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 1Req1R4
Req=3,01,52,5=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=1,52,0=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 eq1R4
Req=1,52,5=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−3,0i−2,0i−2,5i=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.