Pressão Atmosférica

Em 1654, o burgomestre de Madgeburgo, Otto von Guerick, lembrou-se de pegar em duas meias esferas de metal, ocas, com cerca de 80cm de diâmetro cada uma, e uni-las uma à outra, selando a união com uma banda de couro. Umas dessas meias esferas tinha uma espécie de torneira que permitia a entrada ou remoção do ar dentro da esfera. Usando uma bomba de ar, removeu todo o ar de dentro da agora esfera completa, tapando a torneira de imediato, criando, assim, um vácuo no seu interior. De seguida atrelou 2 cavalos (1 de cada lado) a umas pegas laterais existentes na esfera. Incitou os cavalos a afastarem-se da esfera a toda a força. Porém, os cavalos não conseguiram abri-la. Depois disto, atrelou mais dois cavalos, e mais dois cavalos, e mais dois cavalos... só conseguindo abrir a esfera com a força de 8 cavalos de cada lado. Bolas! Porquê?

A pressão atmosférica é a força exercida pelo ar num determinado local. E posso dizer que essa força é enorme. Quando mais denso for o ar, maior a pressão atmosférica. Se quiserem fazer uma experiência de trazer por casa, encham uma garrafa de água e uma tina com metade de água, tapem o gargalo da garrafa com o dedo e virem-na para baixo, introduzindo o gargalo dentro da água da tina. A água da garrafa desce um bocado, mas a garrafa não vaza totalmente. Isto, porque a pressão atmosférica exercida sobre a água da tina é igual ao peso da água que permanece dentro da garrafa.

O vácuo deixado no fundo da garrafa (agora virado para cima, uma vez que a garrafa está virada ao contrário) também é proporcional à pressão atmosférica. Todos estes elementos tendem a equilibrar-se. No entanto, se, antes de virarmos a garrafa para dentro da tina, introduzíssemos uma mangueira no gargalo e, depois de a virarmos, lhe tentássemos retirar o ar, a garrafa começaria a encolher, porque estaríamos a desequilibrar o vácuo com a pressão atmosférica existente sobre a água, na tina.

Pois é, se julgavam que o facto dos 16 cavalos não conseguirem separar as duas meias esferas, era por causa de que uma sugava a outra, estão esfericamente enganados. O que se passou foi que, a pressão atmosférica exterior à esfera estava a tentar compensar a falta de pressão atmosférica dentro desta. E como a força exercida pela dita pressão é proporcional à falta desta, uma vez que se equilibram, a força exercida sobre a esfera era astronómica.

Com o aumento da altitude, o ar torna-se mais rarefeito, diminuindo, assim, a pressão atmosférica. Este facto produz um efeito engraçado no que concerne a ferver a água. Como todos sabemos a água atinge o ponto de ebulição à temperatura de 100ºC. Isto acontece porque a parte de baixo do recipiente onde está a água aquece por influência da fonte de calor (chama, por exemplo) chegando a um ponto em que a parte de baixo da água se transforma em gás (evaporação). Ora, como o vapor de água é mais leve que a água no estado liquido, aquele tende a subir até à superfície, para se misturar com o ar.

Uma vez que a pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude, então o vapor de água produzido pelo aquecimento sobe mais depressa, já que a força exercida pela pressão atmosférica é menor, provocando a ebulição muito antes de se atingir os 100ºC. Portanto, se decidirem fazer uma sopinha no Everest, deixem cozer muito bem, ou arriscam-se a comê-la crua e fria.

A pressão atmosférica também ajuda na previsão do estado do tempo. Como a incidência dos raios solares, nas zonas polares, é obliqua, estas não aquecem o suficiente. O ar, em contacto com o solo gelado, contrai-se, originando assim altas pressões. Com a influência dos ventos, estas altas pressões deslocam-se muitas vezes para sul, provocando muitas vezes frio e chuva. À medida que um sistema de altas pressões se dirige para sul, o ar vai aquecendo, derretendo os cristais de gelo formados nas nuvens, causando assim pluviosidade ou queda de neve.

Já nas zonas equatoriais, uma vez que os raios solares são perpendiculares, o solo aquece muito mais, fazendo com que o ar, ao aquecer, se expanda, ficando assim mais leve e gerando, assim, um sistema de baixa pressões. Este mesmo ar sobe até uma altitude em que as temperaturas são mais baixas e arrefece novamente, criando um sistema de altas pressões, fazendo com que desça de novo. Este fenómeno chama-se anticiclone, como o dos Açores, como muitos já ouviram falar.

Surprise, surprise...

A luz é uma espécie de energia que viaja em forma de ondas electromagnéticas. A radiação da energia depende do comprimento da onda e da frequência. O comprimento de onda é a distância que vai do pico (topo) de uma onda até ao pico da outra. A frequência é o número de ondas que atravessa um determinado ponto por segundo.

Como todos sabem, a luz é branca, não é?
Não! não é.

A luz é composta por várias cores. Mas devido á sua velocidade, aos seus comprimentos de onda e à sua frequência, todas estas cores juntas compõem-se numa só. Se apontarem um prisma de cristal para a luz e tentarem vê-la através daquele, conseguirão discernir todas as cores da luz devido a algo chamado de dispersão da luz. O arco íris assim faz. A luz dispersa-se por entre as gotas de água suspensas no ar.

As cores da luz dobram-se todas, umas em cima das outras, em forma de onda electromagnética. Imaginem pai, mãe e filho deitados na cama em forma de cadeirinha. O pai tem a onda maior, a mãe uma onda mais pequena e o filho a menor. Os vermelhos e aproximados (laranjas, amarelos, etc.) têm um comprimento de onda maior. Os azuis, violetas, etc. um comprimento de onda menor, por estarem encaixados nos vermelhos e aproximados.

Ora, como os vermelhos têm um comprimento de onda maior, têm também uma frequência menor, porque passam muito menos ondas por segundo num determinado ponto, logo as maiores frequências vão para os azuis e derivados.

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A atmosfera do planeta Terra é composta por uma mistura de vários gases, dois dos quais são o nitrogénio (78%) e o oxigénio (21%); água, em forma de vapor, gotas ou cristais de gelo; e sólidos, tais como poeiras, cinzas, fuligem, sal proveniente dos oceanos, etc.

A atmosfera é mais densa junto ao planeta e vai ficando mais rarefeita à medida que nos afastamos da superfície. Não existe uma fronteira definida entre a atmosfera e o espaço. Vai ficando cada vez mais rarefeita, até que... desaparece.

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A luz viaja pelo ar em linha recta até encontrar algo que a possa fazer reflectir ou dispersar. Se a luz embate em algo sólido, é toda ela reflectida noutra direcção e prossegue o seu caminho, porque os sólidos (poeiras, cinzas, etc.) são muito maiores que os comprimentos de onda da luz. Mas... se encontra um gás pela frente algo muito diferente acontece.

Como alguns dos comprimentos de onda das cores da luz são maiores que o próprio gás, atravessam-no e seguem em frente, mas outros há que são menores, como o caso dos azuis. Então são absorvidos pelo gás e dispersados posteriormente em todas as direcções.

That's why the sky is blue, folks.

E perguntam vocês em uníssono:
Mas então... porque carga d'água tem o céu tons avermelhados ao por do sol?

Porque, como o sol já não está na vertical, mas sim na diagonal, a luz tem mais atmosfera para percorrer até nós e por isso só conseguimos ver as cores com comprimento de onda maior, que são as que conseguem escapar à absorção dos gases. Há menos cores de comprimento de onda menor, porque foram quase todas absorvidas ao longo do percurso até nós.

E, e... porque é que isso não acontece ao amanhecer?

Porque se traçarmos uma linha imaginária do pólo norte ao pólo sul, essa linha não está perpendicular ao sol, o que quer dizer que o planeta está inclinado. Logo, ao amanhecer o sol está mais perto de nós do que ao anoitecer.

Para concluir:
A luz visível irradiada pelo sol é branca. No entanto parece-nos amarela. Isto acontece, porque devido à dispersão dos azuis, estes são removidos do aglomerado de cores da luz, ficando no resto os vermelhos, amarelos, laranjas, etc., dando a tonalidade amarela.

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O Raio de Schwarschild

A gravidade não é uma força, tal como postulou Newton, mas sim uma propriedade geométrica; Einstein dixit. Portanto, não se deve dizer “força da gravidade”, mas sim, só, gravidade. Acho que já foi discutido por aí que a gravidade é a quinta dimensão. Sempre que algo é atraído pela gravidade, este descreve uma trajectória curva. Se deixarmos cair um objecto de 10.000m de altitude até à superfície da terra, este desviar-se-á da trajectória recta e cairá num local afastado do antípoda.

A gravidade é atractiva, logo, qualquer corpo que esteja dentro do campo de gravidade é atraído para o centro. Portanto, se esse corpo quiser escapar ao centro da gravidade terá de viajar no sentido contrário a uma velocidade constante superior à da atracção exercida. Essa velocidade chama-se velocidade de escape. A velocidade de escape constante da gravidade do planeta Terra é de 11,2 Km/s, 40320 Km/h. A título de curiosidade, a velocidade de escape da Lua é de 8568 Km/h. Será necessário viajar a uma velocidade igual ou superior para se moverem para fora do campo de acção da gravidade.

Quando falo de velocidade constante, estou a falar de energia cinética, ou seja, dar um empurrão inicial a um corpo a uma determinada velocidade e essa velocidade se manter constante.

Claro que o Space Shuttle não viaja a essa velocidade, porque tem potentes reactores auxiliares (aqueles que são largados após uma determinada altitude) e principais que desafiam a velocidade de escape e mantêm o dispositivo a uma velocidade suficiente para ser colocado em órbita. Os aviões também não viajam a essa velocidade, nem de perto nem de longe e no entanto também escapam ao centro da Terra.

Assim que o Space Shuttle atinge a órbita necessária (cerca de 250 Km de altitude), começa a cair. Pois a cair. Mas não em direcção ao centro da Terra. Cai infinitamente dentro da órbita, porque está preso pela gravidade exercida pelo planeta. Eu explico:

Se pegarem num pedaço de corda por uma das extremidades, atarem um peso na outra extremidade e começarem a rodar a corda, o peso orbitará a vossa mão, não? Só parará quando deixarem de exercer força na corda. Pois, a força que estão a exercer na corda chama-se força cinética, mas podemos compara-la à atracção exercida pela gravidade da Terra no Space Shuttle.

Se em vez dum peso, atarem um copo e colocarem lá dentro três pesos diferentes, e rodarem a corda de cima para baixo, quando o copo estiver a descer de Norte da vossa mão para Sul, os pesos irão cair todos à mesma velocidade. Não nos esqueçamos que nos encontramos na superfície do próprio planeta e que por isso a gravidade exercida sobre os pesos é de cima para baixo.

Mas em órbita cai-se indefinidamente, porque não existe cima ou baixo, Norte ou Sul. E é exactamente por isto que nos parece que existe ausência de gravidade dentro da nave. Está tudo a cair ao mesmo tempo. Estão a cair para lado nenhum, à volta da Terra, a mais de 27000 Km/h.

O Raio de Schwarschild

A velocidade de escape de uma estrela, enquanto estrela, é imensamente superior à da Terra, mas muito inferior à da luz. Quando o combustível dessa estrela acaba esta inicia o seu processo de colapso. Durante este processo a sua gravidade aumenta e, se aumenta, irá atrair muita matéria que esteja por perto. Mas, só criará um Horizonte de Eventos, logo, um buraco negro, quando o seu colapso atingir o RAIO DE SCHWARSCHILD.

O Raio de Schwarschild (Rs para os amigos) é o raio de circunferência da estrela aquando da criação do Horizonte de Eventos. E sabemos todos que o Rs tem de ser igual ou superior a três vezes o Rs do Sol e a massa também superior a três vezes à do Sol. Ou seja, só uma estrela com um raio e massa três vezes superior à do Sol conseguirá terminar os seus dias a fazer a vida negra ao universo.

O Rs do Sol é de 3 Km. Por isso o Sol atingiria o momento do Horizonte de Eventos quando colapsasse até um raio de 3 Km ou um diâmetro de 6, como queiram. Não chega. O mínimo são três vezes esse raio. Quando o sol, ao colapsar, atingir os 9 km de raio ainda não tem gravidade suficiente para criar o Horizonte de Eventos, devido à sua massa ainda não ser igual ou superior ao triplo do Sol.

Portanto, temos aqui a prova de que o Sol nunca será um buraquito. Irá ser, em vez disso, uma anã branca, mas antes irá engolir vários planetas do sistema solar, um dos quais Marte, mas nunca atingirá o triplo da sua massa ou do seu raio. Ao colapsar vai aumentar a sua gravidade sorvendo alguns planetas.

Mas é só isso. Um corpo brilhante vagueando no espaço.
É triste.
:)

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Singularidades

Na matemática, uma singularidade é algo que escapa completamente às regras estabelecidas por aquela disciplina. Esta, não tem meios para a explicar. É o mesmo que aparecer algo a provar que 2 + 2 = 5, quando sabemos que tal não é verdade. Nos buracos negros, a singularidade é o centro, que desafia todas as regras matemáticas.

Quanto menor é o volume de um determinado corpo com a mesma massa, maior é a sua densidade. Façamos a famosa experiência de compararmos o volume ocupado por 1kg de ferro e 1Kg de algodão: o volume ocupado pelo ferro é menor que o ocupado pelo algodão, logo, a densidade do ferro é maior.

Massa / Volume = Densidade

Se 1000 gramas de algo ocuparem um volume de 10 milímetros cúbicos, têm uma densidade de 100. Se os(as) mesmas 1000 gramas ocuparem um volume de 100 milímetros cúbicos, terão uma densidade de 10. Portanto, maior o volume, menor a densidade.

Massa / Densidade = Volume

Se 1000 gramas de algo tiverem uma densidade de 100, ocupará 10 milímetros cúbicos. Se os(as) mesmos 1000 gramas tiverem uma densidade de 10, ocupará 100 milímetros cúbicos. Portanto, maior a densidade, menor o volume.

Nos buracos negros, sabemos que a densidade aumenta, provocada pelo aumento de gravidade (os átomos comprimem-se cada vez mais e mais). Até aqui tudo bem. Quanto maior a densidade, menor o volume. O problema é que a massa aumenta também, aumento esse provocado pela matéria atraída pela mesma gravidade.

Ora, a dada altura, a massa é infinita e a densidade também. Mas, infinito / infinito = 1, não é? Pois, mas aqui não é. Quando a massa e a densidade são infinitas, o volume da estrela colapsada é 0 (zero), porque terminou a sua compressão. Chegou ao limite mínimo de volume: 0 (zero). Desapareceu. Tens nada com densidade e massa infinitas.

A singularidade é esta:
Massa / Volume = Densidade
Infinito / 0 = Infinito (quando deveria ser impossível)

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Buracos negros e gravidade infinita

A gravidade de um buraco negro não pode ser infinita, ou todo o universo seria engolido. O que se sabe, até agora, é que a velocidade de escape a um objecto desses é superior à da velocidade da luz. E como nada se consegue deslocar a velocidades superiores à da luz, nada do que está no horizonte de eventos escapa ao buraco negro. Mas o que está para aquém desse horizonte poderá escapar se tiver velocidade de escape suficiente, e, aqui, será muito inferior à da luz.

Os buracos negros são compostos, geralmente, pela Singularidade, Disco de Acreção e Horizonte de Eventos.

Singularidade:

A Singularidade é o centro do buraco, onde se encontra a estrela que implodiu, colapsando, e que continua a comprimir-se. Vai aumentando a sua massa, atraindo tudo o que está à sua volta, mas ao mesmo tempo a diminuir de tamanho devido à sua intensa gravidade. Torna-se tão densa como conseguir apertar o sol, com toda a sua massa, na palma da minha mão.

As estrelas têm uma força de gravidade enorme, e só não colapsam porque têm o seu núcleo em constante ebulição, queimando hidrogénio. O que acontece é que esta ebulição exerce uma força contrária à da gravidade, mantendo a estrela com o seu tamanho habitual. O problema é quando o combustível acaba. Então, e uma vez que a força contrária à da gravidade cessa, a estrela “engole-se” a si própria.

Outra forma de surgir um buraco negro é quando duas estrelas se orbitam entre elas. A órbita é feita em espiral, porque ambas se atraem até ao infinito (lembram-se dos fractais?). Quando se encontram, gera-se um explosão, mas a massa das duas estrelas é tão grande que atrai para si própria os estilhaços gerando, assim, um buraco negro com a massa delas. Conseguem imaginar?

Disco de Acreção:

O Disco de Acreção é toda a matéria que orbita em torno da Singularidade, em espiral, atraída por esta, e que acabará por passar o Horizonte de Eventos em direcção ao núcleo. A matéria que se encontra na parte interior deste disco aquece de tal forma, devido à velocidade com que se desloca, que além de conseguir emitir raios X, ainda consegue, em algumas situações, libertar jactos de gás para fora do Disco de Acreção e em consequência, para fora do Horizonte de Eventos. Este fenómeno ainda não foi explicado.

Horizonte de Eventos:

O Horizonte de Eventos é a fronteira do buraco negro. É aqui, depois de passado o Horizonte, que a velocidade de escape é superior à da luz (c), porque este horizonte se move exactamente à velocidade de c. Ora, para se escapar a algo que se move a c, ter-se-ia de viajar a mais de c. Para quem está a observar o Horizonte de Eventos de fora, parece algo que está parado, mas na verdade, é algo parecido com um tapete rolante. Desloca-se a c mas não sai do sítio. Por isso é que o que quer que seja apanhado aqui, não volta para trás. Nem a luz.

À medida que um corpo se aproxima do Horizonte de Eventos o tempo vai-se tornando mais lento para quem está a observar de fora, ou seja, parece que o corpo se está a deslocar cada vez mais devagar, porque a gravidade exercida pela Singularidade começa a ser tal que a luz emitida por esse corpo demora mais tempo a chegar ao observador. Até que, quando o corpo chega perto do Horizonte de Eventos, ficamos com essa imagem para sempre, Infinitamente, porque tudo o que se passa para lá do Horizonte é-nos vedado devido a nem a luz emitida pelo corpo conseguir escapar.

O tempo pára à entrada do Horizonte de Eventos. Claro que isto é uma ilusão de óptica, porque o corpo, logo que passou o Horizonte, esborrachou-se na Singularidade.

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A relatividade de um sonho relativo

"Numa enevoada manhã de primavera, Einstein passeava ao longo de um caminho nas montanhas, paralelamente a um ribeiro ondulante que descia dos picos nevados. Embora o duro frio já pertencesse ao passado, estava ainda fresco, à medida que os raios de sol começavam lentamente a romper por entre a neblina. O canto ruidoso dos pássaros elevava-se acima dos sons das águas, que jorravam em tumulto. As encostas estavam cobertas por densas florestas, interrompidas aqui e ali por enormes penhascos.

À medida que o caminho descia, a paisagem ia-se abrindo, dando lugar a clareiras cada vez maiores e a pequenos prados. Apareceram então ao longe vales suspensos, nos quais Einstein podia descortinar um grande número de campos, todos marcados inconfundivelmente pela presença humana. Alguns destes campos estavam cultivados e separados por vedações de formas mais ou menos regulares. Noutros, podiam ver-se vacas pastando preguiçosamente nos prados.

o sol penetrava agora com mais confiança na neblina, diluindo-a ao ponto de tudo parecer ligeiramente desfocado. Einstein começava a distinguir pormenores dos campos mais abaixo. Era comum por estas bandas dividir os campos com vedações de arame electrificadas. Estas vedações eram mesmo muito feias, e a maior parte delas não parecia sequer funcionar. de facto, viam-se vacas com a cabeça enfiada entre os fios, pastando do campo vizinho, sem qualquer respeito pela propriedade privada.

Ao chegar ao prado seguinte, Einstein foi examinar a vedação electrificada. Tocou-lhe e, conforme esperava, não sentiu nenhum choque – não admirava que as vacas não ligassem nenhuma à vedação. Enquanto brincava com a vedação, Einstein viu um grande vulto caminhando do outro lado do campo. Era um agricultor que transportava uma bateria nova para um barracão ali situado. o agricultor chegou ao barracão e entrou para substituir a bateria velha, que estava descarregada. olhando pela porta do barracão, Einstein viu-o ligar a bateria nova e, precisamente nesse instante, todas as vacas se afastaram da vedação de um salto. Seguiram-se longos mugidos de desagrado.

Enstein continuou a caminhar e quando chegou ao outro lado do campo já o agricultor ia a voltar para casa. Cumprimentaram-se educadamente, tendo em seguida travado um estranhíssimo diálogo, como só acontece nas trevas alucinadas dos sonhos.

«As suas vacas têm reflexos extraordinários», disse Einstein. «Agora mesmo, assim que o senhor ligou a bateria nova, todas saltaram ao mesmo tempo.»

Ao ouvir isto o agricultor mostrou-se confuso e olhou para Einstein com olhar incrédulo: «Saltaram todas ao mesmo tempo? obrigado pelo elogio, mas as minhas vacas não estão com o cio. Eu também olhei para elas ao ligar a bateria nova, porque estava a tentar pregar-lhes um susto de morte: gosto de pregar partidas às minhas vacas. Nos primeiros instantes depois de ligar a bateria não aconteceu nada, depois vi a vaca que estava mais próxima de mim dar um salto, depois a vaca seguinte, depois a outra e a outra, sempre por ordem, até todas terem saltado.»

Agora era Einstein que estava confuso. Estaria o agricultor a mentir? Mas porque lhe mentiria ele? No entanto, Einstein tinha a certeza do que tinha visto: no momento em que o agricultor ligara a bateria nova todas as vacas, da primeira à última, tinham saltado exactamente ao mesmo tempo. A verdade é que não fazia sentido ter uma discussão por causa disto, mas Einstein tinha vontade de estrangular o agricultor.

Foi então que Einstein acordou. Que sonho tão parvo – e logo com vacas... e porque tinha sido ele acometido de patéticas tendências homicidas? Era melhor esquecer tamanhos disparates.

Todavia, muitos sonhos estranhos têm um significado profundo que só mais tarde se torna evidente. E assim foi: antes de esquecer por completo o seu sonho, Einstein percebeu o que ele queria dizer. Não passava dum sonho, mas, num certo sentido, um sonho que apenas exagerara o que acontece no mundo real. "

João Magueijo
In “Mais rápido que a luz”

Pronto! Um dia tinha de ser

Olá Blogmundo.
Tenciono postar muita bosta por aqui, principalmente alguma física e às vezes química.

Por enquanto vou colocar aqui algumas pérolas deixadas por aí ao acaso.

Veremos daqui para a frente.