Archive for the ‘Mediçôes Estranhas’ Category

Medindo a Camada de Ozônio

14 de setembro de 2016

ozonioarteA 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. Mas atenção! A figura acima é apenas uma brincadeira com a palavra e não representa a geometria da molécula de ozônio. Veja só:

ozonio-estruturaMesmo que as letras “Z” e “N” pudessem representar ligações químicas, a letra “I” ficaria sobrando, isso porque na molécula de ozônio o átomo central se liga a dois outros átomos por ligações covalentes dativas (coordenadas), como na figura à direita.

ozono-estruturaAgora, veja que coisa curiosa e provavelmente única: Em Portugal, onde OZÔNIO se diz OZONO, sem o fonema “i”, e onde, por consequência, não se usa a letra “i” para escrever a palavra, ela pode ser manipulada para assumir a mesma forma da geometria da molécula de “ozono”, como na figura à esquerda.

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.

aerossol

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. 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.

ozonosfera No 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 indica a correlação entre a altitude, em quilômetros, e 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 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 (no gráfico, a área com listras brancas).

Espectrofotômetro Dobson

Espectrofotômetro Dobson

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.

É preciso dizer que não há consenso, nem mesmo entre os cientistas, de que o CFC seja o causador do “buraco de ozônio”. Há quem defenda que a flutuação na concentração de ozônio na ozonosfera se deve a causas naturais. De todo modo, para que seja possível defender uma ou outra tese acerca desse fenômeno é fundamental medi-lo, e  para isso existe a metrologia.

 

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Medições estranhas: Gravimetria

16 de maio de 2012

Gravimetria é o conjunto de metodos, técnicas e instrumentos utilizados para quantificar e estudar os campos gravitacionais, principalmente o da Terra. As informações obtidas pela gravimetria são fundamentais para se conhecer melhor as dimensões, a forma e o estado de agregação de matéria no interior do nosso planeta. Até aqui tudo bem. O que pode haver de estranho em medir gravidade? Então, antes de continuarmos, dê uma olhada no vídeo abaixo.

(obtido em  www.youtube.com/user/geografismos )

O Geóide mostrado acima foi criado por computação gráfica a partir dos dados obtidos pelo satélite GOCE, da Agência Espacial Européia (ESA)!  Esse formato bizarro é fruto das medições do campo gravitacional da Terra. Se prestarmos atenção, nós veremos que o sul da Índia fica num verdadeiro “buraco gravitacional”. Em compensação, a Nova Zelândia fica sobre uma alta montanha!

O gravímetro é um instrumento muito sensível e muito preciso, adequado para detectar variações muito pequenas no valor da aceleração de gravidade. Essas variações são consequência da maior ou menor densidade dos materiais subterrâneos. Quando o valor de aceleração de gravidade num dado lugar é diferente do previsto, diz-se que ali existe uma anomalia gravimétrica, o que significa que as rochas subjacentes àquele lugar são mais densas que a média prevista para a região. Isso pode significar que se está sobre uma jazida de minério de ferro ou outro metal cuja massa específica é elevada. Por isso, a gravimetria é também muito útil para localizar e identificar jazidas minerais.


Medições estranhas: Viscosimetria

25 de abril de 2012

Viscosimetria, como o nome sugere, é a medição da viscosidade de um fluído.

A viscosidade está associada à resistência que o fluido oferece para deformar-se por cisalhamento. Cisalhar significa cortar! Tanto a palavra cisalha quanto a palavra francesa “ciseaux” e a inglesa “scissors” significam “tesoura”. Todas derivam do latim “cesarea” (tudo a ver com parto por cesariana!), que por sua vez vem do verbo latino caedere (pronuncia-se cedere) que significa cortar e, como você já percebeu, deu origem ao verbo ceder! Três vivas à etimologia!

As tesouras cortam pois suas pernas aplicam tensões tangenciais opostas no objeto que está sendo cortado. Por isso, em geologia, o termo cisalhamento é usado para identificar a rocha que foi deformada devido a tensões tangenciais. Viscosidade também pode ser definida como sendo o atrito interno nos fluídos causado por interações intermoleculares em função da temperatura.

Existem centenas de tipos e modelos de viscosímetros. Este é digital, para viscosidade dinâmica.

Para resumir, a viscosidade é a propriedade  física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento. Quanto mais viscoso o fluído, mais lento o seu escoamento. Ou seja, existem fluídos “finos” como a água e fluídos “grossos” como o mel, por exemplo. E existem fluídos tão “grossos” que nunca irão escoar, como é o caso intrigante e paradoxal do vidro à temperatura ambiente.

Quer dizer, então, que o vidro é um fluído mesmo quando está sólido? Há controvérsias, mas a explicação é um pouco longa e fica para outra vez.  Bem, não é difícil perceber que o fluído está associado aos três estados fundamentais da matéria, o sólido, o líquido e o gasoso, e que esses estados dependem da temperatura.

Então, para praticar a viscosimetria é preciso sempre referir-se à temperatura do fluído que se está medindo. Outra coisa importantíssima é definir o método de medição, que vai resultar no tipo de viscosidade. Se formos medir a viscosidade dinâmica ou absoluta usamos o Pascal segundo e seus múltiplos, e se  formos medir a viscosidade cinemática usamos o metro quadrado por segundo e seus submúltiplos.

Medições estranhas: Picnometria

2 de abril de 2012

Como tantas outras palavras do universo metrológico, picnometria também tem origem grega. É a junção do termo grego puknos (denso) com metron (medida). A picnometria é uma técnica laboratorial desenvolvida para determinar a densidade e a massa específica de líquidos utilizando-se um picnômetro, mas antes de abordá-la é importante lembrar alguns conceitos.

Densidade de um corpo é o quociente entre a massa e o volume desse corpo. A unidade SI para a densidade é o quilograma por metro cúbico (kg/m³), porém é mais comum utilizarmos os submúltiplos g/cm³ ou g/ml.

A definição de massa específica é idêntica à de densidade, porém nós só a usamos quando nos referimos às substâncias, e não a um objeto sólido qualquer, a menos que este seja homogênio e isotrópico (tenha massa distribuída igualmente ao longo de todo o volume). Por isso, para líquidos e gases homogênios, a densidade e massa específica podem ser sinônimos, pois nesses casos a isotropia está presente.

Como referência de densidade usa-se a massa específica da água, pois um litro de água pesa um quilograma à pressão ambiente e à temperatura de 25 °C, ou seja, o quociente é igual a 1kg/L ou 1g/cm³.

Voltando ao picnômetro, este consiste num recipiente fabricado com material adequado e que tenha o seu volume determinado com precisão. Para usar é fácil:  Basta pesar o picnômetro vazio, enche-lo com o produto a ser medido e depois pesá-lo cheio. Uma simples subtração dará o peso do produto. Como o volume já é conhecido, basta dividir o peso obtido (massa) pelo volume e pronto, achamos a densidade!

É claro que fazer isso num laboratório é bem mais complicado. É preciso calibrar o picnômetro com água, fazer várias medições, colocar o produto com cuidado, verificar a temperatura… Procedimentos laboratoriais exigem extremo cuidado e precisão. Na verdade, embora o nome soe muito estranho, em princípio a picnometria é mesmo muito simples…

Medições estranhas: Quilate

20 de março de 2012

Na verdade, o quilate não é nenhum estranho, mas a sua origem é bastante incomum. A palavra vem do grego κεράτιον (pronuncia-se cerátion) que significa semente de κέρας (pronuncia-se céras), uma árvore muito popular na Grécia, cujas vagens se parecem com chifres retorcidos (κέρας significa chifre).  O keration grego virou Qirat em Árabe e, atualmente, é Carat em inglês e francês, Carati em italiano e Quilate em português e espanhol. Essa mesma árvore, de nome científico Ceratonia siliqua, é a nossa famosa alfarrobeira!

A alfarrobeira é quase desconhecida por aqui (mas é famosa em Portugal). Ela dá uma vagem cujas sementes, depois de secas, eram utilizadas na antiguidade como unidade de medir ouro, diamantes e outras pedras preciosas! Acreditava-se (erroneamente) que as sementes não variavam de peso e, portanto, podiam ser usadas como padrão. Hoje, as sementes da alfarrobeira são usadas para fazer um produto que substitui o chocolate!!

Vagens secas, ainda ligadas à alfarrobeira

Os antigos romanos chamavam a alfarrobeira de siliqua graeca (vagem grega), e também a utilizavam para pesar ouro. Com o tempo, o nome siliqua passou a significar uma unidade de massa que equivalia a 1/6 do scrupulus e 1/24 do solidum, nome dado à moeda romana de ouro puro.

A siliqua tinha o peso aproximado de 0,19 gramas. Assim, quando modernamente se pretendeu estabelecer um valor em gramas para o quilate, bastou arredondar o valor da antiga siliqua para 0,2 gramas, ou 200 miligramas. O quilate persiste até hoje como unidade para pesar gemas e metais preciosos, embora seja aceito apenas temporariamente pelo Sistema Internacional de Unidades-SI. O quilate não tem símbolo.

A despeito do seu uso como unidade de massa, o quilate é mais conhecido como padrão de qualidade do ouro. O ouro puro é um metal mole. Para ser usado em joalheiria precisa ser ligado a um outro metal que lhe dê mais resistência. Como o solidum era uma moeda de ouro puro de 24 siliquae (quilates) passou-se a usar o quilate para significar a quantidade de ouro numa liga desse metal. O ouro 18 quilates, por exemplo, é composto por 18 partes de ouro puro e 6 partes de outro metal. Assim pode-se ter uma jóia de ouro 18 quilates (liga metálica com 75% de ouro) pesando, por exemplo, 50 quilates (10 gramas).

Medições estranhas: Batimetria

13 de março de 2012

Não, não se trata de um artefato usado pelo Batman. O “bat” de batimetria não é palavra da língua inglesa, mas vem do grego bathys, que significa profundo. Batimetria é o conjunto de técnicas, métodos e instrumentos destinados a medir a profundidade e a mapear o leito dos oceanos, lagos e rios.

Além dos geógrafos, geólogos e oceanógrafos, muitos outros profissionais têm interesse na batimetria, entre eles os marinheiros, pescadores e até caçadores de tesouros dos navios naufragados.

No passado a batimetria era muito limitada. Para medir profundidade eram utilizadas varas, ou então longas cordas nas quais se faziam nós a intervalos conhecidos como braças. Ou seja, um método bem pouco eficiente. Hoje temos a tecnologia do Sonar, “Sound Navigation and Ranging”, desenvolvida no começo do século passado para descobrir submarinos. Funciona assim: Um aparelho emissor de ultra-sons (ondas de alta frequência)  acoplado a um receptor de som, é colocado numa embarcação. O som emitido percorre a água, reflete no leito submerso (ou em algum corpo sólido), retorna e é captado pelo receptor. O receptor registra a variação de tempo entre a emissão e a recepção do som e calcula a distância entre a embarcação e o objeto.

ecobatímetro

Os batímetros permitem diferentes métodos de medição:

Topobatimetria: Usa-se um bastão apoiado no leito, com uma estação topográfica na margem colhendo os dados. É utilizado apenas em leitos rasos.

Ecobatimetria simples ou monofeixe: Usa de uma a duas freqüências sonoras ao longo de um perfil. O registro de posição é por GPS. Um software captura e análisa os dados.

Ecobatimetria multiplo ou multifeixe: Funciona como o monofeixe, só que usa toda uma faixa de frequências e atua por varredura, cobrindo uma determinada área. Por ser muito mais rápido que o monofeixe, é indicado para cobertura de grandes áreas.

Batímetro a laser: Tem o mesmo princípio do Sonar, porém usa a luz direcionada de um laser ao invés do som. Existem modelos aerotransportados usados em aviões para medir a topografia da superfície, e não apenas os leitos submersos.

Medições estranhas: Dendrometria

28 de fevereiro de 2012

Com a dendrometria iniciamos uma nova série de posts a que chamamos medições estranhas. A idéia é abordar aspectos da metrologia que,  por serem muito específicos ou muito técnicos, acabaram entrando para o rol dos assuntos misteriosos.

A palavra dendrometria vem do grego: dendro (árvore) + metria (medir). Significa literalmente medida de árvore e diz respeito aos métodos usados na medição das árvores sob vários aspectos.

A dendrometria começou com a necessidade de medir a quantidade de madeira para ser usada como lenha, que era cortada e empilhada na floresta. Com o tempo criou-se, na Europa, uma medida específica para essa medição, o estéreo (“sólido”, em grego) que equivale a um metro cúbico. O estéreo foi abandonado devido à imprecisão das medições. Desde 2009  não é mais utilizado legalmente no Brasil. Hoje o volume de madeira é expresso em metros cúbicos.

Lenha, antigamente medida e comercializada em "estéreo"

Outra medida importante é a altura das árvores, sobretudo num reflorestamento comercial. Utiliza-se para isso o dendrômetro hipsômetro de blume-leiss. Esse instrumento avalia a altura da árvore por cálculo geométrico. Ele possui um dispositivo óptico, uma espécie de mira, pela qual o profissional pode fazer as visadas. Outro instrumento que faz esse trabalho é o relascópio.  Sim, são nomes bem estranhos…

dendrômetro hipsômetro de Blume-leiss

Finalmente, outra medida interessante é a idade da árvore, obtida pela contagem de anéis de crescimento,  já que a cada ano dois novos anéis são acrescentados. Para isso utiliza-se um trado, uma espécie de verruma usada para perfurar o tronco até o seu centro e retirar um filete, evitando-se assim cortar a árvore para calcular a sua idade.