Archive for the ‘Grandezas físicas’ Category

O Plâncton e a Constante de Planck.

29 de janeiro de 2015

peixe

A ilustração acima representa um ser imaginário, que não existe no mundo real. Entretanto, qualquer pessoa dirá que é um peixe… É que ele foi criado segundo o estereótipo de um peixe, e apresenta tudo aquilo que, por consenso, todos achamos que um peixe deve ter: Corpo fusiforme, nadadeiras, escamas etc. Agora, veja a ilustração abaixo:

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Ela foi criada com base em um peixe real, o peixe-bolha (psychrolutes marcidus).  O que há de estranho nele? Bem, embora seja real, ele foge ao estereótipo do peixe, foge ao padrão!

Pois em breve veremos mudar um dos estereótipos mais famosos e persistentes da história da metrologia: A definição do padrão internacional do quilograma! Finalmente os cientistas estão a ponto de redefinir o quilograma em termos de uma constante fundamental da física, no caso, a constante de Planck, e aposentar o velho cilindro de platina iridiada que tem mais de cem anos.

A ideia não é nova, mas só agora, após a conclusão da 25ª CGPM (Conferência Geral de Pesos e Medidas) realizada em novembro de 2014 pelo BIPM (Bureau Internacional de Pesos e Medidas) decidiu-se adotá-la formalmente.  Entretanto, cientistas são muito cautelosos e só aposentarão definitivamente o velho padrão após a nova metodologia ser testada e ratificada, provavelmente na próxima CGPM, em 2018.

Padrão Internacional do Quilograma (é o pequeno cilindro no interior das três redomas).

Padrão Internacional do Quilograma (é o pequeno cilindro no interior das três redomas).

Mas o que é, afinal, a constante de Planck? Bem, simplificando ao extremo, Max Planck propôs que os sistemas trocam energia em valores discretos, ou seja, em “pacotes” chamados quanta. Numa analogia com os nossos amigos peixes, imagine que a energia se comporte como as partículas e os pequenos seres que formam o plâncton. Se o nosso peixe-bolha abrir a sua grande boca, não irá engolir apenas um desses seres (quantum), ele engolirá logo um montão, ou seja, um quanta (plural de quantum) de partículas.

A constante de Planck define a quantidade mínima de energia contida em cada quanta, ou seja: h = 6,62606 x 10-34 joule segundo.

Agora os cientistas estão trabalhando para estabelecer a correspondência entre o quilograma e a constante de Planck utilizando uma balança de watt, um instrumento bem complexo que permite correlacionar energia elétrica com energia mecânica. Ou seja, se antigamente era fácil compreender o que era um quilograma, agora a coisa ficou bem mais complicada. Mas isso não deve nos preocupar. Afinal, as definições para as outras unidades do SI também não são lá muito simples…

Nota: A palavra plâncton [do grego plagktòs (πλαγκτός)] significa errante, errático. Planck é o sobrenome do físico alemão Max Planck. Essas palavras não têm nada em comum além da semelhança sonora.

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Medições Fabulosas: O Barco e a Pousada.

28 de maio de 2013

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– Casas e barcos são muito parecidos… – argumentava o velho marinheiro de prosa com o dono de uma pousada a beira-mar. – É claro que uma canoa é muito diferente de um apartamento, mas um navio de turismo é bem parecido com um grande hotel, a não ser pelo fato do navio levar as pessoas para lugares distantes, enquanto no hotel são as pessoas de lugares distantes que vão até ele.

– Isso não quer dizer nada! – retrucou o dono da pousada – Não adianta querer comparar o seu barco com a minha pousada. Tenho muito mais espaço do que você.

– Será mesmo? – duvidou o marinheiro – Então vamos ver. Vivo com muito conforto no meu barco de 30 pés. Quantos pés têm a sua casa?

– Pés? Isso só pode ser pergunta de marinheiro. Lá em casa os únicos pés são os das pessoas que eu hospedo, além dos meus próprios. Nós, que moramos no seco, usamos o metro para medir as coisas.

– Pois que seja, meu amigo estalajadeiro! Um pé tem 30,5 centímetros. Então, 30 pés equivalem a 9,15 metros.

– Nem precisa continuar, meu amigo lobo-do-mar. Minha pousada tem 200 metros quadrados, portanto é muito maior que o seu barco.

– Você está comparando alhos com bugalhos! Não se compara comprimento de barco com área! Quero ver se a tonelagem da sua pousada é maior que a do meu barco.

– Que negócio de tonelagem é esse?

– Ora, seu pirata de terra firme, todo mundo sabe que a tonelagem vale 100 pés cúbicos…

– Lá vem você com os pés de novo! Para mim tonelada é peso. Uma tonelada vale mil quilogramas.

– Não é tonelada, é tonelagem. É medida de volume porque, antigamente, o volume de um barco tinha a ver com quantos tonéis de vinho ele podia transportar. Tonelagem vem daí. Entendeu? Pois então. Se 100 pés cúbicos equivalem a 2,83 metros cúbicos, qual é a tonelagem da sua casa?

– E eu lá vou querer saber uma coisa dessas?

– Pois é aí que está. Você acha que a sua pousada é maior do que o meu barco, mas esquece que nos barcos nós ocupamos todo o volume disponível.

– Vá lá… Mas a minha pousada não é só a casa! Eu também tenho um pomar…

– E eu tenho todo o mar…

– Não adianta! – Disse finalmente o dono da pousada – Nós nunca vamos chegar a um acordo sobre isso. É melhor você voltar para o seu barco enquanto eu retorno à minha pousada.

E assim fizeram. Quem, entretanto, via o barco e a pousada de longe, mal podia distinguir um do outro…

Moral da história: A melhor maneira de comparar as coisas é medindo-as, desde que se saiba qual aspecto (ou grandeza física) se medirá nelas.

LUZ

18 de janeiro de 2012

A luz do sol é a responsável pela vida no planeta. Por conta disso, a maioria dos seres vivos desenvolveu algum tipo de órgão sensível à luz de modo a poder percebê-la. Nós, como tantos outros animais, temos olhos. As plantas não têm olhos, mas suas folhas são sensíveis à luz e dela dependem para fazer a fotossíntese… É claro que nada disso é novidade. Entretanto, por ser algo tão corriqueiro, só ficamos conscientes da importância da luz quando há interrupção de energia elétrica à noite. E por falar em luz, saiba que temos uma grande variedade de maneiras de medi-la. Veja só:

A unidade de medir intensidade luminosa é a candela. O fluxo luminoso é medido pelo lúmen (guarde este nome: lúmen). O iluminamento é medido pelo lux e a luminância é dada pela candela por metro quadrado. E ainda temos a exitância luminosa (lúmen por metro quadrado) e a exposição luminosa (lux-segundo), isso tudo sem contar a eficiência luminosa, cuja unidade de medir é o lúmen por watt.

Êpa! Falamos em watt? Ah! Finalmente apareceu uma unidade de medir que nos é familiar. Sim! Quando vamos comprar uma lâmpada logo procuramos essa informação gravada na embalagem ou no bulbo: 100 W ou 60 W ou 40 W…  Mas o que será isso? Na longa lista de unidades de medir luz que vimos acima, o watt só aparece no final, e ainda por cima como coadjuvante…

Acontece que as embalagens informam  qual a potência elétrica (watt) ou qual a tensão elétrica (volt) daquela lâmpada, mas dão pouco destaque sobre o quanto ela ilumina, ou seja, qual o fluxo luminoso expresso em lúmen. Quando alguém compra uma lâmpada de 100 W espera que esta ilumine mais que uma lâmpada de 60 W, não é? Bem, isso depende da lâmpada. Uma lâmpada incandescente (lâmpada comum) de 60W  tem fluxo luminoso de mais ou menos 800 lúmens. Já uma lâmpada fluorescente compacta usa apenas cerca de 13 W de potência para produzir esse mesmo fluxo luminoso.  A relação entre o fluxo luminoso (que é quanto a lâmpada ilumina) pela potência elétrica (que é quanto ela consome de energia) é a famosa eficiência luminosa!

Ou seja, comprar lâmpada por watt é o mesmo que comprar lingüiça por metro: Possível, mas inapropriado. Ao comprar lâmpadas habitue-se a observar o valor em lúmen e a etiqueta de eficiência energética do INMETRO!  Fiat lux!

P.S.: Ficou difícil entender a ilustração que abre este post?  Pense em termos de luz e sombra. É alguém dirigindo em um túnel, à noite…

O que pesa mais? 1kg de algodão ou 1kg de chumbo?

16 de dezembro de 2011

Irídio. Um metal extremamente denso.

Essa pergunta é uma piada antiga, uma “pegadinha” para as crianças.

Não tem nada mais sem graça que explicar piada, mas nesse caso nos interessa revelar o conceito metrológico por trás dessa brincadeira inocente. Até as crianças sabem que o chumbo é pesado e o algodão é leve. Por isso, intuitivamente, muitas crianças respondem que um quilograma de chumbo pesa mais. Na verdade, as crianças estavam apenas comparando as qualidades intrínsicas desses dois materiais. O chumbo, de fato, pesa mais que o algodão quando ambos ocupam um mesmo volume. A isso nós chamamos densidade. A densidade é a relação entre o volume e a massa (peso) de um material qualquer. Quando o material em questão é uma substância química, cuja massa tem distribuição homogênea e isotrópica (com as mesmas propriedades físicas) ao longo de todo o volume, nós chamamos essa relação de massa específica.

Convencionou-se utilizar a água como substância de referência de densidade. A massa específica da água é 1 g/ml (um grama por mililitro), ou seja, um mililitro de água pesa um grama e um litro de água pesa um quilograma. Veja a comparação abaixo:

Não por acaso estamos comparando a água com o ouro, um dos metais de maior massa específica. Nesse sentido, o ouro é bem mais “pesado” que o chumbo (11,34g/ml); que o mercúrio (13,55g/ml) e até que o urânio (18,95g/ml) e o tungstênio (19,25 g/ml) e só perde para os incrivelmente densos rênio (21,02 g/ml); platina (21,45 g/ml) e irídio (22,65 g/ml) .

Sem padrão não há medição

3 de novembro de 2011

 Um padrão é uma convenção. É um modelo, um tipo que se toma como base para reproduzir algo de mesma natureza. Para reproduzirmos uma coisa “em série” precisamos seguir um modelo. Esse modelo “original” do qual se farão cópias, seja de maneira manual, mecânica ou eletrônica, é um padrão. Dizemos que as coisas são padronizadas quando são tão semelhantes entre si que nos parece serem iguais. O ideal na padronização é que as cópias se aproximem o mais perfeitamente possível do seu padrão.

Até aqui, tudo bem. Estamos imaginando um padrão concreto, que pode ser um objeto como um copo, uma gravura, uma cadeira, ou mesmo a imagem de um objeto.

Entretanto, também é possível reproduzir um texto, por exemplo, e nesse caso estaremos reproduzindo uma idéia. E podemos, ainda, reproduzir um conceito, e nesse caso estaremos lidando, entre outras coisas, com os padrões metrológicos.

Sim, a maioria dos padrões metrológicos é conceitual. São fórmulas, enunciados de física que podem ser reproduzidos em laboratórios bem equipados. Atualmente, o único padrão metrológico que ainda é um objeto é o “protótipo internacional do quilograma”.

Padrões são fundamentais em metrologia. Qualquer medição, por singela que seja, necessita de um padrão metrológico. Naturalmente, e como acontece com todo e qualquer padrão, os padrões metrológicos nunca são reproduzidos perfeitamente. O grau de aproximação da cópia com o padrão primário é que o define como padrão secundário, terciário e assim por diante. A qualidade metrológica de um padrão é determinada pelo grau de aproximação com o conceito que o define. Mas não é só isso. O padrão metrológico é utilizado como referência para avaliar quantidades. São referências conceituais materializadas que avaliam as propriedades físicas dos corpos, e não os próprios corpos. Complicado? Vamos supor que queremos criar um padrão de duração. Podemos construir um relógio, por exemplo, mas nesse caso precisaríamos criar, antes, um padrão de tempo como o minuto, a hora, o segundo…O relógio é só um instrumento que reproduz o padrão conceitual. Podemos, entretanto, criar um padrão arbitrário, desde que isolemos algum fenômeno que se reproduza com a mesma duração. Uma ampulheta, por exemplo, é um padrão de duração. A areia em uma ampulheta escoa num determinado tempo, não importando se esse tempo é traduzível ou não em minutos, horas ou segundos. Da mesma forma, podemos criar padrões de comprimento, de volume ou de massa (peso) apenas construindo objetos que representem essas grandezas físicas.

Na verdade, mesmo que hoje a ciência metrológica já tenha desenvolvido padrões, metodologias e instrumentos de medição extremamente sofisticados, a habilidade de criar padrões de medição permanece, e a ela ainda recorremos quando usamos o palmo, por exemplo, como medida rústica de comprimento.

Metrologia e Meteorologia: O Barômetro

8 de setembro de 2011

No último post falamos sobre o higrômetro, instrumento que mede a umidade do ar. Agora, só para continuar no mesmo assunto, nós vamos falar do barômetro, aquele aparelho que mede a pressão atmosférica.

O barômetro foi inventado por Evangelista Torricelli em 1.643! Para compreender o seu funcionamento é bom recordar que pressão atmosférica é a força que a camada de ar que envolve a Terra exerce sobre uma superfície. Embora muito leve, o ar tem massa, ou seja, ar pesa! Por isso a pressão ao nível do mar é maior do que no topo de uma alta montanha.

O experimento de Torricelli, que deu origem ao barômetro de mercúrio, é bastante simples. Ele pegou um tubo de vidro bem estreito (capilar) com 1000 milímetros de comprimento (um metro), fechado numa das extremidades. Colocou mercúrio (HG) no tubo e o emborcou  dentro de uma cuba que também continha mercúrio. Resultado, o mercúrio contido no tubo escorreu para a cuba e parou na marca de 760 mm.

O barômetro de mercúrio continua em uso, pois embora não seja prático é muito preciso. Já o barômetro aneróide funciona mediante a pressão exercida numa câmara metálica. É menos preciso, mas é portátil e, por isso, é usado nos aviões para medir a altitude (nesse caso é chamado de altímetro).

Utiliza-se o barômetro para estudar o clima, inclusive previsão do tempo climático. Sim, a gente sabe que a previsão do tempo não inspira muita confiança. O barômetro ajuda bastante, pois quando a pressão atmosférica cai, existe uma boa chance de chover, nevar ou cair uma tempestade. Na verdade, prever o tempo é uma coisa muito complicada, não basta conhecer a pressão atmosférica. São necessários muitos outros parâmetros, como temperatura, nebulosidade, velocidade e direção dos ventos etc. A vida dos nossos quase homônimos, os meteorologistas, não é nada fácil.

Embora possamos medir a pressão atmosférica em milímetros de mercúrio, como fez  Torricelli, ou em milibares, atmosferas etc. os meteorologistas, a exemplo dos metrologistas, utilizam o pascal, pois esta unidade de medir é adotada pelo SI. Assim, 760mmHG equivalem a uma atmosfera, 1013,25 milibares ou, mais propriamente, 101.325 pascais.

13 de julho, dia mundial do Rock and Roll!

12 de julho de 2011

Hoje é o dia mundial do Rock and Roll, ou rock’n’roll, para os íntimos.

Não vamos falar das origens do rock nem nada. Se você gosta do gênero, já conhece a história! Se você não gosta, não vai se importar! E se você ainda não teve tempo para aprender, é melhor pesquisar na internet. Afinal, internet é rock’n’roll…

Nós aqui do Almanaque gostamos de rock’n’roll. Claro que cada um prefere um estilo, uma banda, um  hit. Mas essas preferências são secundárias. O que importa é que nós gostamos! Afinal, Blog é rock’n’roll…

Rock’n’roll tem tudo a ver com a temática do Almanaque (se não tivesse, a gente inventava). Rock’n’roll é música, e toda música se constrói  pela combinação organizada de sons e silêncios (isso mesmo, até no rock) ao longo do tempo. E o som pode ser medido. Existe até um aparelho, o metrônomo, usado para medir os tempos de compasso musicais.

Mas, além disso, quando se trata de rock’n’roll precisamos recorrer a uma unidade de medir especial. Sim, estamos falando do decibel (dB), que mede a “pressão sonora”, ou  a “percepção da intensidade sonora” nos nossos ouvidos. O som é uma oscilação na pressão do ar ou outro meio elástico. É percebida pelo ouvido humano porque este possui membranas que oscilam com essa pressão. A intensidade sonora pode ser definida como potência por unidade de área, expressa em watt/m2. Acontece que as escalas de medição das ondas sonoras são lineares, enquanto a intensidade e a pressão dos sons captados pelo ouvido humano variam muito e podem ir de um bilionésimo de watt (um sussurro) até cem mil watts (um jato decolando).

Vai daí que por ser uma medida não linear, mas logarítmica, o decibel é a unidade mais adequada para medir a percepção sonora. Além do mais, não tem nada mais rock’n’roll que uma medida não linear!

Dragões, cadeiras e o Protótipo Internacional do Quilograma

18 de novembro de 2010

Dragões, todo mundo sabe, são criaturas lendárias. Isso significa que, provavelmente, ninguém jamais viu um ao vivo. No entanto, quando perguntadas, as pessoas acabam descrevendo o bicho bastante bem. Como explicar que quase todo mundo saiba o que é um dragão? (more…)

Metrologia Química

3 de novembro de 2010

Se observarmos o Sistema Internacional de Unidades – SI, veremos que a esmagadora maioria das unidades de medir refere-se às grandezas físicas. O mesmo acontece com os padrões. Quase todos eles servem para serem comparados com as grandezas físicas e, com isso, possibilitar que elas sejam medidas. Estamos habituados a pensar nas medições das grandezas físicas como massa (peso), volume, temperatura, comprimento, etc. como se elas fossem as únicas coisas a serem medidas. Existe, entretanto, todo um universo de medições importantíssimas ao qual damos menos atenção. Falamos da Metrologia Química. (more…)

O Relógio de Dez Mil Anos

29 de setembro de 2010

Protótipo do Relógio de dez mil anos

Já falamos aqui no blog sobre o conceito de tempo (ver: Você tem tempo?). O Tempo é sempre um tema fascinante e não está limitado àquilo que pensam os físicos. Filósofos, poetas, artistas, historiadores, comunicadores, todo mundo se interessa pelo tempo e tem concepções próprias a seu respeito. Para o pessoal que lida com medições, os metrologistas, interessa que o tempo seja uma grandeza física e, portanto, seja mensurável. Por isso estamos entusiasmados com o Relógio de Dez Mil Anos, chamado Long Now Clock, um projeto interessantíssimo de medição de tempo que vai muito além da medição. (more…)