Volume 5 - Maio/2004

Por Luciano Camargo Martins - dfi2lcm@joinville.udesc.br

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O que é PLASMA?

Chamamos de plasma o quarto e mais abundante estado da matéria. Costuma-se pensar, normalmente, em três estados da matéria, sendo eles: o sólido, líqüido e gasoso. Consi-derando a substância mais conhecida, a água, existem três estados físicos comuns: sólido (gelo), líqüido (água) e gas-oso (vapor d'água). A diferença básica entre estes três estados é o nível de energia em que eles se encontram. Se adicionarmos energia sob forma de calor ao gelo, este trans-formar-se-á em água, que sendo submetida à mais calor, vaporizará. Porém, se adicionarmos mais energia ao vapor, algumas de suas propriedades são modificadas substan-cialmente, tais como a temperatura e características elétricas. Este processo é chamado de ionização, ou seja a criação de elétrons livres e íons entre os átomos do gás. Quando isto acontece, o gás transforma-se em plasma.

Sendo eletricamente condutor, pelo fato de os elétrons livres transmitirem a corrente elétrica. Alguns dos princípios apli-cados à condução da corrente através de um condutor metálico também são aplicados ao plasma. Por exemplo, quando a secção de um condutor metálico submetido a uma corrente elétrica é reduzida, a resistência aumenta e torna-se necessário aumentar-se a tensão para se obter o mesmo número de elétrons atravessando esta secção, e conse-qüentemente a temperatura do metal aumenta. O mesmo fato pode ser observado no gás plasma; quanto mais reduzida for a secção tanto maior será a temperatura. A vizinhança das estrelas e o espaço inter-planetário encontram-se no estado de plasma. É, por isso, corrente afirmar que 99% do Universo encontra-se neste quarto estado da matéria. Mesmo na Terra, pode-se observar o plasma na natureza: as auroras boreais (e austrais) são grandes descargas luminescentes de partículas carregadas provenientes do sol e aprisionadas no campo magnético terrestre e que penetram na atmosfera e colidem com moléculas gasosas nas proximidades dos pólos.

As estações do ano

Muitas pessoas acreditam erroneamente que as estações do ano se devem ao fato da órbita terrestre ser elíptica, com o sol num dos focos, e quando a Terra está mais longe ou perto do Sol, seria inverno ou verão, respectivamente. Não, não é assim que funciona. Em qualquer época do ano, as condições que ocorrem no hemisfério sul, em termos de luz e tem-peratura, são opostas às que ocorrem no hemisfério norte, e quando num hemisfério é inverno, no outro é verão.

Como explicar as estações do ano então?

1º) Imagine que a Terra girasse em torno do Sol com seu eixo exatamente na direção perpendicular ao plano de sua órbita. Nesse caso, não haveria estações do ano, pois a luz solar atingiria igualmente os dois hemisférios terrestres em qualquer época do ano.

2º) Estando o eixo de rotação inclinado em relação ao plano orbital, um dos hemisférios terrestres receberá mais diretamente a luz do Sol do que o outro (ver figura).

3º) Considere agora a Terra girando (transladando) em torno do Sol, mantendo seu eixo sempre "apontado" para a mesma direção do espaço, e sempre com a mesma inclinação. Como a Terra completa uma volta em torno do Sol em um ano, a cada seis meses será um dos hemisférios que receberá mais diretamente a luz solar.

Quando a Terra está no lado esquerdo (ver Figura) os raios solares incidem com menor inclinação (com relação à direção vertical) sobre o hemisfério sul do que sobre o hemisfério norte. Em virtude disso, cada metro quadrado da superfície no hemisfério sul recebe mais radiação solar do que a mesma área no hemisfério norte. Assim, no hemisfério sul é verão, enquanto no hemisfério norte é inverno. Seis meses após, a Terra se deslocou para o lado direito. Nesta situação ocorre o inverso, no hemisfério norte os raios solares incidem com menor inclinação do que no hemisfério sul. Portanto, temos o verão no hemisfério norte e inverno no hemisfério sul. A primavera e o outono ocorrem nas posições intermediárias.

Desenho esquemático (fora de escala) mostrando o eixo de rotação da Terra, que possui uma direção fixa, e não é ortogonal ao plano da sua órbita (eclíptica). O eixo de rotação da Terra forma um ângulo de 23,5^o com relação à direção normal normal à eclíptica.

A evolução do sistema MKS

por Jonatas Steinbach

Para o estabelecimento do sistema métrico, a Academia de Ciências da França construiu, em 1.799, o metro padrão, uma barra de uma liga de platina (Pt) e irídio (Ir) de um metro de comprimento. Em 1.879, esse padrão foi refeito e passou a ser a distância entre dois traços numa barra do mesmo material, mantida em condições controladas, a 0 ^oC, no Bureal Internacional de Pesos e Medidas de Sèvres, localidade próxima a Paris.

Nessa época verificou-se que o comprimento do padrão era 0,00018 m menor do que a quadragésima milionésima parte do comprimento do meridiano terrestre estabelecida pela definição do metro. A 1ª Conferência Internacional de Pesos e Medidas, realizada em Paris em 1.889, resolveu o problema abandonando a definição inicial e adotando o comprimento entre os dois traços dessa barra como a nova definição de metro.

No entanto, as dificuldades de manter inalterado um padrão desse tipo e o progresso tecnológico exigiram a possibilitaram a criação de um novo padrão, em 1.960, 100 vezes mais preciso, a partir do comprimento de onda da radiação vermelho-alaranjada de um gás, o criptônio-86 (Kr).

Mais tarde, em 1.983, foi proposta a definição atual, baseada na velocidade da luz. Na verdade, em todo esse tempo, a dimensão do metro praticamente não mudou. O que mudou foram as formas de defini-la e, principalmente, reproduzi-la. Atualmente, nenhum país tem necessidade de manter o padrão do metro num determinado local, basta dispor de um bom laboratório de física para reproduzir precisamente a sua dimensão.

Em relação ao quilograma, isso ainda não foi possível. A unidade padrão de massa proposta pela academia francesa, em 1.799, foi o grama. Em 1879, estabeleceu-se um padrão constituído por um cilindro de platina iridiada com massa de 1.000 grama, chamado de quilograma padrão. Como ocorreu com o metro, descobriu-se mais tarde que esse cilindro não tinha exatamente 1.000 gramas, mas 999,973 gramas. A conferência de 1.889 usou o mesmo proce-dimento adotado para o metro: abandonou a definição inicial de gra-ma e adotou a massa do quilograma padrão, chamado simples-mente de quilograma, unidade válida até hoje, cujo original é man-tido em Sèvres.

Em relação ao padrão de tempo, o segundo, a proposta inicial da academia francesa era revolucionária: estabelecia um dia de 10 horas, que possibilitaria trabalhar com valores decimais nas medidas de tempo. A idéia era boa, mas o hábito foi mais forte e ela não vingou. Logo o dia voltou a ter a sua duração de 24 horas, divididas em 60 minutos, divididos em 60 segundos. Assim, o segundo foi definido como sendo a fração 1/86.400 da duração do dia médio. No entanto, o período de rotação da Terra varia e os dias não são todos exatamente iguais. Por isso em 1.956 foi escolhido como padrão o dia solar médio do ano de 1.900. O aparecimento dos relógios atômicos, no entanto, permitiu a definição atual, mais precisa, estabelecida em 1.967: o segundo é a duração de 9.192.631.770 períodos de uma dada radiação do césio 133.

Experimento: o disco de Newton

Material necessário

1 disco de vinil (aquele antigão do Cauby Peixoto que seu pai tem);
1 prego grande com cabeça, que possa ser inserido no disco;
1 cartolina branca e 1 transferidor;
1 transferidor
3 gizes de cera nas cores: verde, vermelho e azul.

Procedimento experimental

Recorte um disco de cartolina com o mesmo diâmetro do disco;

Marque o centro do disco e, com o transferidor, marque sobre o disco de cartolina 3 setores com ângulos de 120^o cada;

Pinte cada setor com uma das cores: vermelho, azul e branco;

Finalmente, cole o disco de cartolina sobre o de vinil, fazendo os seus centros coincidirem;

Fure o centro do disco de cartolina com o prego, e segure na sua ponta, manten-do-o horizintal;

Vá até uma janela onde irradie luz solar e gire rapidamente o disco com a mão livre. Observe a cor do disco.

O que aconteceu com as cores? Discuta com seus colegas.

Biografia: Johannes Kepler

Por haver passado por vários problemas de saúde quando jovem, JOHANNES KEPLER (1571-1630) seguiu a carreira de pastor protestante, já que não parecia fisicamente apto para tarefas mais pesadas. Foi somente após concluir seus estudos universitários que Kepler se ocupou da matemática e astronomia, interessando-se sobretudo pelos trabalhos de Copérnico. Com menos de 25 anos de idade tornou-se professor de Ciências na Universidade de Graz, na Áustria. Foi ele quem primeiro suspeitou que os planetas apresentavam órbitas elípticas (e não circulares, como acreditava Copérnico). De início, ele tentou uma maneira de descrever adequadamente o percurso dos planetas em torno do sol. Para tanto ele utilizou as idéias de Platão acerca dos cincos sólidos geométricos "perfeitos" (tetraedro, hexaedro, octaedro, dodecaedro e icosaedro - os únicos poliedros regulares). Cada planeta percorria sua órbita numa superfície esférica, com centro no sol.

Cada esfera estaria inscrita num sólido que por sua vez, estaria inscrito na esfera do planeta seguinte e assim por diante.

Esse trabalho atraiu a atenção de Tycho Brahe (astrônomo dinamarquês), que vivia em Praga (hoje capital da República Tcheca), para onde Kepler se mudou quando abandonou a Áustria devido conflitos religiosos. Lá, passou a trabalhar com Brahe. Após a morte dele, Kepler tentou dar uma formulação matemática ao seu sistema geométrico, de modo a deixá-lo de acordo com as medições que ambos haviam realizado. Isso levou a abandonar os sólidos e a procurar figuras curvas, até chegar às elipses. Esse tipo de curva se encaixava adequadamente nas medidas tomadas das posições de Marte. Kepler cogitou que o sol é que controlaria o movimento de todo esse conjunto de planetas, mas não chegou a conseguir explicar o porquê desse controle (a explicação só chegaria meio século depois, com Newton).

Durante certo tempo, Kepler manteve correspondência com Galileu, que chegou a envia-lhe um dos telescópios que construiu. Com esse instrumento, confirmou a existência das "luas" de Júpiter, de cuja existência duvidava até então. Para designar esse tipo de corpo celeste, foi o primeiro a usar o termo "satélite" (que em latim significa: servente ou acompanhante). Ele também projetou um telescópio e um microscópio, aperfeiçoando os que existiam até então, e fez experimentos com a reflexão e a refração da luz.

Escreveu também a obra Somnium, em que narra a viagem que um homem realiza, em sonhos, até a lua e que contém descrições da superfícies desse satélite. Em uma viagem para Alemanha, Kepler foi acometido de uma doença aguda, onde faleceu em 15 de novembro de 1630.

Astronomia em alta!

Astrônomos do Instituto de Tecnologia da Califórnia afirmaram ter detectado o que pode ser o décimo planeta do sistema solar. Encontrado a uma grande distância dos outros planetas pelo telescópio espacial Spitzer, lançado recentemente, o novo planeta foi batizado como Sedna - nome da deusa dos oceanos dos Inuit.

Observações indicam que o planeta pode ter um diâmetro de 2 mil quilômetros, mas não descartam que ele possa até ser maior do que Plutão, que tem um diâmetro de 2.250 quilômetros.

O anúncio deve estimular um debate para determinar se Sedna pode ser realmente classificado como um planeta. Alguns astrônomos já afirmam que a descoberta redefine o sistema solar.

Um grupo de astrônomos acredita que Plutão não é um planeta de verdade, mas apenas um dos maiores dentro do grande número de corpos celestes pequenos na parte externa do sistema solar. A maioria dos corpos celestes são pequenos mundos de rocha e gelo, mas alguns, como Sedna, podem ser maiores do que Plutão. A importância de Sedna é que se trata do primeiro corpo celeste desse tipo descoberto em sua órbita normal.

Depois da descoberta do corpo celeste, os astrônomos no Observatório de Tenagra, no Estado americano do Arizona, receberam pedidos para fornecer informações sobre a posição dele, para que se possa determinar uma órbita para Sedna. Ele também foi identificado pelo telescópio espacial Hubble. A Nasa, agência espacial americana, deve anunciar novos detalhes sobre a descoberta. O novo planeta é o maior corpo celeste encontrado orbitando o Sol desde a descoberta de Plutão, em 1930.

Sedna foi encontrado durante uma pesquisa liderada por Michael Brown, do Instituto de Tecnologia da Califórnia. Os cientistas estão apenas na metade de um projeto de investigação programado para três anos. Cálculos preliminares sugerem que o planeta está a 10 bilhões de quilômetros da Terra, em uma região do espaço conhecida como Cinturão de Kuiper. O mesmo contém centenas de objetos conhecidos, e os astrônomos acreditam que há muitos mais para serem descobertos. Fonte: www.bccbrasil.com

Figura (montagem de fotos) mostrando o tamanho relativo dos planetas e do Sol.

Caiu no vestibular vocacionado!

Um automóvel, que partiu do repouso, viaja em movimento retilíneo uniformemente variado. Em certo instante, sua velocidade é de 15 m/s e, 50 metros mais à frente, ela é de 25 m/s. Isso considerado, determine:

a) A aceleração constante do automóvel.

Segundo a equação de Torricelli, para o movimento uniformemente variado será

v²=v₀² + 2 a x ,

então, a aceleração a do automóvel é

a = (v² - v₀²)/2x = [(25 m/s)² – (15 m/s)²]/[2.(50 m)]

a = 400 m²/s² / 100 m = 4,0 m/s² .

b) O tempo necessário para ele percorrer os 50 metros.

Como v = v₀ + at , o intervalo de tempo t gasto para percorrer os 50 m referidos será

t = (v – v₀)/a = [(25 m/s) – (15 m/s)] / (4,0 m/s² )

t = (10 m/s) / (4,0 m/s² ) = 2,5 s .

c) O tempo decorrido desde o seu repouso até atingir a velocidade de 15 m/s.

Como no item anterior,

t = (v – v₀)/a = [(15 m/s) – (0 m/s)] / (4,0 m/s²)

t = (15 m/s) / (4,0 m/s²) = 3,75 s = 3,8 s .

d) A distância percorrida desde o seu repouso até atingir a velocidade de 15 m/s.

x = (v² - v₀²)/(2a)=[(15 m/s)² – (0 m/s)²]/[2.(4,0 m/s2 )]

x = (225 m²/s²) / 8,0 m/s² = 28,125 m = 28 m .

e) Os gráficos distância versus tempo e velocidade versus tempo para todo o movimento do automóvel.

Notícias

Alinhamento de planetas será visto a olho nu

No final do mês de março passado, cinco planetas estiveram agrupados no céu do entardecer, e puderam ser vistos a olho nu. Este fenômeno só se repetirá no ano 2.036.

Os planetas ficaram dispostos em um grande arco, junto à lua, que atravessará o céu de oeste a leste.

Até mesmo Mercúrio, o planeta mais discreto do sistema solar, foi visto, seguido por Vênus o planeta mais brilhante. O tom avermelhado de Marte e os anéis de Saturno também serão, facilmente identificáveis.

Uma boa referência para localizar os planetas foi a partir da constelação de Órion, facilmente reconhecível pelas estrelas Três Marias. As luzes da cidade e as montanhas podem atrapalhar a visão, por isso são necessárias boas condições de visibilidade para qualquer observação do céu à noite.

Fonte: Atlas España

UDESC entre as 10 melhores do Brasil

Três dos seis cursos de graduação da Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC) que conquistaram conceito A em 2003 estão entre os dez melhores no País. Licenciatura em Física, da UDESC-Joinville, teve a terceira melhor média (45,6) no Exame Nacional de Cursos (Provão) do Ministério da Educação (MEC). Em primeiro lugar no ranking nacional de Física ficou a PUC do Rio de Janeiro, com 49,4; e em segundo, a Universidade Federal de Pernambuco, com 48,9. A média geral dos dez melhores somou 42,6. O curso da UDESC-Joinville ficou à frente de instituições conceituadas na área como a Unicamp (4º lugar) e Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), com a 10ª classificação.

O curso de Administração de Empresas, do Centro de Ciências da Administração (ESAG) em Florianópolis, também recebeu a terceira melhor média no Brasil, com 62,1, atrás apenas da Universidade de São Paulo-Ribeirão Preto (68,4) e da Universidade de São Paulo-SP (63,8). A média geral deste curso ficou em 61,4.

O curso de Agronomia, do Centro de Ciências Agroveterinárias (CAV) da UDESC em Lages, ficou com a quarta melhor média nacional, com 48,4. Em primeiro lugar está a Universidade de São Paulo-Piracicaba, com 51,1. A média das dez melhores no ranking é de 48,1. O levantamento das médias de notas de 26 carreiras foi divulgado pela revista “Veja” neste final de semana.

Em Joinville, outros dois cursos também conquistaram conceito A no Provão do MEC: Engenharia Elétrica e Engenharia Civil. O curso de Engenharia Mecânica ficou com o conceito B.

Assessoria de Imprensa da Udesc-Joinville.

Como observar o céu de Joinville?

Professor José Fernando Fragalli do Departamento de Física da UDESC coordena um projeto de extensão aberto à comunidade que dá a oportunidade a qualquer interessado de observar o céu com telescópio, todas as quintas-feiras depois das 18h, no Campus da UDESC, no Bom Retiro, zona norte de Joinville. Para maiores informações sobre as observações astronômicas favor entrar em contato com o coordenador do projeto pelo telefone: 0-XX-47-431-7244 ou mesmo por e-mail: dfi2jff@joinville.udesc.br .

“Diante da vastidão do espaço e da imensidão do tempo, é uma alegria para mim poder partilhar um planeta e uma época com você”. Carl Sagan

Projetos de extensão

O Jornal da Física é uma publicação mensal, abrangendo como temas assuntos relacionados à Física, desde aplicações, informes, curiosidades e descobertas. Esse jornal pretende, além de instru-mentalizar os alunos do ensino médio e da própria Universidade para compreensão e respectiva aplicação tecnológica, promover condições para que os alunos possam transformar cada vez mais a si e a seu mundo. A tiragem mensal é de 1.500 exemplares e pode ser lido na internet: http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/Jornal

A home page Mundo Físico, é resultado de outro projeto, abrangendo como temas assuntos relacionados à Física, desde aplicações, informes, curiosidades e descobertas. Essa home page pretende auxiliar a instrumentalizar os alunos do ensino médio e da própria Universidade para uma melhor compreensão de conceitos físicos e aplicações tecnológicas. O relativo desinteresse pela Física demonstrado por parte dos alunos de Ensino Médio faz com que haja a necessidade de apresentar a Física de uma forma mais qualitativa e não tanto quantitativa, como ocorre freqüentemente na maioria das escolas. A home page pretende contribuir para a formação de uma cultura efetiva e desta forma haverá mais estímulo para os jovens acompanharem as notícias científicas, promovendo meios para que possam interpretar os seus significados, fazendo com que eles participem de maneira ativa na Ciência e na tecnologia mundial de maneira mais consistente.

O projeto Entendendo a Física para o Vestibular desenvolve atividades de Ensino de Física e Matemática para alunos da Rede Estadual de Santa Catarina ministrando aulas para os estudantes e preparando-os para ingressar na Universidade. Haverá dessa forma maior divulgação desta Instituição e dos cursos que ela oferece. Paralelamente, desenvolve-se um programa social de assistência às comunidades carentes de Joinville, através da doação de 40 cestas básicas com alimentos. Queremos, com este projeto, que os futuros licenciados em Física estejam cada vez mais compromissados com a formação de cidadãos críticos e melhor preparados para sua inserção social.

Finalmente, o projeto A Física na Escola prevê a formação de um grupo de alunos voluntários que ministrarão palestra nas escolas públicas de ensino médio de Joinville, abordando assuntos relacionados à Física e suas aplicações. O aluno atendido pelo projeto, terá maior acesso ao conhecimento científico e sua relação com o dia-a-dia, e poderá conhecer um pouco mais da história da Física, suas relações com os aspectos culturais, políticos, sociais e econômicos, e terá contato com futuros professores de Física, e poderá conhecer um pouco melhor o ofício do ensino, essa profissão promissora e fundamental para o desenvolvimento do Brasil.

De onde veio esse buraco?

Teste seus conhecimentos de geometria. Olhe bem para a figura abaixo e explique o que está acontecendo...

A Equipe

Jônatas Steinbach
Matérias

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Matérias e Revisão

Everton Granemann Souza
Bolsista Responsável

Leila Patrícia Torres
Jornalista Responsável