Negros, Universos Bebês e Outros Ensaios. No ano de 2001, publica uma de suas obras mais vendidas e disseminadas, O Universo Numa Casca de Noz.

Em 2004, oferece uma solução para o chamado "paradoxo da informação" dos buracos negros. Flutuações quânticas no horizonte de eventos de um buraco negro permitiam que a informação gradualmente escapasse dele, em vez de engolida e perdida para sempre.

A Órbita do Cometa Halley

2010-01-31T11:21:00.000-08:00

Quando, em Outubro de 1982, astrônomos do Observatório de Monte Palomar, nos Estados Unidos da América, detectaram pela primeira vez a nova aproximação do cometa Halley, ele encontrava-se entre as órbitas do planeta Saturno e do planeta Urano, a 11,04 unidades astronômicas (1 unidade astronômica, ou 1 ua, tem 156 milhões de km, distância média entre a Terra e o Sol). A órbita real percorrida pelo cometa é mais complicada do que pensa-se, pois não é definida apenas pela atração gravitacional exercida pelo Sol, embora esta seja preponderante. A ela, somam-se perturbações decorrentes dos campos gravitacionais dos planetas que, em movimento incessante, introduzem mutações contínuas na trajetória dos corpos que deles aproximam-se. Por isso, a órbita calculada para um certo instante - denominada órbita osculatriz - representa meramente aquela que tangencia a complicada órbita verdadeira no ponto em que o cometa encontra-se.

Para caracterizar uma órbita são necessários cinco parâmetros, ou elementos orbitais: ângulo de inclinação, distância periélica, argumento do periélio, longitude do nodo ascendente e excentricidade. Um sexto elemento, o instante da passagem do cometa pelo periélio, permite situá-lo na órbita em qualquer instante.

O advento da era das missões espaciais tornou muito mais severa as exigências relativas ao conhecimento das órbitas dos corpos celestes. Cálculos baseados apenas na ação das forças gravitacionais apresentam pequena margem de erro, já detectada em 1822 na passagem do cometa Encke, segundo cometa a ter seu retorno previsto e confirmado, e de período orbital mais curto: 3,3 anos. Neste caso, algumas horas separavam a previsão da teoria gravitacional e a órbita observada. Verificou-se então a necessidade de levar em consideração a influência de forças gravitacionais, de origem ainda oculta e sem representação matemática formal inteiramente satisfatório.

Hoje, acredita-se que a rotação do corpo central (núcleo sólido) do cometa em torno do seu próprio eixo e a ejeção permanente de gases nas partes aquecidas pela insolação têm efeito de empuxo semelhante ao de um foguete. Por esta razão, aplica-se sempre uma correção semi-empírica quando é necessário determinar com precisão a órbita do cometa Halley, para efeito, por exemplo, de correção da trajetória das naves espaciais que vão abordá-lo. Também serão usadas as novas posições aparentes captadas pala rede astronométrica do IHW na Terra e pelo telescópio espacial norte-americano, que alimentarão um trabalho de permanente reavaliação de dados e prognósticos.

A Descoberta do Nêutron

2010-01-31T10:19:00.000-08:00

No ano de 1920, o elétron e o próton já eram partículas cujas existências haviam sido amplamentes confirmadas e suas propriedades eram bem conhecidas. Naquela época, o ilustre cientista neo-zelandês Ernest Rutherford (1871-1937) lançou a hipótese da possibilidade da ligação de um próton (carga elétrica positiva) com um elétron (carga elétrica negativa), o que daria origem a uma partícula sem carga elétrica, que ele denominou "nêutron". Apesar de várias tentativas, os físicos não conseguiram comprovar experimentalmente a existência desta partícula, principalmente pelo fato de o nêutron não possuir carga elétrica, o que tornaria a sua presença muito difícil de ser detectada.

Em 1932, o grande físico inglês James Chadwick (1891-1974) (retratado na foto acima) realizou uma célebre experiência com a qual conseguiu provar a existência do nêutron. Chadwick deixou um feixe de partículas alfa (partículas idênticas ao núcleo de hélio) incidir sobre uma amostra de berílio (Be) que provocava a emissão, por esta substância, de um tipo de radiação invisível, sem carga elétrica, que os físicos, inicialmente, suspeitaram se tratar de raios gama (ondas eletromagnéticas de alta freqüência que são irradiadas pela desintegração de certos núcleos atômicos). Todavia, fazendo cálculos e medidas cuidadosas, os cientistas verificaram que, se esta hipótese fosse verdadeira, os princípios da Conservação da Energia e da Quantidade de Movimento não estariam sendo obedecidas.

Recusando-se a admitir que estas leis físicas estivessem sendo violadas, Chadwick formulou outra hipótese: a Conservação da Energia e da Quantidade de Movimento permaneciam válidas, mas a radiação invisível, proveniente do berílio, seria constituída por nêutrons e não de raios gama, como alguns físicos haviam suspeitado. Para verificar se realmente tratava-se de nêutrons, Chadwick procurou medir a massa de algumas dessas partículas que, de acordo com a proposta de Rutherford, deveria ser praticamente igual à massa do próton. Realizando uma série de outras experiências, ele encontrou resultados coerentes com o de suas primeiras medidas, estabelecendo então, de maneira definitiva, a existência do nêutron. Seus trabalhos foram de tamanha importância para o desenvolvimento da Física Nuclear que Chadwick recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1935.

A Antimatéria

2010-01-31T05:36:00.000-08:00

A matéria ordinária, como encontra-se no sistema solar, por exemplo, é toda constituída de átomos cujos núcleos são compostos de prótons e nêutrons, circundadas por elétrons. Todavia, raciocinando por meio do chamado princípio da simetria, que, de um modo geral, é sempre observado nos fenômenos naturais, os cientistas sopõem que devem existir regiões no Universo, provavelmente em nossa galáxia, nas quais a matéria presente seja constituída das chamadas "antipartículas". Tal nome é dado a partículas elementares com propriedade simétricas às partículas elementares que nós conhecemos. Por exemplo, a antipartícula do elétron é denominada "pósitron", e é idêntica ao elétron, exceto por possuir carga elétrica positiva. A existência de tais partículas já foi constatada experimentalmente pelos físicos em certos tipos de desintegração.

O "antipróton", partícula semelhante ao próton, entretanto, com carga elétrica negativa, também já foi comprovada a existência experimentalmente. Teoria sofisticadas mostram que todas as partículas elementares têm suas respectivas antipartículas (com exceção do bóson de fóton e do méson pi neutro) sendo, todavia, díficil a constatação devido ao fenômeno da "aniquilação". Quando uma partícula elementar choca-se com sua respectiva antipartícula (o próton com o antipróton, por exemplo) elas se "aniquilam", ou seja, ambas desaparecem, dando origem a uma quantidade de energia, que pode ser medida pelo produto de suas massas multiplicado pelo quadrado da velocidade da luz, que nada mais é do que a equação de Einstein: E = mc², onde m é a massa desaparecida, c é a velocidade da luz e E é a energia equivalente a massa m.

A matéria constituída por antipartículas é denominada "antimatéria". Seus átomos teriam núcleos negativos, formados por antiprótons e antinêutrons, com pósitrons girando em torno dele. Especulações em torno desse assunto, levam à suposição da existência de certas galáxias constituídas somente por antimatéria. No encontro de tal galáxia com outra constituída por matéria ordinária, haveria o aniquilamento total da matéria, com um desprendimento monumental de energia, milhares de vezes superior a bomba de hidrogênio.

Supõe-se que no momento da singularidade e da origem do Big Bang tenha ocorrido espontaneamente a criação de antimatéria, dando origem ao Universo.

O Neutrino

2010-01-30T13:26:00.000-08:00

Atualmente sabemos, com grande certeza, que os núcleos atômicos são formados por prótons (p+) e nêutrons (n) e que, por meio da desintegração de partículas beta, podem irradiar elétrons (e-). Mas como o núcleo atômico emite elétrons? Para responder a tal questão, é necessário recorrer a proposição do ilustre físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958), que, no ano de 1930, verificou que um núcleo, ao sofrer desintegração beta, emite junto ao elétron outra partícula denominada neutrino.

Porém, nessa época, ainda discutia-se a existência do nêutron, que só veio a ser detectado pelo grande físico inglês James Chadwick (1891-1974). Coube ao físico italiano Enrico fermi (1901-1954) propor que tanto o neutrino quanto o elétron eram produzidos no momento em que ocorriam a desintegração e a emissão deles. Portanto, não existiam no núcleo, ao contrário das emissões alfa, que têm as partículas presentes no núcleo.

Hoje, sabemos que o neutrino é uma partícula com massa praticamente nula e que tem uma interação extremamente fraca com a matéria (têm facilidade de atravessá-la). Reações nucleares que produzem neutrinos ocorrem no Sol e em outras estrelas. Durante a fusão nuclear, dois neutrinos são produzidos para cada átomo de hélio (He) gerado no Sol. Os cálculos mostram que 60 bilhões atingem a Terra por cm² por segundo. Quanto maior for a massa da estrela, mais neutrinos são formados. Considerando que a Via Láctea tem cerca de 1ooooooooo estrelas, imagine quantos neutrinos atingem a Terra por segundo por cm²!

O Modelo de Bohr

2010-01-30T12:56:00.000-08:00

No ano de 1913, os cientistas já sabiam que os elementos químicos na fase gasosa, quando submetidos a voltagens elevadas, produziam luzes de várias cores que mudavam conforme a natureza do elemento. Foi durante essa época que o grande físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), nascido em Copenhague, fez seus revolucionários trabalhos. Um dos primeiros artigos científicos publicados por Bohr nesse campo foi o resultado de trabalhos realizados com o gás hidrogênio que era descrito pelo cientista como um átomo constituído pelo núcleo de um único próton e por um único elétron. O modelo de Bohr propunha que o elétron permanecia em uma órbita circular, mas que havia a possibilidade de ele passar de uma órbita para outra mais externa. Jamais poderia ocorrer, todavia, de o elétron permanecer entre duas órbitas tidas como permitidas.

A partir de tais observações, se tornava impossível justificar a emissão de luz por átomos sob alta voltagem usando um modelo atômico que considera os átomos indivísiveis. (Desse modo, fica claro que o avanço dos modelos atômicos depende essencialmente das relações entre observações e teoria.)

Para explicar o fenômeno da emissão de luz, Bohr supôs que um elétron que ocupasse certa órbita poderia ser conduzido a uma órbita mais externa, mas esse fenômeno só ocorreria quando certa quantidade de energia fosse fornecida ao átomo. O elétron mais afastado e com mais energia, retornaria espontaneamente para a órbita original, liberando a energia absorvida na forma de luz.

Com este modelo, Bohr revolucionou a física das partículas e a física nuclear, o que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física.

Cirurgia Antisséptica

2010-01-30T12:47:00.000-08:00

A cirurgia antisséptica foi inventada pelo grande cirurgião inglês Joseph Lister (1827-1912). Em 1867, Lister passou a usar roupas ensopadas em ácido carbólico e adotou regras extremamentes rígidas de higiene para matar bactérias.

Os métodos de Lister aumentaram a taxa de sobrevivência da cirurgia dramaticamente. Antes disso, por volta de metade de todos os pacientes que passavam por cirurgia morriam de gangrena ou infecções secundárias.

A Invenção da WWW (World Wide Web)

2010-01-30T12:24:00.000-08:00

Em 1989, enquanto trabalhava no CERN (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares), em Genebra, na Suíça, o cientista da computação e informação inglês Tim Berners-Lee (1955) escreveu um programa que permitia que cientistas do CERN compartilhassem seu trabalho por meio de um sistema global de documentos de hipertexto. A rede foi lançada ao mundo por intermédio da Internet em 1991. A rede foi denominada World Wide Web (WWW), que em português significa Rede de Alcance Mundial.

Bernes-Lee nasceu em 1955, na cidade de Londres, Inglaterra. Interessado em computadores, ele estudou na Universidade de Oxford. Em Oxford, ele construiu seu próprio computador com componentes eletrônicos antigos e peças de uma televisão. Seus pais trabalhavam na indústria de computação. Berners-Lee desenvolveu um programa chamado Enquire para ajudá-lo a acessar tipos de informação variadas para seu trabalho. A informação era armazenada em arquivos que continham conexões e links de hipertexto.

Em 1994, Berners-Lee fundou o Consórcio da rede de Alcance Mundial. O objetivo do consórcio era guiar a rede para seu total potencial no futuro.

A World Wide Web revolucionou a comunicação mundial, a informática e toda a ciência da computação.

Kepler e suas Leis

2010-01-29T13:37:00.000-08:00

O notável astrônomo alemão Johannes Kepler (1571-1630) entrou para a História como o "legislador dos céus". Isso deveu-se ao fato de ter sido ele, a partir do modelo heliocêntrico (do grego helios, Sol e centros, centro) idealizado pelo grande astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473-1543), o primeiro a estabelecer as leis que regem o movimento dos planetas em torno do Sol. Kepler tornou-se assistente do astrônomo dinamarquês Tycho Brahe (1571-1630). Ao tomar conhecimento e analisar as observações e os registros de Brahe em relação ao movimento do planeta Marte, Kepler abandonou definitivamente a ideia de órbita circular, estabelecendo uma formulação matemática que o levou à concepção da elipse. Em 1609 deu forma final à sua concepção, estendendo-a aos demais planetas. Embora tivesse cogitado que o Sol, de alguma maneira, controlava os movimentos dos planetas, Kepler não coonseguiu estabelecer como dava-se esse controle, o que só veio a ser formulado, cerca de 50 anos depois, pelo grande físico, astrônomo e matemético inglês Isaac Newton (1642-1727).

Com base nas observações feitas por Tycho Brahe, Kepler estabelece três leis conhecidas como Leis de Kepler. A seguir irei apresentar suas formulações:

1º Lei de Kepler ou Lei das Órbitas: Os planetas descrevem órbitas elípticas em torno do Sol, que ocupa um dos focos da elipse descrita. (A elipse é uma espécie de circunferência ovalada.)

2º Lei de Kepler ou Lei das Áreas: O segmento imaginário que une o centro do Sol e o centro do planeta varre áreas proporcionais aos tempos dos percursos. Seja A a área no intervalo de tempo dt. De acordo com a Segunda Lei de Kepler:

A = k . dt

A constante de proporcionalidade k depende do planeta e é denominada velocidade areolar

3º Lei de Kepler ou Lei dos Períodos: O quadrado do período da revolução de cada planeta é proporcional ao cubo do raio médio da respectiva órbita. Sendo T o período de revolução do planeta, ou seja, o intervalo de tempo para ele dar uma volta completa em torno do Sol, e r a medida do semi-eixo maior de sua órbita (denominado raio médio), a Terceira Lei de Kepler permite escrever:

T² = K . r³

A constante de proporcionalidade K só depende da massa do Sol.

Com tais leis, Kepler revolucionou toda a Astronomia e impulsionou Newton as formulações de suas leis.

A Descoberta do ácido desoxirribonucleico (DNA)

2010-01-29T09:42:00.000-08:00

Em 1869 o químico suíço Johann Friedrich Miescher (1844-1895) identificou uma substância particular - ácido desoxirribonucleico (DNA) - no núcleo dos glóbulos brancos do sangue. A importância dessa descoberta só vai ser percebida depois de mais de 50 anos. Em 1929 nos Estados Unidos da América, o químico russo Phoebus Levene (1869-1940) estabelece que a molécula do DNA é composta por uma série de nucleotídeos, composta por açúcar, um grupo de fosfato e uma dessas quatro bases: timina (T), guanina (G), citosina (C) e adenina (A). Em 1950, também nos Estados Unidos da América, o bioquímico Erwin Chargaff (1905-2002) descobre que as bases são arranjadas em pares e que a composição do DNA é idêntica entre uma mesma espécie, mas difere em espécies diferentes.

Em 1952 dois cientistas americanos, Alfred Hershey (1908-1997) e Martha Chase (1927-2003), conduzem um experimento que prova que a molécula DNA é o meio pelo qual a informação genética é transmitida. Também em 1952, na Inglaterra, os cientistas Maurice Hugh Frederick Winkins e Rosalind Franklin analisam a molécula de DNA usando Raios X. Os resultados de Winkins e Franklin permitem que a forma da molécula de DNA seja determinada pelo cientista inglês Francis Crick (1916-2004) e pelo cientista norte-americano James Watson (1928).

Já em 1965, o bioquímico norte-americano Marshal Nirenberg decifra o código genético pelo qual o DNA controla a produção de proteína dentro das células.

Homenagem à Leonardo da Vinci

2010-01-29T08:45:00.000-08:00

Da Vinci mostrou ao mundo que, ao desenhar o que imagina, o inventor pode inspirar gerações futuras e tornar essas visões reais.

Leonardo nasceu a 15 de abril de 1452, na pequena cidade da Vinci, perto de Florença. Filho ilegítimo de Piero da Vinci, escrivão do modesto vilarejo ao norte da Itália, manteve-se sempre muito apegado ao pai e à mãe, Caterina, que casou-se posteriormente com Piero del Vacca. Explorador de todos os campos do conhecimento, Leonardo não concebia limites para sua genialidade, seus sonhos e suas fantasias. E disso resultou sua glória e tragédia. Idealizou inúmeros projetos, mas completou apenas alguns. Abandonava os trabalhos ao perceber que a execução não correspondia ao desejado. Sua vida foi repleta de fragmentos de obras, alguns extraordinários. Pouco antes de falecer, escreveria amargurado: "Nunca terminei um só trabalho". Contudo, deixou mais de cinco mil páginas de manuscritos que abrangem temas tão diversos como as causas das marés, o mecanismo do movimento do ar nos pulmões, os hábitos das corujas, as leis físicas da visão humana e a natureza da Lua. Apresentou também os planos de uma máquina voadora, uma série de teoremas geométricos, diversos estudos hidráulicos, projetos para uso do vapor como meio de propulsão, poemas, fábulas e máximas filosóficas. Seu trabalho é completado por obras consagradas pela história da Arte, como A Mona Lisa, A Última Ceia, Baco, São João Batista, Leda, Santana, A Virgem e O Menino e a Virgem dos Rochedos.

O extraordinário e diversificado talento de Leonardo manifestou-se muito cedo, nos primeiros anos de vida: belo e forte, era excelente esportista - ótimo nadador e cavaleiro; engenhoso artesão e mecânico, logo revelou seus dons inventivos; o desenho e a pintura também atraíram seu interesse, demonstrando seus dotes artísticos. Os cadernos de Da Vinci continham desenhos e ideias que não seriam colocados em prática por centenas de anos: paraquedas, canais, carros armados e submarinos.

Um aspecto curioso de grande parte dos manuscritos de Leonardo ilustra uma faceta de sua estrutura de pensamento: sendo ele ambidestro, ele escrevia as linhas tanto da esquerda para a direita como vice-versa. O modo incomum de redigir tornava mais díficil a leitura de seus manuscritos (era necessário recorrer a um espelho), mas, segundo Stefano De Simone, essa intenção escapou inteiramente a Leonardo. Ao escrever com a mão direita, ele expressava os resultados do estudo e reflexão crítica; escrevendo com a mão esquerda, da direita para a esquerda, traduzia o que vinha-lhe a mente espontaneamente.

Na França, Leonardo viveria seus últimos dias. Faleceu em 2 de maio de 1519, após receber os sacramentos da Igreja - e, ao que se conta, nos braços do rei Francisco I.

Em relação ao quadro de Da Vinci "Monalisa" (considerado por muitos a obra-prima do pintor), já especulou-se muito sobre seu real significado. Muitos afirmam que poderia ser um retrato de sua mãe, outros dizem que é uma homenagem à sua amante. Atualmente, surgiu a tese de tratar-se de um autoretrato e, para tentar comprová-la, pesquisadores italianos anunciaram que exumarão o corpo do pintor. Só há um perturbador detalhe: ninguém sabe ao certo onde estão os restos mortais de Da Vinci. Ele foi sepultado no Castelo de Amboise, porém, o local sofreu tantas invasões e saques que, lá, nada restou.

A Invenção do Motor

2010-01-29T08:12:00.000-08:00

Um motor é um dispositivo usado para transformar calor de determinado combustível queimado em poder de impulsão (transformar energia térmica em energia mecânica). Por esta razão o motor é classificado como uma máquina térmica. Motores a vapor são de combustão externa - o combustível é queimado em uma caldeira separada (externa ao motor) para produzir o vapor que fornece a força motriz (do grego motriz, movimento). Motores de combustão interna, como motores a gasolina ou diesel, queimam o combustível internamente.

Em 1876, o engenheiro alemão Nikolaus Otto (1832-1891) construiu o primeiro motor de combustão interna de quatro tempos. O equipamento queimava uma mistura de ar e gás carvão. Motores de quatro tempos têm esse nome porque o pistão realiza um ciclo repetitivo de quatro movimentos (ou tempos) para cima e para baixo. Os motores de quatro tempos passaram a ser largamente utilizados em fábricas européias.

Na Alemanha, no ano de 1885, o engenheiro alemão Gottlieb Daimler (1834-1900) inventou o motor a gasolina quando desenvolveu o carburador - um equipamento que permite que o motor de quatro tempos queime uma mistura de ar e gasolina. A vantagem da gasolina é que seu armazenamento é muito mais fácil do que o gás carvão.

Em 1893, o engenheiro também alemão Rudolf Christian Karl Diesel (1858-1913) inventou um motor de quatro tempos que queimava uma mistura de ar e óleo diesel (o nome "óleo diesel" é em sua homenagem).

A Descoberta dos Raios X

2010-01-29T07:43:00.000-08:00

Em Novembro de 1895, o grande físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) descobriu que, passando eletricidade pelo vácuo, ele produzia um novo tipo de radiação de alta energia que ele denominou raios X, por desconhecer a natureza de tais raios (X = desconhecido).

Röntgen também descobriu que um feixe de raios X podia passar através do corpo para produzir uma placa fotográfica. Röntgen observou que os ossos apareciam como imagens claras na placa, enquanto tecidos macios, como músculos e pele, eram muito menos nítidos. Isso ocorre porque os raios X têm a capacidade de atravessar tecidos fino e esponjosos, como pele e músculos, porém, são absorvidos por tecidos sólidos e rígidos, como ossos. Röntgen, por exemplo, foi o primeiro homem a fazer uma radiografia de sua própria mão.

Em semanas, a descoberta de Röntgen foi recebida como uma das mais significativas para a história da medicina. Pela primeira vez, médicos poderiam olhar no interior dos corpos sem precisar cortá-los. Atualmente os raios X são usados rotineiramente para detectar ossos quebrados e outras desordens. Raios X também são usados em combinações com computadores em Scanners de Tomografia Computadorizada (CT). Scanners CT produzem imagens em forma de "fatias" do corpo que mostram tanto tecidos moles quanto os duros. A ideia de scanners CT foi desenvolvida pelo engenheiro inglês Godfrey.

Atualmente também sabemos que os raios X são ondas eletromagnéticas com freqüências contidas em 10²² Hz (hertz)! Por terem uma freqüência extremamente elevada, carregam grande quantidade de energia e, por esta razão, podem danificar a formação de células animais, causando câncer ou mutação genética.

O Movimento Browniano

2010-01-11T07:10:00.000-08:00

Este interessante fenômeno, observado pela primeira vez pelo biólogo e naturalista britânico Robert Brown (1773-1858), é assim denominado em homenagem à ele. Brown observou que pequenas partículas (grãos de pólen) em suspensão no interior de um líquido, observadas ao microscópio, apresentavam um movimento constante e inteiramente ao acaso, mudando sucessivamente de direção. Inicialmente ele pensou que pudesse se tratar de matéria constituída por organismos vivos. Após certo tempo, esta ideia teve que ser abandonada, pois constatou-se que o movimento continuava ininterrupto durante grande período de tempo, cerca de meses e, além disso, o mesmo fenômeno podia ser observado com partículas inorgânicas (portanto sem vida) em suspensão no líquido. Um estudo completo e uma análise matemática deste fenômeno só vieram a ser desenvolvidas no trabalho apresentado em 1905 pelo físico alemão Albert Einstein (1879-1955). Einstein, que acreditava que a matéria poderia ser realmente constituída por átomos e moléculas em constante movimento, estava procurando um fenômeno que tornasse evidente a existência de tais partículas. Ele propunha a seguinte explicação para o movimento browniano: estando uma partícula em suspensão no líquido, ela recebe, simultaneamnete, os impactos de um número elevado de moléculas do líquido que, de acordo com a Teoria Cinética, encontram-se em movimento constante e caótico. Eventualmente, a partícula pode receber um número de impactos de um lado maior do que do outro e isto, consequentemente, provoca um deslocamento desta partícula. Portanto, para Einstein, o movimento browniano seria consequencia direta do movimento caótico das moléculas de um líquido. Einstein deduziu equações que previam que: o deslocamento das partículas em movimento browniano deve aumentar com o aumento da temperatura, deve ser tanto maior quanto menor for a partícula, deve ser tanto menor quanto maior for a viscosidade do líquido, etc.

O físico francês Jean-Baptiste Perrin (1870-1942), em 1908, realizando uma série de experiências, constatou que realmente as observações feitas por Einstein estavam corretas. Estas observações evidenciaram de maneira incontestável a constituição atômica e molecular da matéria.

Tipos de Ondas Eletromagnéticas

2010-01-10T05:06:00.000-08:00

O conjunto de todos os tipos de ondas eletromagnéticas é denominado "espectro eletromagnético". Existem, atualmente, muitos tipos de ondas eletromagnéticas que constituem esse espectro. Todas as ondas que fazem parte desse espectro propagam-se, no vácuo, com uma velocidade igual a da luz e podem ser originadas pela aceleração de uma carga elétrica. Apresentarei, a seguir, algumas características de cada tipo de onda que constitui o espectro eletromagnético.

Ondas de Rádio

São ondas que são produzidas por aceleração de elétrons em um antena emissora. Estes elétrons estam continuamente acelerados, portanto, produzem tais ondas. Têm uma freqüência compreendida em até cerca de 108 Hz (hertz). As ondas eletromagnéticas usadas pelas antenas de TV têm as mesmas características das ondas de rádio. Todavia, elas apresentam freqüências mais elevadas do que aquelas normalmente usadas nas estações de rádio.

Microondas

Considerando freqüências mais elevadas do que as ondas de rádio, encontramos ondas eletromagnéticas denominadas microondas. Estas ondas têm freqüências compreendidas, aproximadamente, entre 108 hertz e 10¹² hertz. As microondas são amplamente usadas em telecomunicações, tranportando sinais de TV ou transmissões telefônicas (por "via satélite").

Radiação Infravermelha

A região seguinte do espectro eletromagnético é constituída pelas radiações infravermelhas, que são ondas eletromagnéticas com freqüências desde cerca de 10¹¹ hertz até 10¹4 hertz. A radiação infravermelha é emitida em grande quantidade pelos átomos de um corpo aquecido, os quais encontram-se em constante vibração.

Radiação Visível

As ondas eletromagnéticas cujas freqüências estão compreendidas entre 4,6 . 10¹4 hertz e 6,7 . 10¹4 hertz constituem uma região do espectro eletromagnético de importância excepcional para nós. Estas radiações são capazes de estimular a visão humana, isto é, elas são as radiações luminosas (luz). As menores freqüências das radiações visíveis dão-nos a sensação de vermelho. Aumentando a freqüência das radiações teremos, sucessivamente, as radiações correspondentes ás cores laranja, amarelo, verde, azul, anil e, no final da região visível, a radiação violeta. Pode-se perceber, então, que a denominação "infrevermelho" foi usada porque as freqüências desta radiação estão situadas em uma faixa logo abaixo da freqüência correspondente à cor vermelha.

Radiação Ultravioleta

As ondas eletromagnética com freqüências contidas entre cerca de 10¹6 e 10¹8 hertz são denominadas radiações ultravioletas. Esta denominação indica que essas ondas têm uma freqüência superior a radiação violeta. Os raios ultravioleta são emitidos por átomos excitados como, por exemplo, em lâmpadas de vapor de mercúrio (Hg) (acompanhado de emissão de luz). Estas radiações não são visíveis, podendo mesmo danificar o tecido do olho humano. Elas podem ser detectadas por outros processos, como por exemplo, ao impressionarem certos tipos de chapas fotográficas. O Sol irradia raios ultravioletas para a Terra, porém, grande quantidade é absorvida pela camada de ozônio (O3) presente na atmosfera terrestre. Uma grande exposição da pele humana a radiações ultravioleta pode dar origem a ulcerações cancerosas.

Raios X

São ondas eletromagnéticas com freqüência contida entre 10¹8 hertz e 10²º hertz. Os raios X foram descobertos em 1895 pelo físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923), que recebeu o Prêmio Nobel de Física, em 1901, por essa descoberta. A denominação "raios X" foi usada por Röntgen porque ele desconhecia a natureza das radiações que acabara de descobrir (raios X = raios desconhecidos) Estes raios podem ser produzidos em tubos apropriados (ampolas de raios X). Röntgen verificou que os raios X têm a capacidade de atravessarem, com certa facilidade, materiais de baixa densidade (como tecidos animais). Em virtude desta propriedade, logo após a descoberta dos raios X passaram a ser amplamente usados para obter radiografias. O próprio Röntgen foi o primeiro a fazer uso dessas radiações com esta finalidade, conseguindo obter a radiografia dos ossos da mão de uma pessoa. Modernamente, os raios X encontram um campo de aplicação muito amplo além de seu emprego nas radiografias. Assim são usados no tratamento do câncer, na pesquisa de estrutura cristalina os sólidos, na industria e em quase todos os campos da ciência e da tecnologia.

Raios gama

As ondas eletromagnéticas com freqüência mais elevada do espectro eletromagnético são denominadas raios gama. Têm uma freqüência compreendida entre 10²º hertz e 10²² hertz. Esta radiação é emitida na desintegração de certos núcleos de alguns elementos químicos. Tais elementos químicos são denominados elementos radioativos. Um núcleo atômico ao se desintegrar pode irradiar três tipos de radiação: partículas alfa, partículas beta e raios gama. Os raios gama, assim como os raios X, podem causar danos irreparáveis às células animais. Na explosão de uma arma nuclear (uma bomba atômica, por exemplo) há uma enorme emissão dessas radiações, sendo, por este motivo, o uso de tais armas um grande perigo à humanidade.

A Descoberta das Ondas Eletromagnéticas

2010-01-09T17:23:00.000-08:00

O trabalho mais ilustre e célebre desenvolvido no estudo do Eletromagnetismo foi realizado em meados do século XIX pelo renomado físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879). Apoiando-se nas leis experimentais desenvolvidas pelo grande físico francês Charles Augustin Coulomb (1736-1806), pelo ilustre físico também francês André-Marie Ampère (1775-1836) e pelo grande físico experimental inglês Michael Faraday (1791-1867), e acrescentando a essas leis experimentais uma nova concepção criadas por ele próprio, este cientista estruturou um conjunto de equações, atualmente denominadas equações de Maxwell, que unificam todos os conhecimentos sobre o Eletromagnetismo adquiridos até aquela época. A conseqüência mais marcante para a Física, obtida por meio de tais equações, foi a previsão da existência das chamadas ondas eletromagnéticas. Maxwell, para confirmar a existência das ondas eletromagnéticas, fez uma descoberta incrível sobre a oscilação de um campo magnético e campo elétrico, que irei apresentar a seguir:

Campo Elétrico Induzido

Maxwell percebeu, por meio de experiências, que, se um campo magnético existente em uma certa região do espaço, sofrer uma oscilação no decorrer do tempo, esta oscilação faz aparecer, nesta região um campo elétrico induzido. Este fato constitui um dos princípios básicos do Eletromagnetismo e fica claro, então, que um campo eletrico pode ser produzido não só por cargas elétricas em repouso, mas também por um campo magnético oscilável.

Campo Magnético Induzido

Quando Maxwell constatou a existência do campo eletrico induzido, ele teve a idéia de que, talvez, o fenômeno inverso fosse verdadeiro. Em outras palavras, Maxwell lançou a hipótese de que um campo elétrico oscilável pudesse dar origem a um campo magnético. Portanto, a hipótese de Maxwell nos diz que, se um campo elétrico, existente em uma certa região do espaço, sofrer uma oscilação no decorrer do tempo, esta oscilação dará origem, nesta região, à um campo magnético induzido.

A Existência das Ondas Eletromagnéticas

A propagação através do espaço constituída por oscilações de campos magnéticos e elétricos é a chamada onda elétromagnética. Ao calcular a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética, no vácuo, maxwell encontrou um resultado igual à velocidade da luz. Este fato levou-o a suspeitar que a luz fosse uma onda eletromagnética. As experiências do grande físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), e outras posteriores, mostraram que as idéias de Maxwell eram corretas.

A relação massa-energia

2010-01-07T09:37:00.000-08:00

Até o início do século XX, os cientistas acreditavam que a energia e a massa de um corpo são propriedades totalmente distintas, isto é, não poderia haver qualquer relação entre essas grandezas. Porém, em 1905, quando o grande físico alemão Albert Einstein (1879-1955) publicou sua obra Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento, onde apresentava sua Teoria da Relatividade, começou-se a perceber que poderia haver, sim, uma relação entre a massa e a energia de um corpo, afirmando-se, ainda, que a massa poderia ser uma fonte de energia.

Desde os 16 anos de idade, Einstein imaginava o que ocorreria com um corpo se ele pudesse se movimentar com uma velocidade próxima ou igual a da luz (a velocidade da luz, que é usualmente representado por c, é aproximadamente igual a 300 000 km/s). E daí que foi surgindo uma teoria que iria revolucionar todo o pensamento científico.

Segundo a Teoria da Relatividade, se um corpo de massa m pudesse se movimentar com uma velocidade c igual a da luz, sua massa iria variar a tal ponto que ele teria uma energia inicial E0 (acarretada pela variação de massa) diretamente proporcional a sua massa m e ao quadrado da velocidade da luz c, isto é, E0 = mc². Entretanto, essa é uma energia constante da massa do corpo que, mesmo que ele esteja em repouso ele terá como grandeza. Se realmente esse corpo estivesse se movimentando com uma velocidade igual a da luz, ele teria uma outra energia relacionada com seu movimento, denominada energia cinética K. Portanto, sua energia total Et seria a soma da sua energia inicial mc² com sua energia cinética K, ou seja, Et = mc² + K. Todavia, segundo o próprio Einstein, é impossível um corpo macroscópico atingir uma velocidade igual a da luz.

Essa relação massa-energia causou uma tremenda revolução na Física, sendo uma das teorias mais complexas que já propuseram.

Edwin Hubble e a Expansão do Universo

2010-01-07T04:50:00.001-08:00

Quando o físico alemão Albert Einstein (1879-1955) elaborou sua Teoria da Relatividade, afirmando que o campo gravitacional que os corpos produzem é conseqüência do dobramento que eles causam no espaço, ele propôs que com isso poderia-se calcular o tamanho do Universo. Porém, para tal fato, Einstein afirmou que o Universo deveria ser constante e as galáxias estáticas. Todavia, por decorrência de uma incrível descoberta, foi constatado que Einstein estava errado. Essa descoberta foi a constatação de que o Universo está em constante expansão.

Na década de 1920, o grande astrônomo norte-americano Edwin Powell Hubble (1889-1953) conseguiu observar que as galáxias estão se afastando umas das outras. Por meio da detectação das ondas eletromagnéticas vindas de algumas galáxias, Hubble percebeu que em determinada ocasião a freqüência e o comprimento de onda dessas ondas tinha um determinado valor, porém, em uma detecção após certo período de tempo, a freqüência tinha um valor menor , o que acarretava em uma aumento do comprimento de onda. Existe um efeito relacionado com o estudo das ondas, denominado efeito doppler (em homenagem ao seu descobridor, o físico austríaco Christian Doppler), que afirma que, quanto maior a distância que uma onda percorre, menor torna-se sua freqüência e, por conseqüência, maior se torna seu comprimento de onda. Conclui-se, então, que as ondas eletromagnéticas vinda dessas galáxias, teve que percorrer uma distância maior. Isso mostra que essas determinadas galáxias estão afastando-se da Via Láctea.

Essas observações serviram de base para a formulação da Teoria do Big Bang, proposta pelo físico ucraniano George Gamow (1904-1968). Salientando-se que se as galáxias estão se afastando, pressupõe que, em um certo período de tempo, estavam concentradas em um só ponto.

Charles Darwin e a Teoria da Evolução

2010-01-07T03:35:00.000-08:00

Um dos maiores cientistas de todos os tempos foi o grande naturalista inglês Charles Darwin. O grande feito de Darwin foi dar as bases da Teoria da Evolução, que explica da maneira mais satisfatória a existência de todos os seres vivos no planeta Terra. Darwin nasceu em 12 de Fevereiro de 1809 na cidade de Shrewsbury. Com apenas 16 anos de idade, entrou na Universidade de Edimburgo, para estudar Medicina. Apesar de seu pai e seu avô serem médicos, ele abandonou os estudos após dois anos e, por pressão da família, iniciou o curso de Teologia. Porém, sua vocação era outra. Gostava mesmo era de coletar material zoológico. Se fez amigo de grandes cientistas e assim, com apenas 22 anos de idade, foi convidado a participar, como naturalista, da expedição do navio S.S. Beagle, que deu a volta ao mundo realizando pesquisas no litoral da América do Sul e nas Ilhas do Pacífico. Em todos os lugares visitados, Darwin coletava plantas, animais, pedaços de rocha e fósseis. De cada porto mandava esse material para a Inglaterra. De volta a expedição, separou e classificou as 235 toneladas de material que havia coletado e se pôs a estudá-lo a fundo. Além do livro Narrativa da Viagem, publicou, entre outras obras, Diário e Observações (1839), Recifes de Coral (1842), Geologia da América do Sul (1846) e A Expressão das Emoções no Homem e nos Animais (1872). Entretanto, foi o livro A Origem das Espécies (1859) que celebrizou o autor. Nesta obra ele desenvolveu a teoria evolucionista, segundo a qual as espécies derivam umas das outras por seleção natural. Assim, o homem moderno e os macacos têm um antepassado em comum. Essas ideias foram fortemente criticadas por aqueles que não aceitavam uma explicação diferente da que a Bíblia dava para a criação do mundo (Criacionismo).

Apesar das controvérsias, as ideias de Darwin impuseram-se ainda no século XIX e serviram de base para os modernos estudos de evolução genética. Darwin faleceu em 19 de Abril de 1882, ao que se sabe de doença de chagas, por ser picado por um inseto na América do Sul.

A Teoria Evolucionista afirma que:

As populações naturais de todas as espécies tendem a crescer rapidamente, pois o potencial reprodutivo dos seres vivos é muito grande. Apesar de apresentar enorme potencial de crescimento, as populações naturais mantêm tamanho relativamente constante em longo tempo. O crescimento das populações é limitado pelo ambiente (disponibilidade de alimento e locais de procriação, presença de inimigos naturais, parasitas, etc.). Conclui-se, então, que em cada geração, morre grande número de indivíduos, muitos deles sem deixar descendentes. Os indivíduos de uma população diferem quanto a diversas características, inclusive aquelas que influem na capacidade de explorar, com sucesso, os recursos naturais, e na de deixar descendentes. Conclui-se que os indivíduos que sobrevivem e reproduzem-se a cada geração são, preferencialmente, os que apresentam características que permitem maior adaptação às condições ambientais. Essa conclusão resume o conceito darwinista de seleção natural (ou sobrevivência dos mais aptos).

Grande parte das características apresentadas por uma geração é herdada dos pais. Conclui-se que, uma vez que, a cada geração, sobrevivem os mais aptos, é natural que os descendentes herdam as características relacionadas à aptidão para a sobrevivência, ou seja, para a adaptação. Em outras palavras, a seleção natural favorece, ao longo das gerações sucessivas, a permanência e o aprimoramento de características mais adaptativas.

A Grande Influência da Massa de um Corpo sobre seu Campo Gravitacional

2010-01-06T17:43:00.000-08:00

Em meados do século XVII, o grande cientista inglês Isaac Newton, em sua obra-prima intitulada Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, Newton apresentou uma das leis que iriam revolucionar todo o conhecimento científico: a Lei da Gravitação Universal. Esta lei, ao que consta, Newton enunciou pela queda de uma maçã em sua cabeça quando ainda ele era jovem. Ele, então, neste momento, se perguntou: por que todos os corpos caem quando soltos em determinada altura? Não tem-se prova de que realmente uma maçã caiu em sua cabeça, mas ocorrendo ou não este fato, Newton propôs uma teoria espetacular.

Nesta lei, Newton afirma que todos os corpos atraem-se mutuamente, com uma força proporcional a massa dos corpos e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa. Nesta lei, introduz-se uma constante de proporcionalidade denominada constante gravitacionalG (G = 6,67 . 10-¹¹ N/ m² . kg²). Com esta lei Newton explicou por que os corpos caem, por que os planetas do Sistema Solar giram em torno do Sol e porque satélites como a Lua giram em torno de planetas como a Terra.

É um fato deveras interessante que a massa dos corpos influi crucialmente em sua força gravitacional. Para entender isso, tomemos como exemplo um fato astronômico muito interessante: Júpiter é o quinto planeta do Sistema Solar e o que tem maior volume e massa (cerca de 317,8 Terras, salientando-se que a massa da Terra é aproximadamente 5,9742 . 10²4 kg). Tendo Júpiter maior massa, indaga-se que ele também tenha um campo gravitacional mais intenso. Podemos provar isso pelo fato de Júpiter servir como um escudo para a Terra. Quando muitos meteoros vêm em direção à Terra, Júpiter, por meio de seu intenso campo gravitacional, atrai o meteoro para sua superfície (com excessões de alguns, é claro). Portanto, se não existisse Júpiter, talvez a Terra já não existiria mais!

Louis Pasteur e a Estereoquímica

2010-01-06T12:16:00.000-08:00

A estereoquímica é um muito importante ramo da química. Ela procura avaliar as propriedades das substâncias, em função da posição relativa dos átomos nas moléculas, quando estas fazem parte de gases ou líquidos, ou das posições de átomos ou moléculas dentro de sólidos.

A estereoquímica deve muito ao grande cientista francês Louis Pasteur (1822-1895), que, entre 1843 e 1849, investigou intensamente os ácidos tartárico e racêmico. Ambos eram obtidos a partir dec tártaros, depósitos que formam-se nos barris de vinho. O químico alemão Eilhard Mitscherlich (1794-1863), aluno do grande químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848), mostrou que os dois ácidos têm a mesma densidade e seus sais metálicos têm a mesma estrutura cristalina. A partir dessas constatações, Berzelius o conceito da isomeria. A descoberta mais importante foi a de que o ácido tartárico desvia o plano da luz polarizada e o ácido racêmico, não.

Moléculas Alotrópicas

2010-01-06T11:16:00.000-08:00

Alotropia é a propriedade pala qual um mesmo elemento químico pode formar duas ou mais substâncias simples diferentes, que são denominadas variedades alotrópicas do elemento. Substância simples são aquelas que têm em sua formação um único elemento químico. As variedades alotrópicas podem diferir quanto à quantidade de átomos (atomicidade) e à sua estrutura.

Algumas variedades alotrópicas:

Oxigênio:

No oxigênio comum (O2), os átomos unem-se dois a dois, formando as chamadas moléculas biatômicas. O O2 encontra-se, á temperatura ambiente (cerca de 20° C), no estado gasoso e está presente na atmosfera terrestre como componente do ar, tendo importância vital para a vida animal e vegetal. Uma propriedade extremamente importante desse gás é que alimenta todas as reações de combustão e, sendo por este motivo, denominado comburente: sem o oxigênio não ocorre nanhuma combustão. Já no ozônio (O3), os átomos unem-se três a tr~es, formando moléculas triatômicas. À temperatura ambiente, o O3 se encontra como um gás azul-claro e apresenta odor intenso e característico, que pode ser sentido após tempestades com descargas elétricas e também próximo a equimamentos de alta voltagem.

Carbono:

Diamante: cada átomo de carbono está ligado a quatro outros átomos de carbono não contidos num mesmo plano. Uma propriedade física do diamante é a dureza, ou seja, a capacidade de riscar qualquer outra substância natural.

Grafita: apresenta uma estrutura formada por anéis hexagonais contidos num mesmo plano, formando lâminas.

Fulereno: Em 1984, o cientista americano Richard Smalley, da Universidade de Prince, descobriu variedades alotrópicas do carbono, que foram denominadas fulerenos. O primeiro registro das formas mais comuns da nova molécula foi obtido no microscópio de tunelamento da IBM, em Almaden, Estados Unidos da América. São moléculas que podem ter um número muito grande de átomos de carbono, formando esferas.

Enxofre: Embora os cristais das duas variedades alotrópicas sejam diferentes, ambas são formadas por anéis com oito átomos interligados entre si.

Rômbico: É a variedade alotrópica mais comum, que aparece na forma de cristais amarelos e transparentes.

Monoclínico: Apresenta-se na forma de cristais opacos com formato de agulhas, encontrados em regiões vulcânicas.

Fósforo:

Fosfóro branco: É formado por ligações de quatro átomos de fósforo. Sua fórmula é P4. Quando entra em contato com o oxigênio, rapidamente entra em combustão. Por ser altamente instável e reativo, deve ser guardado na água.

Fósforo vermelho: Não apresenta uma estrutura determinada, mas existem evidências de que ele é constituído por uma longa cadeia. Essa variedade alótropica e fósforo, representada pela fórmula Pn, Apresenta-se na forma sólida, com coloração que varia do vermelho ao violeta e é muito menos reativo que o P4.

Os Quarks

2010-01-06T09:06:00.000-08:00

O físico americano Murray Gell-Mann (1929) (retratado na fotografia acima), em 1963, propunha uma teoria na qual os hádrons (partículas como prótons e nêutrons que na época eram consideradas como elementares), eram considerados como partículas compostas, em cuja estrutura eram encontradas partículas elementares ainda desconhecidas, com uma característica totalmente inédita: a essas partículas Gell-Mann deu a denominação de quarks, quase como se fosse uma brincadeira, já que a palavra foi retirada da obra Finnegans Wake do grande escritor irlandês James Joyce (1882-1941), com significado restrito apenas àquele trabalho (de maneira geral as denominações dadas as partículas são derivadas do idioma grego levando em conta a propriedade de cada partícula). Apesar destas circunstâncias, a denominação proposta por Gell-mann foi bem aceita e passou, rapidamente, a ser adotada sem restrições, estando hoje consagrada universalmente. Algumas das previsões de Gell-Mann, referentes á existência de estrutura nos hádrons, foram confirmadas e em 1969 ele recebeu o Prêmio Nobel de Física por seus trabalhos. Mais de uma espécie de quark teve de ser prevista (ao todo 12) para que, agrupando-os convenientemente, fosse possível montar a estrutura de inúmeros hádrons e de outras partículas não-elementares conhecidas naquela ocasião. Sabemos atualmente que existem quarks com denominações como up (u), down (d), charm (c), strange (s), top (t) e bottom (b), cada uma com um com carga e massa diferentes.

Com a proposta desses diversos tipos de quarks, é possível combiná-los para obter a estrutura de todas as partículas (pesadas e média) conhecidas. Por exemplo, para obter a estrutura de um próton deve-se lançar mão de dois quarks u e um quark d, originando uma carga total (2/3) + (2/3) + (-1/3) = 1 como já era esperado. Por sua vez um nêutron seria constituído por um quark u e dois quarks d, sendo então sua carga total é (2/3) + (-1/3) + (-1/3) = 0.

Atualmente já se pode prever que em cada próton e em cada nêutron os quarks chocam-se constantemente, se deslocando com uma velocidade próxima a da luz. A tais velocidades ocorrem fenômenos pouco comuns no mundo macroscópico da matéria, para a descrição dos quais os cientistas precisam lançar mão da Mecânica Quântica e da teoria da Relatividade.

Homenagem à Albert Einstein

2010-01-06T07:30:00.000-08:00

Com certeza Albert Einstein foi um dos maiores cientistas de todos os tempos, com um renome comparado ao de Sir Isaac Newton (1642-1727) e Galileu Galilei (1564-1642). Postulou as bases para a vasta Teoria da Relatividade, enunciou o efeito fotoelétrico, explicou o movimento browniano e criou o início para a inacabada Teoria do Campo Unificado. Teve alguns problemas com os nazistas, mas nunca perdeu sua postura de grande cientista.

Albert Einstein nasceu em 14 de março de 1879 na pacata cidade do Sul da Alemanha, Ulm. Sua infância, porém, seria passada em Munique, para onde seu pai, Hermann Einstein, transferira sua loja de artigos elétricos. Ali Albert realizou seus primeiros estudos. Durante o curso secundário, não adaptando-se aos métodos rígidos e mecânicos que caracterizavam o ensino da época, desenvolveu um crescente desinteresse pelas atividades escolares. Para muitos professores, o jovem não passava de um estudante medíocre. Cedo, porém, o "estudante medíocre" tivera sua curiosidade despertada pela ciência: aos cinco anos, presenteado com uma bússola, Einstein sentira a excitação da descoberta, maravilhando-se com o nobre instrumento. É ele mesmo quem analisa esta emoção, que "parece nascer quando uma experiência vem desmentir um mundo de concepções já suficientemente arraigadas em nós. Sempre que uma tal contradição é sentida com força e intensidade, experimentamos uma reação decisiva de maneira de interpretar o mundo. O desenvolvimento dessa interpretação é, em certo sentido, como um vôo contínuo a partir da surpresa". E Albert não parou mais de se maravilhar. Seu tio Jacob, competente engenheiro, despertou-lhe o interesse pela Matemática. Dizia ao sobrinho: "A álgebra é uma ciência muito interessante. Nela se vai à caça de um animal de que não se sabe o nome e que se designa por x; quando o caçador o agarro, dá-lhe o verdadeiro nome". Mudou-se com a família para Milão, onde, atendendo aos insistentes apelos do pai - que se achava à beira da falência e pedia que terminasse logo os estudos para arranjar emprego - acabou por ingressar na Escola Politécnina de Zurique, na Suíça alemã, formando-se em 1900. Aí conheceu uma estudante húngara, Milena Maritsch, sua primeira esposa, com a qual teria dois filhos.

No seu terceiro trabalho de 1905, intitulado Sobre a Eletrodinâmica dos Corpos em Movimento, eram lançadas as bases da Teoria da Relatividade Restrita, que abriria novos caminhos para o desenvolvimento teórico da Física.

Já no século XIX, esboçava-se a grande revolução científica que daria origem a Teoria da Relatividade. Seus primórdios podem ser encontrados nos trabalhos do grande físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879) que, em meados desse mesmo século, previa teoricamente a existência das ondas eletromagnéticas, que deveriam se propagar com a velocidade da luz (isto é, 300 000 km/s). Em 1888, o físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) conseguiu produzir tais ondas em seu laboratório, mostrando que elas podem ser geradas, detectadas, refletidas e refratadas, bem como interferir entre si. Suas observações também comprovaram que a luz é uma onda eletromagnética, ou seja, possui natureza ondulatória. Essa descoberta trouxe a tona um problema: na teoria newtoniana, uma onda é o produto da vibração de um meio material. As ondas que formam-se na água, por exemplo, resultam de uma oscilação que, ao se propagar, afeta as moléculas do líquido. Ora, se a luz é uma onda, é necessário que o espaço seja preenchido por alguma substância que possa oscilar; do contrário, a luz solar não poderia alcançar a Terra. A essa substância deu-se o nome de éter.

O ano de 1905 com certeza foi um dos mais produtivos de Einstein, pois pôde produzir a maior parte de sua obra científica que o imortalizaria: três trabalhos publicados. O primeiro versava sobre o efeito fotoelétrico que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física, em 1921. O segundo, sobre o movimento browniano, não só provou de maneira irrefutável a teoria cinética do calor como forneceu a melhor prova "direta" da existência das moléculas.

Para obter o Princípio de Relatividade restrita de Einstein, deve-se acrescentar ao diálogo de Galileu apresentado em sua obra Sobre os Dois Grandes Sistemas do Mundo: "Tranque-se com algum amigo...", levando consigo lanternas, imãs, bobinas elétricas e outros instrumentos eletromagnéticos. A propagação da luz, a interação dos imãs, cargas e correntes elétricas não porão em evidência se o navio está parado ou em movimento retilíneo com velocidade constante. Einstein introduzio, ainda, um princípio adicional: "A velocidade da luz, no espaço vazio, tem um valor constante c, independente do movimento da fonte e do movimento do observador (Princípio da Constância da Velocidade da Luz). Esses princípios equivalem a aceitar o resultado negativo da experiência de Michelson-Morley e afirmar que o éter não existe.

Além disso, a grande inovação da teoria da relatividade são as modificações que ela introduz nos conceitos de tempo e comprimento dos corpos, afirmando que - conforme o referencial usado para medir essas grandezas - o tempo se dilata e os comprimentos se contraem.

Também devemos a Albert Einstein uma outra conhecida consequência da Teoria da Relatividade, que afirma que a massa é uma fonte de energia e, que se um corpo de massa m se aproximar ou superar a velocidade da luz c(o que é teoricamente impossível segundo o próprio Einstein) toda a sua massa iria se tranformar em energia E, que será igual ao produto de sua massa m multiplicado pelo quadrado da velocidade da luz c, somado com a sua energia cinética K adquirida . Daí a famosa equação E = mc². Esta equação enuncia a energia constante que esse corpo possui, pois sua energia total será igual à E = mc² + K.

Atualmente Albert Einstein é consagrado como um dos maiores cientistas de todos os tempos, por suas ideias estruturarem todo um novo sistema de raciocínio.

Alfred Nobel e a Criação do Dinamite

2010-01-06T06:46:00.000-08:00

Em condições ambientais, a nitroglicerina é um líquido oleoso muito sensível a choques mecânicos. Uma simples agitação já é suficiente para provocar sua decomposição em nitrogênio(N2), dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), todas na fase gasosa, o que gera grande aumento de volume. Como a nitroglicerina é bastante instável, ela não é muito utilizada como explosivo. No entanto, o grande químico sueco Alfred Nobel (1833-1896), fundador do Instituto Internacional de Prêmios Nobel, verificou que, se ele misturasse a nitroglicerina com um material sólido e absorvente (a celulose, por exemplo), conseguiria estabilizá-la. Estava assim inventado o explosivo dinamite.

A Descoberta do Elétron

2010-01-06T06:08:00.000-08:00

Em 1833, o grande físico inglês Michael Faraday (1791-1867) mostrou que uma mesma corrente elétrica poderia produzir diferentes quantidades em diferentes metais. A partícula que compunha a corrente elétrica ele denominou elétron.

Em 1874, o cientista inglês George Johnstone Stoney (1824-1911), concluiu que a eletricidade necessária para obter diferentes massas de diferentes metais seria descontínua ou obtida em unidades elementares que estariam associadas aos átomos. Stoney insiste nesse raciocínio e propõe que a unidade de eletricidade seja o elétron.

O ilustre físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940), em 1897, realizando experiências e utilizando uma aparelhagem mais sofisticada em relação à de Faraday, determinou a razão entre a carga e a massa do elétron (o quociente q/m), sendo levado à firme conclusão de que o elétron existia e estava presente em todos os átomos. Os físicos da época deram continuidade aos trabalhos de Thomson buscando precisar as grandezas da razão e assim poder determinar outra.

Em 1909, o renomado físico norte-americano Robert Andrews Millikan (1868-1953) determiou a carga do elétron, cujo valor aproximado é 1,6 . 10-¹9 C (Coulombs, unidade de carga elétrica). Posteriormente calculou o valor da massa, que é aproximadamente 9,11.10-³¹ kg.

Atualmente sabemos que o elétron gira em torno do núcleo atômico (constituído de prótons e nêutrons) e, por conseguinte, gira em torno de seu próprio eixo (movimente este que é denominado spin). As órbitas dos elétrons são determinadas pelos chamados números quânticos, propostos pelo grande físico austríaco Erwin Schrödinger (1887-1961).

A Descoberta do Próton

2010-01-06T05:38:00.000-08:00

Em 1911, o renomado físico neo-zelandês Ernest Rutherford (1871-1937) e alguns grandes colaboradores fizeram uma experiência que levaram ao abandono do modelo de J. J. Thomson (1856-1940) (pudim de passas, onde as "passas" seriam partículas negativas). Rutherford investigava os ângulos sob os quais partículas alfa eram espalhadas ao passar através de uma fina folha de ouro (Au-196). Um dos colaboradores de Rutherford, seu aluno, o físico alemão Hans Geiger (1882-1945), sugeriu que o então estudante Ernest Marsden (1889-1970) verificasse se as partículas alfa sofriam grandes desvios angulares. O próprio Rutherford havia comentado: "Digo com certeza que não acreditava que houvesse aqueles desvios, pois sabíamos que a partícula alfa era de grande massa, com muita energia... Lembro-me que dois ou três dias depois Geiger me procurou entusiasmado dizendo: 'Conseguimos detectar algumas partículas alfa sendo refletidas para trás...'. Foi o mais incrível episódio que até então me ocorrera".

Com essa experiência, Rutherford determinou a carga, a massa e o tamanho de um átomo de ouro. Posteriormente, verificou-se que o núcleo de um átomo é constituído por pequeníssimas partículas carregadas positivamente, que foram denominadas prótons. No saldo final um átomo não apresenta carga, o que nos faz concluir que a quantidade de prótons é igual à quantidade de elétrons em qualquer átomo. Contudo, a maioria dos átomos possui massas muito maiores quando comparadas ás massas de seus prótons e elétrons. Por esse motivo, em 1932, o ilustre físico inglês James Chadwick (1891-1974) desenvolveu uma experiência com o intuito de desvendar esse mistério, detectando a presença do nêutron, partícula possuidora de massa muito próxima à do próton, porém sem carga elétrica, originária da interação entre o próton e o elétron.

Atualmente sabemos que a massa do próton é aproximadamente igual à 1,67 . 10-²7 kg e sua carga é igual a do elétron (porém, positiva).

Homenagem à Galileu Galilei

2010-01-06T04:01:00.000-08:00

Um dos maiores cientistas de todos os tempos, influenciando gerações de grandes homens. Suas ideias eram as mais avançadas de seu tempo e mais revolucionárias, salientando-se que Galileu Galilei foi quem, por fim, provou, com base nas teorias do grande astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473-1543), qua a Terra não era o centro do universo, mas sim o Sol. Sempre questionou veemente as teorias absurdas de Aristóteles (384 a. C. - 322 a. C.) que tanto corromperam o verdadeiro desenvolvimento científico.

Galileu Galilei nasceu na Itália, cidade de Pisa, a 15 de fevereiro de 1564, filho de Vincenzo Galilei e Julia Ammanati di Pescia. O pai, membro empobrecido da pequena nobreza, era músico e mercador, homem de cultura respeitada e um espírito contestador das ideias vigentes. Todavia, Vincenzo desejava uma sólida posição social para seu filho, e por isso introduziu-o à carreira médica. Assim, após completar seus primeiros estudos em Pisa e na escola do jesuítas do mosteiro de Vallombrosa, perto de Florença, com apenas dezessete anos, Galileu ingressava na Universidade de Pisa como estudante de Medicina. Entretanto, já no segundo ano do curso - que jamais concluiu, por falta de interesse pela matéria - ele descobriu o maravilhoso universo da Física e da Matemática, realizando sua primeira observação importante: a oscilação de um pêndulo apresenta uma frequência constante, independentemente da amplitude (quando esta é muito pequena). Na mesma época, inventou o pulsillogium, espécie de relógio utilizada para medir a pulsação. O encontro de sua verdadeira vocação científica levou-o a abandonar a universidade, apesar do descontentamento do pai. Voltando a Florença, em 1585, dedicou-se por conta própria aos novos estudos, mantendo um contato permanente com os intelectuais da cidade que frequentava a casa paterna, o que enriqueceu bastante sua formação filosófica e literária. Nesta cidade, Galileu viveu dezoito anos, e aí realizou a parte mais importante de sua obra: a formulação das leis do movimento dos corpos em queda livre e dos projéteis, e a defesa do sistema heliocêntrico (do grego helios = Sol e centrico = centro) do Universo. Em ambos os casos, ele investiu contra as doutrinas oficiais da época - que baseavam-se nas concepções do filósofo grego Aristóteles -, atraindo, com isso, a ira dos doutores da Igreja.

Na concepção de Aristóteles, quanto maior a massa de um corpo, maior será a velocidade com a qual ele irá cair se for lançado em queda livre. Galileu não acreditava nesta concepção e para provar que ela estava incorreta fez uma experiência em praça pública que ficou muito conhecida: subiu ao alto da torre de Pisa com duas esferas metálicas com uma grande diferença em suas massas. Com a ajuda de um assistente, deixou que as duas esferas caíssem em queda livre da torre, observando, assim, que as duas caiam ao mesmo tempo no chão, portanto, com mesma velocidade.

Aristóteles havia dito que a Terra esta no centro de todo o Universo e que todos os corpos celestes giram em torno dela. Além disso, Aristóteles afirmava que todos os corpos celestes eram perfeitos em sua superfície. Por meio de um telescópio, que, por sinal, foi inventado por ele mesmo, observou que aviam satélites, como a Lua, que giravam em torno de Júpiter, o que contrariava, portanto, a concepção de Aristóteles de que todos os corpos celestes giram em torno da Terra. Ainda com o telescópio, observou crateras na Lua, o que contrariava a ideia de Aristóteles sobre todos os corpos serem perfeitos em sua superfície. Isso dava mais crédito ainda para a teoria heliocêntrica de Copérnico e menos a teoria geocêntrica (do grego geo = Terra e centrico = centro) de Aristóteles.

Com isso, Galileu, em sua obra principal, O Mensageiro das Estrelas, tentou mostrar que muitas das teorias de Aristóteles eram falhas e incorretas, inclusive a concepção de que a Terra era o centro do Universo. Porém, essas ideias estavam contidas em doutrinas da Igreja Católica e, naquela época, não poderiam ser questionadas, posto que o poder da Igreja era compáravel ao do rei. Por esta razão, Galileu teve que, sob o Tribunal da Inquisição, desmentir suas ideias recebendo, assim, a condenação de prisão domiciliar.

No fim da vida, Galileu já estava cego, em decorrência as observações que fez do Sol para as descobertas das manchas solares. Rodeado de amigos e discípulos, Galileu falecera em 8 de janeiro de 1642. Seus companheiros queseram erguer uma estátua em sua homenagem, mas o papa Urbano VIII vetou a proposição, alegando que ele seria um mau exemplo para os fiéis, visto que o morto "dera origem ao maior escândalo de toda a cristandade". Futuramente suas ideias heliocêntricas foram provadas pelo grande astrônomo alemão Johannes Kepler (1571-1630) e suas ideias para a mecânica foram provadas pelo grande cientista inglês Isaac Newton (1642-1727).

Suas obras foram incluídas do Índex dos livros proibidos pela Igreja, juntamente com as de Kepler e Copérnico. Mas, com certeza, o legado de Galileu sempre atravessou gerações, sendo até hoje admirado com um dos maiores cientistas de todos os tempos.

Partículas alfa, beta e raios gama

2010-01-06T02:53:00.000-08:00

Hoje sabemos que o Sol é a maior fonte de energia que dispomos, o que podemos confirmar quando comparamos com os demais combustíveis ou substâncias utilizadas pela humanidade como fontes de energia. A comparação dos valores da tabela nos leva a concluir que a energia do Sol não deve ser oriunda de uma simples combustão. Qual seria então a explicação para este fato?

O encontro da ciência com os fenômenos radioativos de um modo mais efetivo teve início em 1896, quando o grande cientista francês Henri Antoine Becquerel (1852-1905), trabalhando com uma substância que continha o elemento urânio, percebeu, no escuro, apresença de uma fosforecência azulada proveniente dela.

Em 1898, a cientista polonesa Marie Sklodowska Curie (1867-1934) mostrou que a intensidade da radiação percebida por Becquerel não dependia da temperatura, da pressão, da fase de agregação e da composição da substância que continha urânio. A esse propriedade Marie Curie deu o nome de radioatividade. Hoje, sabe-se que esse fenômeno está presente em alguns elementos naturais.

A tranformação radioativa resulta na desintegração de um átomo pala capacidade que possui de emitir fragmentos de seu próprio núcleo. Tais núcleos emissores são instáveis e, quando sofrem a desintegração, emitem energia para o ambiente em quantidades muito superiores àquelas emitidas por combustíveis como o carvão, o petróleo e o gás natural. Uma das formas de desintegração é denominada decaimento alfa. Nele o núcleo emite uma partícula alfa formando um novo nucleo. A partícula alfa é constituída por dois prótons e, portanto, tem carga +2. Ela também possui dois nêutrons, sendo seu número de massa (A) igual a quatro, idêntico ao átomo de hélio (He).

A emissão ou radiação beta, trata-se de outro tipo de radiação espontânea promovida por certos isótopos radioativos. Elas são idênticas aos elétrons. Os raios gama são uma espécie de luz invisível (onda eletromagnética) de altíssima freqüência e que se desenvolve com a desintegração de certos nucleos atômicos.

O Comportamento Ondulatório da Matéria

2010-01-06T02:16:00.000-08:00

Em 1897, o ilustre físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940) mostrou que os raios de um tubo de raios catódicos podiam ser desviados por campos eletricos e magnéticos e, portanto, deveriam consistir em partículas eletricamente carregadas. Medindo os desvios dessas partículas, Thomson demonstrou que todas as partículas possuíam a mesma razão carga-massa q/m. Além disso, também foi constatado que partículas com mesma razão entre carga e massa podiam ser obtidas usando qualquer material como catodo. Isso significava que as partículas, atualmente conhecidas como elétron, eram componentes fundamentais da matéria.

Considerando que a luz demonstrava ter propriedades ondulatórias e corpusculares, seria natural se perguntar se a matéria (por exemplo, os prótons e os elétrons) também apresentava tais características. Em 1924, um estudante de física francês, Louis de Broglie (1892-1987), sugeriu essa idéia em sua tese de doutorado. O trabalho de de Broglie foi altamente especulativo, salientando-se que naquele tempo ainda não havia evidências sobre o caráter ondulatório da matéria.

A observação de difração e interferência de ondas de elétrons forneceria a prova crucial da existência das propriedades ondulatórias dos elétrons. Isso foi descoberto, em 1927, pelos físicos C. J. Davisson e L. H. Germer, quando estudavam o espalhamento de elétrons utilizando um alvo de níquel, nos laboratórios da Bell Telephone Co. Depois de aquecerem o metal para remover a camada superficial de óxido, acumulada durante uma fratura acidental no sistema de vácuo, eles observaram que a intensidade dos elétrons espalhados, função do ângulo de espalhamente, apresentava máximos e mínimos. O alvo deles havia cristalizado e, assim, por acaso, observaram a difração de elétrons.

Fótons

2010-01-05T10:43:00.000-08:00

Todas as ondas só podem se propagar em um meio material. No final do século XIX, o físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879) já havia constatado que a luz é uma onda eletromagnética de freqüência muito elevada e com uma velocidade de 300.000 km/s. Como toda a onda eletromagnética, ela poderia se propagar no vácuo (vazio).

Todavia, o físico alemão Albert Einstein (1879-1955) estava insatisfeito com estes estudos, pois salientando-se que toda a onda necessita de um meio material para se propagar, nem a luz, como nenhuma onda eletromagnética, poderia se propagar no espaço sem matéria. Então Einstein imaginou que talvez a luz podesse ser constituída de partículas. Com uma experiência extremamente interessante para provar o chamado efeito fotoelétrico, que consiste no arrancamento de elétrons de um metal por meio de incidência da luz, ele pôde provar sua teoria. Esta experiência consistia de:

A luz de uma única freqüência entra em uma câmara de vácuo e incide sobre uma superfície denominada catodo, causando a emissão de elétrons. Alguns desses elétrons atingem uma segunda placa denominada anodo, constituindo uma corrente elétrica sobre as placas. A placa anodo é carregada negativamente, repelindo assim os elétrons (que têm carga elétrica negativa). Só os elétrons mais energéticos conseguem alcançá-la. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos é medida aumentando-se a voltagem lentamente até fazer a corrente se anular. As experiencias realizadas levaram ao resultado surpreendente de que a energia cinética máxima dos elétrons emitidos é independente da intensidade da luz incidente. Pela teoria clássica, iria se esperar que aumentando a taxa de incidência da luz sobre a superfície metálica a energia absorvida por cada elétron aumentaria e, então, aumentaria também a energia cinética máxima dos elétrons emitidos. No entanto, experimentalmente isso não ocorre. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos é a mesma para um determinado comprimento de onda da luz incidente, não importando a intensidade da luz. Einstein demonstrou que esse resultado experimental poderia ser explicado se a energia da luz fosse quantizada em pequenos pacotes chamados fótons. A energia E de cada fóton é calculada por:

E = hf

onde f é a freqüencia da luz e h é uma constante física denominada contante de Planck em homenagem ao seu descobridor, o físico alemão Max Planck (1858-1947). Atualmente o fóton é classificado como um bóson por ser uma partícula que possui spin inteiro (em unidades de h cortado).

Por essa grande descoberta, Einstein ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1921.

A Reação de Fissão Nuclear nas Bombas de Hiroshima e Nagazáki

2010-01-05T08:31:00.000-08:00

Em 1938 foi descoberto o processo de fissão nuclear, que consiste numericamente em bombardear com nêutrons um nucleo atômico pesado. Deste choque resultam outros elementos químicos, mais nêutrons e uma imensa quantidade de energia. No início da década de 1940, as Universidades de Berkeley e Chicago dispunham de sofisticados laboratórios e muito dinheiro para investir em projetos destinados à síntese de novos elementos químicos (elementos artificiais). Os físicos da época já conheciam bem as quantidades de energia envolvidas em transmutações radioativas naturais, como as emissôes alfa e beta e os raios gama.

Nesse período o mundo estava passando por um dos episódios mais díficeis para a humanidade: a Segunda Guerra Mundial. Alguns anos antes, o grande físico alemão Albert Einstein (1879-1955) já havia afirmado que a matéria pode se tranformar em energia.

Sendo o Japão aliado da Alemanha e da Itália, ele atacou a cidade americana de Pearl Harbor, situada no Havaí. Nesso mesmo período, Albert Einstein havia mandado uma carta ao então presidente dos Estados Unidos da América, Franklin Delano Roosevelt (1882-1945), alertando-lhe de que a Alemanha poderia usar sua teoria para fabricar uma arma da guerra. O "tiro saiu pela culatra", pois os EUA tiveram a idéia de usar a teoria de Einstein e fabricar sua própria bomba. Einstein mandou outra carta para Roosevelt, pedindo-lhe para não usar sua teoria para construir uma arma de guerra. Porém, antes que a carta chegasse a Roosevelt ele faleceu, devido a polioliemite. Seu sucessor, Harry Truman (1884-1972), não acatou o pedido feito por Einstein e mandou iniciar um projeto para a construção de uma bomba atômica que iriam lançar contra o Japão e mostrar seu poder de guerra. Este projeto ficou conhecido como Projeto Manhatan.

O físico norte-americano Robert Oppenheimer (1904-1967) (retratado na fotografia acima) foi escalado para liderar o projeto.

Neste projeto fabricaram duas bombas, ambas de fissão nuclear: uma de urânio U-235 , denominada little boy (garotinho), que iam lançar contra Hiroshima, e outra de plutônio Pu-239, denominada fat man (homem gordo), que iam lançar sobre Nagazáki.

A bomba de urânio era constituída de um tubo subcrítico de U-235 e um plugue subcrítico também de U-235 que, por meio de uma explosão, iria se conectar ao tubo formando uma massa crítica de U-235. Quando isto ocorresse, iria iniciar o processo de fissão nuclear. Nucleos de U-235 eram bombardeados por nêutrons, se desintegrando e irradiando nucleos de bário Ba-140, de criptônio Kr-93 e três nêutrons que, por sua vez, iriam bombardear outros nucleos de U-235 em um processo em cadeia de progressão geométrica. Com isso, ocorre a irradiação de uma enorme quantidade de energia que pode ser calculada pela equação de Einstein E=mc².

A bomba de plutônio era constituída de uma esfera Pu-239 subcrítica, devido a uma abertura no centro. Uma explosão convencional é detonada comprimindo, assim, a esfera acarretando em um colapso da esfera e formando uma massa crítica de Pu-239. Com isso, ela iniciava o processo de fissão nuclear.

Estas bombas marcaram o início das intensas pesquisas nucleares e da construção de reatores nucleares para estudar reações controladas de fissão e fusão nuclear.