Concurso “PERGUNTAR ... É PRECISO” - III

Perguntas do tipo “O quê”

1. Quem foi o célebre físico e matemático inglês que nasceu no ano em que Galileu morreu e que estabeleceu a lei da gravitação universal, investigou a natureza da luz, estudou o binómio que tem o seu nome, foi um alquimista clandestino e... terá pertencido ao chamado Priorado de Sião?
2. Há quantos anos se descobriu que cada átomo é formado por uma parte central muito mais pequena - o núcleo onde se concentra quase toda a massa do átomo - rodeada de electrões?

Perguntas do tipo “Como”

1. Como é que se sabe que a velocidade da luz é cerca de 300 mil km por segundo?
2. Como é que se sabe que o tamanho dos átomos é da ordem de uma décima milionésima do mm?

Perguntas do tipo “Porquê”

1. Por que é que o céu é azul?
2. Por que é que o ozono, poluente na atmosfera, não sobe para a estratosfera onde é um protector da vida por absorver radiações ultravioleta do Sol?

Perguntas do tipo “E se...”

1. E se os núcleos dos 3 átomos de cada molécula de água - dois átomos de hidrogénio e um átomo de oxigénio - de uma bica se juntassem, o que aconteceria?
2. E se passássemos a usar óculos de lentes vermelhas, de que cor veríamos o arco-íris?


Respostas às perguntas exemplo


BLOCO “O QUÊ”

A. Quem foi o célebre físico e matemático inglês que nasceu no ano em que Galileu morreu e que estabeleceu a lei da gravitação universal, investigou a natureza da luz, estudou o binómio que tem o seu nome, foi um alquimista clandestino e... terá pertencido ao chamado Priorado de Sião?

Newton.

Isaac Newton (1642-1727), físico e matemático, nasceu em Woolsthorpe, Inglaterra.

O primeiro passo para a unificação das forças na Natureza começou, segundo a lenda, quando uma maçã caiu na cabeça de Newton e o despertou para a ideia: “Porque é que esta maçã me cai na cabeça e a Lua não cai para cima da Terra?”
Percebeu, pois, que a gravidade terrestre não é um exclusivo do nosso planeta; a gravidade é uma força de atracção sentida mutuamente por quaisquer corpos, qualquer que seja a sua massa. Newton publicou aos 23 anos a Lei da Gravitação Universal: os corpos atraem-se com uma força de intensidade directamente proporcional às suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância a que se encontram.

B. Há quantos anos se descobriu que cada átomo é formado por uma parte central muito mais pequena - o núcleo onde se concentra quase toda a massa do átomo - rodeada de electrões?

Foi em 1910. Há, portanto, 95 anos.

Esta descoberta deve-se ao físico neozelandês Ernest Rutherford na Universidade de Manchester. Baseou-se no estudo realizado pela sua equipa sobre os desvios sofridos pelas chamadas partículas alfa (vir-se-ia, depois, a saber que são núcleos de átomos de hélio) quando disparadas contra folhas finas de metais.


BLOCO “O COMO”

A. Como é que se sabe que a velocidade da luz é cerca de 300 mil km por segundo?

Empédocles, filósofo grego do século V A.C., foi o primeiro a sugerir que a luz requeria provavelmente um tempo finito para viajar entre dois pontos.

As primeiras tentativas para determinar a velocidade da luz foram realizadas por Galileu em 1635, procurando medir o intervalo de tempo correspondente ao percurso de ida e volta da luz de uma lanterna entre duas colinas, mas os aparelhos da época não permitiram medir intervalos de tempo tão pequenos (10-5 s).

Alguns anos mais tarde, o dinamarquês Roemer determinou que a luz demora cerca de 22 minutos para atravessar o diâmetro da órbita da Terra em torno do Sol. Baseou-se no estudo dos eclipses de Io, quando esta lua de Júpiter passa na sombra deste planeta. Calculando independentemente o diâmetro da órbita terrestre, Huygens e, depois, Newton, atribuiram à velocidade da luz (c) os valores 2,3x108 m.s-1 e 2,4 x 108 m.s-1, respectivamente.

Por volta de 1850, os físicos franceses Fizeau e Foucault efectuaram a primeira medida da velocidade da luz sobre a Terra. Para isso, usaram, respectivamente, um dispositivo com uma roda dentada e um espelho distante e um espelho rotativo com várias faces. O valor obtido foi cerca de 315 mil km/s, bem próximo do valor hoje aceite. Em 1926, Albert A. Michelson, professor de Física da Universidade de Chicago, mediu a velocidade da luz no ar e no vácuo com extraordinária precisão, considerando a distância entre o Monte Wilson e o Monte Santo António, na Califórnia.

Actualmente, o valor da velocidade da luz no vazio, c, é considerado uma constante universal: 299 792 458 m.s-1.

B. Como é que se sabe que o tamanho dos átomos é da ordem de uma décima milionésima do mm?

Embora a noção de átomo remonte a mais de 2 mil anos, como entidade material muito pequena, a primeira ideia de tamanho para as partículas constituintes da matéria (durante um tempo, manteve-se confusão entre átomos e moléculas) terá sido avançada por Lord Rayleigh, na Inglaterra, no século XIX. Repetindo uma experiência de Benjamim Franklin sobre a espessura de uma fina mancha de azeite espalhada em água, calculou um valor de cerca de 5 milionésimas do mm.

A possibilidade, também no século XIX, de se estimar o número de moléculas num certo volume de um gás (a partir do estudo das relações entre pressão, volume e temperatura dos gases) permitiria um cálculo mais exacto para o tamanho das moléculas. Em particular, a noção do que viria a chamar-se constante de Avogadro constituiu a ponte para a determinação do tamanho dos átomos, em geral, pois permitia relacionar o número de átomos com o volume da amostra.

No século XX, as experiências de Rutherford sobre a estrutura dos átomos reforçaram as melhores estimativas anteriores.

Ainda durante o século passado, métodos físicos como a difracção de raios X em metais e outros cristais permitiriam obter “imagens em código” dos próprios átomos e, assim, obter valores rigorosos para os raios atómicos.


BLOCO “O PORQUÊ”

A. Por que é que o céu é azul?

A luz solar não é luz simples, mas luz composta de luzes de várias cores, como mostra o arco-íris. Ora, as partículas do ar difundem, de modo diferente, as várias radiações; por exemplo, a luz vermelha sofre menos difusão que a luz azul e a violeta.
Assim, com o Sol ao alto, a cor do céu é determinada principalmente pela mistura das luzes azul e violeta. Acresce que a nossa visão é mais sensível ao azul que ao violeta. Por isso, vemos o céu azul. Pelo contrário, quando à tarde o Sol declina, vê-se principalmente luz vermelha e amarela.

A imagem que um astronauta em órbita ao redor do planeta tem do "céu" é completamente diferente: um imenso fundo negro, no qual as estrelas brilham. Na realidade essa é a aparência a uns 16 km acima da superfície terrestre, onde a atmosfera se rarefaz, quase desaparecendo. O céu lunar, por exemplo, é totalmente escuro.

B. Por que é que o ozono, poluente na atmosfera, não sobe para a estratosfera onde é um protector da vida por absorver radiações ultravioleta do Sol?

O ozono é mais denso que o ar. Por esta razão, tende a descer e não a subir.

O ozono é quase duas vezes mais denso que o ar. Isto porque as moléculas de ozono são quase duas vezes mais pesadas que as moléculas de azoto, o principal gás presente no ar (79%).

Cada molécula de ozono é constituída por 3 átomos de oxigénio, O, ligados em forma de V aberto (ou acento circunflexo, se o virarmos). Cada molécula de azoto é constituída por 2 átomos de azoto, ou nitrogénio, N. As fórmulas químicas são, respectivamente, O3 e N2. Cada átomo O é cerca de 15% mais pesado que um átomo N.


BLOCO “E SE...?”

A. E se os núcleos dos 3 átomos de cada molécula de água - dois átomos de hidrogénio e um átomo de oxigénio - de uma bica se juntassem, o que aconteceria?

Cada molécula de água é constituída por 2 átomos de hidrogénio, H, um para cada lado de 1 átomo de oxigénio, O, em forma de acento circunflexo. A sua fórmula química é H2O. Isto quer dizer, 3 núcleos rodeados por electrões.
A associação de núcleos atómicos é um fenómeno presente nas estrelas e em laboratório em condições de elevadíssimas temperaturas. Chama-se-lhe fusão nuclear. Trata-se de um fenómeno que liberta enormes quantidades de energia. A energia libertada assim relaciona-se com a diminuição de massa que se verifica, através da relação de equivalência devida a Einstein: E = mc2, em que c é a velocidade da luz.
A fusão nuclear numa bica torná-la-ia ligeiramente mais leve mas, sobretudo, libertaria uma enorme quantidade de energia.

B. E se passássemos a usar óculos de lentes vermelhas, de que cor veríamos o arco-íris?

Quando observamos um arco-íris, sem óculos ou com óculos de lentes incolores, vemos sequencialmente: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta.

As lentes vermelhas fazem de filtro à luz, transmitindo aos nossos olhos apenas as radiações correspondentes à banda dos vermelhos, absorvendo as outras (banda dos azuis e banda dos verdes). Consequentemente, veríamos parte do arco-íris vermelha (zona correspondente à que víamos vermelho, laranja e amarelo sem óculos) e a restante negra (ausência de luz).

O arco-íris resulta da decomposição da luz branca ao atravessar as gotas de água da atmosfera. A luz mais desviada é a que vemos violeta, a de maior frequência.