quinta-feira, 20 de outubro de 2016

Do laboratório para você

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Embora a Física, como disciplina escolar, não é muito popular entre os estudantes, os avanços e conquistas que por ela realizada transforma as nossas vidas ao longos dos séculos. Em particular, no século 20, com o advento da Física Quântica foi possível construir e desenvolver muitos dos dispositivos que temos em nosso cotidiano. Na coluna publicada em 20 de setembro de 2016 discutimos um pouco disso.

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Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
Publicada em 20 de setembro de 2016.



Do laboratório para você

As casas e as cidades em que vivemos hoje são muito diferentes daqueles de 100 ou 50 anos atrás. Nosso cotidiano está repleto de dispositivos e equipamentos que facilitam a vida: a revolução tecnológica que se iniciou no século 20 alterou de maneira profunda nossa forma de viver, começando pela hora de acordar. Alguém aí ainda usa um despertador à moda antiga, daqueles que soam tic-tac, tic-tac? Duvido.
Quase todo mundo opta pelos despertadores eletrônicos, em alguns casos, um rádio-relógio, e em muitos outros um smartphone programado para fazer um escândalo na hora marcada. Os telefones celulares atuais, aliás, já deixaram de ser telefones, no conceito original de seu inventor Graham Bell, há muito tempo. São, hoje, computadores com alta capacidade de processamento e armazenamento de dados, que permitem rodar inúmeros aplicativos e acessar a internet para gerenciamento de múltiplas tarefas, incluindo o armazenamento e troca de arquivos de textos, fotos, vídeos e áudio. Fazer ligações telefônicas está cada vez mais secundário – mas, para quem ainda o faz, a transmissão de voz é feita por meio de bandas digitais que operam na faixa de frequência das micro-ondas, similar à utilizada nos fornos que muitas pessoas têm na cozinha.
Ao sair de casa, seja com um automóvel ou utilizando o transporte público, também estamos em contato com diversos dispositivos eletrônicos: automóveis e demais veículos são máquinas com sofisticadas tecnologias. Os motores de a combustão, por exemplo, são máquinas térmicas que, a partir da explosão do combustível no interior da câmara dos pistões, convertem a energia térmica liberada pela queima do combustível em energia mecânica. Esse processo é atualmente controlado por microprocessadores semelhantes aos que temos nos computadores, o que torna o processo mais eficiente. Que o digam os automóveis flex, que podemos abastecer tanto com gasolina quanto com etanol. Um sensor detecta a mistura do combustível, ajustando o funcionamento do motor.
Mas a energia mecânica produzida pelo motor não é utilizada apenas para movimentar os veículos. Ela é, também, convertida em energia elétrica para abastecer a bateria, responsável por suprir de energia cerca de uma centena de dispositivos eletrônicos presentes nos carros atuais, incluindo principalmente os sensores que ajudam na condução do veículo. Controladores de velocidade, suspensão ativa, direção elétrica, limpadores de para-brisa, câmbio automático, rádio, vídeo, sensores de estacionamento e ultrapassagem, espelhos eletrocrômicos que controlam o reflexo da luz, entre outros, são cada vez mais comuns nesses meios de transporte.

(foto: Pixbay.com / Domínio Público)
No ambiente de trabalho, seja ele a linha de produção de uma fábrica, um escritório administrativo ou até mesmo o campo, temos contato com computadores, operando-os direta ou indiretamente. Escrevemos, desenhamos, calculamos e nos comunicamos por meio de computadores. Máquinas em linhas de montagem de automóveis, por exemplo, são sofisticados robôs que executam tarefas – de um aperto de parafuso até a pintura das peças de um carro – programadas previamente. Máquinas agrícolas que usam controladores eletrônicos, tanto para a colheita como para o plantio, são comuns na agricultura em larga escala.
E, mesmo ao voltar para casa após um dia cheio, a tecnologia não nos deixa sós. A televisão a que assistimos antes de dormir, um dos aparelhos mais presentes em todos os lares brasileiros, evoluiu muito desde sua invenção na década de 1920. Deixou de ser um grande tubo no qual eram produzidas imagens pouco definidas para se transformar nos modernos televisores com tela de LEDs (dispositivos emissores de luz) orgânicos que permitem imagens tridimensionais de altíssima definição e dispositivos especializados em gerar som de grande fidelidade. Quem não se deixa seduzir por imagens tão impressionantes? Sem falar que, hoje, boa parte das TVs já está conectada à internet, o que garante uma extraordinária variedade de conteúdo para ser acessado, inclusive com recursos interativos.

Das válvulas aos transístores

Os dispositivos eletrônicos começaram a ser construídos no início do século 20, com o desenvolvimento da válvula termiônica. Essa válvula, formada por um invólucro de vidro de alto vácuo e contendo vários elementos metálicos, tem como função controlar uma tensão através de um eletrodo, com ganho de amplificação, isto é, uma pequena tensão de entrada controla uma grande tensão de placa. Assim, como se fosse uma torneira, a válvula controla corrente e amplifica o sinal recebido.
Esse pequeno dispositivo fez uma grande diferença na tecnologia, pois permitiu o desenvolvimento do rádio, dos aparelhos de televisão e dos computadores. Foi utilizando as válvulas eletrônicas que se construiu, na década de 1940, o primeiro computador digital eletrônico, o ENIAC (de Electronic Numerical Integrator and Computer – computador integrador numérico eletrônico). Ele era utilizado para calcular trajetórias balísticas e representou um avanço enorme. Para se ter uma ideia, cálculos que demoravam 12 horas para serem feitos manualmente passaram a ser processados em apenas 30 segundos, com a ajuda de mais de 17 mil válvulas eletrônicas e a potência de 160 kW do ENIAC (equivalente a 40 chuveiros elétricos funcionando simultaneamente).

Mulheres operando o ENIAC, o primeiro computador digital eletrônico. (foto: Domínio Público)

Mas nossos computadores atuais não utilizam mais válvulas eletrônicas. Em dezembro de 1948, John Bardeen, Walter Houser Brattain e William Bradford Shockley, pesquisadores do Bell Labs (Estados Unidos), descobriram o feito transistor, que permitiu o desenvolvimento desse componente que foi o substituto das válvulas eletrônicas. Por essa descoberta eles foram laureados com o prêmio Nobel de Física de 1956.
Diferentemente do que acontece nas válvulas eletrônicas, nos transístores o controle da tensão é feito por materiais semicondutores que têm propriedades quânticas e a grande vantagem de poderem ser feitos de maneira compacta. Em 1958, foi construído o primeiro circuito integrado, com um transistor, três resistores e um capacitor, formando um sistema que podia transformar uma corrente contínua em alternada. Esse avanço permitiu, na década de 1970, construir os primeiros microprocessadores, que são o coração de todos os computadores.
A compreensão das propriedades fundamentais da matéria a partir do conhecimento dos fenômenos físicos envolvidos na escala atômica está no domínio da física quântica, que começou a ser desenvolvida no começo do século 20. Essa área da ciência é a principal responsável pelo grande desenvolvimento da eletrônica. Na medida em que a pesquisa básica foi avançando na compreensão dos processos quânticos que ocorrem nos materiais, novos dispositivos puderam ser criados.
Um exemplo disso foi a descoberta da magnetorresistência gigante pelos físicos Albert Fert, francês, e Peter Grünberg, alemão, no final da década de 1980. Nesse efeito, camadas com a espessura de alguns nanômetros de materiais ferromagnéticos, separados por um material não-magnético, se acoplam de maneira que, ao se aplicar um campo magnético, a resistência elétrica do dispositivo se altera significativamente. Esse dispositivo é aplicado nas cabeças leitoras dos discos rígidos de computadores e em muitos outros equipamentos, como o dispositivo de controle de estabilidade de alguns automóveis. Pela descoberta desse efeito, Fert e Grünberg ganharam o prêmio Nobel de Física de 2007.
Estamos muito acostumados com a tecnologia ao nosso redor, mas muitas vezes esquecemos que computadores, televisores, smartphones e outros aparelhos eletrônicos somente foram possíveis de serem inventados graças aos conhecimentos de física básica desenvolvidos ao longo do último século. Novos dispositivos que estão sendo lançados neste momento já possuem novas tecnologias decorrentes de novas descobertas da pesquisa básica feita em laboratórios de universidades e centros de pesquisa. Vale lembrar, portanto, que nosso conforto do dia-a-dia advém da ciência básica e, por isso, ela deve ser incentivada em todos os níveis. O leitor pode ter certeza de que o novo ‘brinquedo’ que estaremos usando em alguns anos vai começar – ou já começou – na bancada de algum laboratório no qual os cientistas procuram entender os segredos da matéria.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos


terça-feira, 18 de outubro de 2016

Física para Poetas

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Escrever e falar sobre Física e a Ciência em geral é sempre um grande desafio. Estimular as pessoas a se interessarem por assuntos que algumas vezes são tão áridos exige muita dedicação e criatividade. Há tempos invisto nisso não somente através de texto de divulgação, mas também utilizando outras estratégias como videocasts podcasts, instalações interativas entre outras. Contudo, uma particularmente interessante é "Física para Poetas", que são palestras e mini-cursos sobre temas de Física. Na coluna publicada em 08 de agosto no Ciência Hoje on-line explicamos um pouco dessa nossa iniciativa, que não é original, mas tem um jeito especial de como apresentar a Ciência.
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Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
Publicada em 08 de agosto de 2016


FÍSICA PARA POETAS


Falar sobre física para as pessoas que não estão acostumadas com ela é uma das atividades acadêmicas que mais gosto de fazer. Sabe por quê? Quando digo a alguém que sou físico, muitas vezes recebo respostas do tipo “como você pode gostar de algo tão chato?”; “a física é muito complicada e somente pessoas muito inteligentes podem gostar disso!”; ou, ainda, “eu nunca consegui aprender nada de física… odeio a física!” Isso sempre me incomodou. Afinal de contas, a física, como outras ciências, é uma criação humana capaz de nos ajudar a compreender melhor o mundo ao nosso redor.
O ensino da física na educação básica sempre foi um grande desafio. Nos últimos anos, muitos esforços foram feitos por educadores e físicos com objetivo de ensiná-la desde das séries iniciais do ensino fundamental, no contexto do ensino de ciências. Porém, como disciplina regular, a física aparece no ensino médio, quando se torna “um terror” para muitos estudantes.
Existem muitas pesquisas na área de ensino de ciências que tentam identificar quais são as principais dificuldades do ensino de física e das ciências em geral. Em particular, a queixa que sempre se detecta nos estudantes é que eles não conseguem compreender a linguagem matemática na qual, muitas vezes, os conceitos físicos são expressados. Outra questão importante é que os problemas físicos sejam apresentados fora de uma contextualização do cotidiano das pessoas, o que dificulta o seu aprendizado. Por fim, existe uma enorme carência de professores formados em física para ministrar as aulas da disciplina.
As pessoas que vão para o ensino superior e que não são da área de ciências exatas praticamente nunca mais têm contato com a física, da mesma maneira que os estudantes de física, engenharia e química poucas vezes voltam a ter contato com a literatura, a história e a sociologia, entre outras disciplinas. É triste notar que a especialização na formação dos indivíduos muitas vezes os deixa distantes de partes importantes da nossa cultura – e não tenha dúvida de que as ciências físicas e as humanidades fazem parte dessa cultura de que estamos falando.
Mas vamos pensar em soluções. Acredito que as atividades de divulgação científica podem ajudar a reaproximar as pessoas de áreas de conhecimento que lhe parecem distantes. Tudo depende da linguagem na qual são apresentadas.

 

Esforço de aproximação

Há alguns anos, ofereço um curso chamado “Física para poetas”. A ideia não é original – ao contrário, é muito utilizada em diversos países e aqui mesmo no Brasil. Seu objetivo é apresentar a física sem o uso da linguagem matemática e tentar mostrá-la próximo ao cotidiano das pessoas, tentando destacar a beleza dessa ciência. Em muitas universidades nos Estados Unidos e na Europa, existem disciplinas para os estudantes da área de ciências humanas com essa abordagem, inclusive com essa denominação.
Nos meus cursos, procuro fazer também uma aproximação com elementos culturais como poesia, música e arte, entre outros. O desafio é sempre mostrar que a física pode ser fascinante.
Alguns dos temas que trabalho em “Física para poetas” são inspirados nos artigos publicados nesta coluna, pois o exercício mensal de escrever para Ciência Hoje traz ideias interessantes. Por exemplo, “A busca pela compreensão cósmica” é uma das aulas, em que apresento a evolução dos modelos que temos do universo. Começando pelas visões místicas e mitológicas e chegando até as modernas teorias cosmológicas, falo sobre a busca por responder questões sobre a origem do universo e, consequentemente, a nossa origem. Esse caminho é muito importante para compreendermos o nosso lugar no mundo e na história. Destaco, principalmente, que esse conhecimento foi construído por diversos atores e questões como a própria escuridão da noite trazem respostas surpreendentes (veja a coluna “As escuras noites de inverno”).
Um tema que foi um dos primeiros a serem abordados na busca de uma compreensão mais profunda natureza, ainda pelos filósofos antigos, é o movimento. Aproveitando essa motivação, discuto, em “O enigma do movimento” (veja a coluna homônima), os movimentos cotidianos e planetários, bem como os conceitos de inércia e a teoria da relatividade de Einstein, na qual a música “O xote da navegação”, de Chico Buarque e Dominguinhos, apresenta conceitos de movimento relativo e de observadores que vão ao encontro das ideias da relatividade. Provavelmente, esses geniais artistas sequer pensaram nisso na composição da música.      
Na aula “Memórias de um carbono” (veja a coluna com o mesmo nome), faço uma narrativa de um átomo de carbono contando a sua história, em primeira pessoa, desde o seu nascimento, em uma distante estrela que morreu há bilhões de anos, até o momento em que sai pelo nariz de uma pessoa respirando. Temas como astronomia, biologia, evolução e química surgem ao longo dessa aula, bem como as músicas de Gilberto Gil “Atimo de pó” e “Estrela", além da poesia de Álvares de Azevedo “Psicologia de um vencido”. Esse tema também gerou uma instalação interativa que construímos com o mesmo nome, na qual se dramatiza toda essa viagem, e que foi exibida em diferentes eventos.


O módulo interativo "Memórias de um carbono"
conta a história de um átomo, desde o seu nascimento
em uma estrela distante até o momento em que sai
pelo nariz de uma pessoa. (foto cedida pelo autor)

Já na aula “Admirável e fascinante pequeno mundo”, discuto a origem dos constituintes da matéria, desde as ideias gregas até as modernas concepções da física quântica sobre os átomos. Gilberto Gil foi uma grande inspiração para esse tema, por meio de seu álbum Quanta, cujas músicas servem de ponte para entender os complexos mecanismos que regem as interações fundamentais da matéria (veja a coluna “Admirável pequeno mundo”).
Em “O tempo em nossas vidas”, apresento esse fascinante conceito que, na verdade, vai muito além da física: está presente em áreas como a filosofia, a biologia e a psicologia. Algumas músicas de Chico Buarque e Caetano Veloso, poesias de Vinicius de Moraes e Carlos Drummond de Andrade ajudaram nessa abordagem. Não faltou também “Tempo Rei”, de Gil.
Enfim, ao compartilhar com vocês alguns exemplos de minhas aulas, espero mostrar que o desafio de fazer com que a física se torne interessante para as pessoas não é fácil, mas, ao mesmo tempo, é muito estimulante. Apresentar conceitos científicos relacionando-os com as artes é uma alternativa interessante, pois a arte é, também, uma forma importante do conhecimento humano. Se as músicas e poesias inspiram as mentes e os corações, podemos mostrar que a ciência, em particular a física, também é algo inspirador e belo, capaz de criar certa poesia e encantar não somente aos físicos, mas a todos os poetas da natureza.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos


domingo, 16 de outubro de 2016

Edição de Aniversário - 10 anos publicando na Ciência Hoje on-line

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Em junho de 2016 completei 10 anos publicando no site Ciência Hoje On-line. Durante esse tempo tive a oportunidade de escrever 120 artigos de divulgação científica e tenho muito a agradecer aos meus editores ao longo de todos esses anos. Bernardo Esteves, Carla de Almeida, Thaís Fernandes, Catarina Chagas e outros jornalistas que ajudaram-me a evoluir a minha forma de escrever.
Com um pouco de atraso, segue o texto publicado no dia 09 de junho de 2016. Nele faço um pequeno relato de uma experiência que muito marcou a minha carreira como professor e divulgador da ciência.
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Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
Publicado em 09 de junho de 2016




Participar de eventos científicos é muito interessante para os cientistas – não somente pela oportunidade de apresentar as nossas pesquisas e aprender coisas novas, mas também pela chance de encontrar amigos e colegas de profissão. No hall do hotel, nos restaurantes ou mesmo naquele happy hour de final de dia, confraternizamos e trocamos ideias. Dessas conversas informais surgem muitos projetos de colaboração científica.
Trago um exemplo pessoal. Em maio de 2006, eu estava participando do Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, a maior reunião de físicos do Brasil, na cidade de São Lourenço, em Minas Gerais. No café da manhã do hotel, sentei-me junto ao professor Alberto Passos Guimarães, pesquisador do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, que trabalha em temas muito próximos do meu interesse, que é o magnetismo. Além de conversarmos sobre resultados interessantes apresentados no evento, falamos também sobre divulgação científica.
Relatei a ele minha proveitosa experiência em escrever colunas sobre ciência, em particular sobre física. Infelizmente, a página onde eu publicava meus textos deixara de operar no Brasil. Guimarães, membro da diretoria do Instituto Ciência Hoje e atualmente o seu presidente, sugeriu que eu procurasse a Ciência Hoje, que, na época, implementava em seu portal um espaço para colunas. Fiquei feliz com a ideia e entrei em contato com o editor, na época o jornalista Bernardo Esteves. Em junho de 2006, há exatos dez anos, estreava a coluna ‘Física sem mistério’.
De lá para cá, foram 120 artigos publicados, com periodicidade mensal, sem interrupção. Para mim foi, e continua sendo, uma oportunidade extraordinária de aprendizado. Afinal, todo mês coloco para mim o desafio de abordar um novo tema sobre física, astronomia ou até as conexões existentes entre outras ciências e essas áreas.

Do futebol aos astros

O texto de estreia foi publicado na época da Copa do Mundo da Alemanha. Havia uma grande expectativa em relação à seleção brasileira, campeã mundial, e aproveitei o tema para discutir o lance genial da falta batida pelo craque Ronaldinho Gaúcho na Copa de 2002 – a brincadeira foi imaginar como Aristóteles, Galileu, Newton e Einstein, a partir das suas teorias, descreveriam o lance. O futebol voltaria à coluna também para falar sobre viagens no tempo, em texto motivado pelo filme Barbosa, de Ana Azevedo e Jorge Furtado, e sobre esquemas táticos e a dinâmica de um sistema interagente com muitas partículas, em “Imponderável Futebol Clube”.
Além da paixão nacional, outros temas corriqueiros serviram de pontapé inicial ou mesmo de metáfora para abordar questões científicas complexas. No texto “Um romance da natureza”, comparo a evolução da física a uma narrativa ainda não completada, enquanto em “Um edifício milenar” uso a construção de um prédio como metáfora de como novas descobertas servem de alicerce para novas teorias. A estratégia me permite abordar temas cabeludos como a teoria da relatividade e a física quântica, temas, respectivamente, da recente coluna “Sinfonia para o universo” e da mais antiga “Cânticos quânticos”, inspirada na música de Gilberto Gil “Quanta”.
Agora, cá entre nós, um dos temas mais caros à coluna é a astronomia. Inspiradora e atraente para o público, esta é uma área da qual poderíamos falar sem parar – na tentativa de escolher um único exemplo, destaco o texto “O essencial é invisível aos olhos”, baseado no livro O pequeno príncipe, de Saint-Exupéry, no qual discuto a paixão pela ciência, em particular pela astronomia. Outra coluna de grande repercussão foi “A verdadeira influência dos astros”, na qual faço uma crítica à astrologia e defendo que a verdadeira influência dos astros sobre nós é sua beleza, que nos inspira a estudá-los, conhecê-los e, como diz o poeta, ouvi-los.

Aprendizado e retornos


Poderia ficar aqui relembrando cada uma das 120 colunas publicadas, mas vamos adiante. Nesses dez anos, vi, na prática, que divulgar ciência não é tarefa simples. É preciso usar uma linguagem acessível para o público não acadêmico, mas também é igualmente importante manter o rigor científico: do contrário, pode-se apostar que chegarão as críticas pela falha em um desses dois aspectos.
Embora não seja uma atividade valorizada por todos – ainda há acadêmicos que pensam que ela simplesmente não dá retorno –, a divulgação científica me trouxe, na última década, muitas recompensas pelo esforço empreendido. Um aspecto gratificante do trabalho foi ver que dezenas de artigos publicados aqui foram solicitados para reprodução em livros didáticos de disciplinas como física, química, geografia, português e ciências, para apoiar aulas de Ensino Fundamental e Educação de Jovens e Adultos. Eles também já foram utilizados em concursos públicos e vestibulares.
Rotineiramente, recebo muitas mensagens e comentários sobre os textos publicados, na sua grande maioria elogiando as colunas, ou com dúvidas sobre os assuntos abordados. Tento responder quase todos, pois considero que, se alguém que leu o texto se motivou a escrever para mim, seja qual for o motivo, vale a pena dar uma resposta.
Mas, em termos de recompensa, guardo uma história especialmente memorável. Ao final de uma disciplina que lecionei na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), solicitei aos alunos uma avaliação das aulas. Um deles, além de fazê-lo, mencionou que me conhecia justamente pela ‘Física sem mistério’. Ainda estudante de Ensino Médio, ele havia entrado em contato comigo perguntando sobre o curso de física, e afirmou que meus textos o incentivaram a procurar a graduação na UFSCar. Já durante o curso, ele procurara minha disciplina porque queria ter aulas com aquele que foi um dos inspiradores de sua vocação científica.
Esse, sem dúvida, foi um dos melhores retornos que tive de todo o meu trabalho acadêmico ao longo de mais de 20 anos de carreira.
Neste texto, em clima de festa, compartilhei parte de minha história de divulgador – além da coluna, mantenho outras atividades de divulgação científica no Laboratório Aberto de Interatividade da UFSCar. Espero que outros colegas se interessem também por fazer com que a ciência chegue ao público em geral. Neste período de tantas turbulências políticas, é fundamental que as pessoas percebam o quanto a ciência é importante para o nosso país. Mas, para isso, precisamos mostrá-la de maneira simples, instigante e clara – uma grande missão que só se torna factível quando compartilhada.
 
Adlson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

Voltando a Blogar

Depois de um longo tempo de muitas correrias, principalmente administrativas na vida acadêmica, volto a publicar os meus textos aqui no "Por dentro da Ciência".
Desde dezembro de 2004 tenho mantido o blog com a intenção de ser um espaço para a divulgação científica e troca de ideias sobre Ciência.  Espero que agora, com mais frequência, volte a publicar os textos científicos, principalmente aqueles que eu preparo para a Ciência Hoje.
Mas esperem novidades....