Archive for the ‘CURIOSIDADES’ Category

Fuso horário, como funciona.

30 de setembro de 2020

O tempo é um assunto recorrente aqui no Almanaque, e já o abordamos de muitas maneiras. Neste post vamos ver em que se baseia uma das formas mais corriqueiras de medição do tempo, ou seja, como definimos as horas em cada lugar do planeta.

Como todos sabemos, a Terra tem forma muito próxima de uma esfera (a Terra não é plana!). Assim, a sua superfície foi dividida em 24 partes, cada uma delas correspondendo a uma hora do dia. São os fusos horários, cujo nome tem a ver com a forma de fuso que essas áreas têm em razão da divisão dos 360º da Terra pelas 24 horas do dia. Os fusos horários são marcados por sucessivos meridianos, a cada 15º, a partir do meridiano de Greenwich, estabelecido em 1851. Ele passa sobre o Observatório Real de mesmo nome, nos arredores de Londres, e é, por convenção, o “marco zero” de longitude, ponto inicial dos fusos horários e ainda divide o globo terrestre em ocidente e oriente.  O “Greenwich Mean Time – GMT” (tempo médio de Greenwich) se baseia no movimento de translação da Terra. Como a velocidade da Terra é irregular, atualmente usa-se o Coordinated Universal Time – UTC” (Tempo Universal Coordenado), baseado nos relógios atômicos. Na prática, entretanto, não há diferença significativa entre a hora GMT e a hora UTC.

Fusos horários. Clique para ampliar. Mapa: IBGE

Assim, a partir de Greenwich, os fusos horários do ocidente (a oeste do meridiano) marcam horas decrescentes, enquanto a leste do meridiano (oriente) as horas são crescentes. Por exemplo: quando é meio-dia em Greenwich, em Brasília são nove horas da manhã e, em Moscou, três horas da tarde. Isso acontece porque o movimento aparente do sol é no sentido Leste-Oeste (na verdade, é a terra que gira no sentido Oeste-Leste). Assim, quando amanhece um novo dia em Moscou, digamos, cinco horas da manhã, em Brasília ainda é noite do dia anterior, no caso, vinte e três horas (onze horas da noite), pois a diferença de fuso horário é de seis horas.  Embora a hora local esteja vinculada à faixa que cada fuso horário define sobre a superfície terrestre, a decisão de adotar este ou aquele fuso é política, de modo que o horário nos diferentes locais do globo não obedecem exatamente aos fusos. Confira no mapa do Fuso Horário Civil, acima.

Vale lembrar que a hora oficial do Brasil, é responsabilidade do Observatório Nacional (designado pelo Inmetro para realizar essa atividade), com a utilização de relógios atômicos. O Inmetro está implantando um padrão primário de tempo e frequência, um relógio atômico a feixe térmico baseado em átomos de césio, com precisão de um segundo em um milhão de anos, desenvolvido no Instituto de Física de São Carlos (IFSC), da Universidade de São Paulo (USP), e transferido para o Inmetro.

Por ser um país de dimensões continentais, o Brasil tem quatro fusos horários. Veja que, no mapa acima, as áreas de mesmo horário não respeitam exatamente as áreas definidas pelos meridianos.

No arquipélago de Fernando de Noronha (e nas ilhas Trindade e Martin Vaz, atol das Rocas e arquipélago de São Pedro e São Paulo) a hora local corresponde a duas horas a menos em relação ao UTC.

São Paulo, e todos os Estados da área amarela, tem o mesmo fuso horário de Brasília. A hora local corresponde a menos três horas em relação ao UTC.

Amazonas, e todos os Estados da área verde, fica no fuso horário da Amazônia, onde a  hora local corresponde a quatro horas a menos em relação ao UTC.

O Acre que fica no fuso horário do Acre, na área azul, onde a hora local corresponde a cinco horas a menos em relação ao UTC.

Camada de Ozônio também se mede

16 de setembro de 2020

A camada de ozônio, ou ozonosfera, é uma região da estratosfera que concentra uma elevada quantidade desse gás. Diferentemente do oxigênio molecular, que tem dois átomos, o ozônio possui três átomos de oxigênio. A ozonosfera é importante pois funciona como um escudo que bloqueia grande parte da radiação solar nociva à vida, principalmente a radiação ultra violeta, ou raios UV. No final da década de 1970 descobriu-se que a concentração de ozônio havia diminuído bastante sobre a região Antártica. O fenômeno foi batizado de “buraco de ozônio”. Desde então os cientistas têm observado variações na quantidade desse gás.

Na época, apontou-se como causa do fenômeno o uso de compostos de cloro como os clorofluorcarbonos (CFCs). Esses gases, usados em refrigeração (geladeiras, ares-condicionados) e nos aerossóis liberam cloro, que destrói as moléculas de ozônio na estratosfera. Isso fez com que a ONU patrocinasse a redução do uso dessas substâncias.

aerossol

Assim, em 16 de setembro de 1987 foi firmado o Protocolo de Montreal. Os países que aderiram a esse protocolo comprometeram-se a interromper a produção e a comercialização dos principais CFCs. Veja, a seguir, onde fica a camada de ozônio.

ozonosferaNo gráfico acima vemos a correlação entre quatro grandezas físicas que quantificam diferentes aspectos da camada de ozônio: À direita e à esquerda temos duas grandezas cujos valores diminuem com a altitude: A pressão atmosférica em quilopascal, e a densidade do ar, dada em gramas por metro cúbico. A linha vinho que ziguezagueia sobre gráfico correlaciona a altitude, em quilômetros, com a temperatura média do ar, em kelvins. Observe que temperatura do ar diminui à medida que se aproxima do limite superior da troposfera, e fica constante na tropopausa, entre os 12 km e os 20 km de altitude. No limite superior da tropopausa começa a camada de ozônio. Acima dos 20 km a temperatura do ar volta a esquentar até atingir a estratopausa, em torno dos 50 km de altitude, onde permanece constante até a mesosfera, tornando então a esfriar.

A ozonosfera (no gráfico, a área com listras brancas) concentra cerca de 90% de todo o ozônio atmosférico, tem uma espessura de cerca de 10 km e está localizada entre os 15 km e os 35 km de altitude, dentro da estratosfera .

Espectrofotômetro Dobson. Foto: divulgação

A quantidade de ozônio na atmosfera é medida por instrumentos no solo ou embarcados em balões, aviões e satélites. Algumas medições são feitas pela análise do ar seco em um detector de ozônio. Outras são baseadas na capacidade única do ozônio de absorver a luz na atmosfera. É o caso do espectrofotômetro Dobson, que mede a intensidade da luz solar em dois comprimentos de onda na faixa ultravioleta, uma fortemente absorvida pelo ozônio e outra fracamente absorvida. A diferença na intensidade de luz desses dois comprimentos de onda é utilizada para medir o ozônio total acima da localização do instrumento.

Instrumentos esquecidos: Medidor de Óleo

4 de setembro de 2020

A metrologia é uma ciência, e os instrumentos de medir são artefatos tecnológicos utilizados para facilitar a sua aplicação, ou seja, para fazer medições. Contudo, toda tecnologia tende a se tornar obsoleta com o tempo. Com os instrumentos de medir sujeitos à metrologia legal não é diferente. Novas maneiras de comercializar produtos, aliadas ao desenvolvimento tecnológico, acabam por tornar obsoletos instrumentos de medir que, até há pouco tempo, eram regulamentados pela legislação metrológica. Neste post vamos falar do saudoso Medidor de Volume de Óleo Comestível.

Medidor volumétrico para óleo vegetal. Foto: divulgação.

Esse pitoresco instrumento de medir servia para vender óleo de cozinha “a retalho”.  Funcionava assim: O instrumento era dotado de um sistema de bombeamento e uma câmara de medição com marcas para 450 ml e 900 ml. O comerciante comprava o óleo em tambores de 100 litros ou 200 litros. O medidor era instalado no tambor e o óleo era bombeado manualmente para a câmara de medição (bastava acionar a manivela no sentido anti horário). Em seguida o produto era transferido para um recipiente (uma garrafa de vidro, por exemplo) levada pelo consumidor.

Observe a marca de “aferição” e as inscrições 900 ml e 450 ml no vidro da câmara de medição. Foto: divulgação.

A propósito, por que o instrumento fornecia 450 ml ou 900 ml, e não 500 ml ou 1000 ml, ou seja, meio litro ou um litro? Provavelmente porque, quando o óleo era vendido já embalado em latas, estas tinham 900 ml, como ocorre até hoje!  E isso porque as primeiras máquinas usadas para fabricar e encher as latas eram importadas dos Estados Unidos e utilizavam o galão (gallon) como unidade de volume. O galão equivale a 3,785 litros. Então, como o volume mais próximo de um litro que a máquina permitia era um quarto de galão (946 ml),  esse valor acabou sendo arredondado para 900 ml. Virou padrão! Curiosamente, esse padrão permanece mesmo nas embalagens PET (polímero termoplástico), que embora possam ser fabricadas para conter um litro de óleo, mantém a tradição dos 900 ml, a comprovar que certos hábitos, quando incorporados à cultura, sobrevivem à tecnologia que os criou.

20 de Junho! Começou o Inverno!

19 de junho de 2020

Neste ano de 2020 o solstício de inverno no hemisfério sul ocorre, precisamente, às 18 horas e 44 minutos do dia 20 de junho!

Para quem não se lembra, em astronomia solstício é o momento em que o Sol, durante o seu movimento aparente ao redor da terra, atinge o ponto de maior latitude em um dos hemisférios (maior declinação, diriam os astrônomos). Os solstícios ocorrem duas vezes ao ano, em junho e dezembro. Agora, por exemplo, é solstício de inverno aqui no hemisfério sul, o que significa que teremos a noite mais longa do ano. Enquanto isso, no hemisfério norte, será solstício de verão, e eles terão o dia mais longo do ano. Em dezembro a situação se inverte: para nós será solstício de verão, enquanto para eles será solstício de inverno.

Na maior parte do território brasileiro as temperaturas não chegam a cair muito, a não ser nos lugares mais elevados (as serras), ou mais ao sul, onde as maiores latitudes influenciam o clima.

Mas o que é que a metrologia tem com isso? Bem, o próprio conceito de latitude tem a ver com metrologia. Latitude e longitude são coordenadas geográficas que permitem medir distâncias e localizar um ponto na superfície do planeta. Isso é feito com os chamados paralelos e meridianos. Aliás, foi medindo o comprimento de um meridiano que se chegou à primeira definição do metro!

Os meridianos são linhas imaginárias traçados de polo a polo, verticalmente ao equador. Marcam a longitude. O principal deles é o meridiano de Greenwich, que passa pela cidade do mesmo nome na Inglaterra. É o marco inicial de longitude e dos fusos horários.  Os paralelos, como o nome diz, são linhas imaginárias traçadas paralelamente ao equador e que delimitam, entre outras coisas, as zonas tropicais e polares. Marcam a latitude.

Placa assinala o local, na Rodovia Anhanguera, em São Paulo, Capital, onde passa o Trópico de Capricórnio

Os trópicos são paralelos que delimitam as zonas tropicais e marcam o ponto mais ao norte, ou mais ao sul que o sol atinge durante os solstícios de verão e de inverno. O trópico de Capricórnio (23° 26’ 14” S) delimita a zona tropical sul e passa, no Brasil, sobre o Estado de São Paulo (inclusive aqui na cidade de São Paulo) e também no norte do Paraná e sul do Mato Grosso do Sul. Por estarmos no solstício de inverno, o sol se encontra sobre o trópico de Câncer (23° 26″ 14′ N) e determina o início do verão no hemisfério norte.

Álcool gel: assepsia bem à mão.

9 de março de 2020

Nestes tempos de coronavírus (aquele que causa a doença COVID-19) tem-se falado muito sobre o uso do álcool etílico como agente antisséptico. Então, nós colhemos a oportunidade para tratar de três aspectos que têm a ver com metrologia e com avaliação da conformidade: o teor alcoólico, a quantidade de produto contido na embalagem e as características dela.

O teor alcoólico

O teor do álcool indica o percentual de etanol presente no produto. Para expressar o teor alcoólico usa-se o grau GL e o grau INPM. Nas bebidas alcoólicas é comum utilizar-se o grau GL (Gay Lussac). Ele expressa o percentual de álcool em relação ao volume da bebida. Assim, por exemplo, um litro de cachaça com 40° GL terá 400 mililitros de etanol (40% do volume de 1000 ml).

Já o grau INPM expressa esse percentual em massa (peso). A sigla INPM significa Instituto Nacional de Pesos e Medidas, órgão antecessor do Inmetro. O álcool utilizado em assepsia é uma mistura de etanol, também chamado de álcool etílico (CH3CH2OH) e água, e contém um desnaturante (benzoato de denatônio) que confere um gosto muito ruim ao produto, assim ninguém se anima a fazer caipirinha com ele. Um quilograma de álcool para assepsia  com 70° INPM terá 700 gramas de etanol.

Mas… não é tudo a mesma coisa?

Na verdade, não é não! Um litro de água a 20°C pesa um quilograma, mas um litro de etanol a 20°C pesa pouco menos de 800 gramas. Veja a diferença quando fazemos a conversão.

Para converter grau GL em grau INPM é só transformar o volume da água e do álcool, separadamente, em massa. Depois basta conferir o percentual de cada uma dessas substâncias em relação à massa total. Exemplo:

Em um litro (1000 ml) de álcool 70° GL, 70% é etanol (700 ml) e 30% é água (300 ml). Para converter em massa, primeiro multiplicamos 700 ml por 0,800 g/ml (que é a massa específica do etanol). Isso vai dar 560 gramas. Agora multiplicamos 300 ml de água por 1,000 g/ml (que é a massa específica da água), o que dá 300 gramas. A massa total da mistura é dada pela soma: 560 g + 300 g = 860 gramas. Assim, em relação à essa massa total (860 g), 560 gramas correspondem a um percentual de 65 % ou 65° INPM.

E porque o álcool 70° INPM é o mais recomendado para assepsia?

Álcool com concentração acima de 50° INPM até 70° INPM possui ótima proporção álcool/água para efeito germicida. No álcool 70° INPM essa relação é a ideal. Isso porque os micro-organismos absorvem o etanol de maneira mais eficiente quando diluído em água. Por isso, uma concentração muito superior de etanol, como o álcool 99,3° INPM (o chamado álcool absoluto), que aparentemente teria um efeito mais eficaz contra os germes, na verdade é menos eficaz, pois não é absorvido adequadamente e evapora muito rápido do local onde é aplicado.

A quantidade de álcool na embalagem

O álcool gel é um produto pré-medido, quer dizer, a quantidade contida na embalagem é determinada sem que o consumidor acompanhe a medição. É obrigatório que a embalagem apresente a informação da quantidade (em massa ou em volume). O Ipem-SP fiscaliza regularmente esse aspecto do produto.

As características de segurança da embalagem

A Portaria Inmetro nº 269/2008 estabelece uma série de requisitos que precisam ser obrigatoriamente observados pelos fabricantes de embalagem para álcool de modo a proteger o usuário quanto ao seu manuseio.

 

Astronomia e Metrologia

2 de dezembro de 2019

Mapa celeste do hemisfério sul – clique para ampliar

A astronomia é tida, por alguns, como a mais antiga das ciências, embora aqui no Almanaque a gente prefira atribuir essa distinção à metrologia. Mas deixando isso para lá, o que queremos mesmo é homenagear os astrônomos e a astronomia, essa ciência fascinante, e mostrar que até mesmo no “espaço sideral” a metrologia está presente.

A astronomia estuda o Universo (ou o Cosmo, se você preferir) e investiga a sua origem, formação e comportamento dos astros e todos os fenômenos que ocorrem ali. Ou seja, o objeto de estudo da astronomia não é nada modesto. Como toda ciência, a astronomia precisa realizar um sem número de medições, e para isso utiliza as unidades de base do SI e as suas derivadas. Porém, por conta das imensas distâncias com as quais a astronomia tem que lidar, ela utiliza algumas unidades especiais. São elas:

Unidade em uso com o SI

Nome: unidade astronômica
Plural do nome: unidades astronômicas
Símbolo: au
Equivalência: 1 au = 149 597 870 700 m (quase 150 milhões de km)
Definição: Distância média da terra ao sol (Valor adotado pela União Astronômica Internacional). Utiliza-se um valor médio porque, devido à forma elíptica da órbita da terra, a sua distância até o sol varia. Apenas a unidade astronômica é reconhecida pelo SI. Ela costuma ser utilizada para expressar distâncias dentro do Sistema Solar, ou entre astros considerados “próximos” uns dos outros, como as estrelas dos sistemas binários.

Unidades fora do SI

Nome: ano-luz
Plural do nome: anos-luz
Símbolo: ly (light-year)
Equivalência: 9 460 730 472 580,8 km ou cerca de 63 241 au
Definição: distância percorrida pela luz no vácuo num intervalo de tempo de 1 ano juliano (medida de tempo usada em astronomia que equivale a 365,25 dias de 86 400 segundos cada, ou 31 557 600 segundos no total). O ano-luz é utilizado para expressar grandes distâncias, e por ser uma medida mais intuitiva é a preferida por quem faz divulgação científica ou ficção.

Nome: parsec
plural do nome: parsecs
símbolo: pc
equivalência: 3,08568×1016 m ou 206 265 au (pouco mais de 3 ly).
Definição: distância de um objeto cuja paralaxe anual média vale um segundo de arco. O parserc é utilizado pelos astrônomos e cientistas em trabalhos científicos e acadêmicos. Ao contrário das outras duas unidades, o parsec precisa ser melhor explicado.

A palavra parsec foi formada pela contração das palavras inglesas paralax e second (paralaxe e segundo). Então, vamos começar por aí. O segundo (símbolo “), aqui, é medida de ângulo plano (não é o segundo de medir tempo). Paralaxe é o deslocamento aparente de um objeto em relação ao observador, quando o ponto de observação é alterado.

Quer um exemplo? Segure um lápis na vertical bem na frente do seu nariz, com o braço bem esticado. Agora feche o olho direito mantendo o esquerdo aberto e, em seguida, feche o olho esquerdo mantendo o direito aberto. Quando você olha com o olho direito, o lápis aparentemente se move para a esquerda em relação ao fundo, e vice-versa. Isso é paralaxe.

Representação esquemática, fora de escala, do parsec.

A Paralaxe anual é a diferença de posição de uma estrela quando vista a partir da Terra e a partir do Sol. Como não dá para observá-la do Sol, a estrela é observada da Terra em dois pontos distintos da sua órbita (por exemplo, em janeiro e junho), e o resultado é dividido por dois. O deslocamento aparente da estrela em relação ao fundo das estrelas distantes determina um ângulo que pode ser medido. Como a distância da Terra ao Sol é de 1 au, um cálculo trigonométrico simples define a distância da estrela. O parsec é, justamente, essa distância quando a paralaxe anual determina um ângulo de um segundo de arco.

A Bandeira brasileira e as suas medidas

18 de novembro de 2019

O Brasil adotou oficialmente a Bandeira Nacional da República em 19 de novembro de 1889, em substituição à bandeira do Império. Não, não é feriado. Por isso resolvemos homenagear a Bandeira aqui no blog, à nossa maneira. Mas não vamos contar a história da sua criação, ainda que seja muito interessante. É que existem sites na Internet que fazem isso. Aqui no Almanaque vamos abordar o aspecto metrológico deste símbolo pátrio. Acompanhe:

O Decreto n° 4 de 19 de novembro1889 diz o seguinte:

Art. 1º A bandeira adoptada pela Republica mantem a tradição das antigas côres nacionaes – verde e amarella – do seguinte modo: um losango amarello em campo verde, tendo no meio a esphera celeste azul, atravessada por uma zona branca, em sentido obliquo e descendente da esquerda para a direita, com a legenda – Ordem e Progresso – e ponteada por vinte e uma estrellas, entre as quaes as da constellação do Cruzeiro, dispostas da sua situação astronomica, quanto á distancia e o tamanho relativos, representando os vinte Estados da Republica e o Municipio Neutro; tudo segundo o modelo debuxado no annexo n. 1.

Mantivemos a ortografia da época. O modelo “debuxado” já não se encontra mais no anexo citado, que foi substituído pelas Leis subsequentes. Hoje a Bandeira Nacional é regulamentada pela Lei nº 5700 de 01/09/1971, alterada pela Lei nº 8.421 de 1992. Resumidamente, a parte que trata das dimensões diz o seguinte:

Tipos: Quando feita em tecido para uso oficial, são sete tipos: O tipo 1 é feito com um pano de 45 centímetros de largura. O tipo 2, dois panos, e assim por diante até o tipo 7, com sete panos de largura. Pode-se fabricar bandeiras em outras medidas, respeitadas as devidas proporções. Para calcular as dimensões, a largura que se pretende deve ser dividida em 14 (quatorze) partes iguais. Cada uma das partes é uma medida ou módulo. Assim:

clique na imagem para ampliar

O comprimento será de vinte módulos (20M).

A distância dos vértices do losango amarelo ao quadro externo será de um módulo e sete décimos (1,7M).

O círculo azul no meio do losango amarelo terá o raio de três módulos e meio (3,5M).

O centro dos arcos da faixa branca estará dois módulos (2M) à esquerda do ponto do encontro do prolongamento do diâmetro vertical do círculo com a base do quadro externo.

O raio do arco inferior da faixa branca será de oito módulos (8M); o raio do arco superior da faixa branca será de oito módulos e meio (8,5M).

A largura da faixa branca será de meio módulo (0,5M).

Com isso a Lei cria um sistema que garante a proporcionalidade das dimensões para qualquer tamanho de bandeira que se queira. Note-se que o formato adotado (7 x 10) parece não reproduzir nenhuma proporção particular. Se dividirmos 10 por 7 encontraremos o número 1,4285. Esse número não é a razão áurea (1,618) e nem é a proporção usada nos tamanhos de papel (√2=1,4142).

Um aspecto interessante é que nem o Decreto n° 4/1889, nem as Leis que regulamentam o assunto, especificam os tons das cores da bandeira. Então as cores verde, amarelo, azul e branco podem, em tese, ser de quaisquer tonalidades.

O Inmetro desenvolve um Programa de Análise da Qualidade de Produtos que analisou bandeiras existentes no mercado a ver se foram construídas  adequadamente. Confira aqui.

A Sequência Fibonacci

11 de novembro de 2019

Leonardo de Pisa, um matemático também conhecido como Fibonacci,  publicou em 1202 o seu famoso Liber Abaci (O Livro do Cálculo). Esse livro ajudou a introduzir e a difundir na Europa, nada mais, nada menos, do que os algarismos indo-arábicos e a notação posicional (na qual o valor de cada algarismo depende da sua posição relativa na composição do número) e, ainda, o uso do zero.

Tudo isso Fibonacci  aprendeu com os árabes quando viveu no Norte de África. É interessante notar que os algarismos arábicos só se popularizaram na Europa em meados do século XV. Ou seja, até recentemente (menos de 600 anos) os europeus ainda faziam cálculos utilizando algarismos romanos. Dá para imaginar? Esse fato, por si só, já justifica que se faça um post sobre Fibonacci neste blog especializado em metrologia.

clique para ampliar

A sequência Fibonacci é uma sucessão recursiva de números inteiros que começa por 0 e 1, e onde cada número subsequente é igual à soma dos dois números anteriores (0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89…). Ela foi utilizada na solução de um problema sobre reprodução de coelhos mencionada no Liber Abaci. Em vez de coelhos, preferimos representar o crescimento de uma árvore. Parece uma coisa singela, mas do ponto de vista matemático não é tão simples. Por exemplo, se construirmos quadrados com lados cujo tamanho respeite a sequência, o resultado será esse:

Assim como os números da sequência Fibonacci, a espiral desenhada a partir dos quadrados é recorrente na natureza, e pode ser identificada na disposição das pétalas de algumas flores, caracóis, nuvens de tempestade e até galáxias. Outro aspecto muito interessante da sequência Fibonacci é que, quando um número da sequência é dividido pelo número imediatamente anterior, a resultante se aproxima do número φ (pronuncia-se fi), a famosa constante algébrica conhecida como razão áurea, cujo valor arredondado é 1,618. Quanto maiores forem os números, mais o resultado se aproxima do número φ. No post sobre o Dia Mundial do Desenhista, que homenageia outro Leonardo genial, o Da Vinci, explicamos isso melhor. Confira.

Fotografia e Metrologia

19 de agosto de 2019

A palavra fotografia significa, literalmente, “desenhar com luz”. Fotografia, portanto, é a arte de registrar imagens capturando a luz que os objetos iluminados refletem, ou os luminosos emitem.

Para capturar a luz é preciso uma câmera fotográfica. A câmera é constituída, basicamente, por uma caixa escura dotada de um orifício por onde a luz entra, cuja abertura é controlada por um diafragma. Além disso, um obturador controla o tempo de exposição da película; uma objetiva contém as lentes; e uma película impregnada com emulsão de sais de prata sensível à luz (filme) registra a imagem.

Hoje as câmeras fotográficas digitais são extremamente sofisticadas, possuem objetivas complexas e utilizam sensores (CCD – Charge Coupled Device), em lugar do filme, para registrar a imagem. Contudo o diafragma, o obturador e a sensibilidade do filme (ou do sensor) ainda são os elementos fundamentais para fotografar.

Desenho esquemático de câmera fotográfica.

O diafragma

O diafragma é o dispositivo que regula o tamanho da abertura do orifício por onde a luz entra na câmera. Quanto maior a abertura, mais luz. Toda câmera, antiga ou moderna (inclusive de celular) tem diafragma. As várias aberturas possíveis são dadas pela escala de números F ou F-Stop (veja abaixo). O número F resulta da relação entre a área de abertura do diafragma e a distância focal da lente. Quanto menor o número F, maior a abertura. Área e distância: começamos a falar em metrologia.

O obturador

O obturador é responsável pelo tempo de exposição da película, ou do sensor, à luz. Em geral funciona como uma “cortina” que fica à frente do filme ou do sensor. O obturador deixa a luz passar por um tempo que pode ser controlado. Os fotógrafos chamam a isso de “velocidade de obturador”. Há câmeras cujo obturador permite regulagem de, por exemplo, 1/1000 s (um milésimo de segundo) até B (bulb) onde o obturador permanece aberto o tempo que o fotógrafo desejar. Medição de tempo é metrologia.

A sensibilidade do filme ou do sensor (ISO)

O filme convencional é classificado de acordo com o tamanho dos cristais de prata (brometo e iodeto) presentes na emulsão. Esses cristais tornam-se escuros quando expostos à luz. Quanto maior a exposição, mais intensamente escuros eles ficam. Por isso, quanto maior é o tamanho do cristal, mais sensível  é o filme. Cristais grandes possibilitam fotos com pouca luz, mas em contrapartida não permitem grandes ampliações, pois tendem a “granular” a foto. Os cristais pequenos, ao contrário, permitem melhor definição da imagem, mas precisam de mais luz.

A escala ISO/DIN (ou apenas ISO) possibilita a escolha do filme conforme a necessidade do fotógrafo. Os filmes rápidos (de alta sensibilidade à luz) são melhores para fotos em movimento (fotojornalismo, esportes etc.), enquanto os filmes lentos, de baixa sensibilidade, são os preferidos para cenas paradas (fotos de objeto, publicidade etc.). A escala ISO também vale para câmeras digitais. Nesse caso, a opção por um ISO maior na câmera faz com que o sensor capte mais luz, mas também mais “ruído” (o equivalente digital de “granulação”), enquanto uma escolha de ISO menor faz com que o sensor capte menos luz e pouco “ruído”.

E, finalmente, esses conceitos todos convergem para a mais pertinente medição realizada pela câmera: a medição da luz!

A quantidade de luz que chega até o filme (ou o sensor) é medida pelo fotômetro interno da câmera, que em geral opera pelo sistema “TTL” (through the lens). Ele mede a luz refletida pelos objetos que passa através das lentes da objetiva, e a relaciona com os parâmetros da câmera. Um indicador mostra a exposição ideal para aquela quantidade de luz. O ponto zero indica que a foto sairá bem iluminada. Se o ponteiro estiver à esquerda, a foto sairá subexposta (pouca luz), enquanto se o ponteiro estiver à direita a foto sairá superexposta (muita luz).

Exemplo de Indicador do fotômetro interno

Veja, abaixo, um resumo dos três parâmetros principiais da câmera fotográfica e os seus efeitos na foto.

foto-elements

clique para ampliar

Também é possível medir a luz com um fotômetro externo, que apresenta resultados em lux, unidade SI para medir a grandeza Iluminamento de uma superfície plana de um metro quadrado de área, sobre a qual incide perpendicularmente um fluxo luminoso de 1 lúmen uniformemente distribuído. A propósito, o lúmen, unidade SI para a grandeza fluxo luminoso, é definido em termos da grandeza de base do SI intensidade luminosa, cuja unidade SI é a candela. Saiba mais no post “Medindo Luz – candela e derivados”.

 

A conquista da Lua e a “prova metrológica”

19 de julho de 2019

O astronauta Buzz Aldrin instala equipamentos na Lua. Ao fundo, o módulo lunar da Apollo 11. (foto: NASA)

Em 20 de julho de 1969 o módulo espacial da missão “Apollo 11” pousou na Lua com dois astronautas a bordo. A tripulação completa era formada por três astronautas: Neil Aldem Armstrong, Edwin “Buzz” Aldrin Jr. e Michael Collins, mas apenas os dois primeiros pousaram na Lua, Collins permaneceu em órbita.

A nave Apollo 11 era formada por três partes: um módulo de comando, com lugar para três astronautas, que permaneceu em órbita e retornou à Terra após o fim da missão; um módulo de apoio com propulsão, energia elétrica, oxigênio e água; e um módulo lunar dividido em dois estágios, um usado para descer na Lua e um para subir de volta à órbita.

Armstrong, o comandante da missão, foi o primeiro a pisar na superfície lunar, num local chamado “Mare Tranquillitatis” (Mar da Tranquilidade). “Buzz” Aldrin (cujo apelido inspirou o nome do personagem “Buzz Lightyear” da animação “Toy Story”) desceu em seguida. Os astronautas passaram pouco mais de duas horas fora do módulo e coletaram 21,5 kg de rochas para trazer à Terra.

É interessante notar que, ainda hoje, há quem duvide desse estupendo feito norte-americano. Muita gente crê que tudo não passou de encenação criada por Hollywood para enganar o mundo.

Pois é aí que entra a “prova metrológica”. Quando os astronautas da Apollo 11 estiveram na Lua, lá deixaram um dispositivo capaz de refletir um feixe de laser exatamente de volta ao seu ponto de origem. Assim, qualquer observatório bem equipado poderia (e ainda pode) medir a distância entre a Terra e a Lua com grande precisão. Ou seja, alguém esteve realmente na Lua em 1969 e colocou o refletor, pois desde então muitos observatórios, mundo afora, têm utilizado esse dispositivo.

Dispositivo refletor de raios laser instalado na Lua em 1969. O dispositivo funciona até hoje. (foto: NASA)

E já que estamos no assunto, lembramos que a distância entre a Terra e a Lua varia em função da posição relativa dos dois corpos, pois a Lua percorre uma órbita elíptica. A distância média, contudo, é de 384.400 km. Assim, desde que se obtenha o tempo que o laser leva para ir e voltar, calcular a distância é simples.

Como exemplo, vamos supor um tempo de 2,48 s de ida e volta do laser, o que dará 1,24 s apenas para ir. Para a velocidade da luz adotamos o valor de 3,1 x 108 m/s , que convertido para km/s dará 3,1 x 105 km/s (310.000 km/s). Multiplicando 1,24 s por 310.000 teremos 384.400 km (é claro que forçamos o exemplo para obter a distância média da Terra à Lua).