V EAEN – Escola Avançada de Energia Nuclear para o Ensino Médio: Teoria e Aplicações das Ciências Nucleares para estudantes do segundo e terceiro anos, preferencialmente envolvidos com as olimpíadas de Física e de Química.
Local: IPEN – Cidade Universitária, São Paulo, SP
Data: 25 a 30 de junho de 2012
Inscrições: De 16 de abril a 25 de maio de 2012
Site: www.ipen.br/eaen
O modelo do Big Bang é o modelo que tenta explicar a formação do universo. Este modelo foi desenvolvido a partir das equações da Teoria da Relatividade Geral de Einstein.
A idéia básica do modelo é de 1927, mas a base matemática do modelo atual foi desenvolvida pelo grupo do físico russo George Gamow, nos idos de 1940.
Como todo modelo científico, o Big Bang, não é uma “verdade absoluta”, mas sim uma tentativa de entender como o universo se formou a partir de observações feitas hoje, mesmo que muitas delas correspondam a eventos que aconteceram há muito tempo.
Através da primeira versão do modelo foi possível calcular a idade do universo. O valor encontrado estava na casa de milhões de anos. Nessa época, já se conhecia a idade da Terra com boa precisão (graças à datação radioativa), e a mesma se encontrava em torno de 4 bilhões e meio de anos. Como a Terra poderia ser mais velha que o universo?
A estimativa para a idade do universo estava errada, óbvio! Isso aconteceu porque o modelo não estava pronto. Precisou ser aprimorado. Foi então desenvolvida uma correção para o modelo, o chamado modelo inflacionário, que afirma que o universo sofreu uma brutal expansão em um tempo muito pequeno. Após essa correção, um novo cálculo foi realizado e a idade do universo ficou entre 13 e 15 bilhões de anos. Bem mais coerente.
Esse exemplo mostra o que estou querendo dizer, um modelo científico vai sendo aperfeiçoado à medida que novas observações, experiências, ou modelos matemáticos são feitos.
Existem várias evidências que comprovam o modelo do Big Bang, dentre eles destaca-se a expansão do universo, observada pela primeira vez pelo astrônomo Edwin Hubble, em 1929. Há cerca de 11 anos medidas astronômicas indicaram que a taxa de expansão do universo é positiva isto é, sua aceleração está aumentando ao invés de diminuir. O que poderia estar acelerando o universo?
Postulou-se a existência de uma energia escura que seria a responsável por essa aceleração. Desde então a maioria das teorias cosmológicas fazem uso da energia escura em seus modelos.
É a existência dessa aceleração positiva que está sendo questionada por dois brasileiros, Antônio Cândido de Camargo Guimarães e José Ademir Sales de Lima, ambos pertencente ao Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP). Os pesquisadores brasileiros analisaram vários dados utilizando um modelo que não faz uso do modelo tradicional da energia escura. O resultado desse trabalho indica que realmente houve uma expansão acelerada, mas que atualmente ela é incerta, pode até estar acelerada, mas diminuindo.
É assim que se faz ciência, colhendo dados e aperfeiçoando os modelos. Isso não significa que tudo que foi feito nesses últimos dez anos estava errado.
Para uma explicação mais didática podemos comparar a precisão de uma teoria científica com a precisão de uma arma. Vejam as imagens abaixo:
As figuras representam alvos e os pontos amarelos os locais onde os tiros (ou flechas) acertaram. A analogia com um modelo científico pode ser feito da seguinte forma. O ponto central (vermelho) representaria o valor verdadeiro, ou “verdade absoluta” (a existência ou não dessa verdade dá uma discussão filosófica interessante, mas fica para outra vez). Os pontos amarelos são os dados experimentais, usados para testar o modelo.
Na figura 1 temos um exemplo do que seria um modelo científico sem muita precisão. Vejam que há diferença entre precisão e acuidade. Há acuidade, pois alguns dados acertam o alvo (no caso do modelo científico, isso significa que o modelo permite interpretar corretamente alguns fenômenos, e fazer boas previsões. Mas alguns dados estão bem longe do alvo, mostrando que o modelo não é muito preciso, precisando ser melhorado. Alguns modelos podem parecer bons no começo, mas depois de várias medidas, ou de dados mais precisos, mostram falhas.
Melhorando-se o modelo, chegamos a uma teoria científica mais precisa, representada pela figura 2, Os dados se encaixam mais próximo do alvo, mas não é possível garantir que todos sejam certeiros (principalmente porque diferentemente de um alvo, no caso de uma teoria científica não sabemos qual é a verdade).
Na figura 3 temos o exemplo de um modelo que é preciso, mas que está baseado em premissas erradas, dessa forma leva a previsões falhas. Esse sim seria exemplo de uma teoria científica errada.
Espero que com essa analogia tenha deixado mais ou menos claro como a ciência trabalha.
É por isso que não ficamos decepcionados quando uma teoria científica é questionada, ou derrubada. Faz parte do processo. Newton reinou soberano por quase 300 anos, mas no começo do século XX, seu modelo apresentou falhas e teve que ser substituído por outros dois: A teoria da relatividade e a mecânica quântica. Assim como uma arma não tão precisa pode ser usada, se não desejamos uma medalha olímpica, a teoria de Newton continua válida para muitos casos.
Os cientistas brasileiros citados acima fizeram uso de outro modelo, que não incluía a energia escura. Resta aguardarmos novos dados para sabermos se eles descobriram um modelo mais preciso, ou se foi apenas um “tiro certeiro” conseguido na sorte.
Referências Bibliográficas:
Could the cosmic acceleration be transient? A cosmographic evaluation.
Antonio Guimarães, José Ademir Sales de Lima
Classical and Quantum Gravity
27 Maio 2011
Vol.: 28, Number 12, p. 125026
DOI: 10.1088/0264-9381/28/12/125026
Na última quarta-feira, 27 de abril de 2011 dei uma palestra sobre radioatividade e Usinas nucleares.
Para aqueles que assistiram e desejam os slides, basta clicar no link abaixo para baixar os mesmos.
Ontem o mundo assistiu emocionado ao resgate dos 33 mineiros que estavam soterrados na mina San José, no deserto do Atacama, a uma profundidade de 622m. Foram 69 dias de agonia, e felizmente todos foram salvos em condições relativamente boas de saúde.
Segundo os jornais foi usado o que há de mais moderno em geologia, escavação e suporte à vida em condições extremas. O custo do resgate ficou em cerca de 37 milhões de reais.
O sucesso do resgate foi ainda maior, pois aconteceu bem antes do que se esperava. As estimativas iniciais é que ele só ocorreria em novembro.
Submarino russo kursk
Há dez anos o mundo viveu uma situação parecida, mas com final trágico, 118 marinheiros russos morreram quando o submarino russo Kursk afundou no dia 12 de agosto de 2000, 23 marinheiros sobreviveram às explosões que causaram o naufrágio, mas não foram resgatados a tempo. Estavam a 108 metros de profundidade.
Várias pessoas me perguntaram por que o resgate dos mineiros iria demorar três meses para acontecer? Por que é tão difícil cavar 700m?
As dificuldades são várias, como remover o material que vai sendo escavado? Como vencer as duras rochas que vão sendo encontradas? Como manipular uma broca em distâncias tão grandes? Como superar o aumento da temperatura crescente com a profundidade?
Alguns afirmam que se conhece mais do espaço do que do interior da Terra ou do fundo do mar. Não acho que isso seja verdade. O universo é muito vasto e há muito a ser descoberto. Talvez isso seja verdade com relação ao sistema solar.
A dificuldade em ir ao espaço consiste em grande parte em vencer a força da gravidade. Conseguido isso o movimento é muito fácil, uma vez que praticamente não há força de resistência (claro que as sondas podem ser atingidas por pequenos meteoros, vento solar e outras partículas, mas a chance é pequena).
Já na escavação ou nas profundezas do oceano várias forças opostas deverão ser vencidas. Por isso tudo é compreensível a dificuldade do resgate em ambos os casos (mineiros e marinheiros russos).
Devemos nos questionar sobre a possibilidade de melhora nas condições de trabalho, para impedir que acidentes como esse venham a se repetir. Só nesse ano já foram 31 mortes em minas no Chile.
Nossa sociedade ainda é fortemente dependente de metais, como o cobre, o alumínio e o ferro. Eles fazem parte da matéria prima de muitos artefatos tecnológicos. Então temos a obrigação de usar dessa tecnologia, para melhorar a forma de extração desses minérios.
Gastou-se 37 milhões de reais para o salvamento dos 33 mineiros. O mundo todo estava observando. Se fossem necessários 37 milhões de reais para um aperfeiçoamento tecnológico, que minimizasse os riscos de acidentes para os mineiros, ele seria investido?
Uma mistura de medo e fascinação. É assim que muitos de nós nos sentimos frente às tempestades. Lembro-me de um dia em que, viajando do interior para São Paulo, durante uma tempestade, como estava na segurança do ônibus e a tempestade estava longe, pude contemplar o espetáculo que os raios, sem o incômodo do ruído dos trovões, exibiam: Quanta luz! Quanta energia! Quanta beleza!
Apesar de transmitir uma enorme quantidade de energia, um raio é imprevisível. Não sabemos nem onde nem quando acontecerá. Como então aproveitar tamanha energia?
Os famoso físicos Nikola Tesla e Lord Kelvin foram alguns dos cientistas que tentaram construir dispositivos que pudessem absorver essa energia elétrica disponível no ar na forma de eletricidade, mas suas tentativas não obtiveram sucesso.
No dia 25 de agosto deste ano, durante a reunião da American Chemical Society (ACS), realizada em Boston, Estados Unidos, o professor Fernando Galembeck, da Unicamp apresentou um trabalho revolucionário. Ele e sua equipe conseguiram explicar como essa eletricidade é produzida e descarregada na atmosfera.
Simulando em laboratório a ação de gotas de água com partículas normalmente suspensas no ar, como sílica e fosfato de alumínio, os cientistas provaram que a água pode adquirir carga elétrica e transferir essa carga para as partículas. Segundo eles a sílica torna-se negativamente carregada e o fosfato de alumínio positivamente carregado quando na presença de alta umidade.
Os autores do trabalho denominaram de higroeletricidade a energia retirada diretamente do ar úmido: eletricidade da umidade.
Assim como painéis solares coletam a energia da radiação solar e podem transformar em calor ou diretamente em eletricidade, painéis higroelétricos poderiam coletar a energia do ar úmido e transformar em eletricidade que alimentaria baterias e ou aparelhos eletrônicos.
Mais interessante ainda, é que ao coletar essa energia da atmosfera, estaremos reduzindo a chance da formação de raios, diminuindo assim as mortes provocadas por esses fenômenos naturais. O Brasil é o país campeão nesse tipo de acidente fatal, no ano de 2007 foram 47 vítimas fatais e em 2008 o número aumentou para 75, segundo o Inpe (Instituto Nacional de pesquisas espaciais).
Apesar da importância do trabalho, a mídia brasileira não parece ter dado muito destaque à notícia. Quem sabe agora que estamos na semana da pátria algum jornal procure exaltar o nacionalismo e faça uma matéria sobre o assunto.
Segue abaixo uma foto de Fernando Galembeck apresentando o trabalho em Boston e algumas frases suas:
“Nossa pesquisa pode abrir o caminho para transformar a eletricidade da atmosfera em uma fonte de energia alternativa para o futuro,”
“Assim como a energia solar está liberando algumas residências de pagar contas de energia elétrica, esta nova e promissora fonte de energia poderá ter um efeito semelhante.”
Referências:
Charge Partitioning at Gas?Solid Interfaces: Humidity Causes Electricity Buildup on Metals
Telma R. D. Ducati, Luís H. Simões, Fernando Galembeck
Langmuir
August 12, 2010
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/la102494k
A petrolífera BP afirmou que finalmente conteve o vazamento de petróleo no golfo do México. Após mais de três meses jorrando diretamente para a superfície do mar, devido a uma explosão da plataforma “Deepwater Horizon”, estima-se que cerca de 5 milhões de barris de petróleo tenham vazado, o que equivale a aproximadamente 780 milhões de litros, contaminando mais de 4 estados americanos.
Mesmo sendo da área de exatas, e por isso ter facilidade de lidar com números, fico sem saber ao certo a dimensão desses números. 780 milhões de litros! Daria para encher o tanque de 15,6 milhões de automóveis (considerando-se um média de 50 litros cada). A frota da cidade de são Paulo é de seis milhões e oitocentos mil em junho de 2010, e no estado todo cerca de vinte milhões. Para se ter uma idéia do tamanho da mancha veja sua imagem se comparada ao mapa de São Paulo. A mancha cobriria toda a grande São Paulo, alcançando o interior e o litoral.
Apesar de o vazamento ter sido contido, a limpeza do oceano está longe de ter acabado. O governo Americano afirma que vai cobrar multas pesadas da companhia responsável, a qual afirma já ter gasto 6,1 bilhões de dólares com o vazamento.
As imagens são impressionantes e terríveis desse que foi o maior acidente ecológico com vazamento de petróleo. O maior derramamento ocorreu de forma intencional quando na guerra do golfo de 1991 as forças iraquianas despejaram no golfo pérsico cerca de 5 a 10 milhões de barris.
Mas derramamentos de óleo são uma constante em nossos mares. Hoje mesmo temos notícia de um navio panamenho que colidiu com outra embarcação no mar arábico e encontra-se virado, a guarda costeira tenta conter o vazamento de óleo. Ontem algumas praias de Búzios no Rio de Janeiro amanheceram com manchas de óleo, ainda não se sabe a origem do vazamento.
A continuar assim a expressão “uma gota d água no oceano” vai perder o sentido.
Já faz 40 dias desde o acidente com a plataforma de petróleo Deepwater Horizon e o vazamento de petróleo no golfo do México ainda não foi contido. Em 5 de maio postei um artigo aqui https://12dimensao.wordpress.com/2010/05/05/o-oleo-esta-vazando/ comentando sobre esse desastre ecológico, que hoje já é o mais grave derramamento de óleo da história e o pior acidente ecológico nos Estados Unidos.
Na quinta feira (27/05) a companhia responsável pela plataforma British Petroleum (BP), havia anunciado que uma tentativa inédita parecia ter dado certo, a injeção de lama e posterior cobertura com cimento. Mas a própria companhia anunciou no sábado dia (26/05) que o plano não deu certo e agora tentarão deter o vazamento usando outra técnica, serrar o cano e cobrir com uma cúpula.
Até agora já foram derramados no mar cerca de 80 milhões de litros de óleo, que estão contaminando as praias da Louisiana e matando peixes e aves.
Imagem de satélite da mancha de óleo no golfo do méxico
Na edição de sábado do New York Times há uma denúncia de que em junho de 2009 a própria companhia já havia sido alertada pelos seus técnicos de que o revestimento de metal utilizado poderia não agüentar sob a forte pressão. Mas a companhia ignorou o aviso.
Segundo o governo americano e a própria empresa não há mais esperança de uma contenção imediata do vazamento. A melhor estimativa parece ficar para agosto.
Parece inacreditável que tenhamos uma tecnologia incrível para perfurar em profundezas absurdas, e até em camadas como o pré-sal, mas não temos tecnologia para conter um vazamento. Imagine se uma torneira de sua casa arrebentasse e durante 40 dias a água vazasse sem parar. Desesperador não? Agora imagine se dessa torneira saísse óleo e não água. Bem pior.
Não podemos pensar nesse acidente como um problema americano. É o oceano que está sendo contaminado. E não foi um navio que vazou, não é uma quantidade fixa derramada. Trata-se de um poço inteiro vindo à tona.
O que podemos fazer além de torcer para que esse problema seja logo resolvido? É muito frustrante olhar para as imagens que mostram esse óleo sendo derramado. O ouro preto saindo pelo ralo. Mas não podemos esquecer que, em termos ecológicos, a emissão desse poluente no mar é apenas uma questão de desvio de rota. Após ser queimado, esse óleo iria contaminar o ambiente do mesmo jeito, claro que não de forma concentrada como agora, não teríamos animais sendo mortos dessa maneira, mas respirando aos poucos a poluição de forma diluída. Dá o que pensar.
Hoje entrei mais uma vez nas salas dos nonos anos, não para mais uma palestra, mas para uma aula de física.
O objetivo era mostrar aos futuros alunos do ensino médio, como é uma aula de física do segundo ano do ensino médio.
O tema escolhido foi energia mecânica (que é o mesmo tema abordado no segundo ano atualmente). Para fazer uma ligação com a palestra dada por mim no começo do ano (modelo do big bang) coloquei o seguinte problema a ser resolvido:
Como vencer a gravidade terrestre para alcançarmos a Lua?
Dentro disso foi desenvolvido o conceito de velocidade de escape (velocidade necessária para que um corpo entre em órbita). Para deduzir a fórmula, ainda que aproximada, dessa velocidade foram usadas as equações de energia potencial gravitacional e energia cinética. Com uma abordagem simples e passagens matemáticas detalhadas, foi possível deduzir a fórmula usando-se apenas os conceitos do ensino fundamental.
Com a fórmula pronta calculamos qual seria a velocidade de escape para o planeta Terra, para a Lua e para o Sol, usando para isso os dados astronômicos conhecidos.
Segui-se então um pequeno histórico sobre a chegada do homem à Lua e a importância da tecnologia dos satélites.
Como a velocidade de escape depende do raio e da massa do planeta, foi discutido o conceito de buraco negro: um astro que possui muita massa em um raio muito pequeno.
A aula foi finalizada discutindo-se a importância da conquista do espaço, e de como olhar a Terra de fora foi um marco importante para aumentar a consciência global, sobre a necessidade de preservação do nosso planeta, nossa única morada.
Como da outra vez a participação dos alunos foi muito boa, com perguntas variadas e inteligentes.
Espero poder rever em breve esses rostinhos curiosos no dia a dia, como meus alunos no ensino médio, e que nesses dois anos que virão, eles não percam o interesse por temas tão instigantes.
O link abaixo permite baixar os slides da aula.
12a Dimensão 
