Física na Veia!

Superlua, agora!
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Superlua sobre o meu bairro, em São João da Boa Vista, interior de São Paulo, Brasil.

No post anterior anunciei que hoje teríamos Lua Cheia no perigeu, uma Lua Cheia especial, mais próxima da Terra, e por isso mesmo ''turbinada'', maior e mais brilhante, fenômeno que tem sido chamado de Superlua.

Como previsto, céu nublado por aqui. Até desanimei de montar o telescópio para fazer uma live da Superlua.

Mas deu uma brecha e a Lua apareceu. Fiz algumas astrofotos só com a câmera digital no tripé.

O farol lunar em close. Note que a Lua está brigando com as nuvens.

Se você estiver num local de céu aberto e limpo, observe a Lua. Ela está ligeiramente maior mas sensivelmente mais brilhante. O tamanho maior é difícil de perceber a olho nu. Mas o luar ''turbinado'' dá para notar, especialmente se você estiver longe das luzes da cidade. A Lua vai iluminar o cenário!

Uma foto da Superlua com zoom máximo (30X) da câmera digital.

Para saber mais sobre o fenômeno das Superlua, veja o post anterior, onde destaco as três Superluas que vão acontecer entre hoje e o final de janeiro do ano que vem. Se quiser se aprofundar ainda mais, indico este outro post de 2016 onde disseco o tema.

BOAS OBSERVAÇÕES!


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E veja abaixo link para um post onde ensino como fazer um mosaico lunar usando webcam acoplada ao telescópio:


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Lua Cheia no perigeu? Superlua!
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Órbita elíptica da Lua ao redor da Terra

 

A órbita da Lua ao redor da Terra não é uma circunferência, mas uma elipse. E a Terra não fica no centro da órbita, mas deslocada dele. Logo, trata-se de uma órbita excêntrica, com a Terra num dos focos da elipse enquanto o nosso satélite natural faz a sua translação ao redor do nosso planeta. A figura acima ilustra a ideia geométrica.

Por conta deste ''capricho cósmico'', decorrência direta da Lei da Gravitação, a Lua pode passar mais perto da Terra, ponto que chamamos de perigeu, ou mais longe, ponto que denominamos apogeu. E sabemos que qualquer coisa vista de mais perto, inclusive a Lua, parecerá maior. Ao contrário, o que observamos de mais longe nos parecerá menor.

Quando coincide da Lua Cheia acontecer com o nosso satélite natural passando pelo perigeu ou perto dele, ainda que com uma diferença de poucas horas, temos uma Lua Cheia ''turbinada'', ou seja, ligeiramente maior e mais brilhante. É o que vem sendo chamado de Superlua.

Se compararmos a Lua mínima (no apogeu) com a Lua máxima (no perigeu), temos uma diferença de 14% no tamanho e 30% no brilho. Neste post aprofundo o tema e faço os cálculos que nos levam a estes valores. Se quiser saber mais, dá uma olhada nele.

Aqui em São João da Boa Vista, interior de São Paulo, tudo nublado há dias. Veja panorâmica que fiz hoje pelo celular pouco depois das 11h da manhã.

Céu nublado. Previsão de chuva para a minha cidade e região. (Panorâmica 180 graus, pelo celular)

Ontem, mesmo com o céu nublado na maior parte do tempo, consegui ver a Lua por alguns minutos, pouco depois do seu nascer, num brecha entre nuvens. Confira a imagem logo abaixo. Mas depois o céu fechou de vez. E não vi mais nada.

Lua (quase) Cheia ontem, numa brecha entre as nuvens. (Imagem feita pelo celular)

Pela previsão do tempo, para a minha cidade e região, probabilidade quase zero de observar a Lua Cheia no perigeu hoje. Mas, se o céu abrir e eu conseguir ver alguma coisa, tentarei fazer uma live da Superlua em vídeo. Posto o link por aqui se der certo.

 

Curiosidade 1: a trilogia das Superluas, com ''bonus track'' de Blue Moon e eclipse lunar

Teremos três Luas Cheias no perigeu (ou três Superluas, se preferir), num curto período de tempo.

A primeira delas é hoje, domingo, 3 de dezembro de 2017. As duas próximas acontecem no mês de janeiro de 2018, respectivamente nos dias 1 (segundas-feira) e 31 (quarta-feira).

A segunda Lua Cheia num mesmo mês é conhecida como Blue Moon. Mas é apenas um rótulo. A Lua não vai ficar azul. Nosso satélite, a olho nu, tem sempre o mesmo tom cinza prateado, exceto quando está próximo do horizonte em que fica alaranjado, ou na totalidade dos eclipses lunares quando acaba ficando da cor de tijolo (um tom vermelho alaranjado). A terceira Superlua em praticamente dois meses será, portanto, Blue Moon. E tem mais: neste dia também haverá um eclipse lunar total. Teremos Super Blue Moon eclipsada! Três fenômenos em um! Mas não se anime. Aqui no Brasil o eclipse lunar não será visível. Para nós, Super Blue Moon, sem eclipse.

O vídeo abaixo, da NASA, fala da curiosa trilogia das Superluas.

 

Curiosidade 2: o teste do dedo indicador

Estique o braço e levante o dedo indicador. Para o seu olho, a largura aparente do dedo indicador terá praticamente 1,0 grau. Varia de pessoa para pessoa, claro. Mas o valor gira em torno de 1,0 grau.

A Lua Cheia tem diâmetro angular aparente de meio grau. Logo, um dedo indicador deve cobrir duas Luas Cheias.

Quando você achar que a Lua Cheia está gigante, geralmente por efeito de ilusão de óptica, faça este teste. Infalível! Você vai se surpreender.

Se conseguir ver a Superlua nascendo hoje logo no início da noite de domingo, dedo nela! Ela vai parecer enorme. Mas o teste do dedo vai desmarcarar o seu cérebro pregando peças no seu proprietário!

Neste post explico detalhes sobre a ilusão da Lua Cheia gigante.


Para saber mais


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Astrofotografia: como fazer um mosaico da Lua
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Resultado final do mosaico da Lua (clique na imagem para abrir versão maior)

 

Fazia tempo que eu não observava o céu com o telescópio.

Por conta do meu trabalho de professor/autor de material didático, fico sempre limitado às ''folgas'' aos finais de semana ou feriados. Às vezes, até nestes dias há trabalho extra para casa. E a agenda ainda tem que coincidir com céu limpo e não ''bater'' com outros compromissos pessoais. A probabilidade de observações do céu com equipamento que sempre demora um pouco para ser montado e alinhado fica bastante reduzida.

Ontem, feriado, por sorte o céu abriu depois de alguns dias de chuva. Aproveitei a folga (desta vez real) para observar e capturar a Lua que estava linda diante da janela do meu apartamento.

Para registrar as imagens do telescópio, uso a técnica de acoplar uma webcam comum no porta ocular. A webcam usa a óptica (espelho) do telescópio newtoniano (refletor) e, com o sensor digital, registra a imagem nele projetada e a envia para o notebook.

Mas, como o sensor da webcam é bem pequeno, só consigo ver/capturar a Lua parcialmente, como você pode conferir abaixo no print screen da pasta onde as imagens capturadas foram salvas.

As ''fatias'' capturadas da Lua, salvas numa pasta.

 

A solução para ter uma imagem da Lua por inteiro é juntar as ''fatias'' via software, compondo um mosaico, como na imagem que abre este post, lá no topo.

Para fazer meus mosaicos lunares, tenho usado o ICE – Imagem Composite Editor, da Microsoft (dica do amigo astrofotógrafo Gabriel Akira Yanaguya). O ICE é freeware e bem fácil de usar. Procure-o pelo Google e vai encontrá-lo facilmente para baixar de fontes confiáveis.

O software, cuja função real é criar panoramas, tem vários ajustes que você pode depois experimentar. Mas, no modo automático, ele faz tudo praticamente sozinho, em quatro passos logo após a escolha e carregamento das imagens. O resultado é excelente.

Confira a seguir o passo a passo do processo de montagem do mosaico.

Passo 1 [Import]: O carregamento das imagens

Você escolhe ''New Panorama from images'' se for usar imagens estáticas ou ''New Panorama from video'' se for usar frames de um vídeo. Escolhi ''New Panorama from images'' porque tinha vários arquivos de imagens estáticas no formato png equivalentes a diversos pedaços da Lua que eu já havia capturado previamente.

Em seguida, escolhida a pasta onde as imagens capturadas estão salvas, é possível vê-las na tela.

Escolhido o tipo de panorama, você escolhe a pasta e o software mostra as imagens nela contidas.

Você pode fazer uma triagem das imagens previamente salvas e escolher somente aquelas que vai usar para compor o mosaico. Eu escolhi todas que havia feito porque estava testando uma peculiaridade técnica (veja nota¹ no final do post).

Usei o ajuste padrão ''Simple Panorama'' com ''auto-detect motion'' (menu da direita).

Imagens importadas para dentro do software. Vai começar a parte mais divertida!

É importante ficar claro que, para o software juntar as imagens, elas devem ter partes comuns. Assim o software entende como as imagens deve ser sobrepostas e unidas. Imagens que não apresentam regiões comuns não serão entendidas pelo programa que, obviamente, não faz milagre.

Passo 2 [Stich]: O software analisa e junta as imagens 

Quando você clica na próxima aba ''STICH'', o sofware começa a fazer o trabalho ''pesado'' automaticamente por você. Ele junta as imagens de forma inteligente, fazendo as devidas sobreposições de partes coincidentes, as correções de tons e tudo o mais. E vai mostrando a evolução percentual do trabalho. Nessa etapa não dá para ver nada. É só ter paciência e esperar.  Quanto mais imagens usar, mais tempo vai demorar para o processo se completar.

O software trabalhando em silêncio.

Passo 3 [Crop]: O resultado final aparece 

Depois da espera, o resultado final aparece! Agora é hora de fazer o CROP, ou seja, recortar a imagem.

O resultado final, só esperando o crop.

Basta clicar/arrastar com o mouse nas alças (pontos) das linhas brancas do quatro retangular que envolve a imagem (mosaico), definindo exatamente onde a imagem será cortada.

Definição do corte da imagem final.

Passo 4 [Export]: Salvando a imagem final

Clique na aba ''Export''. E salve a imagem final. Escolha o formato, a pasta/local onde quer salvar. E pronto.

Imagem final, a ponto de ser salva.

A imagem final você pode levar para o seu software de tratamento favorito para dar aquele ''tapinha'' nos parâmetros que podem melhorar ainda mais os detalhes do mosaico.

É isso! Bons céus! Boas observações! E bons registros astrofotográficos!


1 – Dica interessante: fiz várias imagens redundantes de diversas partes da Lua, mas com controle de ganho/exposição/brilho/contraste da webcam diferentes. O software, ao juntar tudo, faz um ajuste médio dos tons das várias partes para a imagem final ficar homogênea. Como sempre temos partes da Lua mais subexpostas e partes mais superexpostas para um mesmo ajuste da webcam, tive a impressão de que isso ajudou o software a equilibrar melhor os tons. Ainda farei outros testes neste sentido. Mas, preliminarmente, tal procedimento parece ter dado um resultado superior. Vale a pena experimentá-lo.

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Outros posts sobre Astrofotografia, mas sem telescópio (só com câmera digital).

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Nobel de Física 2017: detecção das ondas gravitacionais
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Os três laureados com o Nobel de Física 2017 (crédito: LIGO/Caltech/MIT)

 

Para o Nobel de Física 2017, apostei¹ todas as minhas fichas no LIGO – Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory e na incrível detecção das ondas gravitacionais que, em 2015, ocorreu pela primeira vez na história. Veja meu tweet de ontem, segunda-feira, 02 de outubro, 23h37min:

Não deu outra: o Nobel de Física 2017 vai para Rainer Weiss, Barry C. Barish e Kip S. Thorne ''pelas contribuições decisivas no projeto do detector LIGO e a observação de ondas gravitacionais''.

Weiss, alemão, ficou com metade do prêmio de pouco mais de R$ 3 milhões. Os americanos Barish e Thorne dividem a outra metade.
Os três cientistas estão envolvidos de forma decisiva na histórica detecção das ondas gravitacionais previstas pela Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein (1915/16) mas só confirmadas experimentalmente cem anos depois.

Soube da premiação por volta das 7h da manhã pelo rádio quando eu subia a serra para lecionar em Poços de Caldas, MG. Como físico e apaixonado pela Ciência, comemorei sozinho no carro! Só agora, no final da tarde, de volta em casa, depois de lecionar o dia todo (e antes das minhas aulas da noite²), estou tendo tempo para postar.

O que são ondas gravitacionais?

A Teoria da Relatividade Geral de Einstein considera que o tempo e o espaço formam uma espécie de tecido de quatro dimensões (três espaciais e uma temporal), o espaço-tempo.

Assim como num lençol esticado (de duas dimensões), sobre o qual apoiamos uma ''massiva'' melancia, a presença de massa deforma o tecido do espaço-tempo (de quatro dimensões). Para Einstein, a gravidade não era exatamente uma força mas a deformação no tecido do espaço-tempo.

Perturbações no corpo massivo, segundo a teoria, poderiam se propagar pelo tecido do espaço-tempo assim como, por analogia, pancadas na melancia apoiada num lençol acabam gerando ondas que se espalham pelo pano.

As chamadas ondas gravitacionais também têm a capacidade de deformar o tecido do espaço-tempo, num efeito similar à gravidade. O adjetivo gravitacional dados as tais ondas é, portanto, bastante pertinente já que elas (ondas) deformam o espaço-tempo.

Ondas no lençol, análogas às ondas gravitacionais no tecido do espaço-tempo

 

Na prática, eventos violentos, envolvendo muita energia, como a colisão/fusão de buracos negros, podem perturbar o espaço-tempo, gerando ondas gravitacionais que viajam à velocidade da luz, espalhando-se em todas as direções do Universo. Foi exatamente isso que os cientistas mediram no LIGO no final de 2015.

Um objeto atingido por uma onda gravitacional sofre deformações do tipo estica/encolhe. Mas são deformações minúsculas, menores do que partículas subatômicas. Uma forma de sabermos que uma onda gravitacional passou por um objeto é tentarmos medir tais deformações. Mas que régua podemos usar para uma medida tão delicada de comprimento? A resposta, logo abaixo, está na técnica conhecida como interferometria, exatamente o que usaram os cientistas laureados com o Nobel 2017.

Um interferômetro como régua 

No equipamento conhecido como interferômetro, um feixe laser único inicial é dividido em dois. Cada um dos dois feixes viaja por diferentes caminhos perpendiculares entre si e, depois de refletidos por espelhos, voltam a se encontrar, sobrepondo-se, dando origem ao que conhecemos em Física como interferência.

Como os dois feixes têm origem numa só fonte, estão em concordância de fase. Mas é possível ajustar os comprimentos dos dois caminhos diferentes seguidos pelos dois feixes para que, quando se encontrarem, ocorra interferência destrutiva. Assim, crista de um se sobrepõe a vale do outro e vice-versa. E o que vemos, como produto final, é um sinal plano na tela do computador, ratificando que as oscilações dois feixes se anularam mutuamente. Essa ausência de sinal é um padrão importante. Enquanto ela existir significa que cada um dos dois caminhos permaneceu exatamente do mesmo tamanho, como o mesmo comprimento, garantindo a condição de interferência destrutiva e sinal zero.

No entanto, se o efeito estica/encolhe provocado pela passagem de ondas gravitacionais na Terra alterar ainda que sutilmente qualquer um dos dois caminhos percorridos pelos dois feixes laser, ao se reencontrarem, não mais ocorrerá interferência destrutiva e um sinal não nulo vai ''brotar'' na tela do equipamento, denunciando a passagem das ondas gravitacionais.

O esquema abaixo mostra, de forma simplificada, como funciona um interferômetro, a ideia básica por trás do LIGO.

O princípio básico da interferometria

 

Cada um dos dois detectores gêmeos do LIGO, localizados nos EUA, tem interferômetros gigantes com braços de cerca de 4 km de comprimento. Com este arranjo, desenhado para ser muito sensível, foi possível detectar a passagem pela Terra de ondas gravitacionais provenientes da colisão de dois buracos negros que se fundiram. O sinal plano deu lugar ao sinal mostrado na imagem abaixo e que revelou para os cientistas a presença do efeito estica/encolhe nos braços do interferômetro. Genial, não?

Sinal correspondente à primeira onda gravitacional detectada [Fonte: Nobel Prize]

Depois deste primeiro sinal, ratificando o pioneirismo da técnica bem-sucedida, o LIGO fez outras duas detecções de ondas gravitacionais. E em agosto deste ano, o LIGO e o VIRGO, outro experimento de interferometria, com base na Itália, mediram simultaneamente novo sinal de ondas gravitacionais. Ainda que menos sensível que os detectores americanos, o VIRGO nos ajuda a ratificar o sucesso da técnica da interferometria para detectar ondas gravitacionais. Fica assim evidente que muito em breve poderemos estudar o Universo a partir da detecção sistemática das ondas gravitacionais, verdadeiras assinaturas de eventos que despejaram altas doses de energia no tecido do espaço-tempo no passado mas só agora estão chegando até nós. Os detectores por interferometria serão como novos telescópios que, em vez de ondas eletromagnéticas, enxergarão as ondas gravitacionais.

_________________________

Está gostando do papo e das ideias científicas incríveis por trás deste Nobel de Física 2017? Em fevereiro de 2016, quando a primeira detecção de ondas gravitacionais feita pelo LIGO foi oficializada, escrevi um post caprichado sobre o tema (desculpe-me pela falta de modéstia!). Nele explico o que são ondas e em especial o que são as ondas gravitacionais. E também mostro, de forma mais detalhada, como funciona o detector do LIGO.

Para não me alongar neste texto de hoje, e uma vez que o outro post está em definitivo no blog como referência didática na introdução ao tema ondas gravitacionais, indico-o como leitura caso queira aprofundar o tema. Confira: Quer entender o que são ondas gravitacionais?.

Espero que goste!

Deixe os seus comentários!


1 – Em 2016 eu já apostava no Nobel para os cientistas do LIGO. Veja aqui.
2- Quase loucura: leciono nos três períodos às terças-feiras. E em duas cidades diferentes!

Para saber mais


Já publicado aqui no Física na Veia!

Confira os posts do blog sobre os trabalhos dos laureados com Nobel de Física desde 2006.

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Equinócio: vai começar a primavera 2017
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Nascer do Sol hoje, 22 de setembro de 2017, em São João da Boa Vista, SP, Brasil. Clique para abrir
versão maior.

 

A imagem acima, feita hoje, 22 de setembro de 2017, por volta das 6h10min, mostra o nascer do Sol. O Sol, na verdade, nasceu às 5h57min, um pouco antes. Mas as montanhas locais retardam em quase 10 minutos a aparição do Sol local aqui onde moro (São João da Boa Vista, interior de São Paulo, perto do Sul de Minas Gerais). Clique sobre esta (e outras imagens do post) para abrir versão maior.

Mas não se trata de mais um nascer do Sol como tantos outros ao longo do ano. Hoje é um dia especial: equinócio de primavera (no hemisfério sul terrestre) e equinócio de outono (no hemisfério norte).  Em outras palavras, para nós, no hemisfério sul da Terra, logo mais às 17h02min (horário de Brasília) estará começando oficialmente a estação da primavera enquanto que para os habitantes ao norte do equador começará o outono.

Como em todo Equinócio, o Sol nasceu exatamente no ponto cardeal leste. Se você pensou ''não é sempre assim, com o Sol nascente sempre no leste?'', digo logo que NÃO! Só nos equinócios, em dois dias muito particulares do ano, o Sol ascende no horizonte exatamente do ponto cardeal leste. Nos outros dias, dependendo da época do ano, o Sol nasce deslocado para a esquerda (a rigor para o norte) ou para a direita (a rigor para o sul) em relação ao ponto cardeal leste.

Para que você tenha uma ideia comparativa, veja abaixo outra foto que fiz da mesma paisagem, no mesmo ângulo, no dia 21 de junho, solstício de inverno (no hemisfério sul terrestre) e solstício de verão (no hemisfério norte), data oficial do início da estação do inverno ao sul do equador em 2017.

Nascer do Sol hoje, 21 de junho de 2017, em São João da Boa Vista, SP, Brasil. Clique para abrir
versão maior.

 

Notou a diferença? O Sol, neste dia, no início do nosso inverno, nasceu bem deslocado para a esquerda (a rigor para o norte). E a diferença não é pequena!

O mais incrível é que vivemos neste cenário de Sol nascente em pontos diferentes ao longo do ano. Todos os dias levantamos e vemos o Sol, exceto quando o céu está nublado. Mesmo assim, poucas pessoas percebem tal diferença de posição que, na prática, nem de longe é desprezível. Você mesmo, me conte, já tinha reparado nisso?

Para ficar mais evidente, veja abaixo uma montagem com as duas imagens acima.

Comparativo das posições reais do nascer do Sol em 21/06/2017 (solstício) e 22/09/2017 (equinócio)

 

Ainda não tenho uma imagem do solstício de verão (no hemisfério sul) que acontecerá em dezembro. Mas já está na minha agenda!  Vou fotografar o nascer do Sol neste dia, do mesmo ângulo, e postar a imagem aqui no blog para fazermos um comparativo ainda mais completo. Nesta data o Sol vai nascer deslocado para a direita do ponto cardeal leste (a rigor para o sul), como mostra (e prevê) a imagem acima. O que espero encontrar com este terceiro registro do nascer do Sol no solstício de verão é algo como mostrado nas etapas 2, 3 e 4 da imagem abaixo que se trata de uma simulação em computador.

 

Esse ''bamboleio'' que o nascer do Sol faz em torno do leste ao longo do ano, intimamente ligado às estações do ano, deve-se ao fato de que a Terra orbita o Sol mantendo seu eixo de rotação com inclinação fixa de 23,5° em relação à uma direção normal ao plano da sua órbita ao redor do Sol. Já abordei o tema aqui em vários posts, em especial neste que aborda as estações do ano.  Caso queira se aprofundar mais no assunto, logo abaixo você encontra outros links para posts que tangenciaram essa ideia de alguma forma.

Importante: se você observar o Sol se pondo ao longo do ano verá que o fenômeno é análogo, porém ao redor do ponto cardeal oeste. Para quem quer observar o fenômeno mas tem preguiça de acordar cedo para ver o Sol nascendo, pode montar um esquema de observações à tarde, com o Sol se pondo.

Deixe seus comentários relatando se você já observou a mudança gradativa e periódica do ponto onde o Sol nasce ao longo do ano.


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Missão Cassini: colírio para os nossos olhos!
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Capa do eBook '' The Saturn System Through the Eyes of Cassini'' (crédito: NASA)

 

Você conhece a página de e-Books da NASA? Se não conhece, vale a visita! Tudo gratuito! Garanto que você fará muitos downloads. Diversão mais conhecimento a custo zero!

Sugiro começar pelo The Saturn System Through the Eyes of Cassini, com imagens da missão Cassini que teve seu final na sexta-feira passada com um mergulho suicida da sonda Cassini em Saturno por conta o fim do combustível na nave.

Como sugere o título do e-Book sugere, a obra é uma coleção de informações e imagens de Saturno, seus anéis e algumas das suas luas. É de tirar o fôlego!

São 110 páginas, em inglês, com pouco texto e muitas imagens, tudo organizado nos seguintes capítulos:

Quer uma palhinha do que você encontra por lá? Veja…

 

Detalhes incríveis do planeta Saturno e seu complexo sistema de anéis.

Algumas luas de Saturno como nunca se viu antes

Titã, ao fundo, e Reia

 

Encélado

 

Hipérion

 

Mimas

 

Titã, de várias altitudes, e em solo, registrada pela sonda Huygens que viajou de carona com a
Cassini e pousou com sucesso no satélite

….

Ufa! Não falei que era de tirar o fôlego? E isso é quase nada perto do que tem no e-Book. Manda ver! Alguns cliques e tudo isso (e muito mais) será seu!

Importante: os diversos e-Books estão disponíveis para as diferentes plataformas (iBooks, Kindle readers e Epub) que abrem nos mais diversos dispositivos móveis, alguns dedicados à leitura de e-Book. Mas, se você não tiver como abrir nenhum desses arquivos, baixe a versão em PDF. A diferença é que o PDF é de layout fixo. As verdadeiras versões e-Book são interativas e adaptáveis a qualquer posição de tela, dentre outros recursos, o que é muito mais legal!

Pra encerrar, um detalhe curioso: a missão Cassini-Huygens chegou em Saturno em 2004, ano em que este blog entrou no ar. Lá se vão 13 anos! Viajamos juntos até aqui.

Mas, ao contrário da sonda, não farei nenhum mergulho suicida, encerrando o blog, uma espécie de missão de semear por aí a boa Física e tudo que tem a ver com ela. 'Por enquanto' não. Só se você não vier mais aqui e me deixar sozinho. Combinado?

Boa leitura, diversão, e principalmente aprendizado com os e-Books da NASA!


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Novo Hernanes estuda engenharia, tem bigode, mas patina na Física
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Frame do vídeo com a entrevista com o jogador Hernanes [Fonte: UOL Esporte]

Hoje, logo de manhã, recebi mensagem do amigo Ronaldo Marin comentando erro físico cometido pelo jogador Hernanes, recontratado pelo São Paulo Futebol Clube.

Só agora, com mais tempo, pude ler toda a matéria publicada no UOL Esporte e ilustrada com entrevista em vídeo.

A partir de 1:30 do vídeo, você mesmo pode conferir, Hernanes destaca a fórmula da potência que, segundo ele, serviu para torná-lo melhor atleta. Mas erra na fórmula ao declarar que ''potência é força vezes velocidade pelo tempo''. Não é.

Os jornalistas que fazem a entrevista transcrevem o trecho da fala do jogador como ''potência é força mais velocidade pelo tempo''. Errado também. E não é exatamente o que diz o jogador. Confira o trecho da entrevista destacado abaixo.

Trecho que transcreve de forma equivocada a fala do jogador

Conclusão: temos dois erros, um do jogador e outro da transcrição da sua fala. Mas ambas as versões estão fisicamente equivocadas!

Definições erradas de potência

 

Como aqui no Física na Veia! nunca perco oportunidade de discutir a boa Física, aproveito para definir a grandeza física potência da forma correta. Confira o texto a seguir.

 

Definição Correta de Potência

A Potência mede a taxa de variação da energia ΔE num determinado intervalo de tempo Δt. Para não complicar, usando uma linguagem típica de ensino médio, ainda que o fluxo de energia possa varia no decorrer do tempo, podemos definir potência média como:

 

Se imaginarmos que ΔE corresponda ao trabalho τF realizado por uma força F atuando sobre um corpo, podemos escrever:

Se a força F, para simplificar, for constante, então o trabalho τque realiza sobre um corpo qualquer ao longo de um deslocamento ΔS pode ser escrito como τ= F.ΔS.cosθ onde θ é o ângulo formado entre o vetor força e o vetor deslocamento. Assim teremos:

Na expressão acima aparece a razão ΔS/Δt. Você consegue se lembrar o que é ΔS/Δt?

Lembrou? ΔS/Δt é a expressão da velocidade escalar média. Logo:

Se a força tiver a mesma direção e o mesmo sentido do deslocamento, então teremos  θ = 0o.

E cos 0= 1. Assim:

Portanto, uma maneira alternativa de escrever potência média é

Sem nenhum problema ou maiores complicações, podemos generalizar a expressão acima para potência instantânea se usarmos os valores instantâneos da força e da velocidade.

O Hernanes ia marcando um golaço! Mas foi bola na trave! Se ele não tivesse dividido ''força vezes velocidade'' pelo tempo, estaria corretíssimo!

A análise que ele faz sobre a potência de um jogador está correta. Se o jogador malhar e investir pesado em ganhar musculatura, é capaz de fazer força maior. Logo, realiza maior trabalho e sua máquina corporal consegue envolver mais energia numa determinada jogada, o que equivale a uma maior potência.

 

Potência do ponto de vista dimensional

Do ponto de vista dimensional, usando a notação de colchetes, teremos:

Se você não conhece tal notação, leia e entenda a frase acima como ''unidade de medida de potência média é igual a unidade de medida de força vezes unidade de medida de velocidade''. Ok?

Força, no Sistema Internacional, medimos em N. Velocidade medimos em m/s. Assim teremos:

Na expressão acima, aparece N.m. Lembra o que é isso? É Joule! Unidade de medida de energia no Sistema Internacional.

Concluímos que potência deve ser medida em J/s que é W (watt).

A grandeza watt é bastante conhecida e usada na prática. E é típica de potência, o que ratifica toda a discussão anterior, validando a ideia de que potência média é força vezes velocidade.

 

Sou Tricolor

Sim, sou Tricolor! Atualmente sofredor… pois é… quem diria…

Logo, por razões óbvias, sou fã incondicional do Hernanes que já me deu muitas alegrias e é um extraordinário jogador!

Sua volta ao São Paulo Futebol Clube, não por coincidência, alavancou vitória histórica de 4 X 3 e de virada fora de casa contra o Botafogo na última rodada do Brasileirão. Isso não é pouco num momento crítico do meu time que insistia em ficar na zona de rebaixamento!

Mas aqui no blog não perco a chance de ensinar Física. Jamais! Por isso aproveito o deslize do ídolo que é poliglota (fala italiano, espanhol, francês e inglês) mas precisa melhorar o fisiquês!


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Cobertor esquenta?
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

 

Estamos em pleno inverno aqui no hemisfério sul. E a previsão do tempo avisa: a temperatura vai cair drasticamente nos próximos dias. No sul do país a temperatura ambiente já atingiu sete graus abaixo de zero na escala Celsius!

Quando esfria, nada melhor do que um aconchegante cobertor. E isso porque o cobertor esquenta, certo? E, quanto mais grosso, mais ainda ele aquece, não é verdade?

Nada disso! Dizer que cobertor esquenta é um erro físico grave! Nem cobertor, nem blusas, jaquetas e agasalhos… Nada disso esquenta pois não têm uma fonte própria de energia térmica!

Na verdade, o nosso organismo utiliza energia para nos manter constantemente aquecidos a cerca de 36ºC, temperatura típica dos mamíferos. Se o ambiente estiver mais frio do que o nosso corpo, o que é mais comum, vai nos ''roubar'' calor. Assim, quando a temperatura ambiente está baixa, o fluxo de calor do nosso corpo para o ambiente fica mais intenso e começamos a ter a desagradável sensação de frio, um alerta natural do nosso sistema nervoso para buscarmos proteção térmica.

Para evitarmos perda excessiva de calor para o ambiente, vestimos um agasalho de tecido mais grosso ou entramos debaixo de um cobertor. A parede de tecido fará o papel de isolante térmico, tornando mais lenta a perda de calor para o ambiente, diminuindo a sensação de frio, e provocando a falsa ideia de que foi o cobertor (ou o agasalho) que nos aqueceu. Mas a verdade é que fomos nós mesmos que nos esquentamos a partir do nosso próprio metabolismo típico dos mamíferos.

Logo, cobertor não esquenta. Coberto só produz isolamento térmico.

Vamos aprofundar o tema? Confira abaixo.

 

Um modelo para a condução de calor

Para entender melhor como tudo isso funciona, usaremos o modelo físico do francês Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) para a condução de calor através de uma parede de espessura L e área de secção transversal A.

Parede de espessura L e área A sendo atravessada por uma quantidade de calor Q

As temperaturas em ambos os lados da parede de espessura L e área de secção transversal A são θ1 e θ2, supostas constantes pelo modelo, e com θ> θ2. Logo, haverá passagem de uma quantidade Q de calor (por condução) a cada intervalo de tempo Δt através da parede, sempre no sentido do lado mais quente (maior temperatura, θ1) para o lado mais frio (menor temperatura, θ2). Lembre-se de que, espontaneamente, o calor sempre flui de onde a temperatura é maior para onde a temperatura é menor. E assim dizemos que haverá um fluxo de calor Φ = Q/Δt que, segundo Fourier, é dado por:

onde K, constante conhecida por coeficiente de condutibilidade térmica, depende do material de que é feita a parede. Quanto maior o valor de K, melhor condutor térmico é o material e, portanto, maior tende a ser o fluxo Φ de calor através da parede.  Ao contrário, quanto menor o valor de K, menor o fluxo Φde calor através da parede porque o material será um mau condutor de calor ou , se preferir, bom isolante térmico. Note que, na verdade, K é uma constante que regula o fluxo de calor Φ ao caracterizar quão bom condutor de calor é o material que constitui a parede.

A  partir do modelo de Fourier podemos calcular a quantidade de calor Q que passa através da parede num certo intervalo de tempo Δt pela seguinte expressão:

Imagine, por exemplo, um cobertor com espessura L =  2,5 cm, feito de um material com condutibilidade K = 0,0005 J/cm.s.ºC = 5,0.10-4 J/cm.s.ºC, sendo usado por uma pessoa que está a θ1 = 36ºC num dia em que a temperatura ambiente é θ2 = 0ºC. A quantidade de calor Q que vai escapar do corpo da pessoa por cada A = 1 m² (10000 cm² = 1.104 cm²) do cobertor em cada intervalo de tempo Δt = 1s será dada por:

Pelos cálculos acima, descobrimos que 72 J de calor (cerca de 72 / 4 = 18 calorias) atravessam cada metro quadrado do cobertor a cada segundo.

Na prática, um bom cobertor deve funcionar como um bom isolante térmico, ou seja, deve dificultar o fluxo de calor por condução. Desta forma, deve ser feito de um material de baixo coeficiente de condutibilidade K e ser suficientemente espesso, ou seja, ter um razoável valor de L. Note na expressão de Fourier que, quanto maior o valor de L, menor será  a quantidade de calor Q perdida para o ambiente. Da mesma forma, quanto menor a condutibilidade K, também menor será a quantidade de calor Q cedida para o ambiente. E, quanto menor a perda de calor para o ambiente, melhor será o isolamento térmico, produzindo sensação de maior conforto para quem está tentando se abrigar do ambiente gelado.

 

Cobertor elétrico? Aí esquenta!

O cobertor da figura acima esquenta de verdade. Mas ele é elétrico, ou seja, tem fio e plugue para ser conectado na tomada, além de um controle manual para ajustar a temperatura mais confortável para o usuário.
Ele não é apenas uma parede de material isolante térmico. É, além disso, um aquecedor elétrico pois possui resistores elétricos internos que, quando ligados à rede elétrica, uma vez percorridos por uma corrente elétrica, dissipam energia na forma de calor, o que conhecemos em Física como Efeito Joule. Nos cobertores elétricos, em alguns poucos segundos a temperatura do sistema se estabiliza atingindo o equilíbrio térmico num valor agradável para o corpo humano. Nesse caso, não é somente o metabolismo humano que estás trabalhando para manter a temperatura corpórea. Vem energia de fora do corpo, emanada pelos dos resistores elétricos na forma de calor, para ajudar no processo de conforto térmico em dias muitos frios.
Cobertores elétricos não são comuns aqui no Brasil, país tipicamente tropical onde o inverno geralmente é curto e não tão rigoroso, pelo menos na maior parte do seu território.

 

 Cobertor de Orelha

''… só quero que você me aqueça neste inverno
e que tudo mais vá pro inferno''

(Roberto Carlos)

Mamíferos emanam calor

Assim como o cobertor elétrico, o ''cobertor de orelha'' da imagem acima também esquenta. O cachorro, mamífero, mantém a sua temperatura corporal em torno de 36oC, valor bastante agradável para o gatinho, outro mamífero. O gatinho, também quentinho, também produz conforto térmico ao tocar no cão. É a prova de que um mamífero vivo, através do seu metabolismo, mantém a sua temperatura estável e emana radiação térmica constantemente.

 

Você entendeu?

Se você entendeu a ideia física por trás da pergunta ''cobertor esquenta?'', então me responda mais duas perguntinhas:

1) Se embrulharmos uma pedra de gelo num cobertor, o gelo demora mais ou menos para derreter?


Resposta (clique e arraste o mouse ou seu dedo se estiver num dispositivo móvel para ver a resposta): Se respondeu que demora mais, acertou na mosca! Se o cobertor esquentasse de fato, ou seja, tivesse uma fonte de energia operando o tempo todo, o gelo iria derreter mais rápido. Mas o cobertor vai funcionar apenas como uma parede termicamente isolante, diminuindo o fluxo de calor do ambiente (mais quente) para o gelo (menos quente), retardando o processo de fusão do gelo.

2) Por que sentimos mais fome no inverno?


Resposta (clique e arraste o mouse ou seu dedo se estiver num dispositivo móvel para ver a resposta): Nosso metabolismo, no inverno, trabalha de forma mais intensa para nos manter a 36oC. A sensação de fome é o nosso próprio organismo lembrando-nos de ''recarregar as baterias'', ou seja, de comermos para manter nossas reservas energéticas!

 

Mãe é mãe!

Já aconteceu, quando você está saindo de casa numa noite fria, da sua mãe dizer ''Vai só com essa blusinha? Tá muito frio! Pega aquela outra blusa preta no armário que ela esquenta mais!'' ? Comigo, que já passei dos cinquenta anos, acontece até hoje!

Sim, sua mãe está fisicamente errada! Muito errada! Como vimos acima, não existe blusa que esquente, nem mais, nem menos. Blusa apenas propicia isolamento térmico.

Mas não retruque. Obedeça na hora. Troque de blusa. De um beijo na mamãe e agradeça a dica antes de partir. Afinal, mãe é mãe! E, mesmo quando estão fisicamente erradas, sempre estão certas!


Já publicado no Física na Veia!

[19/07/2012]  Mão não é termômetro(*)

(*) Post publicado na plataforma antiga do blog

 


Astrofotografia Planetária: a saga continua
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Júpiter e Saturno, capturados em 11 de julho de 2017, e  montados em imagem única.

 

Seguindo o que foi proposto no post anterior, sigo com meus estudos teóricos e práticos para, aos poucos, dominar a arte da astrofotografia planetária¹. Estou aproveitando as férias escolares de inverno para fazer um intensivão! Em período letivo, vida de professor é sempre corrida.

Consegui maior tamanho das imagens capturadas usando uma lente barlow 2x que, como sugere o nome, dobra o aumento. Com mais aumento, o campo visual capturado fica mais restrito. Logo, é preciso ter as ''manhas'' para conseguir a ''pontaria'' precisa que permita ver alguma coisa na tela do notebook. Para tal, contei com importantes dicas à distância do experiente astrofotógrafo Denis Valentim Rodrigues, da vizinha cidade de Aguaí, interior de São Paulo, e inestimável ajuda presencial do Gabriel Akira Yanaguya, jovem astrofotógrafo daqui de São João da Boa Vista. Valeu Denis e Gabriel!

Uma dica pontual e que deu resultado foi encontrar o planeta pela ocular inicialmente com uma lente de pequeno aumento e deixá-lo perfeitamente centralizado no campo de visão do telescópio. A seguir, ir colocando lentes de menores distâncias focais, ou seja, propiciando aumentos gradativamente maiores. E sempre, a cada etapa, ir centralizando o planeta no campo de visão que se obtém através da ocular da forma mais perfeita possível. Por fim, a última centralização, com aumento máximo, é feita com a barlow, no limite do aumento do equipamento. Só então retira-se a ocular e coloca-se a webcam sobre a barlow que já está instalada no focalizador do telescópio.

Outra ''manha'' prática importante é estourar o ganho da webcam e deixar o focalizador do telescópio longe das posição que dá foco perfeito. Assim será possível ver na tela do notebook um ''borrão'' muito maior do que o planeta que é, na verdade, uma imagem do suporte do espelho secundário (conhecido como aranha) retroiluminado pela luz do planeta. A partir daí, centralizando o borrão no campo visual e justando o foco com delicadeza, veremos gradativamente o planeta brotar na tela do notebook.  Aí é só calibrar  os parâmetros da câmera (ganho, exposição, equilíbrio de cores, etc.) e disparar a captura do vídeo que será, posteriormente, empilhado para que se obtenha uma imagem única do objeto fotografado que será pós processada (confira mais detalhes no post anterior).

Minhas primeiras capturas, feitas em junho e reprocessadas em julho, geraram imagens minúsculas de Júpiter e Saturno, o que não entregava para os softwares de pós processamento informações suficientes para conseguir boas imagens. Com uma barlow 2x o resultado melhorou bastante!

Experimentamos (Gabriel e eu) duas barlows simultaneamente, quadruplicando o aumento, técnica sugerida pelo Denis. E o resultado foi muito bom! As imagens acima foram obtidas com as duas barlows trabalhando juntas.

Ficou muito evidente que, com maior aumento, com mais dados capturados, a qualidade do resultado no pós processamento cresce exponencialmente, permitindo recuperar muitos detalhes dos planetas. Mas, como já era esperado, imagens maiores são, naturalmente, mais escuras. A baixa luminosidade torna o processo de captura mais crítico no tocante à calibragem da câmera, ainda mais porque estou usando uma webcam comum (Logitech C270 ) adaptada ao telescópio (veja post anterior). Imagino que com uma câmera dedicada à astrofotografia isso seja menos complicado, embora sempre um processo crítico e importantíssimo para o resultado final.  Acredito que, com treino e paciência, mesmo com uma mera webcam, conseguirei um bom ajuste dos parâmetros de captura e resultados bastante satisfatórios. Tudo é questão de treino e paciência. Muita paciência, especialmente.

Infelizmente, para acrescentar ''mais emoção'' ao processo, o sensor da webcam sujou. É que, sem a lente da webcam, o sensor fica exposto. Como explicado no post anterior, retirar a lente da webcam é necessário para que se possa projetar sobre o sensor digital a imagem real² gerada pelo espelho parabólico (primário) do telescópio.

O efeito prático de uma pequena partícula de poeira grudada no sensor é o aparecimento de uma mancha escura, resultado da obstrução da luz sobre os pixels do sensor. Para entender melhor como é isso, confira na imagem a seguir um frame capturado com o sensor limpo e outro ''contaminado'' pela sujeira no sensor.

O frame da esquerda foi feito com o sensor limpo. Mas o frame da direita está ''contaminado''

Essa mancha escura, no pós processamento, é interpretada pelos softwares de empilhamento como pertencente à imagem verdadeira do planeta e, portanto, entra como se fosse um dado real, gerando uma imagem que não condiz com a realidade. Note, por exemplo, na foto lá no topo do post, que a esfera planetária de Saturno, que deveria ter linhas paralelas bem nítidas, ficou borrada. Isso é efeito da sujeira no sensor que, portanto, para boas astrofotos, deve estar sempre 100% limpo.

Estou guardando a webcam acondicionada dentro de uma bolsa de couro, bem fechada com zíper. Mas, mesmo assim, a chance do sensor exposto receber e reter partículas de poeira fica enormemente maior. Já estou providenciando a compra de uma bombinha (ou pera) manual de ar, como a da imagem abaixo, para literalmente soprar para fora a poeira do sensor e mantê-lo sempre limpo. Descobri, na prática, que o tal soprador é um acessório indispensável para a astrofotografia.

Soprador para limpar o sensor (Fonte: Mercado Livre)

Na base da gambiarra, arrisquei soprar o sensor da webcam com secador de cabelo com jato frio, sem aquecimento. Melhorou. Mas é um processo de risco porque o próprio secador pode ter poeira acumulada e acabar soprando-a para dentro do sensor, piorando a situação. Só corri o risco porque a webcam é de baixo custo (R$ 100). Jamais faria isso com uma câmera cara de mais de R$ 1000.

Fiquei bastante satisfeito com a melhora das imagens, especialmente porque entre as primeiras capturas (veja abaixo) e as mais recentes (confira imagem no topo do texto) há menos de um mês de experiência. Mas os detalhes registrados são muito melhores agora! Com mais tempo e perseverança, melhorando tanto a captura quanto o pós processamento, a qualidade das imagens só pode (e vai!) melhorar.

Júpiter e Saturno, meus primeiros registros feitos em junho e recentemente reprocessados.

 

O mais legal de tudo é a diversão! Olhar o céu, mesmo a olho nu, especialmente de um lugar escuro, longe das luzes do centro da cidade, já é uma experiência sensacional. Com telescópio é ainda melhor. Mas poder fazer registros fotográficos e, com técnica de pós processamento, capturar detalhes que não conseguimos ver espiando diretamente na ocular, é delicioso. E instigante! A cada nova captura, quero melhorar mais e mais. Depois, fico tentando entender o que deu certo e o que não deu, vendo o resultado do pós processamento, já pensando numa próxima tentativa mais bem sucedida. É um vício do bem!

Nestas mais recentes imagens, testei outro software de captura: o FireCapture. Interessante! Ele tem alguns recursos bem úteis que o SharpCap não tem. Abordarei mais detalhes sobre os softwares de captura e pós processamento mais adiante, possivelmente fazendo tutoriais. Mas deixo já uma dica preciosa: depois que instalei o FireCapture em sua versão 2.5, a mais atual, tive que fazer downgrade para a versão 2.4. O Gabriel chamou a minha atenção para o fato de que a versão mais nova só reconhece câmeras dedicadas. A 2.4 também consegue reconhecer as webcam. Se você for tentar fazer astrofotografia com webcam, tenha isso em mente.

Testei também nesta segunda etapa o PIPP – Planetary Imagem PreProcessor que, como sugere o nome, faz um pré processamento dos frames do vídeo, o que pode ajudar bastante na qualidade do processo de empilhamento, especialmente se o telescópio não tiver motorização para fazer o acompanhamento do movimento aparente dos astros no céu. No meu caso, com montagem motorizada, a diferença não foi tão perceptível. Mas vou testar uma maneira de gerar fotos dos frames individuais para fazer uma inspeção visual dos mesmos, além da inspeção automática que o software já faz. Talvez assim seja possível eliminar um ou outro frame menos confiável, melhorando ainda mais a qualidade da imagem final. Se eu obtiver bons resultados com essa possível mas ainda não testada técnica, posto futuramente no blog.

Por hoje é isso!

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Abraços. E Física (e Astrofotografia) na veia!


1 -Adiante é certo vou querer praticarastrofotogroafia de DSO – Deep Sky Objects, registrando nebulosas, aglomerados e galáxias, por exemplo. Mas essa técnica requer mais amadurecimento e, talvez, equipamento dedicado.
2-Somente imagens reais podem ser projetadas. Lembra da Óptica Geométrica básica de ensino médio?

Já publicado no Física na Veia! 

(*) Post na plataforma antiga do blog