Volume 26 - Edição de Setembro/Outubro 2008
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Volume 26 - Edição de Setembro/Outubro 2008
MUND FÍSICO Projeto de Extensão Jornal Mundo Físico – Departamento de Física da UDESC – Joinville - SC, ano V, No. 26– Set/Out 2008 Como funcionam as máquinas fotocopiadoras? por Anne Luise Krüger A fotocopiadora foi criada em 1937, mas só entrou no mercado 13 anos depois. Isso porque o inventor do aparelho, o físico americano Chester Carlson, não conseguiu encontrar alguém para dar apoio financeiro antes desta data. Até que uma companhia, não muito conhecida, a Haloid, acreditou na idéia. Anos depois a empresa passou a se chamar Xerox e se expandiu pelo mundo. Figura 1: Máquina fotocopiadora As fotocópias utilizam o princípio de fotocondutividade. Algumas substâncias são mais resistentes à passagem de uma corrente elétrica do que outras, e tornam-se mais condutoras quando expostas à luz. Ao utilizar uma fotocopiadora, primeiro acende-se uma lâmpada, que varre todo o documento a ser copiado. A imagem é projetada por meio de espelhos e lentes sobre a superfície de um tambor fotossensível, que é um cilindro de alumínio revestido de um material fotocondutor. Assim, quando a imagem refletida nos espelhos chega ao tambor, as cargas superficiais do cilindro se alteram: as áreas claras do documento eliminam as cargas elétricas que estão sobre a superfície do cilindro e as áreas escuras as preservam. Logo, no tambor forma-se uma imagem latente, positivamente carregada, que em seguida será revelada Para isso, o tambor, é revestido pelo toner, que não é uma tinta, ao contrário do que muitos pensam, mas um pó formado por partículas de plástico negativamente carregadas. Como positivo atrai negativo, os pontos de carga positiva do tambor atraem o toner, preenchendo o espaço que tem a forma das letras. As fotocopiadoras em cores usam toner de quatro cores separadamente. Em seguida, o toner precisa ser fixado ao papel, para isso, o pó plástico deve ser derretido. A folha então é prensada por entre dois rolos aquecidos por lâmpadas, e depois do pó fundido na folha, está pronta a cópia. Fonte: www.geocities.com Física e Música – Parte I por Anezka Popovski Kolaceke Quando nós ouvimos um som, estamos, na verdade, interpretando uma onda que está se propagando no local onde estamos (no ar, na água, ou outros), mas, o que diferencia realmente um som qualquer de um som musical é o fato de que os sons musicais são descritos por ondas periódicas, enquanto que, os chamados ruídos, não são. Isso quer dizer que as ondas que são interpretadas pelo nosso cérebro como notas musicais tem uma forma que se repete em intervalos de tempo bem definidos, como a onda mostrada na figura abaixo: Cada nota musical tem uma freqüência (ou seja, o número de vezes que a forma da onda se repete num certo intervalo de tempo) bem definida, fazendo com que os diversos instrumentos musicais possam ser afinados igualmente, sem que, para isso, tenham que estar juntos. A freqüência das notas deFigura 2: Onda periódica fine sua altura, que nada tem a ver com o volume que a música é tocada. A altura do som tem relação com o fato de a nota ser aguda ou grave, ou seja, de a freqüência ser maior ou menor, respectivamente, enquanto que, o volume indica a intensidade do som, que é dada pela amplitude da onda (a amplitude é, basicamente, o “tamanho” vertical da onda desde o zero até o seu ponto máximo). É importante perceber que, mesmo que dois instrumentos musicais estejam tocando a mesma nota, eles não emitirão o mesmo som, já que cada um deles possuirá um timbre diferente. O timbre, na verdade, nada mais é do que o formato da onda que é emitida. Isso significa que notas iguais têm a mesma freqüência, mas não a mesma forma, já que esta depende do instrumento que está produzindo o som e da forma como ele é produzido. Você Sabia? por Diana Jastrombek Quando você encosta um metal à temperatura ambiente nogelo, um pouco da parte do gelo que está em contato com o metal irá derreter. E você sabe por que isso acontece? Acontece pelo fato de que os metais possuem baixa capacidade térmica, isto é, eles aquecem e resfriam com muita facilidade. Então o metal Figura 3: Cubo de gelo entra em equilíbrio térmico com o gelo rapidamente, adquirindo uma temperatura abaixo de zero. Como conseqüência, a água que o metal tinha derretido volta a se solidificar, agindo como "cola" entre a pedra de gelo e o metal. Fonte: www.if.usp.br Curiosidade por Anezka Popovski Kolaceke Neurônios e o transporte de impulsos nervosos Os neurônios são células compostas por um corpo celular, um axônio e diversos dendritos (Figura 4), sendo responsáveis pela transmissão de informação no organismo, contribuindo para os processos relacionados à dor, à aprendizagem, aos sentidos e muitos outros. Esse transporte se dá por um processo conhecido como bomba de sódio e potássio, que está intimamente relacionado com a área da física denominada eletrostática. Figura 4: Neurônio O neurônio é recoberto por uma membrana parcialmente permeável, ou seja, que só permite a passagem de determinados elementos, no caso, esta membrana, em repouso, permite a passagem de íons (átomos eletricamente carregados) de potássio, mas não dos íons de sódio, que não conseguem entrar na célula nervosa. Assim, como as concentrações deles ficam diferentes entre os lados externo e interno das células, acontece uma diferença de potencial elétrico, ficando carregado positivamente no meio extracelular, enquanto o meio intracelular fica carregado negativamente. Quando um impulso nervoso atinge a célula, a membrana se torna permeável, fazendo com que os íons de sódio entrem nos neurônios e os de potássio saiam, já que a tendência é de que as cargas opostas se atraiam e as cargas iguais se repilam, alterando os potenciais dos meios, o que faz o processo se repetir ao longo do axônio, transmitindo a informação nervosa. Após esse processo os potenciais são invertidos novamente, preparando as células para que possam transmitir a próxima informação. Biografia por Diana Jastrombek Evangelista Torricelli Evangelista Torricelli nasceu em 15 de outubro de 1608 em Faenza, perto de Modigliana. Formou-se no colégio jesuíta de sua cidade e estudou na Universidade de Roma. Deixou muitas contribuições importantes para a Física, dentre elas, citamos a construção do barômetro, aperfeiçoamento do telescópio e confecção de um microscópio rudimentar. Torricelli realizou experimentos com um tubo parcialmente cheio de mercúrio, no interior do qual conseguiu, pela primeira vez, fazer vácuo. Depois de várias experiências, concluiu que as variações na altura da coluna de mercúrio eram causadas por mudanças na pressão atmosférica. A partir desse Figura 5: Evangelista Torricelli experimento ele inventou o barômetro de mercúrio, que a princípio chamou-se "tubo de Torricelli". Não apenas na Física, mas também fez descobertas importantes na matemática. Por meio desta, propôs um teorema que calcula o centro de gravidade de qualquer figura geométrica por meio de duas integrais. Acabou morrendo em Florença, em 25 de outubro de 1647. O universo em expansão e o efeito Doppler por Sandra Regina Fock. O conhecido efeito Doppler, nomeado assim em homenagem a Christian Doppler que no ano de 1843, observou que enquanto há movimento relativo entre uma fonte de ondas e um receptor, a freqüência de ondas recebidas não coincide com a freqüência de ondas emitidas. Um exemplo que comumente pode-se verificar a ocorrência do efeito Doppler, é quando uma ambulância se afasta ou se aproxima de nós e podemos escutar a variação que ocorre na freqüência de sua sirene. Isso acontece porque quando há uma aproximação relativa da sirene (fonte) em relação ao receptor, a onda recebida tem freqüência maior que a emitida, uma vez que sobre esse receptor incide um número maior de frentes de onda devido ao movimento. No caso de afastamento relativo ocorre o contrário, ou seja , o receptor percebe uma onda de freqüência menor que a emitida. Na cosmologia, esse efeito é observado nos espectros luminosos emitidos pelas estrelas. Sendo a luz uma onda eletromagnética que emite faixas de freqüências para às quais associamos diferentes cores. Edwin Hubble, astrofísico americano observou em 1924 que os espectros luminosos emitidos pela maior parte das galáxias chegam à Terra com desvio para o vermelho. Tal fenômeno pode ser explicado pelo efeito Doppler, sendo que as ondas luminosas de uma galáxia que desviam para o vermelho indicam que essa galáxia está se afastando de nós, uma vez que essas ondas luminosas são recebidas com freqüências aparentemente menores. A partir dessas observações surgiu a expressão do “universo em expansão” e como conseqüência a teoria do Big Bang. Em função do níFigura 6: Galáxia de Andrômeda. vel de desvio para o vermelho observado para uma determinada galáxia ou estrela, é possível determinar sua velocidade relativa de afastamento. Fonte: http://cftc.cii.ul.pl Um pouco de humor... por Anne Luise Krüger P: Qual é o método mais fácil de se verificar no seu dia a dia, o efeito Doppler na ótica ? R: Durante a noite olhe os carros. Quando eles estão se aproximando a luz é branca ou amarela, e quando eles estão se afastando a luz que você vê é vermelha. Fonte: www.humornaciencia.com.br Curiosidade Por Diana Jastrombek Relógios de quartzo Em 1880, Pierre Curie, trabalhando com seu irmão Jacques, descobriu que cristais de quartzo vibravam a altas freqüências quando submetidos a uma corrente elétrica. Tal freqüência, por sua vez, não parecia sofrer alterações com a variação da temperatura e da pressão. Descobriu que o quartzo é um dióxido de silício como quase todas as areias, quando o cristal for comprimido ou torcido, ele gera uma tensão ou voltagem em sua superfície, efeito conhecido como piezoelétrico. Da mesma forma, se uma voltagem é aplicada sobre o quartzo, ele se deforma ligeiramente. Anos depois, em 1927, Warren Marrison, utilizando das descobertas de Curie, criou o relógio de quartzo, introduzindo o cristal em um circuito elétrico. O relógio, porém, era equipado com válvulas e ocupava o volume de um pequeno quarto. Com a tecnologia disponível na época, era impossível fabricar um instrumento em miniatura. Somente a muitos anos depois é que foi criado um relógio de quartzo portátil, por Jack C. Kilby e Robert Noyce, que desenvolveram uma bateria em miniatura para equipar seus modelos. Hoje os relógios de quartzo são o tipo mais comum de relógio, oferecem precisão e estabilidade. Uma pequena peça de quartzo oscila a mais de 32.000 vibrações por segundo para garantir a precisão do tempo, que explica o fato destes relógios atrasarem apenas 10 seFigura 7: Relógio gundos por mês. E mais, os relógios de quartzo não exigem corda e portanto, precisa-se apenas trocar a bateria. Estes relógios têm vários estilos diferentes: analógico, digital e analógico-digital. Construindo uma Bússola por José Carlos Você já viu uma bússola? Sabe explicar seu princípio de funcionamento? Então vamos lá... Neste experimento você aprenderá a contruir uma bússola e comprovar a existência do campo magnético terrestre. A Terra pode ser vista como um grande ímã. Estudos recentes mostram que a causa principal do campo magnético terrestre é a movimentação de cargas elétricas em seu núcleo central. Além disto, a presença de minerais magnéticos na crosta terrestre e a movimentação de cargas elétricas na atmosfera também contribuem para este campo. Na bússola, magnetizaremos uma agulha de costura, e esta, ao comportar-se como um ímã, irá rotaciona apontando a direção sul e norte da Terra. Isto acontecerá porque a agulha imantada sofrerá atração de pólos opostos e repulsão de pólos de mesmo sinal. Materiais - 1 agulha de costura; - 1 imã; - 1 bacia com água; - 1 tablete de isopor (2cm x 2cm x 0,5cm) ou um pedaço de cortiça. Procedimento Experimental Deslize várias vezes numa agulha de costura, sempre no mesmo sentido, o mesmo pólo de um imã. Passando o imã na agulha, sempre de A para B, como mostra a figura. Espete a agulha num tablete de isopor ou fixe em uma cortiça, e coloque o sistema para flutuar na água de um recipiente nãoferromagnético (vidro, plástico, alumínio, etc.). Construímos, assim, Figura 8: Magnetização da agulha uma bússola. Observe que a agulha sempre se alinha em uma única direção, que é, aproximadamente, a direção Norte-Sul geográfica. A agulha está sendo atraída pelos pólos magnéticos da Terra, mas se colocarmos um imã próximo da bússola, a atração e repulsão, ou seja, a força elétrica provocada pelo imã será mais intensa do que a da Terra nas proximidades do imã, e assim a bússola poderá apontar para outras dire- Figura 9: Bússola feita com agulha de costura ções. Os pólos magnético e geomagnético do imã e da Terra, respectivamente, são invertidos, por isso podemos dizer que o pólo norte do imã aponta para o norte geográfico, pois o Hemisfério Norte é o sul magnético, e pólos norte e sul se atraem. Questão de vestibular da UDESC por Luiz Clement 6ª QUESTÃO – Física Engenharia de Produção e Sistemas (2008/02) Considere o circuito mostrado nessa figura, em que R1 =3,0 , R2=2,0 , , R3=6,0 R4=2,5 , =14 V , S1 e S2 representam chaves 1 e 2, respectivamente, e V representa um voltímetro ideal. Determine: a) a resistência equivalente do circuito, e a tensão entre os terminais do resistor R 2 , na condição em que a chave S1 está aberta e a chave S2 está fechada. Figura 12: Representação de um circuito elétrico. b) o valor da tensão medida pelo voltímetro V e a corrente que passa pelo resistor R4 , na condição em que as duas chaves, S1 e S2 , estiverem fechadas. c) o valor da corrente que passa pelo resistor R 4 , na condição em que as duas chaves, S1 e S2 , estiverem abertas. Resolução a) Inicialmente determinaremos a resistência equivalente entre os resistores R2 e R3 (associação paralela): 1 1 1 = Req1 R2 R3 1 1 1 = Req1=1,5 . Agora podemos calcular a Req1 2,0 6,0 resistência equivalente do circuito, ou seja, a resistência equivalente entre R1 , Req1 e R4 (associação série): Req=R 1Req1R4 Req=3,01,52,5=7,0 . Para determinar a tensão entre os terminais do resistor R2 é necessário calcular primeiro a corrente elétrica que passa V 14 = =2,0 A . pelo circuito: V=R i , i= Req 7,0 Como os resistores R2 e R3 estão associados em paralelo, a tensão entre seus terminais será a mesma (igual a tensão sobre o resistor equivalente entre eles): V=Req1 i ; V=1,52,0=3,0 V , logo, V2 =3,0 V . b) Nessa situação não haverá corrente passando pelo resistor R1 e a resistência equivalente do circuito será determinada em duas etapas: Inicialmente determinaremos a resistência equivalente entre R 2 e R3 (associação pararalela): 1 1 1 = Req1=1,5 . Agora podemos calcular a R eq1 2,0 6,0 resistência equivalente do circuito, ou seja, a resistência equivalente entre Req1 e R4 (associação série): Req=R eq1R4 Req=1,52,5=4,0 . Feito isso podemos determinar a corrente que passa pelo resistor R4 , que é a mesma que passa pelo resistor equivalente, logo: V 14 = =3,5 A . A tensão medida pelo voltíV=R i , i= Req 4,0 metro será igual a: V=Req i , V=1,5 3,5=5,25 V . c) Nessa situação não haverá corrente passando pelo resistor R3 (fica isolado do circuito) e os demais resistores formam uma associação série com a fonte. Sendo assim, a corrente que passa por todos os resistores será a mesma e pode ser determinada da seguinte forma: −R1 i−R2 i−R4 i=0 . Subtituindo os valores e isolando i obtemos: 14−3,0i−2,0i−2,5i=0 14 i= =1,87 A . 7,5 Você Sabia? por Sandra Regina Fock Aquela famosa foto de Albert Einstein mostrando a língua muitas vezes é mais conhecida que a própria teoria da Relatividade, ou a explicação do Efeito Fotoelétrico que lhe rendeu o prêmio Nobel da Física em 1921. Essa foto foi tirada durante uma entrevista que Einstein dava a imprensa. Com a entrevista, tinha como objetivo divulgar sua campanha contra o uso da energia nuclear. Essa campanha, liderada por ele, surgiu em conseqüência de Einstein considerar seus estudos sobre energia nuclear, que eram custeados pelo ministério da defesa americana para fins militares, como o maior erro de sua vida. Na época Einstein en11: Albert viou uma carta para o então presidente Figura Einstein. americano pedindo que o mesmo suspendesse os ataques nucleares. Durante a entrevista um jornalista perguntou a ele: “O presidente dos Estados Unidos nos oferece paz em troca do uso da bomba, o que o senhor tem a oferecer a população americana em troca de paz?”. Como resposta ao repórter e ao fotografo presentes, Einstein respondeu: “Ofereço a minha língua, para que eles passem nos selos”. Fonte: pt.wikipedia.org Notícia por Camila Koprowski O Nobel de Física do ano de 2008 foi dado ao japonês naturalizado americano Yoichiro Nambu, que o dividiu com os japoneses Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa. Eles mostraram como o Big Bang criou o universo. Explosões destroem, portanto a do Big Bang deveria ter destruído a si própria, no entanto isso não ocorreu porque, para cada 10 bilhões de partículas de anti-matéria, foram produzidas 10 bilhões de uma partícula suplementar de matéria, a quebra espontânea de simetria, isso desempatou o jogo a favor da matéria que pode se organizar em estrelas, galáxias e planetas. O desempate só ocorreu por que os quarks (tijolos que formam os nêutrons e prótons) são diferenciados entre si. Figura 12: Ganhadores do prêmio Nobel da Física de 2008 Fonte: Revista Veja Desafios por Luiz Clement e Anne Luise Krüger REPOSTA DO DESAFIO DA EDIÇÃO ANTERIOR A diferença na cor das estrelas Betelgeuse (vermelha) e Rigel (azul), situadas na constelação Orion, é devido a diferença de temperatura existente entre essas duas estrelas. A luz azul tem um comprimento de onda menor (uma freqüência maior) que a luz vermelha. Quanto maior a freqüência, maior a energia. Figura 13: Constelação Orion. Dessa forma, Rigel emite luz de maior energia que Betelgeuse e, portanto, é mais quente (possui maior temperatura). Uma observação importante a ser feita é que a maioria das estrelas jovens emite luz azul, o que evidencia que são mais quentes. Com o passar do tempo, a temperatura das estrelas diminui e elas se tornam vermelhas. Betelgeuse é uma estrela gigante vermelha e bastante antiga. Mesmo assim, como as estrelas podem durar bilhões de anos, é provável que Betelgeuse continue a brilhar durante muito tempo. DESAFIO DESTA EDIÇÃO Um garoto, que está dentro de uma canoa, deseja atingir um peixe com um arpão. Para isto, mira na direção em que vê o peixe, mas não consegue acertá-lo. Em que direção o jovem deveria mirar? A Equipe Luiz Clement – Coordenação Geral Anne Luise Krüger – Edição Sugestões: [email protected] [email protected] OBS: A autoria e a veracidade das informações contidas nas diferentes reportagens são de responsabilidade de seus autores, identificados em cada uma delas.