Volume 23 - Edição de Março/Abril 2008 - Mundo Físico

MUND
FÍSICO
Projeto de Extensão Jornal Mundo Físico – Departamento de Física da UDESC – Joinville - SC, ano V, No. 23 – Mar/Abr 2008
Como Funcionam as Antenas?
Curiosidade
por Rodrigo Faust
por Irineu Hattenhauer
Antenas são dispositivos destinados a transmitir
ou receber ondas eletromagnéticas. Quando ligadas a um transmissor de
rádio, televisor ou radar,
convertem o sinal de som,
imagem ou dados em ondas eletromagnéticas que
podem se propagar em
qualquer meio ou até mesmo no vácuo.
Nos equipamentos que
compõem a antena transmissora o sinal é somado
Figura 1: Antenas instaladas em torres.
a outra onda chamada de
portadora, com isso, o sinal é convertido em corrente alternada que percorre um condutor. A freqüência de oscilação, gerado por esse processo, é medida em kilohertz ou megahertz.
A oscilação dessa corrente produz ondas eletromagnéticas na
antena de transmissão que são irradiadas em várias direções.
Quando essas ondas irradiadas atingem uma antena receptora, esta induz uma pequena corrente elétrica que oscila
na mesma freqüência de transmissão. A corrente induzida
possui intensidade menor do que a presente na antena transmissora, mas pode ser amplificada pelo aparelho receptor.
No universo há inúmeras
ondas eletromagnéticas com
várias freqüências, e elas atingem as antenas receptoras. No
entanto, cada aparelho receptor possui meios para filtrar
(sintonizar) um tipo de freqüência, excluindo as demais.
A eficiência de uma antena
depende da relação correta enFigura 2: Antenas transmissoras e tre seu comprimento físico e o
receptoras.
comprimento de onda do sinal
que transmite ou recebe. O ideal é que as antenas tenham
exatamente a metade, ou um quarto, do comprimento de
onda que recebem ou transmitem. As antenas de transmissão
podem estar em posição horizontal ou vertical, mas requerem
que as antenas receptoras de suas emissões observem o
mesmo posicionamento.
Fonte: br.geocities.com
Você Sabia?
por Irineu Hattenhauer
Quais os perigos da corrente elétrica?
As correntes elétricas da ordem de 0,1
A, quando atingem o coração, produzem
fibrilação ventricular em apenas 2 ou 3 segundos. Correntes elétricas de alguns ampares, além de asfixia, produzem queimaduras extremamente graves e nessa intensidade a morte é instantânea.
Figura
elétrico
3:
Choque Fonte: dalcantara.vilabol.uol.com.br
Como se formam as marés?
Quem não gosta de um bom passeio na praia, andar descalço na areia? As ondas molhando os pés? Humm! Você já
parou para pensar porque o mar, às vezes, fica mais vazio e
outras horas mais cheio? Você sabe que este fato tem nome
e se chama maré. Mas seriam as marés provocadas por seres misteriosos que habitam o fundo dos mares? Realmente
não. Mas como é então que os mares enchem e esvaziam
sem ninguém colocar mais água neles? A causa dessa “bagunça” toda são os astros do sistema solar. No entanto, os
efeitos mais significativos são causados pelo Sol e, principalmente, pela Lua. Mas como assim?
Figura 4: Posição planetária para grande e pequena marés.
É que o Sol tem uma massa muito grande e a Lua apesar
de ter uma massa muito pequena, comparada ao Sol, está
muito próxima da Terra.
Foi o próprio Newton o primeiro a explicar convincentemente o fenômeno das marés. Para isso, ele usou a Lei da
Gravitação Universal. A idéia que está por trás dessa lei é que
os corpos que estão longe fazem força pequena e os corpos
que são muito grandes fazem forças mais intensas. Quanto
maior a massa maior a força e quanto mais longe menor a força, mas o que é mais expressivo não é a massa, mas sim a
distância.
A superfície da Terra é constituída de uma parte sólida que
chamamos de crosta terrestre (o chão) e uma parte líqüida (a
água dos mares, rios, lagos, ...). A região do nosso planeta
que está mais próxima da Lua sofrerá uma força maior. Com
isso, a água será "puxada", formando, nessa região, a maré
alta. No lado oposto, o que deverá acontecer? Acontecerá o
mesmo porque nessa região a atração pela Lua é menor, o
que provoca um pequeno afastamento da superfície do mar
em relação à ela, a maré baixa.
Mas então, isso quer dizer que sempre haverão marés em
alguma região da Terra? É verdade, no entanto, as marés são
realmente muito maiores quando o Sol e a Lua estão "alinhados" pois ambos estão agindo juntos em uma mesma região
da Terra.
Fonte: axpfep1.if.usp.br
Hiparco e a Distância Terra-Lua
por Thiago Reginaldo Correia
Hiparco foi um dos maiores astrônomos gregos de seu
tempo, ele viveu entre os anos de 190 e 120 antes de Cristo.
Entre suas inúmeras contribuições para a humanidade destacam-se os fundamentos da trigonometria.
Ele foi o primeiro homem a determinar a distância entre a
Terra e a Lua, e o mais incrível foi a simplicidade com que fez
tamanha proeza.
Figura 5: Reprodução do desenho esquemático de Hiparco.
Durante um eclipse lunar (quando a Terra fica exatamente
entre o sol e a lua), Hiparco mediu o tempo de duração do
eclipse e fez um desenho esquemático do fenômeno.
Ele fez um imenso triângulo unindo o Sol, a Terra e a Lua,
dividindo-o em outros dois triângulos retângulos de altura igual
ao raio da Terra. Ele então percebeu que a duração do eclipse
era equivalente a duas vezes o ângulo “d” da figura, e o tempo
que a Lua demorava para dar uma volta completa (360º) na
Terra já era conhecido. Portanto, através de uma regra de três
simples, foi possível encontrar o ângulo “d”.
Mas o ângulo que ele precisa encontrar é o ângulo “b”, então ele utilizou uma relação muito conhecida da trigonometria,
a + b = c + d. O ângulo “a” é tão pequeno que poderia ser desprezado (embora que na figura isso não esteja tão evidente) e
o ângulo “c” é a metade do ângulo com que alguém na Terra
observa o disco solar e poderia ser medido. Então, a relação
pode ser escrita como: b = c + d, ficando fácil determinar “b”.
Assim, Hiparco só precisou encontrar o seno do ângulo “b”
para calcular o valor de “X” em função de “R” (raio da Terra).
O valor que ele encontrou para a distância entre a Terra e a
Lua ficou entre 62 e 74 vezes o raio da Terra. O valor real fica
entre 57 e 64, mas seu erro é justificável face à precisão requerida nas medidas angulares.
Fonte: www.zenite.nu
em montar uma oficina em Glasgow, mas em 1757, conseguiu ser escolhido para fabricar e reparar instrumentos matemáticos da Universidade de Glasgow.
Em 1763 recebeu uma máquina a vapor semelhante ao
modelo da máquina de Newcomen, para consertar. Observou
que a perda de grandes quantidades de calor era o defeito
mais grave da máquina, e idealizou então o condensador, seu
primeiro grande invento. Aos 38 anos de idade, decidiu deixar
a Escócia, dirigindo-se a Birmingham, na Inglaterra, onde
conheceu Matthew Boulton. Este empresário de Birmingham,
adquiriu a patente de Watt em 1774, possibilitando o
desenvolvimento de suas idéias e a melhora da máquina em
muitos outros aspectos, aumentando a sua eficiência
significativamente. Em 1776 as duas primeiras máquinas a
vapor projetadas por Watt foram instalados em uma mina de
carvão e em uma siderúrgica. Escreveu, em 1783, um artigo
para a Royal Society de Londres, sugerindo que a água era
uma combinação de dois gases. A idéia seria confirmada
posteriormente por Antoine Lavoisier. Em 1785 Watt e Boulton
tornaram-se membros da Royal Society e cinco anos mais
tarde Watt completou os aperfeiçoamentos da sua máquina a
vapor, a qual veio a receber seu nome, e que se tornou
fundamental para o processo da revolução industrial.
Muito rapidamente sua máquina começou a ser
empregada para o bombeamento de água de minas e para o
acionamento de máquinas em moinhos de farinha, fiações e
tecelagens e na fabricação de papel. Em 1800 a patente da
máquina a vapor expirou, então, Watt passou a dedicar-se
exclusivamente a novas invenções como: aperfeiçoamentos
do motor a vapor, um pantógrafo para escultores e um
copiador de cartas, por exemplo. Em 1814 tornou-se membro
estrangeiro da Académie des Sciences. Watt falece em 25 de
agosto de 1819. Em sua homenagem, a unidade de potência,
no Sistema Internacional, é [W] - Watt.
Fonte: br.geocities.com
Você Sabia?
por Luiz Clement
Curiosidade
por José Carlos Vieira
Qual a Origem das Notas Musicais?
Chama-se de Nota Musical um elemento mínimo de um
som, formado por um único modo de vibração do ar. Cada
nota possui uma duração e uma freqüência, a qual indicará se
a nota é mais grave ou mais aguda. A nomenclatura utilizada
atualmente para identificar as diferentes notas musicais (dó,
ré, mi, fá, sol, lá, si) foram estabelecidas no século XI pelo
monge beneditino Guido de Arezzo. O monge utilizou as letras
iniciais de um hino latino, escrito em homenagem a São João:
Ut queant laxis
Resonare fibris
Mira gestorum
Famuli tuorum
Solve polluti
Labii reatum
Figura 6: Cifras Musicais.
Sancte Ioannes
Anos depois, o Ut foi trocado pelo Dó, iniciais de dominus
(senhor).
Estufas
A Estufa é um recinto fechado com paredes e teto de vidro
utilizada, principalmente, em países de inverno rigoroso, para
o cultivo de verduras, legumes e flores.
Fonte: Livro de Física de Nicolau e Toledo, 2004.
Biografia
por Thaís Schimidt
James Watt ( 1736 - 1819)
Figura 7:James Watt
Watt nasceu em 19 de Janeiro de
1736 na cidade de Greenock, Escócia e
se tornou um grande um matemático e
engenheiro. Aos 19 anos foi para Londres
trabalhar como aprendiz de mecânico - na
construção de instrumentos - mas, em
menos de um ano regressou à Escócia,
por motivos de saúde. Por não possuir o
certificado de aprendiz, teve dificuldades
Figura 8: Esquema de uma estufa.
O vidro é transparente à luz visível e parcialmente opaco
às ondas de calor (infravermelho). As radiações infravermelhas se constituem na realidade de uma gama de ondas de diversos comprimentos de onda. Aquelas que possuem maior
comprimento de onda são menos energéticas em relação às
ondas que possuem menor comprimento de onda. A energia
que a estufa recebe é absorvida pelo chão e pelas plantas no
seu interior. O chão e as plantas se aquecem e emitem parte
da energia absorvida em forma de infravermelho. Essa energia é emitida com comprimentos de onda maiores, que não
conseguem atravessar as paredes de vidro, sofrendo o fenômeno da reflexão no interior da estufa. Porém, radiações infravermelhas emitidas pelo chão e pelas plantas que ainda
possuem energia suficiente (comprimento de onda menor)
conseguem ultrapassar as paredes de vidro, escapando da
estufa.
Dessa maneira, a estufa aprisiona parte da energia proveniente da radiação infravermelha para manter sua temperatura interna estável.
Fonte: www.notapositiva.com
Um pouco de humor...
por Irineu Hattenhauer
Fonte: http://www.cbpf.br/
Pequeno Gerador
por Irineu Hattenhauer e Maicon Ricardo Nedel
Atualmente a energia elétrica é indispensável para o bom
andamento das atividades em nossa sociedade. Por essa razão, muitos estudos e investimentos são feitos para manter e
ampliar a geração de energia elétrica. Propomos aqui a montagem de um experimento bastante simples, mas que ilustra
bem a geração de energia elétrica aproveitando a queda de
água (energia potencial da água). Lembramos ainda que nas
hidrelétricas também se aproveita a energia potencial da água
represada para geração de energia elétrica.
Vamos agora para a descrição da montagem do experimento.
Material utilizado:
2 garrafas plásticas com tanta;
1 refil de caneta;
2 tampas de margarina ou qualquer outro tipo de plastico;
4 alfinetes ou cola;
1 motor elétrico de 5 volts (para operar como gerador);
1 voltímetro;
10 cm de arame;
1 suporte de metal ou de madeira;
Procedimentos para montagem:
Corte as tampas de margarina em quatro pedaços quadrados iguais com medidas de 3,0 cm de aresta, fixe esses pedaços de plástico no refil de
caneta(tubo que contém a
tinta) utilizando os alfinetes
ou cola, esse arranjo deve ficar na forma de X, agora encaixe o refil no eixo do motor. Nesse momento você já
terá a turbina da sua hidrelétrica pronta, veja a figura 9.
Corte uma das garrafas
ao meio, na parte de baixo
Figura 9: Turbina.
faça dois recortes em V
com profundidade de 1cm ,
esses recortes devem ficar
em lados opostos para encaixar o eixo da turbina (refil de caneta). Fixe o motor
com arame ou cola na borda da garrafa mas tome
cuidado para deixar o eixo
da turbina livre, isto é, o
eixo deve girar livremente.
Agora você já tem o arranjo
inferior da sua hidrelétrica,
veja a figura 10. Na parte
de cima da garrafa (funil)
Figura 10: Turbina montada no arranjo faça um pequeno furo de
inferior.
0,3 cm na tampa.
Agora você deverá usar sua criatividade para confeccionar
um suporte capaz de fixar o funil sobre o arranjo inferior da hidrelétrica, nesse procedimento poderá ser utilizado madeira,
metal ou qualquer outro material de fácil acesso ao leitor. Se
tudo deu certo você terá sua hidrelétrica pronta conforme a figura 11.
Já está na hora de fazer sua hidrelétrica funcionar, para
isso, conecte o voltímetro nos
terminais do motor, o voltímetro
deverá estar em uma escala baixa. Utilize a outra garrafa para
despejar água no funil e ajuste a
saída de água inferior do funil de
modo que a turbina comesse a
girar, nesse momento verifique o
valor da tensão no voltímetro.
Parabéns pelo seu empenho,
pois, você foi capaz de converter
energia potencial da água em
energia elétrica. Caso o leitor deseje utilizar o experimento para
fins didáticos, é possível aumentar a altura do funil, alargar o furo
na tampa ou variar a distância da
queda de água ao centro da turbina (torque) para ampliar a geraFigura 11: Experimento montação de energia elétrica.
do.
Questão de vestibular da UDESC
por Luiz Clement
3ª QUESTÃO – Física – Engenharia Mecânica (2008/01)
Um engenheiro mecânico realiza alguns testes com exemplares dos carros que são projetados e desenvolvidos por uma
indústria automobilística. Resolva as situações-problema elaboradas a partir dos testes feitos por esse engenheiro.
a) Um boneco de 70 kg é colocado em um carro instrumentado para testes de impacto. O carro colide com uma parede rígida a 90 km/h e entra em repouso, durante a colisão, no intervalo de tempo de 0,10 s (tempo médio de um piscar de
olhos e suficiente para a parte dianteira do carro amassar).
Calcule a força que o cinto de segurança exerce sobre o boneco, durante a colisão.
b) Calcule a distância mínima necessária para reduzir a velocidade de um carro de 1200 kg, inicialmente a 72 km/h, para
uma velocidade final de 36 km/h, em uma pista que oferece
um coeficiente de atrito estático de 0,60 entre a pista e os
pneus.
c) Um carro de 1200 kg, movendo-se com velocidade de 30
m/s, colide com outro carro de 1800 kg estacionado na beira
da pista de testes. Considerando que a colisão é perfeitamente inelástica, calcule a velocidade de cada um dos carros depois da colisão.
Resolução
a) A força exercida pelo cinto de
segurança no boneco devido a colisão pode ser determinada por:
 P , em que
F=
P=m  v .
t
m v f −m vi
Logo,
. Como o
F=
t
carro entra em repouso durante a
Figura 12: Colisão inelástica.
v f =0 . Sendo assim,
colisão
−m vi
−m vi
. Substituindo os valores temos: F=
F=
t
t
F=−17500 N , sendo que o sinal de menos representa que
a força do cinto sobre o boneco é de mesma intensidade, porém de sentido contrário, a força que o boneco exerce sobre o
cinto.
b) Para a determinação da distância mínima necessária partimos da seguinte relação: W fa= E . Assim temos que:
1
1
2
2
f a d cos180= m v f − m vi  ,
isolando d temos:
2
2
2
2
m vf −vi 
, em que
d=
2 f a cos180
2
2
2
2
m vf − vi 
vf −vi 
f a = mg ,
logo:
.
d=
=
2 mgcos 180 2g cos180
Substituindo os valores e fazendo os cálculos temos:
2
2
−300
10 −20 
100−400
=25 m .
, logo d=
d=
=
−12
20,610−1
−12
c) Como a colisão é perfeitamente elástica, podemos escrever: m1 v1im 2 v2i=m1m2  v . Sabendo que o carro 2
está
parado
temos
que: m2 v2i =0 ,
logo
m1 v1i 
m1 v1i=m 1m2 v . Isolando v temos:
v=
.
m1 m 2
Substituindo os valores e efetuando os cálculos obtemos:
120030
36000
m
v=
=
, logo v=12
.
s
12001800 3000
Curiosidade
do do aumento do ângulo visual que é interpretado pelo cérebro como “maior” ou “mais perto”.
Fonte: Livro de Física – Volume 2 – Alberto Gaspar.
Notícia do Mundo Físico!
por Irineu Hattenhauer
Janelas do Futuro
Jonh Bell, professor da Universidade de Tecnologia de
Queensland da Austrália, está
realizando uma pesquisa com a
finalidade de desenvolver um vidro, para janelas de casa e edifícios, que permita gerar enerFigura 14: Janelas do Futuro.
gia elétrica a partir da luz solar.
As janelas possuirão células solares com dióxido de titânio revestido de um corante que aumenta a absorção de luz. Por
isso, sua tonalidade será levemente avermelhada. Esta invenção promete ser a nova sensação na construção civil. Segundo seus estudos, a nova janela poderá gerar uma significativa
economia nas contas de energia elétrica.
Fonte: www.energiaeficiente.com.br
Desafios
por Luiz Clement
REPOSTA DO DESAFIO DA EDIÇÃO ANTERIOR
Uma das formas possíveis para facilitar a retirada de uma tampa, que não é
facilmente removível, de um vidro de
pepino em conserva, por exemplo, é
colocá-lo debaixo de uma torneira aberta de água quente. Isso acaba dando
certo pela seguinte razão: o coeficiente
de dilatação dos metais (material com
que são feitas as tampas) é maior do
Figura 15: Vidro de con- que a do vidro e, conseqüentemente,
serva de pepino.
dilata mais que o vidro quando posto
embaixo da torneira de água quente.
DESAFIO DESTA EDIÇÃO
por Rodrigo Faust
Uma breve reflexão sobre a visão.
A compreensão do fenômeno da visão não é tarefa simples. A idéia básica a ser compreendida é que se vê o que os
olhos e o cérebro “dizem” que
vêem. Os olhos detectam os sinais luminosos que os atingem,
enviando ao cérebro as informações correspondentes. O cérebro as interpreta ou decodifica
e, então, vê o que se vê. É por
Figura 13: Gato em frente ao espe- isso que os instrumentos óptilho.
cos podem alterar a forma com
a qual se visualiza os objetos; porque modificam as informações que chegam aos olhos e que enviam ao cérebro.
Quando alguém, usando uma lupa ou microscópio, vê a figura enormemente aumentada de um inseto, sabe muito bem
que o inseto continua com o mesmo tamanho. Quando vê a
sua imagem no outro lado do espelho plano, sabe-se que não
esta lá, mas os olhos e o cérebro dizem o contrário. Quem entra em um labirinto de espelhos de um parque de diversões só
tem certeza de onde ele próprio esta; quando aos outros, é
possível distinguir o que é imagem do que é pessoa real.
Quando a adolescente desconsolada vê os imensos cravos e
espinhas do seu rosto, ampliados por um insensível espelho
côncavo, sabe que não é assim que ela é vista pelos outros.
De acordo com a óptica geométrica, a ampliação é resulta-
Figura 16: Ilustração do experimento.
Cobre-se com papel a boca de um copo
cheio de água. Virando-se o copo cuidadosamente de boca para baixo, a água não
cai. Como podemos explicar esse fato?
A Equipe
Luiz Clement – Coordenação Geral
Irineu Hattenhauer – Edição
Sugestões: [email protected]
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OBS: A autoria e a veracidade das informações contidas nas diferentes reportagens são de responsabilidade de seus autores, identificados em cada
uma delas.
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