CURIOSIDADES

1. Por que a posição da Lua interfere nas marés?
Hélio Gianesella explica que isso ocorre graças à lei da gravitação universal. Assim como a Terra atrai a Lua, mantendo-a em sua órbita, a Lua atrai a Terra. Acontece que essa atração deforma a superfície da Terra, “puxando” a face da Terra mais próxima à Lua em direção ao satélite. Tanto a parte sólida (continentes) quanto a parte líquida (oceanos, mares, lagos, rios etc.) sofrem essa deformação. E o cientista explica ainda que não é só a Lua que influencia as marés, mas o Sol também. As maiores marés acontecem na Lua Nova, quando Sol e Lua estão juntos no céu durante o dia, e na Lua Cheia, quando se encontram em oposição.

2. Por que é mais difícil fechar a porta do carro com as janelas fechadas do que com uma aberta?
De acordo com os físicos do Ciência em Show, quando fechamos fortemente uma porta com os vidros do carro fechados, ela empurra o ar pra dentro, aumentando repentinamente a pressão interna. Ocorre que, sempre que temos uma diferença de pressão entre o lado interno e externo, surge uma força de resistência. Nesse caso, a força de dentro pra fora dificulta o fechamento da porta. O efeito é acentuado ainda pelo fato de que os carros possuem borrachas de vedação em suas aberturas, como portas e janelas, para impedir a entrada de água e vento e essas borrachas acabam também por não deixar que o ar escape pelas frestas. Porém, com a janela aberta, o ar rapidamente escapa e a pressão interna mantém-se em equilíbrio com a pressão de fora.

3. Por que, mesmo quando a vela não esta de pé, a chama fica para cima?
Conforme explicam os físicos da USP e integrantes do Ciência em Show, existe um fenômeno na Física chamado convecção. Ele ocorre em líquidos e gases e, resumidamente, trata-se do movimento para cima das porções mais quentes de um material. No caso da vela, os gases expelidos pelo pavio estão muito quentes e, por isso, eles sobem. O ar ambiente, mais frio, toma o lugar desse ar quente alimentando a chama constantemente com oxigênio. Quando viramos a vela de cabeça para baixo, a convecção continua acontecendo, gases quentes sobem e o ar frio toma seu espaço, em um movimento para cima, dando ao fogo seu formato característico.

4. Por que temos de fazer força para manter o equilíbrio quando o ônibus faz uma curva?
De acordo com o professor do COC, Hélio Gianesella, todo corpo em movimento tende a seguir em linha reta por inércia, que é a tendência de manter o estado do movimento. Quando o ônibus faz a curva, a nossa tendência é seguir em linha reta e temos de nos segurar fazendo força para acompanharmos o movimento curvo do ônibus. Essa força que sentimos em nosso braço, na realidade, é a resultante centrípeta, aplicada pelo ferro que seguramos e que nos garante fazer a curva junto com o ônibus.

5. Por que o pão fica duro de um dia para o outro se não for guardado dentro de um saco plástico?
Os mestres em Física pela USP, Gerson, Daniel e Wilson afirmam que a maciez do pão está relacionada à quantidade de água em seu interior. Se a água evapora, o pão fica duro. Como o plástico é um material impermeável, ele não permite a saída da água do interior do pão pela evaporação natural e, por isso, ele continua macio. Num ambiente livre, a água evapora e o pão fica duro.

6. Por que um saco de supermercado pesado arrebenta se for levantado rapidamente?
Os professores Gerson Santos, Daniel Santos e Wilson Namen, do Ciência em Show, explicam que isso acontece devido à inércia. A sacola cheia, em repouso, tem a tendência de permanecer parada até que uma força seja aplicada sobre ela, ou seja, para que se possa levantar a sacola é necessário “vencer” esta tendência. Se o puxão for muito forte, a quantidade de força aplicada acaba sendo superior à resistência da própria sacola, que rasga. Puxando devagar, é possível dosar a força para que seja suficiente para suspender a sacola sem ultrapassar o limite de rompimento do plástico.

7. Por que a roupa no varal seca mais rápido com vento do que sem vento?
Hélio Gianesella explica que a roupa seca porque a água entre as fibras do tecido passa do estado líquido para o estado gasoso. O que determina a rapidez com que isso acontece é a pressão atmosférica sobre a superfície líquida e a umidade do ar. O vento, ou a maior velocidade do ar sobre a superfície, acarreta uma menor pressão hidrodinâmica e quanto menor a pressão, mais rápida é a passagem de um líquido para vapor. Consequentemente, o vento gera um aumento da evaporação. Outro fator a ser considerado é a umidade do ar. Quanto menor, mais fácil é a evaporação.

8. Por que uma mesma garrafa térmica consegue conservar a temperatura de líquidos frios e quentes?
Conforme explicações do professor Hélio, do pré-vestibular COC, a estrutura interna da garrafa térmica é constituída por uma ampola de vidro com dupla parede espelhada entre as quais existe vácuo. Esse sistema reduz significativamente a troca de calor entre o líquido que está lá dentro e o meio externo, pois impede a troca de calor por irradiação – devido ao espelhamento- , por convecção – devido ao vácuo entre as paredes duplas – e por condução – já que o vidro é um mau condutor térmico. Assim, o líquido demora a esfriar se estiver quente e a esquentar se estiver frio.

9. Por que os carros de corrida usam pneus carecas enquanto os de rua são proibidos de rodar assim?
Segundo o professor do cursinho pré-vestibular COC, o pneu liso ou “slick” dos carros de corrida aumenta a área de contato com o solo, facilitando a interação entre o pneu e a pista, garantindo maior aderência e, consequentemente, maior velocidade. Mas quando há chuva durante a corrida, eles são trocados pelos pneus com ranhuras, denominados “biscoitos”, para evitar a ocorrência de “aquaplanagem”, que é a perda de contato com a pista devido à água que se acumula entre o pneu e o solo, funcionando como lubrificante. “Como ninguém vai parar o carro na chuva para substituir um pneu careca por outro com ranhuras, eles são proibidos”, conclui Hélio Gianesella.

10. A famosa natação do Tio Patinhas em sua piscina de moedas de ouro é possível na vida real?
Os pesquisadores do Ciência em Show são diretos na resposta: “não”. Segundo eles, a possibilidade da natação depende de dois fatores: densidade e fluidez. A densidade de moedas, que são feitas de ouro, é muito maior do que a densidade do corpo humano. Por isso, o corpo sempre ficaria por cima das moedas e seria impraticável um mergulho moedas adentro. Como as moedas também são grandes, sua fluidez fica comprometida e certamente as braçadas não empurrariam o corpo para a frente como acontece quando se nada em uma piscina.

 

 

 

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Esta lista está em constante atualização. Caso você conheça algum texto explicativo ou curiosidade que envolva a Física no cotidiano e queira incluir nesta lista envie-nos o texto, citando a fonte (revista, livro, site) onde você a descobriu. Os amantes da Física agradecem.

 

Prótons no núcleo do átomo – Por que eles não sofrem repulsão? Como o átomo se mantém estável?

Desde o final do Ensino Fundamental, ainda nas aulas de Ciências, os jovens alunos aprendem a subdivisão básica do átomo. A maioria deles decorou bem que o “átomo pode ser subdividido em : prótons, elétrons e nêutrons”, e que os “prótons e os nêutrons ficam no núcleo, e os elétrons na eletrosfera”. Também aprendem que os prótons possuem carga positiva, os elétrons carga negativa, e os nêutrons não possuem carga. Até ai está tudo certo, e de fato, esta é a estrutura básica, tanto do modelo atômico de Bohr, quanto do modelo atômico Quântico, sendo a única diferença na interpretação de como é a eletrosfera.

Quando o aluno chega no Ensino Médio, ele tem a oportunidade de rever esse conceito de uma maneira mais aprofundada, como por exemplo, aprende o conceito de níveis de energia e distribuição eletrônica. Mas existem algumas indagações sobre a estrutura do átomo que normalmente são simplesmente passadas por cima. Na verdade existem várias, mais algumas são um tanto quanto básicas. Por exemplo, todos nós sabemos que cargas de sinais opostos se atraem, enquanto cargas de sinais iguais se repelem (por que mesmo?). Com base nisto compreendemos que os elétrons estão sendo constantemente atraídos pelo núcleo, devido a essa atração eletrostática. Vale ressaltar que a interação eletrostática, principalmente em curtas distâncias, é bem forte. Para termos uma ideia disso, os livros didáticos sempre colocam uma comparação macroscópica para a distância núcleo-elétron do átomo de hidrogênio segundo o modelo de Bohr.

Caso o núcleo fosse do tamanho de uma moeda, e esta fosse colocada no centro de um estádio de futebol,  o elétron estaria circulando na arquibancada. E mesmo numa distância dessas proporções o núcleo é capaz de atrair fortemente esse elétron.

Como os prótons e os elétrons possuem exatamente o mesmo valor para sua carga (1,60 x 10-19 C, a carga elementar), a mesma intensidade da atração eletrostática, deveria ser a mesma da repulsão eletrostática. E, como a carga é a mesma, o fator que determina a intensidade da atração/repulsão é a distância entre os pontos de carga. Coerente isto? Acho que sim.  Então … partindo desse pressuposto como verdadeiro, vamos filosofar …

Vamos voltar então a comparação macroscópica dos livros didáticos. Se um próton do tamanho de uma moeda tem a capacidade de atrair um elétrons lá na arquibancada, o que aconteceria se colocássemos uma outra moeda-próton ao lado da que está no centro do campo? O que deveria acontecer? Repulsão, e repulsão das grandes! Para termos uma ideia, se um próton tem força suficiente para atrair um elétron da “arquibancada”, ele vai ter força suficiente para repelir o próton vizinho até, pelo menos, a “arquibancada”. Mas não observamos isso … na verdade conhecemos um núcleo denso, e coeso, cheio de prótons, um do ladinho do outro. Como isso é possível? A carga positiva do próton não repele a do outro próton? Não, obviamente não é isso. Mas por que não vemos essa repulsão então?

Quando isso é indagado pelo aluno, normalmente tem-se a resposta-padrão – “É para isso que servem os nêutrons!”

Isso significa que os nêutrons são capazes de reduzir, ou mesmo eliminar a repulsão eletrostática. Agora sejamos coerentes. A força eletrostática é tão forte que, apesar da distância, os elétrons sofrem atração do núcleo, como a mera presença do nêutron vai distanciar um próton do outro a fim de eliminar a repulsão? Isso é impossível! Imagine um núcleo de hélio, com dois prótons e dois nêutrons. Se imaginarmos cada um deles com uma “bolinha”, sempre um próton estará ao lado do outro próton, e não será a distância aumentada pelo nêutron que vai impedir a repulsão! Não sei para vocês, mas eu nunca aceitei muito bem essa conversa do nêutron. Então, porque o núcleo mantém sua coesão e estabilidade? A resposta está na física, mais especificamente na física moderna.

Que um próton repele o próton vizinho via repulsão eletrostática é um fato (ou então o eletromagnetismo está “furado”). A única forma de impedir a fragmentação do núcleo é a existência de uma outra força, mais intensa que a repulsão eletrostática, que seja capaz de manter um próton ligado ao outro. Mas isso existe? Sim, e é uma das forças fundamentais da natureza, ao lado da força eletromagnética, da força gravitacional, e da Força Fraca. Estou falando da Força Nuclear Forte, ou simplesmente Força Forte (nome sugestivo não?).

Para termos uma ideia, a Força Forte é 100 vezes mais intensa que a força eletromagnética, e ela é a responsável por manter os prótons e os nêutrons coesos para formar o núcleo. Sabiam disso? Bom … poucos sabem, afinal, o átomo de Bohr, que nasceu em 1913, já existia antes dessa força ser postulada (apenas na década de 30). Mas é um argumento bem mais sólido que o “milagroso” papel dos nêutrons. Como ela funciona?

A compreensão dessa força fundamental só melhorou um pouco na década de 70, com o desenvolvimento de uma nova área da física chamada de Cromodinâmica Quântica. É óbvio que não vamos entrar em detalhes, e que vamos buscar apenas a informação necessária para explicar a coesão nuclear. Sob a óptica da Cromodinâmica Quântica os prótons e os nêutrons não são partículas fundamentais. Isto significa que eles podem ser subdivididos! É … o átomo definitivamente não faz jus ao significado de seu nome (indivisível). Os prótons e os nêutrons, são formados por partículas menores ainda, chamadas de quarks. Cada próton/nêutron é formado por três quarks. O quark tem carga fracionária, de forma que a combinação de quarks para o nêutron tem a carga anulada, enquanto os quarks do próton apresentam carga resultante.

Cada trinca de quarks interage entre si através da Força Nuclear Forte, e esta força é mediada entre os quarks através de outras partículas chamadas glúons. A transmissão dos glúons entre os quarks mantém a estabilidade do próton/nêutron. Este efeito é a Força Nuclear Forte. Tudo bem … mas e a estabilidade no núcleo? Bom … a Força Nuclear Forte é bem forte, como já vimos, mas seu alcance é curto. Ela existe dentro do próton/nêutron (que também são conhecidos como hádrons). Porém, um resquício dessa força, vai além do diâmetro do próton/nêutron . De forma que esse resquício, interage com o resquício emitido pelo próton/nêutron vizinho. E assim todos eles interagem atrativamente entre si, através da Força Nuclear Forte, que supera a repulsão eletrostática. Pode-se dizer que a estabilidade próton-próton é um efeito secundário da atração quark-quark. Essa força também explica porque o nêutrons estão ligados um com o outro, apesar de não apresentarem carga elétrica, afinal eles também estão submetidos aos efeitos da Força Nuclear Forte. Legal não é?

Poderíamos terminar todo o ensino médio sem essa informação e “mesmo assim sermos felizes”, mas é muito bom sabermos das coias, como elas de fato são. Eu considero essa explicação muito interessante, mas infelizmente ela é simplesmente passada por alto. Também acho um excelente ponto em comum da química com a física, e poderia ser usado para despertar no aluno a importância da interdisciplinaridade. Outro ponto interessante eu indaguei no começo do post. Sabemos que cargas de sinais opostos se atraem, e de sinais iguais se repelem. Mas e ai? É só isso, é por que é? Não existe nenhuma modelo que explique isso? Continuem acompanhando o blog que em breve escreverei sobre isso aqui na Seção Filosofando a Química.

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