Mola Maluca desafia a gravidade

wile_e_coyote_gravity

Publiquei no Sedentário&Hiperativo um texto sobre o experimento com a “mola maluca” aparentemente desafiando a gravidade. Confira!

O Relojoeiro do Ferrofluido nas Bolhas de Sabão

Kim Pimmel combina “bolhas de sabão comuns com um exótico ferrofluido para criar uma instigante história, usando lentes macro e técnicas de lapso de tempo. O corante [vermelho] e o ferrofluido preto deslizam pelas estruturas das bolhas, atraídos pelas forças invisíveis da ação capilar e magnetismo”.

O vídeo deve remeter qualquer espectador a estruturas biológicas, e em especial, à complexidade das estruturas biológicas. E isso não é mera coincidência.

Na própria origem do termo “célula” nas observações de Robert Hooke no século 17, lá estavam as bolhas de sabão. E mesmo nas revoluções biológicas modernas que modelaram a membrana celular com conhecimentos adentrando a físico-química, também lá estavam as bolhas de sabão! Há trechos fabulosos desta ligação entre algo tão mundano com um conceito-chave no entendimento de uma unidade básica da vida em Planar Lipid bilayers (BLMs) and their applications.

E bolhas de sabão ainda podem ser usadas didaticamente para entender melhor o funcionamento da membrana celular (PDF).

Além das bolhas se sabão, o ferrofluido, um líquido suscetível à ação de campos magnéticos, também encontra ligações inusitadas. O que o artista usou aqui é provavelmente feito usando o toner negro de impressoras. O vídeo anterior de Pimmel ilustra essa dança de partículas de toner em resposta a campos magnéticos:

Os nexos da origem das copiadoras fotostáticas mais conhecidas como Xerox é tema para outro post, mas no ferrofluido também está algo da história da ciência, enquanto Michael Faraday utilizava raspas de ferro para ilustrar os então misteriosos e invisíveis campos magnéticos.

Acima, um dos primeiros diagramas representando linhas de força magnéticas, por Faraday em 1832.

O que nos leva ao nexo que une todos estes: a complexidade. Estamos acostumados a associar complexidade a dispositivos artificiais intrincados, ou alternativamente à própria vida, que ao longo de quase toda nossa história só poderíamos presumir também ser algo projetado, por mãos e mentes superiores às nossas.

E, no entanto, a complexidade nos cerca. Bolhas de sabão e principalmente pó de toner de uma impressora são elementos manufaturados, sim, mas quem esperaria ver tanta complexidade neles?

De fato, a complexidade nos cerca e fenômenos intrincados ocorrem à nossa volta, passando ao largo de nossos artifícios bem como daquilo que consideramos vivo. Ela é apenas largamente invisível aos nossos olhos, que do contrário estariam saturados de um universo de fenômenos.

Mesmo quando a complexidade é visível, é comumente  tomada como algo banal. Porque se pó de toner em meio a bolhas de sabão em uma bacia de água com um eletroímã ao centro fossem algo que ocorresse naturalmente, provavelmente nos pareceria tão “simples” e banal quanto as cores iridescentes de uma película de óleo sobre a água, dos cristais de gelo sobre uma nuvem.

Há, finalmente, a complexidade visível que é atribuída ao divino, como as cores refratadas do arco-íris. O que não deixa de ser curioso ao constatarmos que em um dia de Sol podemos criar nossos arco-íris simplesmente criando um jato de água com um a mangueira, mas ver algo como o que o artista Kim Pimmel criou requer um pouco mais de trabalho.

Pelo que poderíamos pensar que o deus do arco-íris é menos poderoso ou mesmo menos criativo que Pimmel.

Das propriedades físicas de uma fumaça

Primeiro pensei que a fumaça deve ser comportar dessa forma porque está misturada ao ar viciado que exalamos, repleto de gás carbônico.

Mas então, a fumaça em si mesma deve ser também mais pesada que o ar, como um aglomerado de partículas, contribuindo para o efeito.

Ou não? [via Nerdcore]

A Mente Científica

O mais fascinante neste curto vídeo sobre a invenção do compatriota japonês Kazuhiko Minawa não é tanto seu fabuloso aparato através do qual uma enguia elétrica ilumina uma árvore de Natal.

É seu entusiasmado comentário sobre as infinitas possibilidades desta tecnologia:

“Se pudéssemos juntar todas as enguias elétricas de todo o mundo, poderíamos iluminar uma árvore de Natal incomensuravelmente gigantesca. Adoraria ver mesmo do espaço o imenso flash de luz que ela lançaria na Terra”.

Carl Sagan lembrava que se a rainha Vitória em meados do século 19 resolvesse encarregar seus melhores cientistas da tarefa de criar uma forma de transmitir imagens em movimento a enormes distâncias, dificilmente teriam sucesso a despeito de mundos e fundos de um Império sobre o qual o Sol nunca se punha. É porque um discreto acadêmico barbudo trabalhando apenas com equações e seu conhecimento sobre os experimentos científicos em fenômenos curiosos mas de pouca ou nenhuma aplicação prática, ainda não tinha  escrito “Sobre as Linhas Físicas de Força”.

O sujeito era James Clerk Maxwell, e o que publicaria seria a unificação de duas forças fundamentais do Universo, indicando que a eletricidade e o magnetismo eram um só e que como ondas se manifestavam entre outros fenômenos como a própria luz. Um certo Albert Einstein, com admiração, comentaria a forma e o significado desta façanha:

“Imagine como Maxwell deve ter se sentido quando as equações diferenciais que formulou provaram que os campos eletromagnéticos se propagavam na forma de ondas polarizadas, e à velocidade da luz! Poucos homens no mundo tiveram o privilégio de uma experiência dessa natureza… e levou aos físicos algumas décadas para que toda a significância da descoberta de Maxwell fosse apreendida, tão imenso foi o salto de genialidade imposto às concepções de seus pares”.

Picture5O embasamento físico-matemático que criou finalmente permitiria algumas décadas depois feitos tecnológicos como a transmissão de rádio e toda a tecnologia elétrica e eletrônica que passou pela televisão e chega hoje pela série de “tubos” na rede até as linhas que você lê aqui. Maxwell, no entanto, não havia sido comissionado pela rainha nem buscava inventar a televisão. É pouco provável que jamais tivesse imaginado algo como a Internet. O salto intelectual que deu foi parte de sua muito convencional carreira acadêmica e a frase publicada em que comenta a fabulosa descoberta entendendo a luz como forma do campo eletromagnético chama a atenção pela singeleza com que uma das mais importantes ideias científicas da história foi divulgada.

“… dificilmente podemos evitar a inferência de que a luz consiste de ondulações transversais do mesmo meio que é a causa dos fenômenos elétricos e magnéticos”.

Dificilmente podemos evitar imaginar que apesar do tom, Maxwell, antes e mais do que ninguém à sua época, percebeu sim a relevância do que descobrira, ainda que o século do elétron fundamentado em suas ideias ainda estivesse a décadas de distância. E a alegria e o entusiasmo que deve ter sentido poderão ser melhor imaginados por aqueles que entendem a empolgação de um japonês com a ideia de juntar todas as enguias elétricas do mundo para iluminar uma árvore de Natal gigantesca para ser vista do espaço.

É pouco provável que em algumas décadas vivamos no século das enguias elétricas, mas seguramente continuaremos dependendo do espírito científico que preza o conhecimento pelo conhecimento. [vídeo das enguias via MAKE]

Nuclearoids: brinque de física nuclear

220225_nuclearoids_scr

Um jogo online de reação em cadeia. Em Nuclearoids, seu objetivo é explodir todos os núcleos atômicos corretos em cada nível, clicando em apenas um deles para iniciar a reação.

A brincadeira é uma referência a reações nucleares em cadeia, onde um núcleo atômico instável pode ser bombardeado por um nêutron, por exemplo, e ao se desintegrar lança mais nêutrons que por sua vez desintegram outros núcleos. Conceito um tanto complicado de expressar e entender em palavras, mas que o joguinho online deve transmitir em questão de segundos. A reação de desintegração, ou fissão dos núcleos, se feita do modo certo se torna uma reação em cadeia até que todos os núcleos, ou boa parte deles, tenha se dividido. Em um material radioativo e com uma massa significativa, a reação pode rapidamente liberar enormes quantidades de energia, no que conhecemos como bombas atômicas.

No joguinho, inofensivo, as primeiras fases são bem fáceis. É porque a matéria está de certa forma próxima da “massa crítica”, na qual a reação em cadeia pode ocorrer mesmo espontaneamente. Clicando em praticamente qualquer núcleo se assiste a um show de luzes. À medida que as fases vão avançando, criar uma reação em cadeia vai se tornando mais difícil.

O jogo não é uma lição de física nuclear rigorosa, e inclui “nuclearoids” com comportamento muito diferente de qualquer núcleo atômico – não que aqueles mais comuns sejam realmente modelos fiéis de átomos reais. Além da diversão, contudo, têm toda essa bagagem mais intuitiva de conceitos mais complicados.

Nuclearoids se soma a outros joguinhos excelentes como Orbitrunner, que dá uma noção das leis de Kepler, e Starlight, ensinando algo de astronomia.

O navio de Teseu e a impermanência do Carbono-14

33696_4590

“Nenhum homem pode atravessar o mesmo rio duas vezes, porque [já] nem o homem nem o rio são os mesmos.” – Heráclito

“O navio com que Teseu e os jovens de Atenas retornaram de Creta tinha trinta remos, e foi preservado pelos atenienses até o tempo de Demétrio de Falero, porque eles removiam as partes velhas que apodreciam e colocavam partes novas, de forma que o navio se tornou motivo de discussão entre os filósofos a respeito de coisas que crescem: alguns dizendo que o navio era o mesmo e outros dizendo que não era.” – Plutarco

O paradoxo do barco de Teseu é ao mesmo tempo uma das doutrinas essenciais do Budismo: a impermanência, a consciência de que tudo está em fluxo constante. A profundidade deste conceito pode ser apreciada tanto filosoficamente quanto vislumbrada cientificamente, compreendendo melhor a datação por radiocarbono, conhecida também como teste de Carbono-14. É uma longa jornada que vai literalmente de estrelas a muitos anos-luz até a ponta de seus pés, mas àqueles dispostos a dedicar algum tempo e esforço a viagem valerá a pena.

Continue lendo: “O navio de Teseu e a impermanência do Carbono-14

Mola Maluca

Pode não ser uma máquina de movimento perpétuo, mas é sem dúvida hipnotizante. Confira outras máquinas fascinantes de robotjim1951 em seu canal no Youtube.

Por aqui, o assunto do post é mesmo o “Slinky”, “Lazy Spring” ou “Mola Maluca”. Inventado por acaso pelo engenheiro naval americano Richard James durante a Segunda Guerra Mundial enquanto desenvolvia uma sistema de estabilização para instrumentos em navios sacolejantes, uma das molas caiu da estante e fez seu hoje conhecido malabarismo, caindo por uma série de degraus de livros, uma mesa até o chão. Com alguns ajustes para fazer a mola “andar” melhor, e vendida inicialmente logo após o fim da guerra, mais de 300 milhões de unidades já foram produzidas desde então.

A Mola Maluca é fascinante por sua simplicidade. É geralmente usada em sala de aula para demonstrar a propagação de ondas, principalmente a diferença entre ondas transversais e longitudinais. Mas há experimentos mais complicados.

Por exemplo, o que acontece com uma Mola Maluca suspensa em microgravidade? Tente adivinhar, é um tanto óbvio. Abaixo, a mola inicialmente sob efeito da gravidade, e então na microgravidade de um avião em um arco parabólico:

O que não é tão óbvio é curiosamente o que acontece sob efeito da gravidade. Em “A Slinky Problem”, o matemágico Martin Gardner pergunta: “Se você segurar uma extremidade de uma Mola Maluca, deixando o resto pendurado, e então soltá-la, o que acontece?”. Novamente, tente imaginar o experimento. “Estudantes dificilmente adivinharão a resposta e serão surpresos pela demonstração”, notou Gardner.

Bem, você confere o resultado no vídeo abaixo:

Axt, Bonadiman e Schmidt, da Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul, explicam o que acontece em um ótimo artigo sobre “O Uso de uma espiral de encadernação como mola” (PDF):

“Por estar ela esticada pela ação do próprio peso antes de ser solta, existem tensões internas no seu sistema de elos. Ao ser deixada cair, durante o breve intervalo de tempo em que a espiral recobra seu comprimento original, as tensões internas fazem com que sua extremidade superior se mova para baixo com aceleração maior do que g. Enquanto isso, a extremidade inferior permanece temporariamente contida no espaço. De qualquer modo, durante a queda, o centro de gravidade da espiral se move com a aceleração g da gravidade”.

Maluca mesmo.

Gato de Schrödinger

3183830305_2bf8ea8f8e_b

Está deitado e de pé ao mesmo tempo.

Tudumpá. [flickr de Akermarks, via Elton!]

Einstein e Newton na Relatividade do Errado

newtoneinsteinall

Isaac Newton estava errado. Albert Einstein está errado. Isaac Asimov estava certo: é A Relatividade do Errado, um ensaio fabuloso e essencial para que se compreenda como Newton estava todavia certo, e Einstein, corrigindo-o, também estava correto. Se isso não parece fazer sentido, “o problema básico”, notou Asimov, “é que as pessoas pensam que ‘certo’ e ‘errado’ são absolutos; que tudo que não é perfeitamente e completamente certo é totalmente e igualmente errado”.

Resumindo a grande lição aqui como só um autor que escreveu 500 livros poderia resumir, Asimov respondeu:

“Quando as pessoas pensavam que a Terra era plana, elas estavam erradas. Quando pensaram que a Terra era esférica, elas estavam erradas. Mas se você acha que pensar que a Terra é esférica é tão errado quanto pensar que a Terra é plana, então sua visão é mais errada do que as duas juntas”.

Não deixe de ler A Relatividade do Errado, que pode ser ilustrada de forma bela na imagem acima, de Daniel Rozin. Parece um Albert Einstein jovem, mas se você se afastar – e se também espremer os olhos – a imagem de ninguém menos que Sir Isaac Newton surgirá. A imagem é tanto de Einstein quanto de Newton.

À distância lembrará o gênio que permitiu que entendêssemos os grandes movimentos celestes. Mais de perto, vemos o jovem físico que refinou a compreensão Newtoniana introduzindo efeitos… relativísticos.

Esta junção de duas imagens, vistas de perto ou longe, é uma ilusão óptica de imagens híbridas desenvolvida no MIT por Oliva e Schyns. [via Experientia Docet]

Somos uma pequena assimetria

vazio

Por que há algo ao invés de nada? É uma questão filosófica imemorial que a ciência não responde e pode nunca responder, justamente porque a pergunta é em si mesma passível de um sem número de interpretações, e em ciência (e no melhor da ficção), por vezes formular a pergunta corretamente pode ser tão ou mais importante que obter a resposta.

Ontem mesmo, no entanto, cientistas chegaram um pouco mais perto de responder à questão em sua formulação relacionada à física de partículas. Pois físicos de partículas vêm há décadas acelerando e colidindo átomos e seus componentes a energias cada vez maiores, observando um caleidoscópio de matéria e energia se reorganizando e produzindo uma grande variedade de produtos.

O detalhe é que se reorganizam comumente na forma de pares de partículas e anti-partículas, respeitando uma simetria, uma paridade. Há uma grande beleza nisso, em que toda partícula de matéria possui uma anti-partícula, e se uma colidir com a outra, ambas transformam-se novamente em “energia pura”, em fótons sem massa. Você não gostaria de apertar as mãos de um anti-você, a explosão resultante provavelmente poderia ser vista de outras galáxias.

Não é preciso se preocupar, porque não só não há anti-vocês andando por aí, não há qualquer evidência de que existam grandes aglomerações de anti-matéria em qualquer lugar no Universo. Se houvesse, sua eventual colisão com matéria, ou as fronteiras entre matéria e anti-matéria emitiriam enormes quantidades de energia sob a forma de radiação. Por algum motivo, praticamente toda a matéria que conhecemos é… matéria. A anti-matéria se forma ou é vista apenas em pequenas quantidades fugazes que costumam logo se aniquilar com matéria. Nós sequer sabíamos que existia até que fosse prevista teoricamente e então finalmente detectada no século passado. O que nos leva à questão mais específica:

Por que há matéria ao invés de anti-matéria? Ou pelo menos, por que não haveria iguais quantidades de cada tipo de matéria, em diferentes partes do Universo?

ponto

Um bilhão e um

Bem, temos algumas pistas. Para cada próton que vemos há cerca de dois bilhões de fótons em nosso Universo, isto é, vivemos em um mundo dominado por fótons, radiação eletromagnética viajando à velocidade da luz por todo o canto, em uma proporção esmagadora em relação à matéria. Lembra-se de que quando um próton colide com um anti-próton, o resultado são dois fótons de luz?

A cosmologia sugere assim que após o Big Bang, formaram-se grandes quantidades de matéria e anti-matéria, mas elas logo se aniquilaram, produzindo o Universo dominado por radiação em que vivemos. Imagine a cena: um bilhão de prótons aniquilaram um bilhão de anti-prótons produzindo dois bilhões de fótons… para cada um dos próton de cada átomo que você vê, e que constitui nossa própria massa. E toda essa ação se daria depois do evento ainda mais fantástico que seria o Big Bang e seus primeiros momentos em si mesmos. Vemos ecos destes eventos sob a forma de radiação.

Se toda a matéria tivesse sido aniquilada por toda a anti-matéria, contudo, só restariam fótons, haveria apenas radiação. Não é o que vivemos, e como vimos, há dois bilhões de fótons para cada próton, contudo ainda temos prótons. Isso sugere que para cada um bilhão de anti-prótons produzidos nos primeiros instantes do Universo, teriam sido produzidos um bilhão e um prótons. Um próton a mais. Uma pequena, ínfima assimetria, responsável por nossa existência. Assim, a resposta mais simples da cosmologia para “por que há matéria ao invés de anti-matéria” é simplesmente a de que “havia uma ínfima parcela a mais matéria do que anti-matéria”.

Uma espécie de porque sim, é bem verdade. Modelos de física de partículas vêm buscando explicar esta assimetria, mas há diversos modelos em consideração, enquanto ainda estamos longe de uma “Teoria de Tudo” (1994, ed. Zahar), que é aliás, o título do livro do físico John Barrow que usei como referência aqui.

Se a física teórica ainda não responde a contento à pergunta, a física de partículas, através desses cientistas e seus aceleradores, ao menos parece ter constatado algo muito importante.

Analisando oito anos e centenas de experimentos realizados no acelerador Tevatron norte-americano, descobriram uma diferença de 1% entre os pares de múons e anti-múons gerados a partir do decaimento de partículas conhecidas como B-mésons.

Isto é, ainda que não saibamos explicar a assimetria que responderia pelo Universo de matéria em que vivemos, sim foi demonstrado que as teorias cosmológicas não só parecem válidas como, por algum motivo, até hoje, mais de 13 bilhões de anos depois, ainda parece haver uma assimetria que garante a formação de matéria em uma proporção levemente maior do que a de anti-matéria.

Ainda não se respondeu à pergunta de por que há algo ao invés de nada, mas o fascinante é descobrir que há muito, muito pouco de matéria ao invés de nada. Nosso Universo possui sim uma sutil assimetria, e toda a massa das centenas de bilhões de estrelas que vemos brilhando, e todos os planetas que devem orbitá-las, incluindo o nosso, é o que restou desta ínfima diferença de um para um bilhão.

Majestosa imperfeição. [via Eternos Aprendizes: Por que existimos? A supremacia da Matéria sobre a Antimatéria foi finalmente medida e comprovada]

Skip to content

Sobre ScienceBlogs Brasil | Anuncie com ScienceBlogs Brasil | Política de Privacidade | Termos e Condições | Contato


ScienceBlogs por Seed Media Group. Group. ©2006-2011 Seed Media Group LLC. Todos direitos garantidos.


Páginas da Seed Media Group Seed Media Group | ScienceBlogs | SEEDMAGAZINE.COM