domingo, 22 de novembro de 2009

CURIOSIDADES DA FISICA

ILUSÃO DE ÓPTICA

O termo Ilusão de óptica aplica-se a todas ilusões que "enganam" o sistema visual humano fazendo-nos ver qualquer coisa que não está presente ou fazendo-nos vê-la de um modo erróneo. Algumas são de carácter fisiológico, outras de carácter cognitivo.




Olhe para os três pontinhos pretos verticais da imagem ... concentre-se por 30 segundos, depois olhe para o quadro branco por aproximadamente 10 segundos e veja o que acontece.


As ilusões de óptica podem surgir naturalmente ou serem criadas por astúcias visuais específicas que demonstram certas hipóteses sobre o funcionamento do sistema visual humano. Imagens que causam ilusão de óptica são largamente utilizados nas artes, por exemplo nas obras gráficas de M. C. Escher.


Uma explicação possível das muitas ilusões ópticas
A explicação possível das ilusões óticas é debatida extensamente. No entanto, os resultados da investigação mais recente indicam que as ilusões emergem simplesmente da assinatura do modo estatístico e empírico como todos os dados perceptivos visuais são gerados[1].




Os circuitos neuronais do nosso sistema visual evoluem, por aprendizagem neuronal, para um sistema que faz interpretações muito eficientes das cenas 3D usuais, com base na emergência no nosso cérebro de modelos simplificados que tornam muito rápida e eficiente essa interpretação mas causam muitas ilusões ópticas em situações fora do comum.
A nossa percepção do mundo é em grande parte auto-produzida. Os estímulos visuais não são estáveis: por exemplo, os comprimentos de onda da luz reflectida pelas superfícies mudam com as alterações na iluminação. Contudo o cérebro atribui-lhes uma cor constante. Uma mão a gesticular produz uma imagem sempre diferente e, no entanto, o cérebro classifica-a consistentemente como uma mão. O tamanho da imagem de um objecto na retina varia com a sua distância mas o cérebro consegue perceber qual é o seu «verdadeiro» tamanho. A tarefa do cérebro é extrair as características constantes e invariantes dos objectos a partir da enorme inundação de informação sempre mutável que recebe. O cérebro pode também deduzir a distância relativa entre dois objectos quando há sobreposição, interposição ou oclusão. E pode deduzir a forma de um objecto a partir das sombras. O que implica uma aprendizagem da perspectiva linear. No entanto, existem vários tipos de ilusões de distância e profundidade que surgem quando esses mecanismos de dedução inconsciente resultam em deduções errónea.
A imagem da retina é a fonte principal de dados que dirige a visão mas o que nós vemos é uma respresentação “virtual” 3D da cena em frente a nós. Não vemos uma imagem física do mundo, vemos objectos. E o mundo físico em si não está separado em objectos. Vemos o mundo de acordo com a maneira como o nosso cérebro o organiza. O processo de ver é um de «completar» o que está em frente a nós com aquilo que o nosso cérebro julga estar a ver. O que vemos não é a imagem na nossa retina - é uma imagem tridimensional criada no cérebro, com base na informação sobre as características que encontramos mas também com base nas nossas «opiniões» sobre o que estamos a ver.
O que vemos é sempre, em certa medida, uma ilusão. A nossa imagem mental do mundo só vagamente tem por base a realidade. Porque a visão é um processo em que a informação que vem dos nossos olhos converge com a que vem das nossas memórias. Os nomes, as cores, as formas usuais e a outra informação sobre as coisas que nós vemos surgem instantaneamente nos nossos circuitos neuronais e influenciam a representação da cena. As propriedades percebidas dos objectos, tais como o brilho, tamanho angular, e cor, são “determinadas” inconscientemente e não são propriedades físicas reais. As ilusões surgem quando os “julgamentos” implícitos na análise inconsciente da cena entram em conflito com a análise consciente e raciocinada sobre ela.
A interpretação do que vemos no mundo exterior é uma tarefa muito complexa. Já se descobriram mais de 30 áreas diferentes no cérebro usadas para o processamento da visão. Umas parecem corresponder ao movimento, outras à cor, outras à profundidade (distância) e mesmo à direcção de um contorno.

E o nosso sistema visual e o nosso cérebro tornam as coisas mais simples do que aquilo que elas são na realidade. E é essa simplificação, que nos permite uma apreensão mais rápida (ainda que imperfeita) da «realidade exterior», que dá origem às ilusões de óptica.
















FISICA E COTIDIANO

Aurora Boreal e Austral

Introdução


As auroras boreal e austral são fenômenos visuais que ocorrem nas regiões polares de nosso planeta. Podem ser visualizadas, no período noturno ou final de tarde, a olho nu nas regiões onde ocorrem. São verdadeiros shows de luzes coloridas e brilhantes, que ocorrem em função do contato dos ventos solares com o campo magnético do planeta Terra.

Informações

Quando este fenômeno ocorre em regiões próximas ao pólo norte é chamado de aurora boreal e quando aconteceu no pólo sul é chamado de aurora austral. Estes fenômenos são mais comuns entre os meses de fevereiro, março, abril, setembro e outubro.
A aurora boreal pode aparecer em vários formatos: pontos luminosos, faixas no sentido horizontal ou circulares. Porém, aparecem sempre alinhados ao campo magnético terrestre. As cores podem variar muito como, por exemplo, vermelha, laranja, azul, verde e amarela. Muitas vezes aparecem em várias cores ao mesmo tempo.



Em momentos de tempestades solares, a Terra é atingida por grande quantidade de ventos solares. Nestes momentos as auroras são mais comuns. Porém, se por um lado somos agraciados com este lindo show de luzes da natureza, por outro somos prejudicados. Estes ventos solares interferem em meios de comunicação (sinais de televisão, radares, telefonia, satélites) e sistemas eletrônicos diversos.

Curiosidade:

- O nome aurora boreal foi dado pelo astrônomo Galileu Galilei em homenagem à deusa romana Aurora (do amanhecer) e seu filho Boreas.
- Além do planeta Terra, podemos encontrar este fenômeno em planetas como Júpiter, Saturno e Marte.

FISICA E COTIDIANO

Teoria do Caos


A teoria estabelece que uma pequena mudança ocorrida no início de um evento qualquer pode ter conseqüências desconhecidas no futuro. Isto é, se você realizar uma ação nesse exato momento, essa terá um resultado amanhã, embora desconhecido. O meteorologista norte-americano Edward Lorenz descobriu, no início da década de 1960, que acontecimentos simples tinham um comportamento tão desordenado quanto à vida. Ele chegou a essa conclusão após testar um programa de computador que simulava o movimento de massas de ar.

Em busca de uma resposta Lorenz teclou um dos números que alimentavam os cálculos da máquina com algumas casas decimais a menos, na expectativa de que o resultado tivesse poucas mudanças. No entanto, a pequena alteração transformou completamente o padrão das massas de ar. Segundo ele seria como se o bater das asas de uma borboleta no Brasil causasse, tempos depois, um tornado no Texas. Fundamentado em seus estudos, ele formulou equações que demonstravam o “efeito borboleta”. Origina-se assim a Teoria do Caos. Alguns cientistas concluíram também que a mesma imprevisibilidade aparecia em quase tudo, do número de vezes que o olho pisca até a cotação da Bolsa de Valores. Para reforçar essa teoria, na década de 1970 o matemático polonês Benoit Mandelbrot notou que as equações de Lorenz coincidiram com as que ele próprio havia feito quando desenvolveu os fractais (figuras geradas a partir de fórmulas que retratam matematicamente a geometria da natureza, como o relevo do colo, etc.). A junção do experimento de Lorenz com a matemática de Mandelbrot indica que a Teoria do Caos está na essência de tudo, dando forma ao universo.

Bomba de Antimatéria

O livro Anjos e Demônios, de Dan Brown, conta a incrível jornada Robert Langdon, para tentar salvar o Vaticano de uma explosão com uma nova arma, criada pelo CERN (Organização Europeia Para Investigação Nuclear), a Antimatéria.


Mas o que é a antimatéria?

A natureza é composta de partículas elementares, como os prótons, nêutrons, elétrons, que basicamente constituem a matéria. O nome antipartícula, no entanto, é reservado a partículas mais raras encontradas apenas nos raios cósmicos, nos decaimentos de substâncias radioativas e nos aceleradores de partículas.
A mecânica quântica explica que, no processo de criação de pares, um fóton de energia elevada - ao colidir com o núcleo - perde toda sua energia, dando origem a um par de partículas, o elétron e o pósitron.
Um pósitron é uma partícula que tem todas as características de um elétron, exceto o sinal de sua carga, que é o oposto do elétron.
O processo inverso também pode ser analisado, quando um par elétron-positron (matéria-antimatéria), estando essencialmente em repouso e próximos um do outro, se unem, são aniquilados. Esse processo recebe o nome de aniquilação de pares, dando origem a dois fótons que se movem em sentidos opostos.
A produção de dois fótons pode ser explicada devido ao fato de que, se os elementos (elétron-pósitron) estão inicialmente em repouso, seu momento inicial é igual a zero, porém, um único fóton não pode ser criado com momento igual a zero.
Podemos concluir então que, quando uma partícula de antimatéria se choca com uma partícula de matéria ocorre a aniquilação de ambos, originando radiação gama (γ), que libera uma grande quantidade de energia.


Segundo o livro Anjos e Demônios, ¼ de grama de antimatéria teria energia suficiente para destruir completamente a cidade do Vaticano. Se comparada com a bomba atômica lançada em Hiroshima, que possuía um núcleo de 10 kg de urânio 235 e produzia uma energia de 84x1012 J (20 kilotons), ¼ da bomba de antimatéra seria necessário para produzir 42x1012 J (10 kilotons) de energia. Uma explosão em tanto para uma quantidade tão pequena de partículas.
Segundo o CERN, são produzidos 107 antiprótons por segundo em seu acelerador de partículas. Eles afirmam também que 1g (um grama) de antiprótons equivale a, aproximadamente, 6x1016 partículas, e seriam necessários 6x1030s para produzir essa quantidade, ou seja, aproximadamente 2 bilhões de anos.
Portanto, se você conhece alguém que pretende criar uma bomba como esta, com ¼ de grama de antimatéria, diga a essa pessoa que ela terá que esperar pelo menos 500 milhões de anos.

RADIOATIVIDADE

Radiações Alfa, Beta e Gama


Existem três modalidades de radiações denominadas alfa, beta e gama que podem ser separadas por um campo magnético ou por um campo elétrico:
  • Radiação alfa (α): também chamada de partículas alfa ou raios alfa, são partículas carregadas por dois prótons e dois nêutrons. Apresentam carga positiva +2 e massa 4.
  • Radiação beta (β): raios beta ou partículas beta, são partículas negativas que se assemelham aos elétrons, apresenta carga negativa – 1 e massa 0.
  • Radiação Gama (γ): ou raios gama. O comprimento de onda desta radiação varia de 0,5 Ǻ a 0,005 Ǻ (unidade de medida: angstron). As radiações gama são ondas eletromagnéticas, e possuem carga e massa nulas, emitem continuamente calor e têm a capacidade de ionizar o ar e torná-lo condutor de corrente elétrica.
Um núcleo radioativo emite radiação alfa ou beta, e a radiação gama está sempre presente. A partícula beta pode atingir uma velocidade de até 95% da velocidade da luz, já a partícula alfa é mais lenta e atinge uma velocidade de 20.000 km/s, e os raios gama atingem a velocidade das ondas eletromagnéticas (300.000 km/s).
Para melhor compreender a velocidade e a potência das partículas alfa, beta e gama frente à matéria, segue alguns exemplos do poder de penetração das radiações:
  •  Apesar de serem bastante energéticas as partículas alfa são facilmente barradas por uma folha de papel;
  • As partículas beta são mais penetrantes e menos energéticas que as partículas alfa, conseguem atravessar lâminas de chumbo de até 2 mm ou de alumínio de até 5 mm no ar, mas são barradas por uma placa de madeira de 2,5 cm de espessura;
  • As partículas gama percorrem milhares de metros no ar, são mais perigosas, quando emitidas por muito tempo podem causar má formação nas células. Os raios gama conseguem atravessar chapas de aço de até 15 cm de espessura, mas são barradas por grossas placas de chumbo ou paredes de concreto.
Podemos concluir que as partículas alfa possuem uma massa e carga elétrica relativamente maior que as demais, entretanto, são facilmente barradas por uma folha de papel. Já as partículas gama não são tão energéticas, mas são extremamente penetrantes, podendo atravessar o corpo humano, são detidos somente por uma parede grossa de concreto ou por algum tipo de metal.

CURIOSIDADES DA FÍSICA

Acelerador de partículas será ligado novamente neste final de semana


O acelerador de partículas LHC, do Laboratório Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern), passará por um novo teste neste final de semana, após 14 meses de consertos em consequência de um grave defeito poucos dias depois de entrar em funcionamento há 14 meses.
Conforme o porta-voz do Cern James Gillies, os cientistas injetarão entre sábado e domingo um feixe de prótons no acelerador para fazer com que o mesmo dê uma volta completa no túnel de 27 quilômetros de comprimento, situado a 100 metros de profundidade sob a fronteira suíço-francesa.

A circulação de partículas no gigantesco equipamento começará em um primeiro momento em baixa energia, com 450 GeV (gigaeletrons volts), e quando os cientistas injetarem feixes em direções opostas se produzirão, a essa velocidade, as primeiras colisões.

A partir então, o experimento consistirá em ir aumentando progressivamente a potência da circulação dos prótons, até chegar ao momento mais esperado e temido por alguns: as primeiras colisões de partículas a velocidade próxima a da luz, o que calculam que poderia ocorrer em janeiro.
Nesse momento, serão recriados os instantes posteriores ao Big Bang, o que dará informações chaves sobre a formação do universo e confirmará ou não a teoria da física, baseada no Bóson de Higgs.
A existência dessa partícula, que deve seu nome ao cientista que há 30 anos previu sua existência, se considera indispensável para explicar por que as partículas elementares têm massa e por que as massas são tão diferentes entre elas.
Mas nem todo mundo apoia a experiência. Um grupo contrário ao experimento apresentou hoje uma denúncia ao Conselho de Direitos Humanos sobre o "perigo" que a população está exposta com esse teste.
Alegam que com as colisões de alta energia, a matéria estará em um estado jamais observado antes, por isso que reiteraram o temor pelo surgimento de um buraco negro capaz de aspirar tudo o que estiver ao redor, provocando assim o fim do mundo.
O acelerador do Cern teve um custo de 4 bilhões de euros e sua construção ocorreu ao longo de 12 anos, e contou com a colaboração de 7 mil cientistas.