quinta-feira, 31 de março de 2016

Olhó Balão!

A primeira volta ao mundo por Piccard com o Breitling Orbiter 3 em Março de 1999; os balões espaciais da NASA; o Zeppelin apresentado em 1900; o esplendor das actuais corridas de balões multicoloridos... São vários os exemplos que um aeróstato tão comum tornou tão magníficos!
Arquimedes descobre já em 240 a. C. o princípio do corpo flutuante; porém apenas 2000 anos mais tarde foram esses princípios aplicados à aerostática. Francisco de Lana (1631-1687), jesuíta, foi o primeiro a publicar estudos sobre o assunto. Apresenta em 1670, na sua obra Prodromo dell'Arte Maestra, um pequeno barco à vela, preso a quatro grandes esferas ocas, das quais se retiraria todo o ar, ficando tão leves e pouco densas que se elevariam no espaço[1]. Infelizmente, a falta de recursos económicos não lhe possibilitou a construção de tão fantasista barcaça voadora.

O primeiro modelo

Passarola
A glória de conseguir elevar um aeróstato nos ares pela primeira vez pertence ao português Bartolomeu Lourenço de Gusmão, célebre pela sua "Passarola". Nasceu em 1685 no Brasil, então parte integrante da coroa portuguesa. Mostrou desde cedo no seminário jesuíta da Baía aptidão e clarividente inteligência para a aplicação real da Física. Consta que a inspiração para a concepção de um balão apareceu ao observar a elevação de uma bola de sabão, quando sujeita a um foco calorífico. Começa então a trabalhar afincadamente no projecto de um engenho "mais-leve-que-o-ar". Entrega a D. João V a petição de privilégio sobre o seu "instrumento de andar pelo ar", que lhe é concedida por alvará, em 19 de Abril de 1709 (muito por ser, por parte das cortes, um estimado intelectual das Ciências da Natureza). Além disso, é-lhe oferecido um chorudo subsídio, e a quinta do Duque de Aveiro, em S. Sebastião da Pedreira, para prosseguir os seus inventos aerostáticos. Durante as suas experiências, Gusmão pretendeu gozar e divertir-se com a expectativa e intriga dos demais. Para tal fingiu este inventor perder um desenho da sua máquina num local público — a Passarola (descrição). O desenho apresenta pormenorizadamente a constituição uma de demasiado fantasiosa máquina voadora. (Este gracejo saiu-lhe caro, pois, com o decorrer do tempo, apenas serviu para o desprestigiar.)
Mas é no dia 8 de Agosto de 1709, na sala dos embaixadores da Casa da Índia, diante de D. João V, da Rainha, do Núncio Apostólico, Cardeal Conti (depois papa Inocêncio 13), do Corpo Diplomático e demais membros da corte que Gusmão faz a sua apresentação inédita. Fez elevar a uns 4 metros de altura um pequeno balão de papel pardo grosso, cheio de ar quente, produzido pelo fogo contido numa tigela de barro. Com receio que pegasse fogo aos cortinados, dois criados destruíram o balão. No entanto, a experiência tinha sido coroada de êxito e impressionado vivamente a Coroa. Infelizmente, após esta experiência, e por razões inexploradas, Bartolomeu de Gusmão abandona por completo a evolução deste projecto.

Os irmãos Montgolfier

Balão Montgolfier
O objectivo primordial de conseguir transportar pessoas a bordo de um aeróstato, com sucesso, deve-se aos irmãos Montgolfier (Joseph e Étienne). Estes dois franceses obtiveram a sua inspiração através de observações comuns na sua fábrica familiar de produção de papel. As suas experiências iniciais levaram-nos a um balão de ar quente — um balão composto substancialmente por papel, aberto em baixo, onde uma fogueira aqueceria o ar interior ao balão[2]. O primeiro construído tinha uns assombrosos 11 metros de diâmetro, com uma capacidade de 800 m3. Foi lançado em Annonay, ainda sem tripulantes, a 5 de Junho de 1783, sob o olhar atónito dos habitantes e autoridades locais. Preso ao balão, na parte inferior, encontrava-se uma grelha de metal, coberta de palha molhada e lã, para aquecer gradualmente o ar interior ao balão. O voo foi um tal sucesso, que a Academia das Ciências de Paris se pôs de imediato em campo para se informar melhor daquele espantoso acontecimento.
Demonstração Pública do Voo

Balão de Hidrogénio

Entretanto, um físico de grande mérito, Jacques Charles (1746-1823), baseando-se no balão Montgolfier, desenvolveu um balão fechado, em que o conteúdo seria de hidrogénio[3]. No entanto, a sua produção acarretava grandes riscos, e também elevadas perdas (logo, apresentava um rendimento baixo). Lançou o seu balão de hidrogénio pouco depois de Montgolfier, a 27 de Agosto de 1783. Também este balão teve muito sucesso, voando 45 minutos, caindo a uma distância de 25 km do local de partida, Paris.
Porém, as populações locais não reagiam bem à visita inesperada de tão estranhos objectos vindos do céu: atacavam, muitas vezes, os balões na sua queda, destruindo-os por completo. Sensível a esse problema, as autoridades centrais publicaram um "Aviso ao povo", informando-o dessas experiências inofensivas ao serviço da sociedade francesa. Este documento, datado de 3 de Setembro de 1783, foi largamente distribuído por França. Terminava nos seguintes termos:
«Todas as pessoas que descobrirem, no céu, uns globos de aspecto semelhante ao da lua na obscuridade, devem ficar sabendo que não se trata de nenhum fenómeno assustador, mas duma máquina feita de tafetá ou de tecido leve reforçado a papel, que não prejudica ninguém e do qual se espera que um dia venha a ter aplicações úteis à sociedade»

Um galo, um pato e um carneiro

Não estando o rei Luís XVI ainda convencido que esses balões pudessem transportar pessoas em segurança, foi-lhe feita uma demonstração em praça pública, com três animais a bordo de uma gaiola de vime: um galo, um pato, e um carneiro. Este famoso voo de 19 de Setembro de 1783 trouxe os nossos primeiros aeronautas sãos e salvos...
Modelo
Havia finalmente chegado a vez do Homem. Mas Luís XVI atemorizou-se mais uma vez ante a permissão de tal façanha. Só com grande esforço por parte de dois Pioneiros voluntários — o "aventureiro científico" Pilâtre de Rozier e o marquês d'Arlandes François-Laurent — é que Luís XVI acedeu à primeira ascensão humana, dois dias após a dos 3 animais. Contudo, a viagem foi conturbada, por o balão ameaçar arder por completo. Felizmente foi-lhes possível regressar a terra igualmente sãos e salvos.
Agora, também os colaboradores de Jacques Charles propunham-se a subir num balão de hidrogénio, por este apresentar mais vantagens na facilidade de condução: não seria necessário atender constantemente ao fogo do balão Montgolfier. Assim, podiam preocupar-se com experiências científicas. Após inúmeros preparativos que incluíram a resolução de novos problemas, largaram terra a 1 de Dezembro de 1783. Um voo repleto de sucessos aumentando a confiança da população e das autoridades neste novo meio de transporte. Devido a estes vários êxitos, os voos multiplicaram-se no ano seguinte.

Perda da Vergonha

O próximo desafio de alto risco seria atravessar o Canal da Mancha, entre Inglaterra e França. O destemido e apaixonado pelos balões Pilâtre de Rozier já o projectava há bastante tempo. Quando se preparava para o finalmente efectuar, dois outros destemidos iniciavam-no a partir de Inglaterra, em direcção a França.
O céu limpo e a aragem suave da manhã de 7 de Janeiro de 1785 encheu François Blanchard e Daves Jefferies de coragem. Lançaram-se numa empresa que lhes custou a perda de vergonha! Ainda que a viagem se iniciasse bem, logo repararam que a força ascensional era fraca, devido a um possível erro de cálculo no lastro. Apavorados por uma queda fatal nas águas frias, começaram desde cedo a atirar borda fora o lastro, e após este, tudo o que pudesse impedir a ascensão do balão. Avistaram terra ao longe, mas ainda era demasiado cedo para alegrias... O passo seguinte foi despirem-se — notaram melhorias, mas pouco significativas. Jefferies ainda se quis atirar ao mar, mas foi impedido por Blanchard. Só uma hipótese restava: agarrarem-se às redes que seguravam a barquinha de verga ao balão, e soltar esta. Quando se preparavam para este acto de desespero, já muito perto da costa, sentiram o balão a elevar-se no ar. Atingiram terra, sãos e salvos, aclamados pela população...
Balão da Nasa
Por sua vez, Pilâtre de Rozier, destroçado por ter sido ultrapassado, atrasou muito a sua tentativa (no sentido oposto). Quando o finalmente tentou, o balão estava em tão más condições que não resistiu à travessia.

No Futuro...

Após esta arrojada travessia, as ascensões multiplicaram-se em grande escala, fomentando igualmente o desenvolvimento desta nova tecnologia até aos vários tipos de aeróstatos que conhecemos hoje...
«Tudo é relativo»

Glória Almeida / Rudolf Appelt












NOTAS

[1]

Para retirar o ar servir-se-ia da «máquina pneumática», inventada em 1650 pelo alemão Otto von Güricke para extrair ar dos recipientes.

[2]

Inicialmente achavam que o balão subia devido ao fumo especial gerado pela fogueira, a que chamaram de «gás Montgolfier»!

[3]

Em 1766, Henry Cavendish (1731-1810), químico e físico inglês, estudara as propriedades de uma substância a que chamara «ar inflamável» — o hidrogénio, gás combustível, de densidade muito baixa.

quinta-feira, 17 de março de 2016

Sorri e... click!

Eis a expressão habitual ao tirares uma fotografia — uma acção tão comum, que já nem sequer pensamos nela. Porém, a fotografia é uma das realizações mais extraordinárias do génio humano. Pega-se na pequena "caixa" e eterniza-se uma imagem que outros terão imenso prazer em admirar. Que seria das revistas e jornais sem a fotografia?...
Aristóteles em 300 a.C., Hassan Ibn Hassan — um árabe experimentador do século 10 — e muitos mais enunciaram, na sua era, projectos de protótipos da fotografia. Mas, a primeira verdadeira fotografia foi criada há pouco mais de cem anos!

A câmara escura

Câmara escura
Pegas numa caixa preta (de cartão, por exemplo), e fazes um orifício num dos lados. À frente do orifício pões um objecto bem iluminado, um pouco afastado. Na face interior oposta ao orifício aparecerá uma imagem invertida desse objecto. Se substituíres a tal face oposta por papel translúcido, poderás observar a imagem reflectida. Isto é uma câmara escura elementar (portátil), muito usada desde tempos remotos. A inclusão de uma lente no lugar do orifício, movendo-se paralelamente ao seu eixo, permite focar o objecto — uma excelente forma de os antigos desenhadores copiarem os pormenores. Este aperfeiçoamento surgiu em 1588, numa nova edição de Magia naturalis, apresentado por Giambattista Porta.

Sensibilidades

Mas... e se fosse possível retirar o alvo da caixa, transportando-o para outro lado, sem que desaparecesse a imagem nele projectada? Uma fantasia demasiado utópica, pensavam alguns! Seria necessária uma placa coberta com alguma substância que se modificasse em função das tonalidades da luz.
Cerca de 1770, o químico sueco Scheele (1742-1786; descobriu o cloro) observou e estudou o fenómeno causado pelo sol sobre o cloreto de prata, por se alterar rapidamente sob a acção de uma fonte luminosa [1]. Em 1777, descobre que a substância é mais sensível aos raios azuis e violetas do que aos verdes e vermelhos. Após Scheele, outros cientistas avançaram o conhecimento sobre o cloreto de prata, por este se revelar sistematicamente mais adequado. Bérard (químico francês; 1779-1869) descobre em 1812 algo deveras interessante: os compostos de prata escurecem na mesma proporção que a ordem das cores no arco-íris. À medida que as cores variam, desde o violeta até ao vermelho, a acção de enegrecimento varia em igual modo, desde o mais forte ao mais fraco (em períodos iguais de tempo). É por esta razão que os gabinetes fotográficos, quando não absolutamente escuros, têm iluminação vermelha durante a revelação!

A primeira heliografia

O primeiro homem a conseguir gravar uma imagem num alvo de uma câmara escura foi o francês Joseph Nicéphore Niépce (1765-1833). Motivado pela recente descoberta da litografia (do grego: impressão pela pedra), e sendo de grande espírito inventivo, começou a pensar no assunto por volta de 1813, aos 43 anos de idade. Porém, só a partir de 1816 é que estudou o assunto profundamente. Nos seis anos seguintes, Niépce lutou pela descoberta de uma substância mágica que se alterasse com a luz, e que mantivesse a imagem projectada — de notar que não conhecia as propriedades do cloreto de prata. A substância encontrada foi o betume da Judeia (asfalto natural), o constituinte principal na preparação da placa de vidro ou metal a ser exposta na câmara escura. A luz, ao incidir sobre o betume, torna-o quase branco, e endurece-o, deixando de ser solúvel pelo petróleo. Porém, nas partes em que a luz actuou fracamente, há dissolução com maior ou menor eficácia, dependendo da quantidade de luz que o material recebeu. Assim, após a exposição, a placa era imersa em petróleo, obtendo-se uma reprodução a preto e branco — podendo ficar exposta à luz sem receio de se alterar!
Primeira fotografia
A primeira heliografia (do grego: impressão pelo sol), como Niépce lhe chamou, data de 1822: uma placa de vidro com a representação da casa que habitava e o respectivo jardim [2].
No entanto, estas fotografias tinham dois grandes inconvenientes: 1) exigiam, pelo menos, 10 horas de exposição à luz (!!); e 2) apresentavam fraco contraste entre claros e escuros. Além disso, a heliografia era em relevo, pois apenas era retirado o betume correspondente às partes escuras. Niépce esforçou-se por melhorar estes defeitos. Depois de ensaiar vários materiais, reconheceu que uma placa de cobre, coberta com uma fina camada de prata, proporcionava uma tonalidade mais viva e brilhante.
Posteriormente, tirando proveito das propriedades do iodo (descoberto em 1811, por Curtois, 1777-1838), expunha a placa após a lavagem com petróleo aos vapores de iodo que atacavam a prata a descoberto. Uma lavagem adicional com álcool dissolvia o betume esbranquiçado, sem alterar o restante. Na heliografia final, os claros eram dados pelo metal prateado, e os escuros pela prata atacada pelo iodo. A chapa fotográfica melhorara consideravelmente!

O Diorama de Daguerre

Diorama de Daguerre
No mesmo ano em que era obtida a primeira fotografia, inaugurava-se em Paris um divertimento novo: o diorama de Louis-Jacques-Mendé Daguerre (1787-1851). Daguerre pintava paisagens de ambos os lados de telas de grandes dimensões, feitas de tecido bastante transparente. Ao expor essas telas perante o público, movia um grande espelho (escondido) acima da tela, redirigindo a luz vinda do exterior (por uma janela). Esse deslocamento permitia, à vista do público, mutações de panoramas que a todos assombrava. A combinação com outros truques faziam do diorama um espectáculo único, que o público acompanhou com muito interesse durante 17 anos!! (O diorama acabou em 1839, apenas por ter sido destruído pelo fogo.)

Niépce — Daguerre

Niépce
Durante todo esse tempo, Daguerre procurou métodos para fixar as belas paisagens que lhe apareciam na sua câmara escura, em alternativa ao método utilizado para o diorama. Manteve-se, então, a par de todos os avanços científicos nessa área, principalmente através de uma loja de Óptica (de Charles Chevalier) de grande renome em Paris. Foi através dessa loja que tomou conhecimento das experiências de Niépce — este apresentara aí os seus resultados, ao querer comprar melhor equipamento. De imediato, Daguerre tentou entrar em contacto com Niépce no intuito de vir a saber mais. Este, por sua vez, hesitou diversas vezes em responder às cartas recebidas, receando revelar a sua grande invenção. Porém, ao fim de algum tempo celebraram a sociedade Niépce-Daguerre — conforme o contrato, esta tinha, por objectivo, desenvolver a descoberta "inventada pelo Sr. Niépce e aperfeiçoada pelo Sr. Daguerre". Só então expuseram os seus resultados, sem rodeios. Daguerre pouco tinha a acrescentar à heliografia rudimentar de Niépce.
Estava-se neste momento a voltar uma das mais belas e importante páginas da Ciência!


A imagem latente

Daguerre
Os desenvolvimentos de Daguerre sobre a invenção de Niépce levaram à substituição do betume por uma lâmina de cobre coberta com uma camada de iodeto de prata (prata exposta a vapores de iodo), muito sensível à luz. Era, por isso, necessário trabalhar em ambiente adequadamente escuro.
A placa precisava agora de uma exposição bem mais curta, apresentando reproduções incomparavelmente melhores do que as de Niépce. No entanto, não era possível manter a reprodução, já que o iodeto a escurecia ao ser exposto à luz!
Um dia, Daguerre colocou uma destas novas placas na câmara escura, mas, por algum impedimento, apenas a expôs à luz por breves momentos - ao contrário do que seria desejado. Retirando a placa, notou que esta obviamente ainda estava inalterada, e arrumou-a num armário escuro, onde guardava vários frascos de substâncias químicas.
No dia seguinte, quando voltou a pegar na placa, não pode reprimir uma exclamação de espanto: a placa apresentava, com nitidez, a imagem que pretendia fotografar no dia anterior! Perante semelhante mistério, repetiu o processo nas mesmas condições: exposição curta — verificação de imagem inexistente — guardar no armário — esperar pelo dia seguinte. Lá estava a imagem, outra vez! Abismado, mas mantendo o espírito científico, repetiu a experiência, retirando, de cada vez, um dos frascos do armário. Tirou o primeiro, depois o segundo, depois... finalmente retirou o último. A imagem continuava a aparecer!! E agora??
Examinando minuciosamente o armário, encontrou algumas gotas de mercúrio. Preparou então uma nova placa fotográfica, colocando-a de imediato sobre o mercúrio... O resultado foi sensacional: após alguns minutos fazia a sua aparição! (A imagem já existia antes, mas ainda invisível. O mercúrio actuara sobre o iodeto atacado pela luz, em proporção à intensidade desta.) Daguerre acabara de descobrir a imagem latente; estava-se em 1835. As dez horas de luz incidente indispensáveis para Nicéphore Niépce estavam reduzidas a pouco mais de um quarto de hora!! (Infelizmente, Niépce não podia assistir a tal glória, por ter falecido dois anos antes.)
Este grande passo fora fundamental. Mas ainda faltava o último: fixar a imagem permanentemente — lembra-te que os restos de iodeto existentes escureciam mal vissem luz. Só em 1837, 2 anos depois, Daguerre descobre que a água salgada e quente faz desaparecer o iodeto não atacado, pondo a prata a descoberto, e fixando a permanentemente imagem.

O Daguerrótipo

Estava terminada a evolução, ainda que contendo alguns pequenos defeitos; começa a comercialização dos daguerreótipos. Daguerre e o filho de Niépce — para o qual transitara o contrato após a morte do pai — procuraram formas de obter somas avultadas pela sua invenção. Assim, após infrutíferas tentativas, foi-lhes proporcionada a venda da sua ideia ao governo francês. Este ir-lhes-ia pagar uma pensão anual vitalícia a cada um deles e às suas potenciais futuras viúvas, a título de recompensa nacional.
No dia 19 de Agosto de 1839, a sala de sessões da Academia das Ciências de Paris regurgitava de público que ia assistir à consagração do daguerreótipo. O interesse gerado foi tanto que, em poucos meses, se alastrou como uma epidemia pelo mundo inteiro. As evoluções técnicas, científicas, e artísticas da fotografia não se fizeram esperar desde então...

O negativo de Talbot

Talbot
Aquele que decerto sofreu maior comoção ao receber aquela notícia foi o inglês William-Henry-Fox Talbot (1800-1877). Um filólogo e notável arqueólogo, investigava, nas horas vagas, como fixar em papel as imagens obtidas na câmara escura. Pessoalmente, realizara a sua descoberta, enveredando por caminhos diferentes e independentes de Niépce e Daguerre. Ainda que os seus resultados gerassem uma imagem fixa, esta apresentava-se em falsa cor (com os tons trocados). Seguindo caminho, chegou a um resultado importantíssimo: o calótipo (patenteado em 1841), mais conhecido por negativo! Em oposição ao daguerrótipo, é possível fazer várias cópias positivas — o que acontece actualmente. Na essência, para se obter um positivo, coloca-se o negativo (este em papel translúcido) sobre uma outra folha de papel opaco (o futuro positivo), coberto de cloreto de prata, e pondo o conjunto à luz do Sol.

O futuro...

Eastman
A tecnologia da Fotografia foi evoluindo em muitos sentidos, juntando as descobertas feitas por Talbot e Daguerre. Talvez a mais importante tenha sido o desenvolvimento da película fotográfica em tira comprida de celulóide em 1884, por George Eastman (1851-1932; fundador da empresa Kodak), e W. H. Walker. Essa invenção proporcionou as tão singulares máquinas fotográficas, que hoje evoluíram para a era digital...
Rudolf Appelt

sexta-feira, 11 de março de 2016

Gelo... com água quente?!


Pegas numa vulgar cuvette de cubos de gelo, e pões numa metade água fria, na outra água quente. Colocas a cuvette no congelador. Qual das metades achas que congelará primeiro? Ou congelarão ambas ao mesmo tempo?
     Erasto Mpemba era um jovem tanzaniano que frequentava o liceu nos EUA. Um dia, em 1963, estava, juntamente com os colegas, a fazer gelados. Ele deveria juntar leite a ferver com açúcar, misturar bem, deixar arrefecer e, então, pôr a mistura a congelar. No entanto, estando já bastante atrasado relativamente aos colegas, não deixou a mistura arrefecer, e pô-la ainda quente no congelador. Os colegas bem o ridicularizaram por tal situação – mas, para espanto de todos, a sua mistura congelara mais rapidamente que a dos colegas (que a deixaram arrefecer previamente)! Mais tarde, Mpemba e um seu professor, D.G. Osborne, publicaram um artigo em 1969 na revista Physics Education (Vol. 4, pág.172-5), descrevendo as várias experiências que resultavam nesse fenómeno. Este passou a ser conhecido por efeito de Mpemba.

     Curiosamente, este fenómeno até já é conhecido há vários séculos! A primeira referência conhecida é dada por Aristóteles, no século IV a. C., quando afirma na sua obra Meteorologica I que água previamente aquecida contribui para um arrefecimento mais rápido. Em 1461, o físico Giovanni Marliani confirma igualmente essa situação. Para além desses, outras personalidades, tais como Descartes e Francis Bacon demonstram (estes por volta de 1600) o que parece ser já conhecimento comum, quando referem o mesmo fenómeno em circunstâncias similares às descritas por Aristóteles. Porém, durante a elaboração das teorias modernas do Calor, tal fenómeno apenas se preservou nalgumas crenças populares. A rejeição pelas entidades científicas desta "ideia" algo polémica substancia-se no raciocínio intuitivo de que a água mais quente teria de percorrer uma "distância termométrica" maior que a água fria (ambas à mesma velocidade), até atingir o ponto de congelação a zero graus Celsius – supondo-se recipientes iguais e temperaturas iniciais não muito dispares.
     Pois… isto poderia estar correcto se a variação de temperatura fosse o único valor responsável pelo efeito. Na realidade, existem uma multiplicidade de factores que influenciam este complicado sistema de congelação da água. Apenas quatro são actualmente enunciados como sendo os de maior influência:

Evaporação

     A evaporação (através da superfície) extrai eficientemente calor, ao mesmo tempo que contribui para a diminuição da massa a congelar. Provou-se, no entanto, que esta perda de massa não é significativa. Além disso, várias experiências foram efectuadas em recipientes fechados, em que o efeito de Mpemba foi constantemente observado. É, por isso, destes quatro factores, o que menos contribui directamente para a perda de calor da massa de água.

Convecção

     A água sofre de uma curiosa anomalia: a sua densidade é máxima a 3,98 °C! Num recipiente de água quente, à medida que a camada superficial da água arrefece, a sua densidade aumenta. Afunda-se, então, sendo substituída por água menos densa e mais quente, gerando correntes de convecção, que aceleram a uniformidade do arrefecimento. Uma mesma massa de água, mas fria, sofrerá menos correntes de convecção por atingir a temperatura de cerca de 4 °C mais cedo. A partir de então, ir-se-á formar à superfície uma fina camada de gelo, actuando como isolante sobre a restante massa de água – tal como nos lagos.
     Então, se traçares um gráfico da variação de temperatura com o tempo, para ambas as massas de água, irás reparar que a curva da água quente não irá reproduzir a da água fria (para gamas de temperatura iguais). Aliás, a água quente irá arrefecer mais rápido.

Dissolução de Gases

     A água contém sempre gases dissolvidos - essencialmente oxigénio e dióxido de carbono. Estes gases dificultam a ocorrência do ponto de solidificação. Tens como bom exemplo uma lata de refrigerante com gás. Se, ao retirá-la do congelador, estiver suficientemente fria, poderás constatar que o conteúdo ainda está liquido, agitando-a ligeiramente. Mas, ao abrires a lata, libertando parte do gás, o refrigerante congelará repentinamente! Será ainda mais atraente se o fizeres com uma garrafa transparente de um refrigerante com gás: ao abrir, verás o fenómeno de congelação a alastrar gradualmente pela massa líquida...
     O aquecimento da água elimina parcialmente estes gases, pelo que congelará a uma temperatura mais elevada que a água inicialmente fria.

Sobre-arrefecimento

A água não solidifica propriamente a 0 °C!! «C-Como??, perguntarás, mas então...»
     Somente a água pura (como a água destilada) sofrerá solidificação 0 °C. Conforme as Leis de Raoult (sobre pontos de fusão e de ebulição), líquidos que contenham substâncias dissolvidas têm um ponto de fusão (ou de solidificação) mais baixo do que o líquido puro. E como saberás, a água pública contém várias substâncias dissolvidas – minerais, produtos de desinfecção, entre outros. Acrescido a isso, para existir formação de cristais de gelo (de qualquer líquido), há a necessidade de núcleos de cristalização, com os quais as moléculas se reunam para formar cristais (estruturas ordenadas)[1]. Por vezes, as moléculas não encontram pontos de nucleação, quando passam pelo ponto de fusão teórico, originando a descida da temperatura do líquido, sem haver solidificação. No instante da formação de cristais, a temperatura sofre uma descontinuidade súbita, aumentando até ao ponto de fusão (como no exemplo anterior do refrigerante com gás). Chama-se a este fenómeno sobre-arrefecimento (supercooling).
     Estudos experimentais mais recentes [2] revelam que este factor aparenta contribuir de forma mais crucial na evolução deste fenómeno Observou-se, nesses estudos, que a água inicialmente quente apresenta um grau de sobre-arrefecimento menos acentuado ao da inicialmente fria. Ou seja, a água quente começa a congelar entre 0 °C e -2 °C, a água fria entre -4 °C e -6 °C. É necessário que a água fria arrefeça mais do que a quente para congelar!!

     Mas não existe ainda uma evidência e uma explicação clara e concisa da ocorrência deste fenómeno. Isto prende-se com o facto de as experiências serem muito sensíveis a outras variáveis: forma e dimensões dos recipientes, e da unidade de refrigeração, impurezas da água, o ponto exacto de fusão, etc. Devido a esta sensibilidade extrema, ainda que haja concordância geral da existência do fenómeno, há desacordo sobre as condições a que o mesmo ocorre, por não se obterem resultados iguais nas várias experiências efectuadas.
     Como cientista que tento ser, também eu quis demonstrar o efeito. Qual o resultado? Na realidade, não me foi possível observar a congelação total em primeiro lugar da água quente em qualquer um dos diferentes recipientes utilizados – imagino que por não ter condições laboratoriais. Não obstante, reparei nas diversas experiências efectuadas, que ambas as massas de água iniciavam a sua congelação em períodos de tempo muito semelhantes; e mantinham estados similares de então em diante. Ou seja, a água quente e a água fria congelavam ao mesmo tempo!

Uma moral desta estória é de que cientistas e não-cientistas se devam precaver contra juízos rápidos quanto à possibilidade, ou não, de certos fenómenos!...
Referências na Internet:
  1. Heat Questions
  2. Effet Mpemba
  3. Hot Water Freezes Faster than Cold!
  4. Can hot water freeze faster than cold water?
  5. Mailing List Archive: heat physics from New Scientist
Rudolf Appelt 

terça-feira, 1 de março de 2016

Museus de Ciência electrónicos

Depois de umas boas férias de Verão, em que não nos caiu nada em cima das cabeças, começa a desinteressante época de trabalho. Queixamo-nos sempre que foi pouco tempo... Por isso, agora, vamos dar um passeio, ainda com cheirinho a férias: vamos visitar Museus de Ciência.
"Ui, museus, que seca!!", dirás! Não tenhas medo; esta é a melhor maneira de visitar museus: podes ficar o tempo que quiseres, podes saltar entre museus - em vários pontos do mundo - conforme o teu interesse, e o tema é sempre nosso amigo: Ciência! Porreiro, hã!?
A História sempre desempenhou um papel importante em todas as áreas do saber, mesmo na científica. Logo, acho primordial começar a nossa "expedição museológica" pela História da Ciência. Existem coisas fantásticas sobre este tema! No Departamento de Matmática e de Física da Univ. de Coimbra são-nos apresentados vários instrumentos científicos utilizados em Portugal, desde tempos imemoriais. Mas, se quiseres uma visão mundial, dirige-te a Itália e escolhe English e depois The Catalogue of the Museum; ou então a Áustria. Em ambos os sites delicia-te com os inúmeros textos e imagens presentes...
Um dos campos em que História e Ciência se misturam facilmente é a Arqueologia. É um óptimo ponto de passagem, principalmente se conhecermos locais arqueológicos em Portugal. Em Paços da Seda (Macedo de Cavaleiros) existe uma escavação arqueológica bem atenta às visitas. Deparamo-nos com com muita informação sobre este ponto, recheada de fotografias. Em Montemor-o-Novo temos outro bom exemplo, em que é incluida uma visita guiada ao Museu Arqueológico local.
Um ramo da Ciência que atrai muitos curiosos, devido à sua beleza diversa, é a Geologia. No Museu de Mineralogia da Universidade do Porto estão expostas diversas maravilhas da Natureza que não deves perder de forma alguma. Irás ficar estupefacto com a quantidade e qualidade das peças expostas - podes observar, inclusivé, minerais fluorescentes!
Outro museu que deve ser honrado com a tua visita é o Deutsches Museum. (Embora se trate de um museu alemão, praticamente todos os textos estão traduzidos para inglês.) Escolhendo o link "Exhibitions" somos confrontados com 38 variadíssimos temas, com explicações sucintas, desde a Agricultura à Tecnologia Aeroespacial. Por abranger uma área tão vasta de campos, torna-se bastante atraente; mas, pela mesma razão, por vezes, carece de informação. Assim, no campo da Tecnologia Aeroespacial, nenhum se compara ao NASM (National Air & Space Museum), na América do Norte. Trata-se de um espaço magnífico, inteiramente dedicado à Aeronáutica, com uma visão vasta desde os tempos mais remotos até aos dias de hoje.
Uma fórmula completamente diferente de aproximação é o National Museum of Science & Industry no Reino Unido. As várias exposições deste museu são sobre temas bem definidos e específicos; cada exposição tem uma duração bastante curta, o que obriga o visitante a voltar várias vezes. Mas, se escolheres Online Features, terás também acesso às últimas exposições que por aí já passaram. A principal diferença desta página relativamente às restantes, é a interactividade, de quase todas as exposições, através de jogos com animações e áudio. A página é tão boa, que te deves preparar para passar um dia inteiro a explorá-la!!
Mas consideras-te, acima de tudo, um aventureiro? Então visita o Museu Perdido das Ciências - The Lost Museum of Sciences.O nome deste museu deriva de o seu criador gostar muito de se perder em museus. O site apresenta uma vasta colecção de links de Museus de Ciência ligados em rede, de tal forma a criar um confuso labirinto! Aqui também te são propostos jogos, nos quais tens de demonstrar os teus conhecimentos sobre museus; um incentivo para te perderes neste labirinto de 433 ligações a museus e outras 218 relacionadas!
Se, depois de andares perdido e confuso por sabe-se-lá-onde, ainda estiveres disposto a procurar (mais ordenadamente) outros museus que desejes visitar, a fim de explorar outros temas, usa motores de busca especiais. Os motores de busca "museológicos" WebMuseum e VLMP têm índices extraordinariamente vastos. Ao fazeres uma pesquisa com a palavra "ciência", não te admires com a longa lista de achados...
E aí, perto de casa, não há nenhum museu à espera que o visites?

Rudolf Appelt 
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