domingo, 28 de dezembro de 2014

Movimento e repouso

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
Publicada em 19 de dezembro de 2014


No dia a dia, nos deslocamos de casa para o trabalho, para a escola, para o supermercado, entre outros locais (e vice-versa). Isso é feito por meio de transporte coletivo, como ônibus e metrô, ou por meios individuais, como automóvel, bicicleta ou mesmo a pé. Nas grandes cidades, está cada vez mais difícil se deslocar devido aos grandes engarrafamentos. Há muito mais veículos que espaço nas ruas e avenidas. Ficamos mais tempo parados do que em movimento.
No ‘anda-e-para’ do trânsito pesado das grandes cidades, algumas vezes já tivemos a seguinte sensação: nosso veículo está parado, mas o que está ao lado começa a se movimentar, dando a sensação de que nos deslocamos para trás. Quem já esteve em uma grande rodoviária com os ônibus emparelhados também já percebeu isso mais nitidamente. O ônibus ao lado começa a se afastar, mas sentimos que é o nosso que está andando para frente.

Os grandes congestionamentos
Com o olhar um pouco mais atento, quando estamos em uma rodovia reta e plana a uma velocidade constante, a 100 km/h, por exemplo, praticamente não sentimos o movimento do carro. Ao olhar para fora, temos a impressão de que árvores, prédios e demais objetos que estão à margem da rodovia se deslocam no sentido contrário ao do nosso movimento.
Essas observações podem até parecer ingênuas. Afinal, temos certeza de que são os automóveis que se movimentam e não as árvores. Mas, de fato, do ponto de vista estrito da observação, é impossível distinguir quem de fato está em movimento uniforme (em velocidade constante) de quem está em repouso.
Outro fato mais presente e imperceptível para nós são os movimentos da Terra. A cada 23 horas e 56 minutos, a Terra completa uma rotação. Como ela tem cerca de 40 mil km de circunferência no Equador, isso significa que estamos nos movimentando a cerca de 1.700 km/h, ou seja, 40% mais rápido que a velocidade do som.
No caso do movimento de translação ao redor do Sol, que leva 365 dias, a velocidade é ainda mais impressionante: 107 mil km/h, quase 90 vezes a velocidade do som. Não sentimos essas velocidades impressionantes. Para nós a Terra está firme e imóvel. 


Princípio da inércia

Por tais motivos, o homem levou muitos séculos para compreender de fato o movimento. Os antigos filósofos gregos, como Aristóteles (384 a.C-322 a.C), imaginavam que só poderia haver movimento enquanto o objeto estivesse sob a ação de uma força. Para ele, o movimento é uma mudança de lugar e exige sempre uma causa. Sem a ação dessa causa, o movimento cessaria.
A resposta para essa questão talvez tenha levado à maior unificação que ocorreu em toda a ciência: a unificação do movimento com o repouso. A proposição dessa unificação foi feita por Galileu Galilei (1564-1642) e codificada por Isaac Newton (1642-1727) na sua primeira lei do movimento, o princípio da inércia, que pode ser enunciado da seguinte maneira: “Um corpo em repouso ou em movimento uniforme permanece no estado de repouso ou de movimento uniforme a menos que seja perturbado por forças.”
Por movimento uniforme, Newton queria dizer movimento em velocidade constante ao longo de certa direção. Estar em repouso seria apenas um caso especial de um movimento uniforme – é apenas movimento à velocidade zero.
Como é possível diferenciar movimento e repouso? A chave para a resposta a essa pergunta está em perceber que o estado de repouso ou de movimento de um corpo não tem qualquer significado absoluto.
O movimento é apenas definido em relação a um observador, que pode estar em movimento ou não. Se estivermos parados em uma via da rua e outro veículo nos ultrapassar a uma velocidade constante, o volante do nosso carro estará parado para nós, mas para o outro motorista está em movimento em relação a ele.
Existe algum observador que pode saber se está parado ou não? Para Aristóteles, sim; para Galileu e Newton, não. Se a Terra está em movimento e não percebemos, então os observadores em movimento constante não sentem qualquer efeito de seu movimento.
Assim, não podemos dizer se estamos em repouso ou não, e o movimento deve ser considerado puramente relativo. Portanto, quando nos referimos a movimento, devemos sempre esclarecer em relação a que o estamos fazendo. Uma pessoa no interior de um automóvel se move em relação à estrada, mas está em repouso em relação ao banco no qual está sentada.
Há uma ressalva importante a fazer quando nos referimos ao movimento da Terra. A ideia de movimento uniforme e repouso se refere a movimento ao longo de uma linha reta. A Terra, naturalmente, não se move em linha reta, mas os desvios são muito pequenos para ser sentidos diretamente. Se alterarmos o valor da velocidade ou a direção do movimento, podemos senti-lo. Às alterações da velocidade chamamos de aceleração, e essa grandeza pode ter um significado absoluto.


Rotação da Terra

Princípio da relatividade

Quando afirmamos que é a Terra que se move ao redor do Sol e não o contrário, é porque esse movimento só ocorre devido à ação da força da gravidade e, portanto, é acelerado. O movimento elíptico (mas praticamente circular) que a Terra descreve ao redor do Sol acontece em relação ao chamado centro de massa do sistema Sol-Terra. Como a massa do Sol é muito maior que a da Terra (333 mil vezes maior), o centro de massa fica no interior do Sol.
As percepções de Galileu e Newton foram um extraordinário triunfo intelectual. Para os outros, era evidente que o movimento e o repouso eram fenômenos completamente diferentes e facilmente distinguíveis, mas o princípio da inércia os unifica.
Para explicar a aparente diferença entre movimento e repouso, Galileu criou o ‘princípio da relatividade’. Nesse princípio, a distinção entre estar em movimento ou estar em repouso só faz sentido em relação a um observador, uma vez que diferentes observadores se movem de forma diferente; cada um deles distingue de modo diferente os objetos que se movem e os que estão em repouso.
Assim, o fato de cada observador fazer uma distinção se mantém, como deve ser. E o movimento ou o repouso de um corpo deixa, portanto, de ser um fenômeno que exija explicação. Aristóteles afirmava que, se um corpo se move, é porque existe uma força que atua sobre ele. Para Newton, se o movimento for uniforme, este continuará para sempre, não sendo necessária nenhuma força para explicar o fenômeno.
Os movimentos, tão simples e tão presentes em nosso cotidiano, trazem em si conceitos que são fundamentais para o entendimento da natureza. O princípio da relatividade de Galileu foi generalizado por Albert Einstein (1879-1955) na Teoria da Relatividade, que levou a mudanças fundamentais na compreensão da natureza do espaço e do tempo e, como consequência, na própria forma de entender o universo. Mas esse é tema para uma outra coluna.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

domingo, 21 de dezembro de 2014

Dez anos do "Por dentro da Ciência"





Exatamente em 21 de dezembro de 2004 em uma época de férias é que tive a iniciativa em  criar esse blog. Era algum ainda novo no Brasil, principalmente na área de divulgação científica que ainda estava engatinhando. A intenção foi de dar mais visibilidade aos textos de divulgação científica que publicava naquela época no site do AOL-Educação, que infelizmente fechou no Brasil em 2006. Depois disso publico hoje no site da Ciência Hoje on-line a coluna "Física sem mistério" que já completou mais de 100 textos. No blog já foram feitos 275 posts em 10 anos

Curiosamente, alguns dos textos mais acessados são os posts diretamente feitos aqui no blog. A postagem campeã é "O Sol não nasce no leste!" com mais de 84.000 visualizações e dezenas de comentários. Em segundo lugar vem "O sonho de Ícaro" com mais de 26.000 visualizações e em terceiro "Einstein ainda está correto: neutrinos não viajaram mais rápido que a luz" com cerca de 15.000 visualizações.

O texto "O Sol não nasce no leste!" chamo a atenção para uma questão que está há muito tempo enraizado em nosso cotidiano. A noção que os pontos cardeais são determinados pelo nascimento e pôr do Sol. Nesse texto abordo exatamente essa questão desmistificando-a e muitos comentários postados são de espanto sobre esse aspecto tão presente no nosso cotidiano, mas que infelizmente ainda é ensinado de maneira errônea.



"O sonho de Ícaro"  é um texto publicado em agosto de 2005 no qual discuto a questão do desejo da humanidade voar, lembrando da lenda grega sobre Ícaro e Dédalos. 



O texto "Einstein ainda está correto" fala sobre a verificação do erro na divulgação da observação de neutrinos mais rápido que a luz. A Teoria da Relatividade de Einstein ainda está correta.




Os dois textos que tiveram mais comentários e discussões foram  "Superpoderes humanos" (15.000 visualizações) e "Quem é doutor?" (8700 visualizações). O primeiro discuto a possibilidade física dos poderes dos super-heróis, que infelizmente, quase sempre violam as leis da Física. Muitos dos comentários são de aficcionados por esse tema são quase sempre discordando do meu ponto de vista. 



O texto "Quem é doutor?" também gerou muita polêmica entre os prós e contras de chamarem  de doutores advogados sem ter doutorado. Muitas teses e leis foram postados nos comentários, mas de fato a conclusão é que somente é doutor aquele que defendeu uma tese de doutorado.

Gostaria de agradecer a todos os visitantes do blog, tanto aqueles que apenas dão uma olhada rápida mas principalmente aqueles que resolveram colocar perguntas e questionar as minhas postagens. Embora nos últimos tempos tenho publicado pouco, devido as atribuições profissionais, mas recebo em média mais de  5.000 visitas por mês, totalizando nesses 10 anos  383.000 acessos e mais de 850 comentários.


segunda-feira, 8 de dezembro de 2014

Jornada Fantástica

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
Publicada em 21/11/2014


No final do século 15, navegadores europeus se aventuravam pelo Atlântico à procura de um novo caminho para o oriente. Essa empreitada possibilitaria grandes oportunidades de negócios e desenvolvimento econômico.
Além de encontrar nova rota marítima, descobriram também um ‘Novo Mundo’, com habitantes e hábitos diferentes dos que conheciam e com muito mais riquezas do que as que pretendiam trazer da Índia e China. O continente americano foi colonizado e se tornou um novo lar para muitos, inclusive para nós brasileiros, que em sua grande maioria tem origem em outras partes do mundo.


As viagens pela Terra há cinco séculos foram uma grande ousadia. No século 20, vencemos o desafio de deixar o planeta e alcançar o espaço, chegando à Lua, que está a aproximadamente 380 mil quilômetros de nós. Mas, considerando-se o Sistema Solar, essa viagem não passou de um mero passeio pelo nosso quintal. Isso foi há quase 50 anos e, depois, o homem não esteve mais lá pessoalmente.
Enviamos sondas espaciais para todos os planetas do Sistema Solar, asteroides e até cometas, como é o caso da sonda Rosetta, que permitiu que o módulo Philae fizesse um pouso inédito na superfície do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Ainda no século 21, talvez nos próximos 20 ou 30 anos, esperamos pisar em Marte. Já a visita a outros planetas do Sistema Solar é algo que ainda está mais distante.


Mas imaginar viagens a planetas que estão ao redor de outras estrelas, mesmo aquelas que estão a dezenas de anos-luz de nós, esbarra em obstáculos tecnológicos praticamente intransponíveis. Imagine então viajar para outras galáxias, que estão a milhões de anos-luz da Terra. Será eternamente impossível essa viagem?
Ela ainda é tecnologicamente inviável, mas talvez seja fisicamente possível. É essa a temática do filme Interestellar, do diretor Christopher Nolan, lançado recentemente. No filme, a humanidade, em um futuro não muito distante, vive uma época na qual as condições da Terra estão seriamente comprometidas. Surge então a oportunidade de se fazer uma viagem para outra galáxia em busca de um planeta habitável para garantir a sobrevivência de nossa espécie.
Para realizar essa jornada fantástica, os astronautas atravessam um estranho objeto chamado ‘buraco de minhoca’ (wormhole, em inglês). Essa entidade pode existir, como prevê a teoria da relatividade geral, de Albert Einstein, desenvolvida para explicar a força que domina o universo em grande escala: a gravidade. 


Atalho no espaço-tempo

O termo buraco de minhoca foi criado pelo físico norte-americano John Wheeler (1911-2008) para designar um ‘atalho’ através do espaço e do tempo. Um buraco de minhoca possui pelo menos duas ‘bocas’ conectadas a uma única ‘garganta’ ou ‘tubo’, que hipoteticamente permitiria que a matéria atravessasse esse ‘tubo’ e viajasse de uma ‘boca’ à outra.
O nome dado a essas estruturas vem da analogia com um verme que está na casca de uma fruta e pode pegar um atalho para o lado oposto da fruta por um caminho através do miolo, em vez de mover-se pela superfície. Da mesma forma, um viajante que atravessasse um buraco de minhoca pegaria um atalho para o lado oposto do universo por um túnel.
A teoria da relatividade geral descreve os efeitos da força da gravidade. A ideia básica dessa complexa teoria é que a presença de matéria ‘distorce’ o espaço e o tempo ao seu redor. Imagine que o espaço seja uma toalha esticada, apoiada pelas pontas. Ela fica esticada e plana se nada for colocado sobre ela. Mas um objeto com massa posto sobre ela afundará e curvará a lona. Qualquer objeto lançado sobre essa lona tenderá a ser atraído na direção da curvatura. Quanto maior a massa do objeto, maior a curvatura do espaço.
Ainda nesse contexto, Einstein mostrou que o espaço e o tempo estão interligados, formando um continuum espaço-tempo de quatro dimensões. Os buracos de minhoca ‘furam’ esse espaço quadrimensional, permitindo que grandes distâncias sejam interconectadas e que o próprio tempo passe de maneira diferente. Para compreender essa ideia, vamos novamente lançar mão de uma analogia, que, embora não seja precisa, ajuda a entender esse efeito.
Imagine uma folha de papel com dois pontos desenhados em suas extremidades. A distância que separa esses pontos é o tamanho da folha de papel. Mas, se dobrarmos a folha de forma que os dois pontos se toquem, a distância fica praticamente nula. Podemos visualizar isso facilmente na folha, pois é como se ela fosse um objeto bidimensional. No caso do buraco de minhoca, não apenas o espaço tridimensional é dobrado, mas também o próprio tempo.


Quanto mais intenso é o campo gravitacional, mais devagar o tempo passa. Esse efeito pode ser verificado aqui mesmo em nosso planeta. Os relógios atômicos dos satélites que formam a rede de GPS têm que ser corrigidos em função da distância que estão da Terra ao longo de suas órbitas, pois quando estão mais próximos da superfície a gravidade atrasa os relógios na ordem de 1 nanossegundo (1 bilionésimo de segundo).

Ficção e realidade

Em algumas passagens do filme Interestellar podemos ver vários desses efeitos (cuidado com spoilers a partir deste ponto do texto!). Os astronautas, ao descer em um planeta que estava muito próximo de um buraco negro (estrela com densidade tão alta que sua gravidade é intensa o suficiente para que nem a luz possa escapar dela) e ficar aí por cerca de uma hora, quando voltam para a nave espacial já se passaram aproximadamente 23 anos.
Um dos pontos mais polêmicos do filme, a meu ver, é quando o astronauta Cooper cai dentro do buraco negro. O primeiro efeito que ocorreria nesse caso é que ele se despedaçaria devido à intensa gravidade do buraco negro. A diferença de forças entre os pés e a cabeça do astronauta seria tão grande, que o partiria em muitos pedaços.
Desde o início do filme há indícios de que o buraco de minhoca em nosso Sistema Solar, ao redor de Saturno, foi uma criação artificial, ou seja, de alguma civilização muito avançada. Ao entrar no buraco negro, o astronauta Cooper pode entender os fenômenos que começaram a acontecer no quarto de sua filha.
Nesse lugar, artificialmente criado, ele pode ver simultaneamente diversos instantes do tempo, pois, como espaço e tempo são indistinguíveis, o tempo é apenas mais uma dimensão, como quando, ao observar uma direção (norte-sul), podemos ver o passado e o futuro. O mais surpreendente de tudo é que a própria humanidade, em um futuro muito distante, criou a estrutura dentro do buraco negro para, de alguma forma, nosso herói salvar a humanidade no passado.
Eventos complexos abordados no filme são, na maioria das vezes, especulações, que podem até ser fisicamente possíveis, como o próprio filme coloca, mas ainda não sabemos se de fato são por não compreendermos os efeitos quânticos da gravidade. A teoria da relatividade geral é incompatível com a física quântica na forma que a conhecemos e é fundamental para descrever o que acontece no interior de objetos exóticos como os buracos negros. A salvação da humanidade, segundo o filme, dependeu exatamente disso.
Na literatura ou no cinema, a ficção científica é um exercício de criatividade daqueles que a escrevem ou filmam. No caso de Interestellar, o diretor foi bastante feliz e obteve um resultado interessante. O foco principal do filme é sem dúvida a jornada realizada pelo astronauta Cooper, que foi muito além do tempo e do espaço. Mas, além disso, Cooper busca também encontrar-se com seus próprios sentimentos.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

sexta-feira, 14 de novembro de 2014

Uma nova luz em nossas vidas


Coluna Física sem mistério
Publicada em 24/10/2014

A luz é um dos fenômenos físicos mais interessantes da natureza. Aliás, só podemos observar a natureza a partir da luz. Conforme o tipo usado, vemos diferentes aspectos do mundo. Uma sala, por exemplo, se transforma perante nossos olhos quando a iluminamos com cores diferentes.
As sutilezas da estrutura da matéria, quando observada pelos raios X, ou as profundezas do cosmos analisado por ondas de rádio ou por diferentes radiações do espectro eletromagnético nos dão uma nova visão do universo. Vivemos banhados pela luz.
A luz viaja a cerca de 300.000 Km/s no vácuo, que é o limite de velocidade para tudo no universo. Ela pode se comportar como onda, ao se espalhar pelo ar, ou como partícula, quando é absorvida ou emitida por átomos. Sem dúvida, um objeto fascinante e intrigante. Qualquer um de nós, sobretudo na infância, já perguntou o que é a luz. Podemos prendê-la, guardá-la? Como podemos fazer luz? O que veríamos se andássemos junto com um raio de luz?
A luz é uma radiação eletromagnética que, dependendo da frequência (ou do comprimento de onda), interage com a matéria de diferentes modos. Por exemplo, a luz visível – que compreende radiações de uma pequena faixa do espectro eletromagnético, de 700 a 400 nanômetros (1 nm equivale a 1 bilionésimo do milímetro) – é a faixa na qual nossos olhos conseguem ver. Mas, com o uso de determinadas tecnologias, é possível ‘enxergar’ outras escalas na natureza (veja ‘Nas ondas do rádio’ e ‘Luzes e cores’).
A luz pode ser produzida de diversas formas. Por exemplo, todo corpo, quando aquecido, emite luz. Nosso corpo, que normalmente fica na temperatura de 36 ºC, emite luz na faixa do infravermelho (abaixo da cor vermelha), que é invisível aos nossos olhos, mas que podemos sentir pelo tato e por meio de sensores especiais (muitas câmeras digitais gravam no infravermelho).
À medida que aumentamos a temperatura de um objeto, ele começa a brilhar, primeiramente de forma avermelhada (como o carvão em brasa), depois amarelada, até chegar à cor azul, que representa alta temperatura, acima de milhares de graus.
O aquecimento dos corpos foi durante milênios o único modo de se produzir luz, principalmente a partir da combustão (fogo). Até meados do século 19, quando a lâmpada incandescente foi inventada, usava-se fogo para iluminar, na forma de tocha ou vela.

Incandescência e fluorescência

A lâmpada incandescente como produto comercial foi desenvolvida por Thomas Edison (1847-1931) em 1879, a partir de uma patente comprada de Henry Woodward e Matthew Evan. Edison adaptou o projeto de modo a viabilizar sua comercialização.
Inicialmente ele utilizou um filamento de carbono, que podia ser aquecido até cerca de 3.000 ºC; posteriormente usou um fio de tungstênio, metal com ponto de fusão muito alto. Também foram desenvolvidas técnicas de vácuo para melhorar o tempo de duração das lâmpadas.
Esse tipo de lâmpada é usado até hoje. Mas, devido à sua baixa eficiência em converter energia em luz (apenas 5% da energia elétrica é convertida em luz), essa invenção de quase 130 anos tem seus dias contados. Muitos países, inclusive o Brasil, têm restringido a fabricação e comercialização desse tipo de lâmpada.








A alternativa mais comum disponível atualmente é a lâmpada fluorescente, que, ao contrário das lâmpadas de filamento, é muito eficiente. Esse tipo de lâmpada possui um tubo de vidro no qual uma mistura gasosa, como argônio e vapor de mercúrio, emite luz ultravioleta quando uma descarga elétrica passa através dela.
Essa radiação é absorvida pelos materiais que revestem o tubo, como tungstato de magnésio ou silicato de zinco, que emitem luz visível com boa eficiência, dissipando menos calor para o ambiente. Por isso, uma lâmpada fluorescente com potência de 15 watts equivale a uma lâmpada incandescente de 75 ou 80 watts.






Diodos emissores de luz

Mas a grande revolução na produção de dispositivos emissores de luz teve início em meados da década de 1960, com a produção dos primeiros diodos emissores de luz – do inglês, Light Emission Diode (LED). Trata-se de dispositivos semicondutores que, submetidos a determinada voltagem, emitem luz por um processo conhecido por eletroluminescência.
Os primeiros dispositivos obtidos emitiam luz nas cores vermelha, verde e amarela. Só em 1990 foi possível construir um LED que emitia na faixa do azul, que, combinado com o verde e vermelho, pode produzir luz branca. Além disso, usando apenas o LED azul em um dispositivo revestido pelo elemento fósforo, este decompõe parte do azul em cores de maior comprimento de onda (vermelho e verde), criando o branco a partir da sua mistura.
Os materiais semicondutores que constituem os LEDs são usados na construção de quase todos os dispositivos eletrônicos que utilizamos. A grande vantagem desses materiais é que sua condutividade elétrica pode ser controlada a partir da introdução de outros elementos na liga formada pelos semicondutores. De modo simplificado, podemos dizer que, ao introduzir outro elemento, aumentamos (ou diminuímos) a quantidade de elétrons disponíveis para conduzir eletricidade no semicondutor.
No caso particular dos LEDs, temos a junção de dois tipos de semicondutores. Essa junção forma uma espécie de barreira de energia (conhecida como barreira de potencial) que os elétrons só podem ultrapassar se tiverem determinada quantidade de energia.
Contudo, devido à natureza quântica desse tipo de estrutura, os elétrons só dispõem de determinados níveis de energia discretos. Nos LEDs, a energia eletrostática que os portadores de carga perdem na passagem da interface entre os dois semicondutores se transforma em luz e corresponde à diferença entre dois níveis de energia no semicondutor. A relação que há entre a energia e a frequência do fóton emitido é dada pela equação de Planck E=hf, na qual h é a constante de Planck e f a frequência do fóton emitido.




Foi um grande desafio criar um LED que emite luz na cor azul, feito esse que valeu oNobel de Física de 2014 para os físicos Isamu Akasaki, da Universidade de Meijo e de Nagoia (Japão), Hiroshi Amano, também da Universidade de Nagoia, e Shuji Nakamura, da Universidade da Califórnia (Estados Unidos).
O material que eles obtiveram é conhecido como nitreto de gálio (GaN) e, quando dopado com alumínio e índio, emite luz na faixa do azul. O trabalho desenvolvido por esses cientistas teve o grande mérito de conseguir encontrar rotas específicas para fabricar o material.
Os LEDs que emitem luz branca estão cada vez mais presentes no nosso dia a dia. Muitos deles já são utilizados em luminárias e em automóveis, com a grande vantagem de ter eficiência e durabilidade muito maiores que as dos demais tipos de lâmpadas.
Dessa maneira, o prêmio Nobel de Física deste ano contemplou uma descoberta que já se transformou em tecnologia e permitirá uma revolução nos processos de geração de luz. Sem dúvida, desde a descoberta do fogo e da invenção da lâmpada incandescente, temos realmente uma grande revolução tecnológica, que lança uma nova luz em nossas vidas.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

domingo, 21 de setembro de 2014

Desenvolvimento científico, propostas eleitorais

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 19 de setembro de 2014

Como acontece a cada quatro anos, estamos novamente em período eleitoral, para escolher os governantes máximos do Brasil. Vamos eleger o presidente da República, senadores, governadores e deputados, e cada um deles, de acordo com a sigla partidária e suas convicções ideológicas, apresenta aos eleitores suas propostas de governo em diversas áreas de atuação do Estado.

As decisões tomadas pelos governantes, de uma forma ou de outra, influenciam nossa vida, de modo negativo ou positivo. Afinal, esse é justamente o principal objetivo da escolha dos representantes do povo em um Estado democrático.


A ciência, como atividade humana, sempre sofreu influência de decisões tomadas na esfera política. Desde épocas remotas, muitas atividades científicas foram incentivadas ou barradas a partir de decisões políticas, fazendo com que determinada área do conhecimento avançasse em dada direção e outras fossem desestimuladas.

Na Antiguidade, reis e imperadores mantinham perto de si astrônomos e astrólogos para que estes fizessem previsões dos movimentos dos corpos celestes, pois a crença na astrologia afirmava que era possível prever o futuro a partir da interpretação da posição dos planetas em relação às constelações, auxiliando nas suas decisões políticas.

Como de fato não há nenhuma correlação entre as configurações planetárias e a nossa vida cotidiana, com certeza muitos desses astrônomos e astrólogos não conseguiram se manter por muito tempo em seus cargos. Por outro lado, houve grande desenvolvimento nos modelos para compreender os movimentos celestes.

Revolução copernicana
Em particular, o desenvolvimento da física sempre esteve relacionado de certa forma com as necessidades econômicas e políticas. No início do século 17, a física começou a sofrer mudanças significativas devido à revolução copernicana, a partir da qual se passou a questionar se de fato a Terra estava no centro do universo. Esse questionamento teve repercussão não só científica, mas também política e social.

O desenvolvimento de teorias que tiravam o homem do centro do universo abalou muitos alicerces filosóficos da época, proporcionando o surgimento da ciência moderna. Além do próprio Nicolau Copérnico (1473-1543), que elaborou o modelo heliocêntrico (o Sol no centro), outros pensadores e cientistas da época que o defendiam sofreram perseguições, como Giordano Bruno (1548-1600), condenado à morte na fogueira, e Galileu Galilei (1564-1642), sentenciado a renegar suas ideias e a ficar em prisão domiciliar até a morte.

Por outro lado, ao buscar justificativas para o modelo heliocêntrico, Galileu aperfeiçoou a luneta, desenvolvendo um instrumento que logo se transformou em importante aliado da navegação e também dos exércitos, que com ele podiam enxergar de longe as tropas inimigas.

Na tentativa de entender o movimento dos corpos, Galileu demonstrou que, quando lançamos um objeto, ele descreve uma trajetória parabólica. Uma aplicação imediata disso foi a elaboração de tabela de ângulos para calcular com precisão os ângulos de lançamento de tiros de canhões, melhorando assim a qualidade da artilharia. Se havia restrições às concepções heliocêntricas, não houve no que diz respeito a suas aplicações em interesses mais diretos, como os militares.

Outro exemplo importante, e mais recente, é o desenvolvimento da tecnologia nuclear, que levou à construção de armas nucleares. A partir dos conhecimentos da física quântica, foi possível compreender as interações atômicas. A descoberta da fissão do núcleo atômico e de como realizar esse processo em cadeia (que leva à explosão nuclear) permitiu ao mesmo tempo o desenvolvimento da bomba atômica e o uso do átomo para a produção de energia e outras aplicações pacíficas.

Os cientistas que trabalharam no projeto Manhattan, muitos deles motivados pela perspectiva de a Alemanha nazista também estar construindo uma bomba atômica (o que, se acontecesse, seria decisivo no resultado final da guerra), talvez não imaginassem que o resultado de seu trabalho seria testado contra o Japão já praticamente derrotado no final da Segunda Guerra Mundial.

O Cern e a internet
Outras decisões políticas podem também implementar mudanças importantes no avanço da ciência. A corrida espacial entre estadunidenses e soviéticos levou à criação de tecnologias de exploração do espaço e ao mesmo tempo aumentou nosso conhecimento sobre essa área. Sondas espaciais e satélites dedicados à observação espacial em diferentes faixas do espectro eletromagnético permitiram que investigássemos profundamente o cosmos, ampliando nossa visão do universo.

O desenvolvimento de grandes projetos científicos passa justamente pela política científica que determinado governo pretende implementar. Afinal, desenvolver ciência de ponta implica a obtenção de novas tecnologias, o que, como consequência, leva à criação de emprego e renda.

A construção de uma grande instalação de pesquisa como o LHC – do inglês, Large Hadron Collider (Grande Colisor de Hádrons), o maior acelerador de partículas do mundo, que custou bilhões de dólares – gera milhares de empregos e permite a criação de novas empresas. As soluções tecnológicas encontradas em seu âmbito podem ser implementadas em outras esferas, fora dos laboratórios científicos.

Vale lembrar que foi na Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (Cern), em Genebra, onde fica o LHC, que surgiu a internet em 1990, quando o cientista da computação britânico Tim Berners-Lee desenvolveu um protocolo de transmissão de dados com o objetivo de compartilhar dados científicos entre pesquisadores. Hoje sabemos como essa inovação tecnológica se desenvolveu e modificou nossas vidas.

Projeto Sirius
Nesse momento de eleições no Brasil, pouco se fala de grandes projetos científicos para o país nas propostas apresentadas pelos candidatos. Mas há entre nós grandes empreendimentos em curso, como é o caso do projeto Sirius, que pretende desenvolver uma nova fonte de luz síncrotron, em substituição à atual, que opera no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas (SP).

As máquinas de luz síncrotron, que produzem radiação eletromagnética desde a faixa do ultravioleta até os raios X de altas energias, são utilizadas para desvendar a estrutura de materiais e podem ajudar no desenvolvimento de novos materiais e novos fármacos, entre outras aplicações importantes. O projeto, estimado em R$ 1,3 bilhão, deverá estar concluído até 2020.

Ciência e tecnologia são de fundamental importância para o país, pois não só ajudam a resolver problemas nacionais, como também são grandes instrumentos de desenvolvimento da sociedade, ao permitir que estejamos em pé de igualdade com nações mais avançadas. Por esse motivo devemos ter em mente que um país sem ciência é um país sem futuro.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos


sábado, 6 de setembro de 2014

Qual o nosso papel no universo?

Coluna Física sem Mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 15/08/2014


No inverno normalmente temos céu limpo e com poucas nuvens. Em noites sem Lua, milhares de estrelas se destacam, proporcionando uma bela visão se estivermos em um lugar onde a poluição luminosa não atrapalhe a observação noturna.
Qualquer um que já parou para olhar a Lua, as estrelas e os planetas se indagou sobre como pode existir toda essa beleza tão distante de nós. Qual seria o nosso papel nesse espetáculo? Seríamos apenas espectadores ou protagonistas? Qual o nosso lugar no universo?
Desde épocas remotas procuramos entender o sentido de nossa existência, e tentativas de respostas foram muitas vezes buscadas no céu. Povos primitivos e antigos imaginaram que ele era povoado por deuses e seres fantásticos que poderiam decidir o sentido e o destino de suas vidas. Encontraram entre as estrelas formas para representar seus sonhos, lendas e temores.
Os gregos antigos, por exemplo, acreditavam que as estrelas das constelações eram apenas pontos luminosos fixos que formavam desenhos de seus mitos. Os planetas eram corpos errantes (pois se moviam em relação às estrelas) e representavam seus principais deuses. Nesse contexto, os seres humanos estavam no centro de tudo.
A sensação de estar no centro do universo não era sem razão. Todo o céu parecia se mover ao redor do homem e de forma bastante periódica. A esfera celeste, onde estavam as constelações, fazia um movimento lento e contínuo, apresentando a mesma configuração a cada 365 dias aproximadamente. 
Os planetas se moviam de forma diferente. Mercúrio, o que se movimenta mais rapidamente, voltava à mesma posição a cada 88 dias, enquanto Saturno, a cada 29,5 anos. Além disso, não se percebia nenhuma sensação de movimento da Terra. Ela parecia sólida é imóvel.

O modelo heliocêntrico

A chamada visão antropocêntrica (o homem no centro do universo) perdurou por milhares de anos. Mesmo após o enfraquecimento da cultura helênica, o conceito persistiu na Idade Média, tanto do ponto de vista filosófico quanto religioso. Afinal, se Deus criou todas as coisas, Ele colocaria sua maior criação, o homem, no centro do universo. Além disso, vários trechos das escrituras bíblicas, segundo a interpretação teológica da época, iam ao encontro dessa ideia. 
Alguns filósofos e astrônomos antigos contestaram o princípio de que a Terra estava no centro do universo. Aristarco de Samos, por exemplo, por volta do século 3 a.C., propôs que o Sol e não a Terra estaria no centro. Embora a ideia fosse muito interessante, não alcançou repercussão. Talvez o principal argumento contrário fosse a não percepção do movimento da Terra. 
harmonia
 
Representação do universo de acordo com o sistema heliocêntrico no atlas ‘Harmonia macrocosmica’, elaborado pelo cartógrafo Andreas Cellarius (1596-1665) e publicado em 1660. (imagem: Wikimedia Commons)
Só em 1543, quando o astrônomo e matemático polonês Nicolau Copérnico publicou o livro De revolutionibus orbium coelestium (Das revoluções das esferas celestes), é que o modelo heliocêntrico (o Sol no centro do universo) ganhou novamente força. Com uma proposta ousada para época, Copérnico buscava uma descrição mais simples e precisa dos movimentos planetários. 
Desde a Antiguidade a compreensão do movimento dos planetas sempre foi um desafio, pois, diferentemente das estrelas, eles realizam trajetórias complexas, como laçadas, ou seja, em certos momentos passam a fazer um movimento retrógrado (voltando em relação à trajetória original). Para explicar isso, astrônomos antigos lançavam mão de mecanismos complexos, como os epiciclos. Ao colocar o Sol no centro, a previsão dos movimentos planetários se tornou mais simples e precisa.
A proposta de Copérnico também não foi aceita quando publicada, e seu livro logo entrou na lista de obras proibidas pela Inquisição. Mas suas ideias continuaram a ser defendidas e aperfeiçoadas por outros astrônomos e cientistas (ver as colunas A influência do olhar e O mensageiro das estrelas).


A expansão do universo 

Com a constatação de que a Terra não estava no centro do sistema solar, nossa visão do universo começou a mudar profundamente. No começo do século 20, com as primeiras medidas precisas das distâncias de algumas nebulosas, constatou-se que de fato elas não eram nuvens de poeira e gás, mas aglomerados com centenas de bilhões de estrelas distantes de nós milhões de anos-luz. Com a percepção de que nossa galáxia, a Via Láctea, é apenas uma entre as centenas de bilhões que existem, novamente percebemos que não ocupamos um lugar privilegiado no universo.
Ainda na primeira metade do século 20 foi possível também descobrir que essas galáxias, além de muito distantes, também se afastavam de nós a velocidades gigantescas. O astrônomo estadunidense Edwin Hubble (1889-1953) conseguiu criar uma técnica que permitia medir a distância entre as galáxias a partir da variação do brilho de um tipo particular de estrelas, as Variáveis Cefeidas, e com base na análise do espectro de emissão da galáxia pôde estimar também as velocidades com que se afastavam de nós. Ou seja, Hubble descobriu a expansão do universo.
A ideia da expansão do universo levou, na segunda metade do século 20, ao desenvolvimento da teoria do Big Bang, segundo a qual o universo teria surgido há cerca de 13,7 bilhões de anos. Vários indícios desse evento foram coletados ao longo das últimas décadas, mas ainda não é consenso de que o Big Bang foi de fato o início de tudo, embora tenhamos fortes evidências disso.
Constelação
A imagem, obtida pelo telescópio Hubble na constelação de Fornax em junho de 2014, inclui galáxias que surgiram logo após a ocorrência do Big Bang. (imagem: Nasa/ ESA)
Paralelamente, no final do século 20 e início do 21, constatou-se que as centenas de bilhões de estrelas que existem nas centenas de bilhões de galáxia representam apenas uma pequena parte de tudo o que existe no universo (algo em torno de 4%). O restante seria composto da chamada matéria e energia escura, que atua gravitacionalmente no universo, porém não é observada diretamente.
Além disso, com os avanços observacionais foram descobertos milhares de planetas extrassolares, compondo diferentes tipos de sistemas planetários. Devido às limitações das técnicas de observação, esses planetas são na maioria das vezes maiores que a Terra e estão muito próximos de suas estrelas, diferentemente do que acontece no sistema solar. Mas, nos próximos anos, com os novos telescópios e satélites de observação, deveremos encontrar mundos semelhantes ao nosso.

Há muito espaço lá fora

Diante desse quadro, qual será o nosso lugar no universo? Até onde sabemos, a Terra é o único lugar onde se desenvolveram formas de vida que tentam compreender o significado da sua própria existência e do universo, mesmo existindo como civilização há pouco mais de 10 mil anos. Isso, na escala da existência do universo, corresponde a apenas alguns segundos.
Talvez o surgimento de formas de vida como a nossa tenha sido um evento raro em um universo imenso como o conhecemos, pois são necessárias condições muito especiais para o seu aparecimento. Esse fato nos tornaria protagonistas importantes. 
Mas é possível haver milhares ou milhões de outros seres na imensidão do cosmo que, nesse momento, podem estar fazendo a mesma indagação. Afinal, há muito espaço lá fora.
O mais importante é que, ao longo de nossa história, desenvolvemos um modo particular de tentar entender nosso papel no grande teatro cósmico, seja por meio de nossas crenças e medos, seja pela investigação sistemática que a ciência propicia.
Somos apenas criaturas que tentam de alguma forma evoluir com seus erros e acertos. Mas também somos capazes de buscar respostas, que nunca serão definitivas, para nossas questões mais fundamentais. Para mim, esse talvez seja o nosso papel no universo.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

domingo, 27 de julho de 2014

Nas ondas do rádio

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
Publicada em 18/07/2014


I'd sit alone and watch your light
My only friend through teenage nights
And everything I had to know
I heard it on my radio
(Eu me sentaria sozinho e observaria sua luz
Meu único amigo pelas noites adolescentes
E tudo o que eu precisava saber
Eu escutava no meu rádio)
(Queen)

Todas as manhãs, quando saio de casa e entro no carro, a primeira coisa que faço é ligar o rádio. Ouvir música, notícias e partidas de futebol pelo rádio é um hábito que tenho desde a adolescência. Embora, quando nasci, a televisão já tivesse invadido a maioria dos lares brasileiros, o rádio sempre foi um bom companheiro.
Ele sempre teve presença marcante como meio de comunicação ágil e de fácil acesso. Devido à sua natureza de transmissão de sinais, as emissoras conseguem propagá-los por longas distâncias. Dependendo da frequência em que são transmitidos, os sinais podem ser captados a milhares de quilômetros.
Antigo rádio de pilha muito comum nas décadas de 1970 e 1980
As emissoras transmitem seus sinais por meio de ondas eletromagnéticas, que são oscilações em fase de campos elétricos e magnéticos. Tais ondas foram previstas teoricamente pelo físico britânico James Clerk Maxwell (1831-1879), que consolidou as leis do eletromagnetismo, mostrando inclusive, em 1879, que a luz era uma forma de onda eletromagnética. Em 1888, o físico alemão Heinrich Hertz (1857-1894) produziu ondas eletromagnéticas a partir de um oscilador, comprovando as ideias de Maxwell.
Em 1896, o físico italiano Guglielmo Marconi desenvolveu o primeiro sistema prático de transmissão de sinais sem fio, com base em trabalhos anteriores do engenheiro austríaco Nikola Tesla
Em 1896, o físico italiano Guglielmo Marconi (1874-1937) desenvolveu o primeiro sistema prático de transmissão de sinais sem fio, com base em trabalhos anteriores do engenheiro austríaco Nikola Tesla (1856-1943). Embora de fato Tesla tenha realizado experimentos demonstrando a transmissão de sinais por ondas eletromagnéticas antes de Marconi, coube a este último desenvolver o equipamento para aplicações práticas como as que conhecemos hoje. Marconi, juntamente com o físico alemão Karl Ferdinand Braun (1850-1918), foi agraciado com o Nobel de Física em 1909 por esses avanços na transmissão de sinais sem fio.

Marconi com equipamento similar a sua primeira transmissão de longa distância

As ondas eletromagnéticas usadas na transmissão de sinais, como as de rádio e TV, são uma pequena parte do chamado espectro eletromagnético. A luz visível, por exemplo, é uma onda eletromagnética de comprimento entre 400 a 700 nanômetros (1 nanômetro = 1 bilionésimo do milímetro) e tem frequência entre 400 e 750 THz (1 THz = 1012 hertz; 1 seguido de 12 zeros).

Já as ondas de rádio têm comprimentos de onda muito maiores (entre alguns metros e centenas de metros) e frequências mais baixas, da ordem de kHz a MHz (entre milhares e milhões de hertz). A luz visível pode ser captada por nossos olhos; já as ondas de rádio não podem ser vistas, pois, para perceber esse tipo de radiação, nossos olhos deveriam ter um tamanho da ordem de metros.


A radioastronomia

As ondas de rádio não são emitidas só pelas emissoras de rádio. As emissoras de televisão, as operadoras de celulares e até aparelhos individuais (como celulares) também trabalham nessa faixa de frequência. Contudo, há também fontes naturais que emitem na faixa das ondas de rádio, mas estas estão fora da Terra. A ciência que estuda tais fontes de emissão é a radioastronomia.
A radioastronomia teve início na década de 1930, quando o físico e engenheiro norte-americano Karl Jansky (1905-1950) trabalhava para os laboratórios Bell, nos Estados Unidos, e projetou uma antena em uma plataforma giratória para receber sinais na frequência de 20,5 MHz.


Essa antena detectou um sinal com uma variação de intensidade a cada 23h56 min, o período de rotação da Terra. Após quase um ano de investigação, Jansky identificou que essa fonte vinha de uma região da constelação de Sagitário, que é a direção do centro da Via Láctea. O centro da nossa galáxia, como o de quase todas as galáxias, é uma poderosa fonte de emissão de ondas de rádio.
Após essa descoberta, foi possível começar a observar o universo de um outro ponto de vista. Novos objetos puderam ser identificados, como pulsares (estrelas de nêutrons extremamente densas) e quasares (núcleos ativos de galáxias muito distantes). Também se observou que o próprio Sol e o planeta Júpiter são fontes de sinais desse tipo.

Radiotelescópio de Arecibo em Porto Rico

Indício do Big Bang

Talvez uma das mais importantes descobertas da radioastronomia tenha sido a radiação cósmica de fundo de micro-ondas, que é um remanescente da formação dos primeiros átomos, quando a radiação se desacoplou da matéria. Essa radiação foi descoberta há 50 anos pelos físicos norte-americanos Arno Penzias (1933-) e Robert Wilson (1936-), agraciados com o prêmio Nobel de Física em 1978.
Mas foi prevista inicialmente por Ralph Alpher (1921-2007), Robert Herman (1914-1997) e George Gamov (1904-1968), entre outros físicos, a partir de estimativas de que, se o universo fosse muito quente e denso há bilhões de anos, devido à sua expansão deveríamos ter hoje uma radiação residual que preencheria todo o cosmos equivalente a uma temperatura de aproximadamente 3 K (-270 ºC), correspondendo a uma radiação na faixa das micro-ondas. Essa radiação é um indício da ocorrência do Big Bang, que deu origem ao nosso universo.
Essa radiação está à nossa volta. Quando sintonizamos um aparelho de televisão em um canal que não transmite nenhuma estação, alguns dos chuviscos captados se devem a essa radiação. Curiosamente, podemos observar em nossas casas alguns indícios das possíveis cinzas do Big Bang.
Na década de 1990, o satélite COBE, da agência espacial norte-americana (Nasa), realizou medidas precisas dessa radiação e observou que ela não apresentava distribuição perfeitamente uniforme, conforme previa os modelos sobre o Big Bang. Mais recentemente, o telescópio BICEP2 observou flutuações na radiação de fundo cósmico associadas à propagação de ondas gravitacionais decorrentes do Big Bang. Mas esses resultados foram contestados e podem ter outra origem. Ainda serão necessários novos estudos para se ter alguma comprovação.

Distribuição da intensidade da radiação cósmica de fundo levantada pelo satélite COBE

As ondas de rádio transportam diferentes informações em nosso cotidiano, como imagens, sons, músicas, notícias e nos conectam com outras pessoas. Das profundezas do espaço, elas nos trazem informações de eventos cósmicos distantes, tanto no tempo como no espaço, ajudando a tentar decifrar a própria origem do universo. Poder observar a natureza com ‘outros olhos’ permitiu que enxergássemos além das estrelas. Sem dúvida, as ondas de rádio podem nos emocionar de diferentes maneiras.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

segunda-feira, 23 de junho de 2014

Imponderável Futebol Clube

Coluna Física sem Mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 20/06/2014

Estamos novamente em época de Copa do Mundo, o maior evento esportivo mundial, que ocorre a cada quatro anos – desta vez no Brasil. Apesar de todos os contratempos, como atrasos nas obras de infraestrutura e na construção de estádios, protestos, greves etc., a Copa começou e praticamente todas as pessoas ficam ligadas nos jogos.
Para nós, brasileiros, os maiores campeões das Copas e do futebol mundial (só não temos a medalha de ouro olímpica), há a grande expectativa do sexto título. Afinal, jogamos em casa, temos um time com grandes jogadores, que atuam nos melhores clubes do mundo (temos Neymar!), ganhamos a Copa das Confederações no ano passado, vencendo, na final, a Espanha, última campeã mundial.

Neymar no Jogo Brasil versus Croácia em 12 de junho de 2014

Contudo, o futebol talvez seja o esporte coletivo mais imprevisível que existe. No basquete, voleibol, handebol etc., dezenas de pontos são marcados em uma partida, e um time muito superior tecnicamente dificilmente perde para o mais fraco. No futebol nem sempre isso é verdade. Apenas uma pequena falha muda o resultado do jogo. Como costumava dizer o famoso jornalista e radialista esportivo Benjamim Wright, “o futebol é uma caixinha de surpresas”.
As Copas do Mundo são famosas por resultados inusitados. Para nós, brasileiros, o maior trauma foi perder a final da Copa de 1950, em pleno Maracanã, no jogo em que precisávamos apenas de um empate com o Uruguai. Em um lance, o jogador uruguaio Ghiggia calou 200 mil pessoas. Se fosse possível voltar no tempo, com certeza gostaríamos de mudar esse resultado (veja a coluna A Copa e as viagens no tempo).
Será que podemos tentar entender essa imponderabilidade do futebol? A física pode ajudar nisso?
Uma partida de futebol é o que chamamos de um problema complexo com múltiplas variáveis. Temos 22 jogadores (cada um com a sua própria vontade) distribuídos em dois times em um campo que não é exatamente do mesmo tamanho em todos os estádios. O Maracanã tem 110 m x 75 m ou 8.250 m2 (375 m2 por jogador).
Diferentes condições, como clima (na Copa do Mundo teremos partidas na fria Porto Alegre e na abafada Manaus), condicionamento físico dos atletas e, principalmente, habilidades técnicas e táticas de cada jogador, para citar apenas algumas, podem interferir no resultado de um jogo.
Dessa forma, tentar explicar o resultado de uma partida de futebol tentando equacionar todas essas variáveis parece algo impossível de resolver. Da mesma maneira, muitos problemas físicos são muito complexos para ser resolvidos de uma forma exata, mas podemos resolvê-los se fizermos abordagens diferentes, com algumas aproximações e simplificações.
Por exemplo, se quisermos compreender o comportamento de um gás em um determinado volume (como dentro de uma sala), dependendo da abordagem utilizada isso pode se transformar em um problema insolúvel. Em uma sala de 27 m3 de volume (3 m x 3 m x 3 m), temos cerca de 1026 moléculas (10 seguido de 26 zeros!). Se quisermos descrever o movimento de cada molécula individualmente, teremos 1026 equações de movimento acopladas. Esse é um problema impossível de ser resolvido do ponto de vista matemático.

Por outro lado, se, em vez de considerarmos o movimento de cada molécula, quisermos descrever propriedades que representam o comportamento como um todo, podemos obter informações importantes. Se descrevermos estatisticamente as colisões das moléculas nas paredes da sala, poderemos calcular a pressão, a temperatura e o volume do gás. Esse modelo é muito simplificado, mas permite calcular com boa precisão essas propriedades de um gás, que são de fato as relevantes para se determinar seu comportamento.
Não podemos tentar prever da mesma maneira o movimento de cada jogador em uma partida de futebol. Diferentemente das moléculas de um gás, cada jogador tem características diferentes e, principalmente, tem vontade própria para decidir cada movimento que fará no jogo. Mas podemos tentar compreender o comportamento coletivo dos jogadores e a forma de cada um se posicionar durante a partida em função do esquema tático proposto pelo técnico.
Como seria muita pretensão minha tentar descrever o comportamento dos jogadores em uma partida de futebol da mesma maneira que é possível fazer com um gás, como todo torcedor que acha que entende de futebol, vou apenas dar alguns palpites, apontar algumas variáveis que talvez sejam as mais relevantes.

Esquemas táticos e lances mágicos

Normalmente os técnicos de futebol apontam que o fator campo é determinante para a vitória do time. Campos maiores tendem a favorecer times que atacam muito, pois há mais espaço para a movimentação dos jogadores; campos menores favorecem times que jogam com postura mais defensiva, pois há menos espaço para a movimentação da bola. A torcida predominante de um time costuma incentivar mais os jogadores, e estes se empenham mais. Mas, se não estiverem jogando bem, a torcida maior pode vaiar e atrapalhar o time.
O futebol, por ser um jogo coletivo, faz com que os técnicos posicionem os jogadores com diferentes esquemas táticos, representados por números como 4-4-2 (quatro defensores, quatro meio-campistas e dois atacantes), 3-5-2 (três defensores, cinco meio-campistas e dois atacantes) ou o esquema da moda, 4-3-2-1 (quatro defensores, três meio-campistas, dois meias-atacantes e um centroavante).
Cada esquema funciona ou não dependendo de cada jogador que vai ocupar ou não a posição. Times com muitos atacantes nem sempre ganham as partidas. Ao contrário, geralmente perdem, porque, para se ganhar um jogo, é necessário não apenas fazer gols, mas também não tomar gols.
Da mesma forma que um gás em uma sala, se o time estiver espalhado por todo o campo, ficando os jogadores muito distantes uns dos outros, haverá poucas interações entre eles, dificultando as trocas de bolas. Quando o time faz pressão na marcação, ou seja, os jogadores se aproximam muito dos adversários, normalmente consegue tomar posse da bola e atacar. Como em um gás, quando aumentamos a pressão, as moléculas vão para determinada direção. No futebol, essa direção é a meta do adversário.
Mas, se aumentarmos muito a pressão, pode ocorrer um vazamento, fazendo com que o gás escape do recipiente em que se encontra. Na partida de futebol, se todo o time estiver pressionando o adversário, um deles pode escapar e ir na direção oposta, surpreendendo o time que está pressionando. É o famoso contra-ataque. Uma arrancada de um jogador, driblando todo um time, como a que redundou no antológico gol de Maradona contra a Inglaterra na Copa de 1986, é um exemplo disso.



Outro exemplo de jogada que pode ser decisiva em um jogo são os lances de bola parada. Um escanteio, uma falta ou um pênalti são lances que costumam ser muito perigosos no futebol. É nesses momentos, em que os jogadores se posicionam normalmente em uma jogada ensaiada ou chutam a bola diretamente para a meta, que ocorrem grandes chances de gol. Nesse caso, tenta-se colocar a bola com precisão, esperando que ela interaja o menos possível, pois qualquer toque pode desviá-la do alvo.
O futebol é um esporte maravilhoso e emocionante. Em frações de segundo, decisões que sequer são raciocinadas produzem lances mágicos e memoráveis. Gênios do futebol como Pelé, Garrincha e Maradona, entre muitos outros, produziram em Copas do Mundo momentos inesquecíveis do futebol. Esperamos que essa Copa no Brasil também nos deixe na memória lances que contaremos para as futuras gerações, principalmente se forem da nossa seleção.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

quinta-feira, 5 de junho de 2014

A difícil e prazerosa missão de comunicar ciência

Coluna Física sem mistério

Ciência Hoje on-line

Publicada em 16/05/2014



A linguagem é uma das maiores criações da humanidade. O fato de podermos nos expressar e transmitir nossos pensamentos, temores e ideias é sem dúvida um dos principais motores para o desenvolvimento da nossa civilização.
Nas eras mais primitivas da humanidade, as situações do cotidiano (caçadas, colheitas etc) e os eventos astronômicos (como eclipses e estrelas cadentes), por exemplo, eram registrados em cavernas na forma de pinturas rupestres. Era uma maneira de deixar gravados fatos importantes para que outras pessoas pudessem conhecê-los. A tradição oral, ou seja, a preservação de histórias, lendas, usos e costumes por meio da fala, também era uma forma de passar conhecimentos.
Com a invenção da escrita, por volta do ano 4.000 a.C. na Mesopotâmia, região onde atualmente se encontra o Iraque, os saberes puderam ser mais bem registrados. O advento da imprensa no século 15 fez aumentar a produção de livros, o que levou à popularização de várias obras e à maior disseminação do conhecimento.
Nessa mesma época, apareceram também os jornais, veiculando notícias periodicamente. A fotografia e o cinema surgiram no século 19 como novas formas de nos expressarmos e comunicarmos.
Finalmente, com a invenção do rádio e da televisão, no começo do século 20, e com a criação da internet, nos anos 1980, o conhecimento assumiu um papel central na nossa sociedade. Nunca antes ele esteve tão acessível.
Contudo, comunicar e ser entendido nem sempre é fácil. A linguagem a ser utilizada para cada público ou audiência deve ser diferenciada. Em particular, falar sobre ciência, principalmente para um público que não é da área científica, é um empreendimento maior ainda. Além de ser necessário muitas vezes transmitir ideias complexas, nem sempre as pessoas entendem como a própria ciência funciona.



Recriação do conhecimento

Para falar sobre ciência para o público em geral, é preciso também recriar o conhecimento, pois, quando este é formatado dentro de determinada área, utiliza-se uma linguagem própria. Por exemplo, a física usa a matemática para expressar seus conceitos. Dependendo do ramo da física, essa matemática pode ser tão complexa que apenas os especialistas que trabalham com o tema são capazes de entender.
Uma das áreas da física em que talvez seja mais difícil fazer essa recriação do conhecimento é a física quântica, que começou a ser elaborada no início do século 20 por físicos como Albert Einstein, Neils Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, entre outros. A física quântica foi uma revolução científica, no sentido de que nossa visão da natureza teve que ser completamente reformulada para compreendermos os fenômenos que ocorrem na escala atômica.
Na física quântica, não somente foram criados novos conceitos, mas também foi preciso introduzir ferramentas matemáticas até então não usadas pelos físicos. Conceitos como a dualidade onda-partículaincertezas nos valores das grandezas físicastunelamento quântico, emaranhado quântico, entre outros, são alguns de difícil compreensão até os dias de hoje. Equações diferenciais, matrizes e vetores de muitas dimensões, funções de ondas, ‘bras’ e ‘kets’ (usados para representar os estados quânticos) são algumas das ferramentas matemáticas empregadas na física quântica.

Essa teoria física não apenas nos levou a compreender novos fenômenos, mas também nos permitiu aplicá-los de inúmeras maneiras. Os dispositivos eletrônicos, indispensáveis no nosso cotidiano, são construídos com base em fenômenos quânticos, como o efeito transistor, que possibilitou o desenvolvimento de dispositivo de mesmo nome, e a magnetorresistência gigante, responsável pela leitura de informações nos discos rígidos dos computadores.
Mas como então falar de algo tão complexo, e ao mesmo tempo tão presente no nosso cotidiano?

Aliadas da divulgação

Entre as alternativas que normalmente uso, estão a analogia e a metáfora, ou seja, o emprego de palavras ou expressões em sentido literal ou figurado que resulta em comparação explícita ou implícita. Mas é preciso ressaltar que toda comparação tem um limite de validade.
Para exemplificar essa estratégia, podemos usar uma explicação do conceito de dualidade onda-partícula, introduzido pela física quântica. Existem determinados experimentos nos quais um elétron, partícula fundamental com carga elétrica negativa, se comporta como se fosse uma onda.
Nos antigos televisores de tubo (atualmente eles são feitos de cristal líquido, plasma ou LED), um filamento emitia elétrons e estes eram acelerados por um campo elétrico até atingirem a tela da TV. Nessa situação, os elétrons se comportam como pequenas esferas carregadas individuais (eis uma analogia), atingindo diferentes pontos da tela com intensidades variadas para produzir a imagem.
Por outro lado, nos chamados microscópios eletrônicos usados para produzir imagens com grande aumento (de até cerca de 100 mil vezes), os elétrons são também emitidos por um filamento, mas, ao se chocarem com a superfície dos materiais, eles se comportam como uma onda. De fato, nessa situação, os elétrons ‘iluminam’ (eis uma metáfora) a superfície do material, permitindo a formação de uma imagem.
Portanto, na física quântica, o elétron pode ser uma onda ou uma partícula, dependendo da forma como está agindo. Na verdade, ele não é uma coisa nem outra, mas apenas podemos imaginá-lo se ora o considerarmos onda, ora partícula.
Explicar a ciência para o grande público é um grande desafio, mas é também uma tarefa de grande prazer. Cada vez que eu recebo uma mensagem de algum leitor desta coluna dizendo que aprendeu um novo conceito, ou começou a apreciar a física, a astronomia, a química, entre outras áreas, eu sempre me emociono. Por meio dessa interação, tenho a esperança de aproximar cada vez mais a ciência do público, para que ela seja apreciada como parte da nossa cultura.
Afinal, perceber que é possível compartilhar com as outras pessoas conhecimentos que me fascinam e também estimulá-las a refletir sobre eles não tem preço. Essa sem dúvida é a maior recompensa que eu recebo por fazer esta coluna mensalmente.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos