A Teoria do Big Bang

A busca pela compreensão sobre como foi desencadeado o processo que originou o universo atual, proporcionou – e ainda proporciona – vários debates, pesquisas e teorias que possam explicar tal fenômeno. É um tema que desperta grande curiosidade dos humanos desde os tempos mais remotos e gera grandes polêmicas, envolvendo conceitos religiosos, filosóficos e científicos.

Até o momento, a explicação mais aceita sobre a origem do universo entre a comunidade cientifica é baseada na teoria da Grande Explosão, em inglês, Big Bang. Ela apoia-se, em parte, na teoria da relatividade do físico Albert Einstein (1879-1955) e nos estudos dos astrônomos Edwin Hubble (1889-1953) e Milton Humason (1891-1972), os quais demonstraram que o universo não é estático e se encontra em constante expansão, ou seja, as galáxias estão se afastando umas das outras. Portanto, no passado elas deveriam estar mais próximas que hoje, e, até mesmo, formando um único ponto.
No entanto, o Big Bang é uma teoria, não sendo unanimidade entre os estudiosos.

A teoria do Big Bang foi anunciada em 1948 pelo cientista russo naturalizado estadunidense, George Gamow (1904-1968). Segundo ele, o universo teria surgido após uma grande explosão cósmica, entre 10 e 20 bilhões de anos atrás. O termo explosão refere-se a uma grande liberação de energia, criando o espaço-tempo.

Até então, havia uma mistura de partículas subatômicas (qharks, elétrons, neutrinos e suas partículas) que se moviam em todos os sentidos com velocidades próximas à da luz. As primeiras partículas pesadas, prótons e nêutrons, associaram-se para formarem os núcleos de átomos leves, como hidrogênio, hélio e lítio, que estão entre os principais elementos químicos do universo.

Ao expandir-se, o universo também se resfriou, passando da cor violeta à amarela, depois laranja e vermelha. Cerca de 1 milhão de anos após o instante inicial, a matéria e a radiação luminosa se separaram e o Universo tornou-se transparente: com a união dos elétrons aos núcleos atômicos, a luz pode caminhar livremente. Cerca de 1 bilhão de anos depois do Big Bang, os elementos químicos começaram a se unir dando origem às galáxias.

Essa é a explicação sistemática da origem do universo, conforme a teoria do Big Bang. Aceita pela maioria dos cientistas, entretanto, muito contestada por alguns pesquisadores. Portanto, a origem do universo é um tema que gera muitas opiniões divergentes, sendo necessária uma análise crítica de cada vertente que possa explicar esse acontecimento.

OBF (Olimpíada Brasileira de Física)

Breve História

A Olimpíada Brasileira de Física (OBF) é um programa da Sociedade Brasileira de Física (SBF) destinado a todos os estudantes do ensino médio (antigo 2º grau) e aos estudantes da última série (atual último ano) do ensino fundamental. Em 2010 a OBF está sendo realizada pela décima segunda vez consecutiva para os alunos do Ensino Médio e pela quarta vez para os estudantes da oitava série (atual nono ano) do Ensino Fundamental.

Por meio da OBF a Sociedade Brasileira de Física em colaboração com os vários Institutos e Departamentos de Física de Universidades Estaduais, Federais e CEFETs elaborou um projeto que, a exemplo de quase uma centena de países, visa usar as competições intelectuais como veículos capazes de despertar e estimular o interesse pela Física, melhorar seu ensino, incentivar os estudantes a seguirem carreiras científico-tecnológicas e prepará-los para as Olimpíadas Internacionais de Física (OIF) como forma de comparar, neste nível, nosso ensino com o de outros países.

O projeto OBF que recebe o apoio do CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) tem entre suas ações:

• a manutenção de coordenações estaduais que com a Comissão da Olimpíada Brasileira de Física (COBF) coordenam e organizam a OBF em nível nacional. Esses coordenadores juntamente com a COBF e seus ex-presidentes constituem o Conselho da OBF;

• o estabelecimento de uma Secretaria localizado na sede da SBF, em São Paulo, para centralizar os trabalhos de divulgação e coordenação das atividades olímpicas e para apoiar os Coordenadores Estaduais;

• estabelecimento de um canal de comunicação constante com os estudantes, professores e escolas através da revista A Física na Escola, deste portal da Internet e de cartazes e folhetos que são enviados a todas as escolas e professores cadastrados.

Fases da Olimpíada Brasileira de Física (OBF)

A Olimpíada Brasileira de Física(OBF) é realizada em três fases:

• A primeira fase ocorre no mês de Agosto; é realizada na escola de cada estudante e dela pode participar todo estudante inscrito no ensino médio e na oitava série (atual nono ano) do ensino fundamental.

• A segunda fase ocorre no mês de Setembro; é realizada em locais determinados pelo Coordenador Estadual e dela participam os estudantes que atingirem na primeira fase um número mínimo de acertos definido pela Comissão da Olimpíada Brasileira de Física (COBF).

• A terceira fase ocorre no mês de Outubro ou Novembro; é realizada na sede da coordenação estadual e dela participam os estudantes que na segunda fase atingirem a nota mínima definida pela Comissão da Olimpíada Brasileira de Física(COBF).

Em 2010, as fases serão realizadas na seguintes datas e horários:

• Primeira fase: sábado, 14 de agosto das 13h às 17h

• Segunda fase: sábado, 25 de setembro das 13h às 17h

• Terceira fase: Prova Teórica - sábado, 30 de outubro das 13h às 17h

• Prova Prática - sábado, 30 de outubro das 9h às 11h30m

As questões das provas teóricas da primeira fase são objetivas e aquelas da segunda e terceiras fases discursivas. A prova prática é somente na terceira fase e para alunos da 8ª série (atual 9º ano) do ensino fundamental e da 1ª e 2ª séries do ensino médio.

Pontuação para a 2ª fase

Os estudantes que atingiram, na Prova da 1ª Fase, o número de pontos indicado abaixo estão automaticamente inscritos para a 2ª Fase da OBF 2010:

» 1ª série: 10 (dez) pontos– Ensino Médio
» 2ª série: 10 (dez) pontos– Ensino Médio
» 3ª série: 10 (dez) pontos– Ensino Médio
» 9º ano: 09 (nove) pontos – Ensino Fundamental

Dilatação dos líquidos

Para líquidos, não tem sentido falar em coeficiente de dilatação linear ou superficial, já que eles não possuem forma própria. Só existe o coeficiente de dilatação volumétrica.

Suponhamos que se queira medir o coeficiente de dilatação real (βreal) de um determinado líquido. Para isso enche-se completamente um recipiente com o líquido, à temperatura inicial θ0.

O volume inicial da proveta e do líquido é V0. Ao se aquecer o conjunto até a temperatura final θ, a proveta adquire o volume V e o líquido transborda, porque o coeficiente de dilatação do líquido é maior que o da proveta. O volume de líquido transbordado chama-se dilatação aparente do líquido (ΔVAp).

A dilatação real (total) do líquido (ΔVreal) é a soma do volume de líquido transbordado (dilatação aparente ΔVap) com a dilatação do recipiente (ΔVrec), ou seja

ΔVreal = ΔVap + ΔVrec (I)

Assim, por exemplo, se o recipiente aumentou seu volume em 2 cm3 (ΔVrec = 2 cm3) e o líquido transbordou 3 cm3 (ΔVap = 3 cm3), concluímos que a dilatação real do líquido foi >ΔVreal = 3 + 2 = 5 cm3.

A dilatação aparente (ΔVap) e a dilatação do recipiente (ΔVreal) são dilatações volumétricas.

ΔVap = V0 . γap. Δq (II)
ΔVrec = V0 . γrec . Δq (III)




Mas a dilatação real do líquido vale: ΔVreal = V0 . γreal . Δq (IV)

Substituindo as equações II, III e IV na equação I, temos: γreal = γap + γrec

Portanto, o coeficiente de dilatação real do líquido é a soma do coeficiente de dilatação aparente do mesmo com o coeficiente de dilatação volumétrica do recipiente.

Exemplo:

Uma proveta de vidro é preenchida completamente com 400 cm³ de um liquido a 20°C. O conjunto é aquecido até 220°C. Há, então, um transbordamento de 40 cm³ do liquido.

É dado γ_Vidro = 24 . 10^-6 ºC^-1

Calcule:

a) o coeficiente de dilatação volumétrica aparente do liquido (γ_ap)

b) o coeficiente de dilatação volumétrica real do liquido (γ_real)

SOLUÇÃO:

a) O transbordamento do líquido é sua dilatação aparente: ΔV_ap = 40 cm³ .

Tem-se também a expressão Δt = 220 - 20 \ Δt = 200ºC

Da expressão da dilatação aparente de líquidos, escreve-se .

Logo

b) Pela expressão γ_ap + γ_vidro tem-se: γ = 500 x 10^-6 + 24 x 10^-6 \ γ = 424 x 10^-6 °C^-1

RESPOSTAS:

a) γ_ap = 500 x 10^-6 °C^-1

b) γ = 424 x 10^-6 °C^-1

Curiosidades sobre a física

- Durante muito tempo - de Aristóteles até Newton - o que hoje entendemos por Física era chamado de "filosofia natural". A física moderna, essencialmente experimental e matemática, desenvolveu-se graças ao aperfeiçoamento dos instrumentos de observação, a elaboração de teorias e a reunião de leis dispersas num todo coerente, com definições e princípios claramente formulados

- Estudar física desenvolve o raciocínio, estimula a imaginação e a criatividade. Dificilmente alguém ligado a esse estudo fica restrito a esse campo mas cria asas e circula por muitos outros, contribuindo com certeza para a cidadania dos indivíduos (deve ser por isso que o curso superior de Física é considerado o mais difícil do Brasil)

- A velocidade da luz no vácuo é de exatamente 299.792,548km/s, usualmente arredondada para 300.000km/s.
- A luz gasta exatos 8 minutos e 17 segundos para sair do sol e chegar à Terra.
- A terra gira com velocidade de aproximadamente 1.600km/h e em sua órbita em volta do sol a mais de 107km/h.
- A taxa de raios que atingem a superfície da terra é de cerca de 100 por segundo.
- Anualmente 1000 pessoas são vítimas de raios.
- A idade da Terra é de 4,56 bilhões de anos, a mesma do Sol e da Lua.
- Uma pulga ao saltar tem aceleração vinte vezes maior que o lançamento de um ônibus espacial.
- A ausência de gravidade no espaço impede que um astronauta arrote.
- Galileu inventou, em 1607, o termômetro.
- O universo contém mais de 10 bilhões de galáxias.
- Cerca de um quatrilhão de neutrinos provenientes do Sol passaram através do seu corpo enquanto você lia esta frase.
- O Big-Bang que gerou o universo provoca interferências na sua TV até hoje.

Dilatação linear, superficial e volumétrica

Dilatação Linear

Na dilatação linear (uma dimensão). O comprimento de uma barra aumenta linearmente. As barras dos trilhos ferroviários são feitas com um espaçamento para a dilatação não causar problemas. Não que as barras dos trilhos ferroviárias sejam feitas no calor, mas para evitar que, com a dilatação térmica, o trilho seja retorcido, já no inverno, com as baixas temperaturas, os trilhos se "retraem", fazendo com que o espaçamento entre os trilhos aumente, vale lembrar também que a dilatação não é um fenômeno visível, variando de acordo com o material e a temperatura. Importante saber também que a dilatação linear é apenas teórica, sendo que para que algo exista ele deve ser tridimensional, numa dilatação a matéria ira dilatar em três dimensões, mas como não é possível calcular essa dilatação, adota-se somente o calculo da dilatação linear. Equação:

Dilatação Superficial

Na dilatação superficial (superfície = área, logo, neste caso temos duas dimensões). A dilatação do comprimento e da largura de uma chapa de aço é superficial. Se um disco ou chapa com um furo central dilatar, o tamanho do furo e da chapa aumentam simultaneamente.

Ou seja, é aquela em que predomina a variação em duas dimensões,isto é, a variação da área. Equação:

Dilatação Volumétrica

Na dilatação volumétrica (calcula-se o volume, logo três dimensões: altura, largura e comprimento). A dilatação de um líquido ou de um gás é volumétrica. O coeficiente de dilatação volumétrica é dado da seguinte forma. Coeficiente de dilatação linear X 3 (o número três representa as dimensões altura, largura e comprimento) encontrando um novo valor que é utilizado nos calculos onde se verifica a variação do volume. Equação:

Dilatação Térmica

Dilatação térmica é o fenômeno pelo qual o corpo sofre uma variação nas suas dimensões, quando varia a sua temperatura.

A dilatação de um sólido com o aumento de temperatura ocorre porque com o aumento da energia térmica aumentam as vibrações dos átomos e moléculas que formam o corpo, fazendo com que passem para posições de equilíbrio mais afastadas que as originais.

OBS.: Excepcionalmente na água ocorre fenômeno inverso de 0 a 4ºC. Portanto, para dada massa de água, a 4ºC ela apresenta um volume mínimo. Lembrando que a densidade é dada pela relação entre a massa e seu volume (d = m/v), concluímos que a 4ºC a água apresenta densidade máxima.

Esse comportamento da água explica por que nas regiões de clima muito frio os lagos chegam a ter suas superfícies congeladas, enquanto no fundo a água permanece líquida a 4ºC. Como a 4ºC água tem densidade máxima, ela permanece no fundo não havendo possibilidade de se estabelecer o equilíbrio térmico por diferença de densidade.

Divisões da Física

A distribuição dos conteúdos da Física é feita em seis grandes partes: a Mecânica, que trata dos movimentos, das forças, do equilíbrio dos coprpos e das leis da conservação (da energia e da quantidade de movimento); a Física Térmica, que estuda a energia térmica e suas relações com a energia mecânica; a Óptica Geométrica, que estuda a energia luminosa e suas interações com a matéria; a Ondulatória, que trata do estudo das ondas mecânicas e da Acústica; o Eletromagnetismo, que faz a união da recente ciência da Eletricidade com a do Magnetismo; e a Física Moderna, que, além de outras implicações, revolucionou o estudo do movimento e da energia no século XX.