Category Archives: Física Clássica

Caça da Boeing que faria Brasil-Japão em 3h só será viável em 10 a 20 anos.

Caça da Boeing que faria Brasil-Japão em 3h só será viável em 10 a 20 anos.

Conceito do novo caça hipersônico, que poderá atingir 6.120 km/h (Divulgação)

Conceito do novo caça hipersônico, que poderá atingir 6.120 km/h (Divulgação)

A Boeing iniciou os estudos para o desenvolvimento de um novo caça hipersônico, capaz de voar a cinco vezes a velocidade do som, o equivalente a 6.120 km/h. O novo avião, no entanto, ainda deve demorar de 10 a 20 anos para se tornar viável, afirmou a Boeing em comunicado enviado ao blog Todos a Bordo. Caso realmente seja desenvolvido, o novo caça deverá ser o avião mais rápido já produzido na história da aviação.

Teoricamente conseguiria viajar entre São Paulo e Tóquio (Japão) em três horas. A fabricante norte-americana, no entanto, ainda não divulgou qual seria a autonomia de voo do avião em velocidade hipersônica nem se ele seria capaz de voar por três horas a essa velocidade.

O projeto do caça hipersônico foi apresentado no início do mês durante o fórum do Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica, realizado em Orlando, nos Estados Unidos. “Recentemente, desenvolvemos o design conceitual de uma aeronave de demonstração hipersônica. Uma versão operacional do conceito de aeronave poderia ser usada para inteligência, vigilância, reconhecimento e missões de ataque”, afirma a empresa.

A Boeing tem investido em novas tecnologias para desenvolver o caça hipersônico, especialmente em questões aerodinâmicas e no funcionamento dos motores para conseguir atingir velocidades cinco vezes maior que a do som. Na parte aerodinâmica, por exemplo, as principais mudança estão no desenho da fuselagem, das asas e da cauda do avião.

“Vemos a forma da fuselagem sendo projetada com ângulos de baixo impacto. As asas e as caudas terão bordas de ataque que avançarão em direção ao trecho traseiro do veículo em ângulos relativamente grandes. Ambas as características reduzem o arrasto aerodinâmico [resistência do ar]”, diz a empresa.

Motores inovadores

A Boeing também trabalha em um sistema de funcionamento dos motores chamado de ciclo combinado baseado em turbina (TBCC). O novo conceito abandona a propulsão baseada em foguete para utilizar motores scramjet, que permite funcionar em velocidades hipersônicas.

Com isso, no estágio inicial do voo, os motores usariam o sistema tradicional de turbinas. Após atingir a velocidade do som, o avião adotaria um sistema que trabalha com o ar a velocidades supersônicas dentro do motor do avião. Na desaceleração para o pouso, o caça voltaria a usar o sistema tradicional de turbinas.

A Boeing também trabalha em um sistema de funcionamento dos motores chamado de ciclo combinado baseado em turbina (TBCC). O novo conceito abandona a propulsão baseada em foguete para utilizar motores scramjet, que permite funcionar em velocidades hipersônicas.

Com isso, no estágio inicial do voo, os motores usariam o sistema tradicional de turbinas. Após atingir a velocidade do som, o avião adotaria um sistema que trabalha com o ar a velocidades supersônicas dentro do motor do avião. Na desaceleração para o pouso, o caça voltaria a usar o sistema tradicional de turbinas.

Ainda não há dinheiro disponível.

Uma imagem divulgada pela própria Boeing mostra como deverá ser o novo avião. No entanto, apesar dos avanços nas pesquisas, ainda não há recursos disponíveis dentro da empresa para a criação do caça hipersônico. A empresa ainda estuda novas tecnologias que poderão ser agregadas ao projeto.

“Um demonstrador de avião hipersônico reutilizável não está sendo construído atualmente e não há planos concretos ou recursos alocados para fazê-lo, mas continuamos buscando mais oportunidades de pesquisa junto a agências parceiras a fim de avançar no design e nas tecnologias que darão origem a um eventual demonstrador de aeronave hipersônica reutilizável. Seria prematuro especular quando um veículo de voo hipersônico operacional poderá se uma tornar realidade, mas é justo dizer que poderia ser viável dentro de 10 a 20 anos”, diz a Boeing.

A Boeing já teve um avião experimental não-tripulado que superou em 5,1 vezes a velocidade do som (6.242 km/h). O X-51 Waverider foi lançado de um caça bombardeiro B-52 Stratofortress e voou a essa velocidade por 3,5 minutos antes de cair no mar já sem combustível.

Como seria o mundo se a Terra fosse realmente plana, segundo a ciência… – Veja mais

A Terra é redonda ou plana?

A Terra é redonda ou plana?

Conceito de uma Terra plana com o Polo Norte no centro e a Antártida nas periferias é defendido por alguns.

Essa pergunta pode parecer ridícula para muitas pessoas, e sua resposta, óbvia. Ou talvez não?

A teoria de que a Terra é plana ganhou adeptos nos últimos anos, com a primeira conferência de “terraplanistas” realizada no fim do ano passado nos Estados Unidos. Há inclusive celebridades de Hollywood que a defendem. E, apesar de haver muitas provas (gráficas e físicas) de que o nosso planeta é redondo, o debate ressurge com frequência.

Por isso, a fim de acabar com as especulações, o geofísico James Davis, da Universidade de Columbia, em Nova York, membro do Observatório Terrestre Lamont-Doherty, idealizou um cenário de como seria a Terra se ela fosse de fato plana, tendo como base pressupostos dos terraplanistas.

1. A gravidade

Quem acredita que a Terra tem a forma de um disco parte do pressuposto de que a gravidade exerceria sua força diretamente para baixo, mas não é assim que funciona esse fenômeno. Davis esclarece que, segundo o que sabemos sobre a força gravitacional, ela puxa tudo para o centro.

Então, quanto mais longe do centro do disco, mais a gravidade puxaria as coisas horizontalmente. Isso teria efeitos estranhos, como sugar toda a água do mundo para o centro do disco, e fazer com que árvores e outras plantas crescessem diagonalmente, já que elas se desenvolvem na direção oposta à da gravidade.

Caminhar também seria uma tarefa complicada, com uma força que nos empurraria rumo ao centro quando tentássemos chegar à borda do disco. Seria como subir uma encosta muito inclinada.

2. O Sistema Solar

O modelo de Sistema Solar que prevalece hoje situa o Sol no centro deste conjunto, onde a Terra circula ao redor da estrela – graças a uma órbita que nos aproxima e nos distancia desse astro de acordo com a época do ano.

Os terraplanistas colocam a Terra no centro do Universo, onde o Sol opera como uma lâmpada que irradia luz e calor de lado a outro do planeta, mas não falam de uma órbita.

Davis acredita que, sem essa órbita ou a força gravitacional do Sol, nada impediria que o planeta fosse expelido para fora do Sistema Solar.

Uma Terra plana teria outra incongruência. Se o Sol e a Lua circulam sobre o planeta, seria possível haver dias e noites, mas não as estações, eclipses e outros fenômenos astronômicos que dependem do formato esférico da Terra.

Além disso, o Sol teria que ser menor do que a Terra, caso contrário poderia nos queimar ou cair sobre nós. Davis destaca, no entanto, haver medições suficientes que mostram que o Sol tem 100 vezes o diâmetro da Terra.

3. Campo magnético

As leis da física que conhecemos hoje em dia estabelecem que o núcleo da Terra gera seu campo magnético.

Em um planeta plano, segundo os defensores desse modelo, esse campo não existe. Sendo assim, diz o especialista, não haveria uma atmosfera, o que faria com que o ar e os mares fossem parar no espaço. É o que ocorreu em Marte quando o planeta perdeu seu campo magnético.

4. Atividade tectônica

O movimento das placas tectônicas e os movimentos sísmicos são explicados apenas com uma Terra redonda. “Só em uma esfera as placas se encaixam de uma forma sensata”, diz Davis.

Os movimentos das placas de um lado da Terra afetam os movimentos no outro lado. As áreas da Terra que criam formações para cima da crosta terrestre, como a Cordilheira dos Andes, são contrabalanceadas por outras que formam depressões, como os vales.

Nada disso seria explicado adequadamente com uma Terra plana. Não seria possível entender por que existem montanhas ou terremotos.

Também teria de haver uma explicação para o que acontece com as placas na borda do mundo. Poderíamos imaginar que elas cairiam, mas os terraplanistas defendem que existe um “muro de gelo” na borda, criado pela Antártida, algo muito difícil de acreditar, opina Davis.

Para concluir, diz o especialista, se vivêssemos em uma Terra plana, não teríamos nenhuma dúvida disso, porque tudo seria muito diferente de como conhecemos hoje.

Cientistas confirmam um novo estado da matéria: os cristais do tempo

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, conseguiram fazer um modelo para reproduzir um novo tipo de matéria, os chamados cristais do tempo.

A existência desse novo estado foi proposta pelo Nobel de Física de 2012, Frank Wilczek. A ideia do cientista causou muito debate no meio científico e agora foi reafirmada com o modelo no artigo publicado no Physical Review Letters.

 Os diamantes (foto) têm a estrutura normal de cristais, diferente dos cristais do tempo

Cientistas confirmam um novo estado da matéria: os cristais do tempo

Com base no modelo, duas equipes independentes, uma da Universidade de Maryland e uma da Universidade de Harvard, criaram seus próprios cristais do tempo. Quando esses estudos forem avaliados e publicados, podemos ter a prova final de que os cristais do tempo existem.

“É um novo estado da matéria. Também é muito legal porque é um dos primeiro exemplos de matéria de não-equilíbrio”, diz Norman Yao, coordenador da pesquisa da Universidade da Califórnia e participante dos grupos de pesquisa das outras universidades.

Como é?

Teoricamente, quando um material está no estado de gasto zero energia, é impossível haver movimento. Mas Wilczek previu que no caso dos cristais do tempo isso seria diferente.

Os cristais normais têm uma estrutura atômica que se repete no espaço –como a estrutura de carbono de um diamante. Um rubi ou um diamante não se movem porque estão em equilíbrio quando estão parados, em seu estado zero.

Já os cristais do tempo têm uma estrutura que se repete tanto no espaço quanto no tempo. Eles seriam como uma gelatina. Quando você toca, ela treme. Só que nesse caso, ela não precisaria ser tocada para ficar tremendo. O estado de zero gasto de energia desse cristal é justamente ficar se movendo.

Assim, os cristais do tempo são uma nova forma de matéria, a matéria do não-equilíbrio, pois ela não consegue ficar parada.  “No último meio século, exploramos a matéria do equilíbrio, como metais e isolantes. Agora começamos a explorar uma paisagem totalmente nova da matéria do não-equilíbrio”, conclui Yao.

A existência deles pode trazer novos entendimentos sobre o mundo ao nosso redor e também de novas tecnologias como computação quântica.

Uma Breve História da (teoria da) Luz

Uma Breve História da (teoria da) Luz

Uma Breve História da (teoria da) Luz

A natureza desse fenômeno ao mesmo tempo tão cotidiano e tão misterioso

– a luz- responsável entre outras coisas pela visão, é tão complexa que somente nos últimos dois séculos obtivemos um modelo realmente preciso com bases experimentais acerca dela; o assunto levou mais tempo que a próxima Mecânica Clássica para ser finalmente desenvolvido satisfatoriamente, não obstante o próprio Newton ter se debruçado com esmero sobre ele (tendo inclusive publicado uma obra intitulada “Óptica” da qual muito se orgulhava) sem no entanto alcançar neste campo o mesmo resultado definitivo e completo que havia alcançado com o estudo do movimento dos corpos nos Principia. Logo no início do séc. XIX, em 1801 o físico Thomas Young havia confirmado que a luz realmente se comportava como uma onda, favorecendo assim a teoria ondulatória da luz a qual era rejeitada inclusive por Newton em favor da teoria corpuscular.

A teoria corpuscular da luz possui raízes antigas remontando à Demócrito na antiga Grécia, o qual supunha que tudo era composto de átomos (seu modelo nada tinha da sofisticação alcançada milênios depois por John Dalton, Rutherford, Bohr etc.

Mas tinha a essência do conceito: eram partículas pequeninas, indivisíveis e indestrutíveis), logo a luz também era composta por esses minúsculos grãos.
Pitágoras e Platão também adotaram esta teoria corpuscular imaginando raios de luz como feixes de partículas.

Antes que fosse confirmada a hipótese ondulatória também contava com célebres defensores. Sua origem parece remeter também à Grécia antiga: Aristóteles supôs que a luz provavelmente se comportava como o som (já era sabido na época que era um resultado de vibrações do ar).
Para tanto imaginou um meio que ela fizesse vibrar, pois imaginava-se que, à exemplo das ondas de água ou do som (ondas no ar) era necessário um MEIO no qual se causasse um distúrbio: não se imaginava que uma onda pudesse ser algo em si, independente de outra coisa . Aristóteles supôs então este meio e denominou-o “diáfano”. Esta ideia da luz como uma perturbação em um meio persistiu através de toda idade média e mesmo depois dela com a ideia de um “éter” permeando o espaço aparentemente vazio. Entre os adeptos modernos mais célebres da teoria ondulatória se encontravam Christian Huygens (para quem a luz era a vibração em um meio sutil que chamava “éter luminífero”) e Robert Hooke, o “arqui-inimigo” de Isaac Newton (o qual fez de tudo para apaga-lo da História, inclusive fazendo sumir o único retrato pintado de Hooks que existia). A experiência de Young ,conhecida com o “experimento das duas fendas” (onde um feixe luminoso passa por duas aberturas ou fendas) vaio a provar sem sombra de dúvida, pelo padrão de interferência obtido, que a luz era um fenômeno ondulante.

Maxwell, cerca de meio século depois deu outro passo importante ao postular a existência de ondas eletromagnéticas e descobrir que a luz, a mesma energia responsável pelo fenômeno da visão, é também uma onda de natureza eletromagnética deslocando-se à velocidade c = 300.10³Km/s.

A definição de Maxwell diz que “a luz é a energia que se propaga através de ondas eletromagnéticas”. Também supôs com acerto que possivelmente deviam haver várias frequências que não seriam passíveis de serem percebidas por nós, o que foi indubitavelmente demonstrado quando Heinrich Hertz finalmente produziu ondas na frequência de rádio em 1887. Depois disso, pouco mais de um século após Young fazer a luz atravessar duas fendas, Einstein venceu o Nobel de Física ao explicar o efeito fotoelétrico* e comprovar exatamente o contrário de Young e Maxwell: que a luz é, realmente, composta por feixes de fótons, que são bem como os átomos de Demócrito: grãozinhos bem pequenos de matéria. Ou seja, Einstein trouxe à baila novamente a teoria corpuscular da luz, a qual já havia sido descartada definitivamente (supunha-se).
Neste ponto, qualquer pessoa que não conheça ainda o final da estória deve, ou deveria estar pelo menos, um bocado confusa. Afinal a luz é onda ou é corpúsculo? Como é possível a experiência de um individuo provar uma coisa e outro ganhar um Nobel provando exatamente o contrário?
A resposta é mais estranha do que se imagina: de fato as duas contradições foram provadas, mas ambas as teorias estão certas.

A luz se comporta tanto de uma forma como de outra. Ela simplesmente não tem uma natureza definida. A isso os físicos denominaram tecnicamente “dualidade onda-partícula”, conceito que desde então ocupa posição extremamente relevante na teoria quântica.

A “dualidade onda-partícula” passou a ser estendida para todo o Universo físico desde que Louis de Broglie, um dos principais formuladores dos primórdios da física quântica, formulou a teoria das “ondas de matéria” e provou que não só os fótons, mas todas as partículas tem um comprimento de onda associado à elas.

Qual a mais alta temperatura possível?

Sabemos que existe uma temperatura mínima que um corpo pode atingir, o chamado zero absoluto (-273,15°C), em que suas partículas param de se movimentar e de emitir energia. Contudo, fica uma dúvida: será que existe uma temperatura máxima possível? Uma espécie de “calor absoluto”, tão quente que não teria como esquentar mais?

Para começo de conversa, a ideia de que uma temperatura é “alta” é relativa. No corpo humano, cuja temperatura média é de 37°C, uma febre de 42°C pode ser fatal. No Vale da Morte, deserto localizado no leste da Califórnia (EUA), foi registrada a temperatura atmosférica mais alta já atingida na Terra: 54°C.

Qual a mais alta temperatura possível?

Qual a mais alta temperatura possível?

Acha “quente”? Para se preparar uma xícara de café, recomenda-se usar água a 82°C, temperatura abaixo da ideal para se assar um bolo (100°C), por exemplo.

Fugindo do dia-a-dia, podemos encontrar temperaturas mais intimidadoras: lava que acabou de sair de um vulcão pode atingir cerca de 1090°C, o que não é nada perto do calor da superfície do sol (5,5 mil °C). Em comparação com seu núcleo, porém, a superfície do sol chega a ser “fria”: ele atinge 15 milhões °C.

Quando um objeto alcança temperaturas absurdas como a do centro do sol, libera uma imensa quantidade de energia. Se aquecêssemos a cabeça de um alfinete a essa temperatura, a energia emitida mataria qualquer um em um raio de 160 mil km. A temperaturas como essa, a matéria atinge seu quarto estado físico: o plasma, em que os elétrons começam a circular dispersos de seus núcleos.

Mais quente que o sol (literalmente)

O sol não está nem perto de ser o objeto mais quente do universo: o núcleo de uma estrela oito vezes maior que ele alcançaria a temperatura de 3 bilhões °C no momento de seu colapso.

Há uma estrela, chamada WR104, cuja massa é 25 vezes maior que a do sol. Quando ela “morrer”, irá emitir uma energia maior do que a que o sol será capaz de gerar durante toda a sua existência. Felizmente, a WR104 está bem longe, a cerca de 8 mil anos-luz da Terra.

Mesmo na Terra, aliás, já foram geradas temperaturas mais altas que a do sol: na Suécia, cientistas geraram temperaturas de 1 x 10¹⁸ °C usando colisores de partículas. As experiências foram seguras, contudo, porque envolviam poucas partículas e a temperatura permanecia tão alta apenas por uma fração de segundo.

Temperatura de Planck: o limite?

Qualquer objeto cuja temperatura esteja acima do zero absoluto emite algum tipo de radiação eletromagnética – para que a radiação emitida se torne visível ao olho humano, é preciso que a temperatura esteja acima do Ponto de Draper (525°C).

Há uma relação entre a temperatura de um corpo e o comprimento de onda da radiação emitida: quanto mais quente o objeto, menor o comprimento de onda (ou, se preferir, maior sua frequência).

Se um corpo atingisse a temperatura de 141 x 10³⁰ °C (a chamada Temperatura de Planck), a radiação emitida teria o menor comprimento de onda possível (161 x 10⁻²⁶ nanômetros), a Distância de Planck. De acordo com a física quântica, essa é a menor distância possível em nosso universo. Se aumentássemos a temperatura (e, com isso, diminuíssemos o comprimento de onda), não se sabe o que aconteceria.

Teoricamente, não há limite para a quantidade de energia que podemos adicionar a um corpo. Se ultrapassássemos a Temperatura de Planck, é possível que um buraco negro se formasse – um buraco negro formado a partir de energia, inclusive, tem um nome especial: Kugoblitz.

Para encerrar, uma pequena curiosidade física: embora o sol emita uma grande quantidade de energia, não é tanta, levando em conta sua massa total. Proporcionalmente, um ser humano emite mais calor do que o sol (lembre-se disso quando estiver com frio).

Teoria quântica vence Einstein mais uma vez em estudo holandês

Em um estudo de referência, cientistas da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, relataram ter feito um experimento que, segundo eles, comprova uma das asserções mais fundamentais da teoria quântica –de que objetos separados por uma grande distância podem afetar instantaneamente o comportamento um do outro.

A descoberta é mais um golpe para um dos princípios fundamentais da física clássica conhecido como “localidade”, que afirma que um objeto é influenciado diretamente apenas pelo seu entorno imediato.

Teoria quântica vence Einstein mais uma vez em estudo holandês

Teoria quântica vence Einstein mais uma vez em estudo holandês

O estudo de Delft, publicado na quarta-feira (21) na revista Nature, dá mais credibilidade a uma ideia que Albert Einstein rejeitou notoriamente. Ele dizia que a teoria quântica exigia uma “ação fantasmagórica à distância”, e ele se recusava a aceitar a noção de que o universo podia se comportar de uma forma tão estranha e aparentemente aleatória.

O novo experimento, realizado por um grupo liderado por Ronald Hanson, um físico do Instituto Kavli de Nanociência da universidade holandesa, em conjunto com cientistas da Espanha e Inglaterra, é a evidência mais forte para apoiar as asserções mais fundamentais da teoria da mecânica quântica sobre a existência de um mundo estranho formado por um tecido de partículas subatômicas em que a matéria só toma forma depois que é observada e que o tempo corre para trás ou para frente.

Os pesquisadores descreveram sua experiência como um “teste livre de falhas do teorema de Bell” em referência a um experimento proposto em 1964 pelo físico John Stewart Bell como forma de provar que a “ação fantasmagórica à distância” é real.

“Estes testes vêm sendo feitos desde o final dos anos 70, mas sempre de uma forma que exige pressupostos adicionais”, disse Hanson. “Agora confirmamos que a ação fantasmagórica à distância existe.”

Os cientistas dizem que já descartaram todas as chamadas variáveis ocultas possíveis que ofereceriam explicações para esse “emaranhamento” de longa distância com base nas leis da física clássica.

Os pesquisadores de Delft conseguiram emaranhar dois elétrons separados por uma distância de 1,3 km e, em seguida, compartilhar informações entre eles. Os físicos usam o termo “emaranhamento” para se referir a pares de partículas que são gerados de tal maneira que elas não podem ser descritas separadamente. Os cientistas colocaram dois diamantes em extremos opostos do campus da Universidade de Delft, a 1,3 km de distância um do outro.

Cada diamante continha uma pequena armadilha para elétrons isolados, que têm uma propriedade magnética chamada “spin”. Pulsos de laser e micro-ondas foram utilizados então para emaranhar os elétrons e medir seu “spin”.

A distância –com detectores instalados em lados opostos do campus– assegurou que a informação não poderia ser trocada por meios convencionais dentro do tempo necessário para fazer a medição.

“Acho que esta é uma experiência bela e simples e vai ajudar todo o campo a avançar”, disse David Kaiser, físico do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts), que não esteve envolvido no estudo. No entanto, Kaiser, que faz parte de outro grupo de físicos que está se preparando para realizar um experimento ainda mais ambicioso no ano que vem, medindo a luz capturada nos confins do universo, também acha que nem toda centelha de dúvida foi eliminada pelo experimento holandês.

Os testes acontecem num mundo peculiar que desafia a compreensão. De acordo com a mecânica quântica, as partículas só assumem as propriedades da forma quando são medidas ou observadas de alguma maneira. Até então, elas podem existir simultaneamente em dois ou mais lugares. Uma vez medidas, no entanto, elas se encaixam numa realidade mais clássica, que existe num só lugar.

De fato, o experimento não é apenas uma defesa da teoria exótica da mecânica quântica, é um passo em direção a uma aplicação prática conhecida como “internet quântica”. Atualmente, a segurança da internet e a infraestrutura do comércio eletrônico estão se fragilizando diante de computadores poderosos que representam um problema para as tecnologias de criptografia baseadas na capacidade de fatorar números grandes e outras estratégias semelhantes.

Pesquisadores como Hanson imaginam uma rede de comunicação quântica formada a partir de uma cadeia de partículas emaranhadas circundando todo o globo. Essa rede permitiria compartilhar chaves criptográficas de forma segura, e saber sobre as tentativas de espionagem com certeza absoluta.

Para alguns físicos, embora o novo experimento afirme ser “livre de falhas”, a questão ainda não está totalmente resolvida.

“O experimento eliminou duas das três principais falhas, mas duas em cada três não são três”, disse Kaiser. “Acredito plenamente que a mecânica quântica é a descrição correta da natureza. Mas afirmar isso de forma categórica, francamente, ainda não chegamos lá.”

Criado mapa interativo da Teoria de Tudo

Desde o início da civilização”, escreveu Stephen Hawking em seu best-seller internacional Uma Breve História do Tempo, “as pessoas não têm se contentado em testemunhar eventos desconectados e inexplicáveis. Elas têm desejado uma compreensão da ordem subjacente no mundo. ”

Mapa interativo liga toda a física conhecida. Créditos: Quanta Magazine

Mapa interativo liga toda a física conhecida. Créditos: Quanta Magazine

Na busca de uma descrição coerente, unificada de toda a natureza — uma “teoria do tudo” — os físicos descobriram raízes ligando cada vez mais fenômenos díspares. Com a lei da gravitação Universal, Isaac Newton ligou a queda de uma maçã às órbitas dos planetas. Albert Einstein, em sua teoria da relatividade, teceu o espaço e o tempo em uma única malha e mostrou como as maçãs e planetas caem ao longo de curvas desse tecido. E hoje, todas as conhecidas partículas elementares conectam-se ordenadamente em uma estrutura matemática chamada o modelo padrão. Mas nossas teorias físicas permanecem crivadas com desuniões, buracos e inconsistências. Estas são questões profundas que devem ser respondidas em perseguição a teoria do tudo.

Um novo mapa da fronteira da física fundamental, construído pelo desenvolvedor interativo Emily Fuhrman da Quanta Magazine, faz questionamentos de peso mais ou menos de acordo com a sua importância no avanço do campo. Parecia natural para dar maior peso para a busca de uma teoria da gravidade quântica, que abarcaria a relatividade geral e a mecânica quântica, num quadro único. Em seu trabalho do dia-a-dia, porém, muitos físicos concentram mais no enraizamento da matéria escura, resolvendo o problema da hierarquia do Modelo Padrão, e ponderando os acontecimentos em buracos negros, esses engolidores misteriosos de espaço e tempo. Para cada questão, o mapa apresenta várias soluções propostas. As relações entre estas propostas formam uma rede de idéias.

Alguns dos principais temas dispostos no mapa são:

A Gravidade é uma Lei ou uma Teoria?

Esse artigo é direcionando principalmente àqueles que tem um olhar satírico tal como “isto é apenas uma teoria”, ou que, equivocadamente, não diferenciam uma teoria de uma Lei, cientificamente falando, e/ou até mesmo desmerecem ou colocam em um patamar inferior, quaisquer ideias científicas tidas como “teorias”, tal como a Evolução.

A Gravidade é uma Lei ou uma Teoria?

A Gravidade é uma Lei ou uma Teoria?

Para tentar entender isso, vamos partir de uma experiência simples
– Um objeto a caindo.
Ok, pegue um objeto que não quebre (de preferência) coloque uma almofada no chão (pra garantir que não vai ter problemas com sua mãe!), coloque-o na sua frente e o solte. O que acontece? Ele cai, é claro. A atração gravitacional entre a Terra e o objeto puxa-o para o chão. Mas, quando fazemos esta experiência, deveríamos estar falando sobre a Lei da Gravidade ou a Teoria da Gravidade?
Na verdade, deveríamos estar falando sobre ambos. Para entender o porquê, precisamos entender o significado científico da expressão “lei ” e “teoria”.
Na linguagem científica, a palavra “lei” descreve uma declaração analítica. Isso nos dá uma formulação matemática que nos diz como as coisas vão funcionar. Por exemplo, a Lei da Gravitação Universal de Newton nos diz que “Cada ponto de massa atrai cada único ponto de massa por uma força que aponta ao longo da linha de interseção entre ambos os pontos. A força é diretamente proporcional ao produto das duas massas e inversamente proporcional ao quadrado da a distância entre os pontos de massa “. Essa fórmula nos permitirá calcular a força gravitacional entre a Terra e o objeto que caiu, entre o Sol e Marte, ou entre eu e um livro.
Podemos usar a Lei da Gravitação Universal de Newton para calcular o quão forte a atração gravitacional é entre a Terra e o objeto que caiu, como vamos calcular sua aceleração à medida que cai, quanto tempo vai demorar para atingir o chão, o quão rápido iria ser o impacto, a quantidade de energia de energia vai ser gasta, etc.
Embora a lei nos permita calcular um pouco sobre o que acontece, perceba que ela não nos diz nada sobre por que isso aconteceu. Isso é o que faz as teorias são pararem quietas! Na linguagem da ciência, a palavra “teoria” é usada para descrever uma explicação de por que e como as coisas acontecem. Na gravidade, usamos Teoria da Relatividade Geral de Einsteinpara explicar por que as coisas caem. Mas, mesmo cheia de lacunas, a gravidade é uma Teoria Científica.
Uma teoria começa como uma ou mais hipóteses, idéias não testadas sobre por que algo acontece. Por exemplo, eu poderia propor uma hipótese de que o objeto que você lançou caiu porque foi puxado pelo campo magnético da Terra. Assim que começamos a testar, não leva muito tempo para descobrir que a minha hipótese não foi apoiada pela evidência. Objetos não-magnéticos caem na mesma proporção que objetos magnéticos. Uma vez não sustentada pela evidência, a minha hipótese  cai por terra e não ganha o status de ser uma teoria. Para tornar-se uma teoria científica, uma ideia deve ser exaustivamente testada, e deve ser uma descrição precisa e preditiva do mundo natural.
Outro equívoco grotesco é que, a gravidade é frequentemente ensinada nas escolas como um fato absoluto, quando na verdade não  tem uma boa sustentação teórica que explica o fenômeno sem fugir do senso comum. Nas escolas, muitas vezes também ensinam sobre a famosa maça que cai na cabeça do gênio e repentinamente ele “descobre” a gravidade, como um passe de mágica, mas isso não vem ao caso! Ademais, o caráter “Universal” da Lei de Newton aplica-se à corpos grandes e não ao mundo microscópico, embora Newton já conhecesse a interação entre os átomos, nos tempos de Teoria das Cordas, Universos Subatômicos, Branas e Multiversos, o termo Universal é bem mais amplo do que nos tempos de Newton.  Além disso, você passa anos sabendo que a gravidade é uma força, porém, mais tarde, aprende na faculdade ou na pós graduação que essa força não existe, quando vista a partir da Teoria da Relatividade Geral.
 
Enquanto as leis raramente mudam, as teorias mudam com frequência como novos elementos sejam descobertos. Em vez de descartadas devido a novos elementos de prova, as teorias são muitas vezes revistas para incluir as novas provas em sua explicação. A Teoria da Relatividade Geral se adaptou como as novas tecnologias e os novos dados expandindo a nossa visão do universo.
Outra coisa que confunde muitas vezes são os termos gravitação e gravidade. Veja: Gravitação está para leis matemáticas assim como gravidade está para o fenômeno que ainda foge do nosso senso comum quando tentamos explicá-lo.
A ciência ainda está buscando as lacunas que estão faltando para explicar o fenômeno da gravidade usando os hipotéticos “gravitons” e as recentes pesquisas espaciais das “ondas gravitacionais” e na tentativa da Teoria de Tudo (que descreve a gravidade em pequenas escalas, unindo a Gravitação com a Mecânica Quântica) que podem dar mais sustentação teórica à gravidade.
Então, quando estamos discutindo cientificamente  gravidade, podemos falar sobre a lei matemática que descreve a atração entre dois objetos, e também podemos falar sobre a teoria que descreve por que os objetos se atraem.
 

Velocidade de Escape

Por que a Lua gira em torno da Terra? Seu movimento ocorre devido a duas forças: a inércia da Lua e a força de atração gravitacional da Terra.

Para entender como podemos colocar um satélite artificial em órbita da Terra podemos aproveitar a ideia do chamado canhão imaginário de Newton.

360px-Newton_Cannon.svgImagine que você tem um canhão montado no alto de uma montanha. Se você der um tiro fraco (A), a bala deve fazer um trajeto que vai se curvando para baixo, devido à força gravitacional da Terra. Se você pudesse dar um segundo tiro (B) mais forte, a bala deverá fazer uma curva mais aberta e cai mais longe que a primeira. Note que quanto maior a velocidade do tiro, mais longe a bala irá.

Se o canhão fosse potente o suficiente para dar um tiro tão forte que a bala fizesse uma curva contínua (C), então teremos conseguido colocar a bala em órbita. Ela faria uma curva que seria semelhante à curvatura da superfície da Terra, não caindo mais no solo, como as anteriores.

Observação: Lógico que os satélites não são lançados com canhões: usamos os foguetes para isso.
Cálculo da velocidade de escape

Vamos pensar novamente no tiro dado com um canhão: a bala viaja vários metros, descrevendo uma parábola, e cai no chão devido à força da gravidade. Se você tivesse um canhão mais potente, a bala viajaria vários quilômetros antes de cair no solo.

E, como já vimos, se tivéssemos um canhão absurdamente potente, a bala daria a volta toda na circunferência da Terra e atingiria as nossas costas! Essa bala teria a chamada velocidade orbital.

A velocidade de escape é a mínima velocidade com que um corpo pode ser lançado da superfície de um planeta, de forma a não ser mais puxado de volta para baixo, devido à força da gravidade.

Para um lançamento ainda mais potente, poderíamos fazer a bala sair do canhão e rumar em direção ao espaço, sem voltar a cair jamais na Terra.

Vamos calcular a velocidade mínima necessária para isso, que é chamada de velocidade de escape. Se adotarmos um referencial no infinito, teremos que:

1) O corpo na superfície do planeta terá energia cinética calculada por:

Ec + Ep = Em

2) O corpo que conseguir sair da atração do planeta e chegar ao ponto no infinito terá energia cinética igual a zero e energia potencial também zero.

Chamamos de m a massa do corpo, de R o raio do planeta, de M a massa do planeta – e G é a constante de gravitação universal.

Logo, aplicando a conservação da energia mecânica:

A massa m do corpo irá desaparecer ao resolvermos a igualdade.

Isolando V, que é a velocidade de escape:

calcvescap

Observe que ela só depende de M (massa do planeta) e de R (raio do planeta).
Aplicando a fórmula encontrada para o caso do planeta Terra, podemos calcular sua velocidade de escape, pois conhecemos sua massa, seu raio e o valor de G.

Estes parâmetros são as bases da Astronáutica: eles permitem lançar satélites em órbita da Terra, lançar naves e sondas ao espaço, etc.

Vescape=11,2km/s