Física na Veia!

Arquivo : junho 2015

O “encontro” de Vênus com Júpiter é hoje!
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Venus_Jupiter_29junho2015a

Vênus (abaixo) e Júpiter (acima). Registro feito em 29/junho/2015, véspera da máxima aproximação.

 

Desde sábado passado, 27 de junho, venho observando e fotografando Vênus e Júpiter ao cair da tarde. Os resultados estão disponíveis na fanpage do blog no Facebook (facebook.com/FisicaNaVeia)

Os dois planetas, nossos vizinhos do Sistema Solar, vistos daqui da Terra, estão em aproximação aparente. E hoje, terça-feira, 30 de junho, a distância relativa será mínima! Os planetas estarão “coladinhos” no céu. Imperdível!

O bacana é que dá para ver tudo a olho nu. E está bem fácil de encontrar os astros no céu. Para ajudar meus leitores nessa deliciosa tarefa observacional, no post anterior dei dicas de observação com simulações do céu para vários dias (pouco antes e pouco depois do dia 30 de junho).

Confira acima e abaixo fotos do fenômeno que fiz ontem, 29 de junho, segunda-feira, véspera da máxima aproximação. Na imagem de cima vemos a cena mais aberta e já dá para notar os dois planetas bem próximos no céu. Na imagem de baixo, com zoom óptico de 30X, a câmera digital vira quase uma lunetinha. Dá para ver os dois planetas mais de perto. Usei 2s de exposição, com ISO alto, sempre com a câmera no tripé. Note que nessa segunda captura foram registradas duas (das quatro) luas galileanas de Júpiter!

Venus_Jupiter_29junho2015b

No mesmo dia, agora com zoom, com os dois planetas em destaque. Vênus (abaixo): um verdadeiro
farol. Júpiter (acima): acompanhado de dois “pontinhos”, dois de seus satélites.

 

Anote aí na sua agenda para não esquecer: observação astronômica hoje, a partir das 18h até mais ou menos 20h.

Deixe o seu comentário nos contando sobre a sua observação do fenômeno!

Vou observar/fotografar e depois posto o resultado na galeria logo abaixo. Combinado?


Galeria de fotos do fenômeno astronômico.

Cena linda!  Mas as nuvens baixas e avermelhadas pela iluminação do bairro estão atrapalhando bastante a observação e os registros fotográficos.

Venus_Jupiter_30jun2015_a

Vênus e Júpiíter em máxima aproximação aparente.

Venus_Jupiter_30jun2015_b

Com zoom vemos os dois planetas e as quatro luas galileanas de Júpiter. Ganimedes, acima. Abaixo,
a contar do planeta, Io, Europa e Calisto. Vênus deveria brilhar mais na imagem. Deve ser
efeito atenuador das nuvens.


Vênus e Júpiter “coladinhos” no céu
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Venus_Jupiter_26jun2015a

Os dois pontos brilhantes no céu são Júpiter (acima) e Vênus (abaixo). Registro feito em 26 de junho de
2015, em São João da Boa Vista, SP. Clique para abrir imagem em maior resolução.

 

Se você tem o costume de observar o céu, em especial o Sol se pondo ao final da tarde, deve ter notado nos últimos dias que no horizonte oeste, bem onde o Sol se esconde, dois pontinhos bem luminosos têm chamado a atenção e começam a aparecer antes mesmo do céu ficar completamente escuro.

Chegou a observá-los? Sabia que são dois planetas? Sim! Vênus e Júpiter!

A foto acima mostra os dois pontinhos no céu, os dois planetas registrados por mim ontem (sexta-feira, 26 de junho) por volta das 18h30min aqui na minha cidade, São João da Boa Vista, interior de São Paulo. O céu estava quase escuro. O ambiente também. Mas enquanto eu fazia o registro em longa exposição (~7 s), às minhas costas veio um automóvel com faróis acesos que iluminaram a estradinha de terra e as plantas. O efeito acabou ficando bem interessante.

Veja abaixo os dois planetas, agora em close, usando o zoom óptico da câmera que acaba funcionando quase como uma luneta digital.

Venus_Jupiter_26jun2015b

Vênus (abaixo), quase um farol. E Júpiter (acima), também bastante brilhante. As manchinhas perto de
Júpiter são satélites do planeta que saíram na foto de longa exposição e com zoom. Clique para abrir
imagem em maior resolução.

 

O mais legal é que até o dia 30 de junho Vênus e Júpiter vão ficar cada vez mais próximos no céu. Nesse dia os dois pontinhos ficarão quase sobrepostos. Vai ser um espetáculo raro. Imperdível!

Não deixe de observá-los! Chame os amigos. Espalhe a notícia. Compartilhe o link desse post. Se o céu estiver limpo, sem nuvens, você vai ver a cena astronômica com certeza! Está bem fácil localizar os dois astros ao cair da tarde. Para garantir sucesso nas suas observações, siga as minhas dicas a seguir.

  1. Perto das 18h, procure um local de onde possa ver o horizonte oeste, onde o Sol se põe.  O céu já estará escurecendo. Espere o Sol se esconder.
  2. Um pouco à direita da posição onde o Sol se escondeu, acima do horizonte, vai aparecer o primeiro pontinho bem brilhante. É Vênus.
  3. Em cerca de 10 minutos depois de Vênus você já deve começar a ver Júpiter, o segundo pontinho brotando no céu. Ele estará ligeiramente acima de Vênus, mais ou menos como na foto acima.
  4. Com o passar dos dias os dois pontinhos vão ficar cada vez mais “coladinhos” no céu. A máxima aproximação será no dia 30 de junho.
  5. Depois de 30 de junho, por pelo menos mais um mês, os dois planetas ainda continuarão visíveis, sempre ao entardecer. Mas vão se afastar cada vez mais. Note que, depois do grande encontro, quando vir os dois pontinho no céu, Vênus estará mais para cima e Júpiter mais para baixo. Depois da máxima aproximação as posições serão invertidas.

Entenda o fenômeno

Vênus e Júpiter não vão ficar próximos de verdade! A aproximação é aparente. Somente nós, habitantes do pálido ponto azul chamado Terra poderemos ver essa linda cena astronômica. Explico.

Vênus, você sabe, é o segundo planeta do Sistema Solar a partir do Sol. A Terra, onde estamos, o terceiro. Júpiter, bem mais distante, o quinto planeta do nosso sistema, numa órbita mais externa, depois de Marte, o quarto planeta, que também tem órbita solar mais externa do que a Terra. Essa ideia fica bastante clara na imagem. Ela é um print screen do www.solarsystemscope.com (simulador do Sistema Solar on line e gratuito) que editei para ajudar você na compreensão do fenômeno.

Venus_Jupiter_Sistema_Solar_30jun2015

Vistos daqui da Terra, Vênus e Júpiter estão praticamente na mesma linha de visada do observador.
Logo, têm pequena separação angular.

 

A simulação mostra as posições reais de Vênus, Terra e Júpiter e demais planetas do Sistema Solar no próximo dia 30 de junho.

Note que a Terra, Vênus e Júpiter estarão quase numa mesma linha. Isso significa que, olhando daqui da Terra, Vênus e Júpiter estarão praticamente na mesma linha de visada de um observador terrestre (linha amarela tracejada). Por isso, vistos da Terra, os dois planetas parecerão estar “coladinhos”, com pequena separação angular. É o que chamamos de conjunção em Astronomia.

Júpiter, na realidade, está muito mais distante do que Vênus. Mas, como Júpiter é muito maior do Vênus, não parecerá tão pequeno, embora seja visualmente menor e menos brilhante do que Vênus que, além de estar mais perto, reflete bastante luz solar por conta da sua atmosfera.

Entendeu o belo capricho cósmico feito para sob medida para nós que vivemos aqui na Terra?

Anote aí na sua agenda: grande espetáculo observacional no dia 30 de junho, terça-feira, 18h!

Mas o show dos dois planetas, que já acontece há alguns dias, ainda continuará por pelo menos um mês.

Para ajudá-lo em suas observações, confira abaixo imagens simulando o céu (horizonte oeste, ao entardecer) nos próximos dias. Com elas você vai ter uma ideia do espetáculo que vem por aí. Usei o software Stellarium (gratuito e de código aberto).

Simulações

Confira as posições relativas de Vênus e Júpiter nos próximos dias.

26/junho/2015 

Encontro_VenJup_26jun2015

Exatamente a cena registrada em fotografia por mim. Compare essa imagem com a foto lá do
topo do post.

27/junho/2015 

Encontro_VenJup_27jun2015

Vênus e Júpiter um pouco mais próximos que no dia anterior.

28/junho/2015 

Encontro_VenJup_28jun2015

A aproximação continua. Os dois planetas estão um pouco mais próximos.

29/junho/2015 

Encontro_VenJup_29jun2015

Caminhando para a máxima aproximação, os dois pontinhos já estão bem mais próximos.

30/junho/2015 [o grande encontro!]

Encontro_VenJup_30un2015

Sensacional! Vênus e Júíter “grudadinhos” no céu!

01/julho/2015 

Encontro_VenJup_01jul2015

Depois do encontro do dia anterior, os planetas trocaram de posição. Vênus aparece acima e Júpiter
abaixo. E vão se fastar cada vez mais nos próximos dias.


Já publicado no Física na Veia! 


O que é Física Estatística?
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Fundamentos_Fis_Estatistica

Capa do “Fundamentos da Física Estatística” que tem 420 páginas.

 

Acabo de receber o livro “Fundamentos da Física Estatística” de autoria de Edson Denis Leonel (editora Blucher). Ao folheá-lo, deu saudades do último ano do curso de graduação em Física, época em que normalmente somos iniciados nessa importante disciplina do curso de bacharelado em Física. Vou guardá-lo para futura revisão da matéria, provavelmente nas férias de julho que já estão chegando.

Para quem não sabe o que é Física Estatística, explico: é a parte da Física que estuda o comportamento de sistemas com muitos constituintes que podem ser desde átomos num gás até fótons. E, como o nome sugere, tudo é modelado de forma probabilística, usando as ferramentas da Estatística.

O livro, bastante completo, aborda desde os conceitos fundamentais da disciplina até temas mais avançados, cobrindo o conteúdo visto em cursos de graduação e também de pós-graduação. A obra está organizada nos seguintes capítulos:

1 Uma breve revisão de termodinâmica
2 Discussão elementar sobre métodos estatísticos
3 O problema da caminhada aleatória
4 Estados microscópicos e ensemble microcanônico
5 Ensembles: canônico, grande canônico e pressões
6 Gases ideais
7 Gás de férmions e gás de bósons
8 Partículas movendo-se sob ação do campo gravitacional e colidindo em uma plataforma móvel – um gás simplificado
9 Movimento Browniano
10 Equação de Fokker-Planck
11 Transições de fase: uma discussão inicial
12 Caracterização de transições de fase em um sistema magnético e em uma família de mapeamentos discretos

Ficou curioso? A editora fornece uma mostra do livro (em PDF). E tem outra ferramenta ainda mais legal que permite folhear o livro virtualmente.  Experimente!

No site da editora, para professores cadastrados, está disponível um material de apoio. Fiquei curioso e baixei. Ele contém mais de cem slides em MS Power Point com desenhos, gráficos e tabelas do livro. Uma mão na roda na hora de preparar aulas.

Se ficou interessado, fica dica: o livro está com excelente desconto no site da editora. Mas fica também o aviso: é só para os iniciados no formalismo matemático típico do final do curso de graduação em Física. Ok?


Por que temos quatro estações no ano?
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

seasons_sim_app_solst_inverno

Tela do aplicativo “Seasons Simulator” mostrando o que acontece no solstício de inverno, 21 de junho, de três diferentes pontos de vista (três janelas).

 

No post anterior, publicado no dia em que entramos oficialmente no inverno no hemisfério sul terrestre, falei sobre solstícios e equinócios, assunto intimamente ligado às quatro estações do ano.

Optei por conduzir o tema tomando o horizonte local de um observador terrestre como referencial. Dessa maneira, podemos perceber de forma bastante prática e observável como a posição do sol nascente (ou poente) vista daqui da Terra muda diariamente. Fica como sugestão aos leitores mais interessados observar o Sol nascente (ou poente) ao longo de um ano e confirmar a ideia de forma experimental. É a maneira mais didática para entender o fenômeno de forma definitiva, ou seja, aprender de verdade.

Nesse novo texto pretendo aprofundar o tema. Usarei o Seasons Simulator (imagem acima) que pertence à incrível coleção de aplicativos interativos de Astronomia (em flash) da Universidade Nebraska-Lincoln. O aplicativo é bastante didático porque explora três janelas simultâneas que nos permitem analisar a posição relativa Terra-Sol em três diferentes referenciais, o que ajuda muito no entendimento da origem das quatro estações do ano.

Confira a função didática de cada uma das três janelas:

  • Janela principal, maior, à esquerda
    Nos dá uma visão geral da Terra orbitando o Sol. É como se estivéssemos parados em relação ao Sol,  num ponto distante do espaço, observando o nosso planeta em seu movimento anual de translação.
  • Janela secundária superior à direita
    Focaliza a Terra, como se estivéssemos num ponto fixo do espaço num plano que contém o círculo do equador do nosso planeta. É possível ver um observador que se encontra em certa latitude (linha vermelha que marca o paralelo local). E podemos acompanhar a mudança na inclinação aparente dos raios de solares (paralelos) que atingem o planeta. É bastante didático perceber que, ao longo do ano, o raios solares atingem a Terra em diferentes inclinações em relação ao plano do equador.
  • Janela secundária inferior à direita
    Mostra os raios solares (paralelos) que atingem a superfície da Terra no local onde se encontra o observador, para cada época do ano.

 

Entendendo as quatro estações

A órbita da Terra ao redor do Sol é elíptica. Isso quer dizer que, enquanto a Terra orbita o Sol, a distância Terra-Sol varia entre um valor mínimo e um valor máximo.

Se a órbita solar da Terra fosse uma elipse muito alongada (a rigor, muito excêntrica), a distância Terra-Sol iria variar bastante ao longo de um ano, como nos mostra a imagem abaixo.

elipse_grande-excentricidade

Como seria a órbita da Terra ao redor do Sol se fosse muito alongada (a rigor, se fosse uma elipse
muito excêntrica). Atenção: figura propositalmente fora de escala.

Se, como visto acima, a distância Terra-Sol tivesse variações enormes (distância máxima muito maior do que a distância mínima), a Terra iria se aproximar e se afastar bastante do Sol. Teríamos, quando mais perto da nossa estrela, muita energia solar atingindo o planeta e, portanto, temperaturas muito altas. Ao contrário, quando a Terra ficasse bastante afastada do Sol, a temperatura do nosso planeta cairia a valores extremamente baixos. Dá para perceber que a temperatura média na Terra sofreria variações gigantescas ao longo de um ano? Para a nossa sorte, não é assim. Mas muitos livros didáticos mostram a órbita da Terra e de outros planetas do Sistema Solar exageradamente elípticas, passando informação equivocada aos estudantes, induzindo-os a erros graves.

A ilustração abaixo está mais próxima da realidade. A orbita da Terra ao redor do Sol é quase circular e o Sol está ligeiramente deslocado do centro (para um ponto chamado foco da elipse). A órbita não é uma circunferência perfeita. Mas está bem longe de ser uma elipse muito alongada!

elipse_pequena-excentricidade

A órbita da Terra ao redor do Sol é “quase circular” (a rigor, é uma elipse de baixa excentricidade).
Atenção: figura propositalmente fora de escala.

 

Note, pela imagem acima, que na realidade os valores máximo e mínimo da distância Terra-Sol não são radicalmente diferentes ao longo do ano (ou de uma órbita completa). Logo, as variações climáticas conhecidas como estações do ano aqui na Terra não podem ser efeito da aproximação ou do afastamento da Terra em relação ao Sol decorrentes das excentricidade orbital. Concorda?

E todos sabemos que sempre temos estações opostas nos hemisférios norte e sul. Certo? Quando é inverno no hemisfério norte, é verão no sul. Quando é primavera no hemisfério norte, no sul é outono. Se fosse a distância Terra-Sol que provocasse as estações do ano, teríamos sempre uma estação única em todo o planeta. Mas não temos.

Se não é a excentricidade orbital, quem provoca as estações do ano? A resposta é relativamente simples: a inclinação do eixo de rotação terrestre que se mantém constante enquanto o nosso planeta orbita o Sol em seu movimento anual de translação. Assim, dependendo da época do ano, a Terra pode estar numa posição em que recebe mais energia solar no hemisfério norte do que no sul (verão no norte e inverno no sul) ou mais energia solar no hemisfério sul que no norte (verão no sul e inverno no norte). Pode, ainda, estar em situações intermediárias onde a energia solar média que atinge o planeta é equivalente nos dois hemisférios,  dando origem à primavera e ao outono.

E é isso, dentre outras coisas, que pretendo deixar bem claro nesse texto.

Vou tomar as mesmas datas do post anterior e, no aplicativo Seasons Simulator, analisar o fenômeno. Escolhi (no software) a latitude do observador como sendo 22 graus sul, muito próximo da latitude da minha cidade, São João da Boa Vista, interior de São Paulo. Acompanhe o raciocínio a seguir.

 

Simulações e explicações

20/março (equinócio de outono no hemisfério sul)

seasons_sim_21mar

O Sol atinge igualmente os dois hemisférios da Terra. Os raios solares chegam perpendicularmente ao equador terrestre. Para o observador na Terra, 22 graus ao sul do equador, os raios solares estão um pouco inclinados para o norte, ou seja, o observador vê a trajetória aparente diária do Sol ligeiramente deslocada para o norte.

20/maio (em pleno outono no hemisfério sul)

seasons_sim_20mai

O Sol já atinge bem mais diretamente o hemisfério norte que o sul. Por isso, no hemisfério sul, as temperaturas tendem a ficar cada vez mais amenas. Os raios solares atingem perpendicularmente um ponto acima do equador, próximo ao trópico de câncer. Para o observador na Terra, 22 graus ao sul do equador, os raios solares estão ainda mais inclinados para o norte, ou seja, a trajetória aparente diária do Sol é vista ainda mais deslocada para o norte.

21/junho (solstício de inverno no hemisfério sul)

seasons_sim_21jun

O Sol agora atinge muito mais diretamente o hemisfério norte que o sul. As temperaturas no hemisfério sul serão muito mais baixas. Começa oficialmente o inverno no hemisfério sul. Os raios solares incidem perpendicularmente num ponto exatamente sobre o trópico de câncer. Para o observador na Terra, os raios solares estão muito mais inclinados para o norte, ou seja, o observador vê a trajetória diária aparente do Sol bastante deslocada para o norte.

21/agosto (em pleno inverno no hemisfério sul)

seasons_sim_21ago

Segue o inverno no hemisfério sul. O Sol ainda atinge mais diretamente o hemisfério norte que o sul. Os raios solares incidem perpendicularmente num ponto abaixo do trópico de câncer, o que significa que o nosso inverno está indo embora. Para o observador na Terra, 22 graus ao sul do equador, os raios solares estão menos inclinados para o norte do que estavam em junho, ou seja, o observador vê o Sol voltando a passar cada vez mais alto no céu e menos deslocado para o norte.

23/setembro (equinócio de primavera no hemisfério sul)

seasons_sim_23set

Voltamos a uma posição da Terra ao redor do Sol em que os raios solares atingem igualmente os dois hemisférios. Temos outro equinócio. A Terra está numa posição da sua órbita diametralmente oposta àquela em que se encontrava no dia 21/março (equinócio de outono). As temperaturas no hemisfério sul começam a subir. Os raios solares voltam a incidir perpendicularmente sobre um ponto exatamente no equador. Para o observador na Terra, 22 graus ao sul do equador, os raios solares estão ligeiramente inclinados para o norte, ou seja, o observador vê o sol passando bem mais alto no céu e muito pouco deslocado para o norte. Daqui para a frente o observador vai ter a sensação de que agora o Sol avança para o sul.

21/novembro (em plena primavera no hemisfério sul)

seasons_sim_21nov

Em plena primavera, o Sol já atinge muito mais diretamente o hemisfério sul que o norte. As temperaturas no hemisfério sul vão crescer cada vez mais. Os raios solares chegam quase sem inclinação à superfície do planeta onde encontra o observador, 22 graus ao sul do equador. Em breve o Sol estará a pino nesse local. E o observador terá a sensação de que a cada dia a trajetória aparente diária do Sol se desloca mais para o sul.

22/dezembro (solstício de verão no hemisfério sul)

seasons_sim_22dez

É bem evidente que o Sol agora atinge muito mais diretamente o hemisfério sul que o norte. A Terra se encontra em posição orbital diametralmente oposta àquela que ocupava em 21 de junho (solstício de inverno). É solstício de verão no nosso hemisfério, data que marca oficialmente o início do nosso verão. As temperaturas ao sul do equador serão muito mais altas. Os raios solares incidem perpendicularmente num ponto exatamente sobre o trópico de capricórnio, muito próximo de onde se encontra o observador terrestre, a 22 graus ao sul do equador, para quem os raios solares estão um pouquinho inclinados para o sul. Para o observador o Sol atingiu seu máximo deslocamento aparente ao sul e passa alto no céu.

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Conclusão

Analisando as situações simuladas acima, percebemos que a inclinação constante do eixo de rotação da Terra provoca, para um observador fixo no nosso planeta, a sensação que a trajetória diária solar se desloca para norte ou para o sul do equador, dependendo da época do ano.

A partir do equinócio de outono no hemisfério sul, o Sol parece se deslocar cada vez mais para o norte, até o início do inverno. No solstício de inverno o Sol “para” e atinge o máximo deslocamento norte. A partir daí, o Sol parece retornar à mesma posição do equinócio de outono, até atingir o equinócio de primavera. Desde que a primavera tem início, até o começo oficial do verão, o Sol tem deslocamento aparente para o Sul. No solstício de verão o Sol “para” novamente e atinge máximo deslocamento sul. Daí para frente o Sol parece retornar para a posição do equinócio, fechando um ciclo, que se repete anualmente, a cada orbita completa do nosso planeta ao redor do Sol.

Na prática, é como se o Sol fosse uma lâmpada que “sobe” (vai para o norte) e depois “desce” (indo para o sul) iluminando de forma diferencial cada hemisfério da Terra em cada época do ano. Esse diferença de iluminação (a rigor, de insolação), faz com que a taxa de energia solar incidente em cada hemisfério seja diferente, o que provoca temperaturas maiores ou menores.

Como temos quatro pontos principais na órbita solar da Terra (dois solstícios e dois equinócios), caracterizando posições típicas aparentes do Sol, os quatro períodos de tempo entre esses quatro pontos orbitais ficaram conhecidos como as quatro estações do ano. Deu para entender porque temos quatro estações no ano?

Agora rode o  Seasons Simulator pensando no raciocínio acima. Sem pressa, brinque! Divirta-se vendo o tempo passar rápido. Compare os que as três janelas simultâneas do aplicativo mostram. Tenho certeza de que o seu entendimento sobre as quatro estações do ano vai mudar para melhor!

Veja a seguir algumas dicas “quentes” sobre o aplicativo, visando melhorar a sua curva de aprendizagem do software, o que vai acelerar o processo didático.

Dicas sobre o o aplicativo

seasons_sim_app_dicas

Tela do “Seasons Simulator”

 

Pra começar, dois botões bem importantes:

  • No rodapé do aplicativo, no canto inferior direito, encontramos o botão “start/stop animation”. Ela faz o óbvio: dá início à simulação que se desenvolve automaticamente. Clicando nele novamente, a simulação fica pausada. Experimente rodar a simulação e observar a evolução simultânea das cenas nas três janelas (1, 2 e 3). O efeito didático para entender o fenômeno das quatro estações é simplesmente genial.
  • Note ainda, no mesmo rodapé, um calendário. Conforme a animação se desenrola, uma barra vertical rosa vai mostrando a evolução dos dias/meses dos ano. Essa barra rosa pode ser clicada e arrastada. Com a simulação automática parada, você mesmo pode clicar/arrastar essa barra para fazer o tempo andar para frente ou para trás. E pode escolher rapidamente o dia do ano que pretende observar. Muito útil.
  • Se quiser recomeçar do zero, no topo da janela do aplicativo tem o botão “reset”.

As três janelas (ou referenciais):

  • Na janela (1), principal, a que nos dá uma visão geral da Terra orbitando o Sol, podemos clicar/arrastar. Com essa ação, mudamos a perspectiva 3D, ou seja, é possível alterar o ponto do espaço do qual assistimos a cena. Isso funciona com a simulação pausada ou rodando. Função muito didática.
  • Na janela (2) é possível clicar/arrastar sobre o observador para alterar a sua posição relativa ao equador terrestre, ou seja, ajustar a sua latitude local. Quando você abre o aplicativo, o observador encontra-se numa latitude norte. Ajuste-a para a sua latitude. Para fazer as imagens desse post eu acertei a latitude do observador para cerca de 22 graus sul, a latitude da minha cidade, bem próxima da latitude de São Paulo. 
  • A terceira janela (3) nos dá a visão do observador. Podemos ver a superfície da Terra onde se encontra o observador e acompanhar a mudança na inclinação dos raios solares (paralelos) que atingem o solo em cada dia do ano.

O funcionamento básico do aplicativo é esse. Mas há outros recursos. Não tenha medo: clique e descubra-os!

Deixe seus comentários contando a sua experiência de brincar de Deus, mandando o tempo para frente e para trás, vendo como as estações do ano acontecem aqui na Terra!


Já publicado no Física na veia!


Hoje é dia do Sol parar
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Google_solsticio

Doodle do Google hoje, anunciando a chegada do inverno.

 

Se você tiver paciência de observar o nascer do Sol ao longo de um ano inteiro, dia após dia, vai perceber que ele não aponta no horizonte sempre no mesmo lugar. Apesar de muita gente acreditar que o Sol nasce sempre no ponto cardeal leste, isso não é verdade! Somente nas datas conhecidas como equinócios é que isso, de fato, acontece.

Para ilustrar esse fenômeno, simulei no computador o nascer do Sol para alguns dias específicos do ano. A simulação foi feita para a minha cidade (São João da Boa Vista, interior de SP). Usei o software Stellarium, gratuito e opensource.

Veja,  nas imagens abaixo, começando pelo nascer do Sol no dia 20 de março de 2015, equinócio de outono para o hemisfério sul, como o Sol parece ser mover em torno do ponto cardeal leste.

20/março/2015 (equinócio de outono)

Estacoes_20mar2015

Nessa data o Sol nasceu exatamente no ponto cardeal leste.

20/maio/2015

Estacoes_20mai2015

O Sol está nascendo mais para a esquerda do ponto cardeal leste, deslocando-se para o norte.

21/junho/2015 [hoje] – (solstício de inverno)

Estacoes_21jun2015

Nessa data o Sol está nascendo na posição de máximo deslocamento aparente para o norte.

21/agosto/2015

Estacoes_21ago2015

Depois do solstício,o Sol volta a nascer cada vez mais perto do leste. deslocando-se para a direita.

23/setembro/2015 (equinócio de primavera)

Estacoes_23set2015

O Sol nasce novamente exatamente no ponto cardeal leste.

21/novembro/2015

Estacoes_21nov2015

Depois do equinócio de primavera, o nascer do Sol continua se deslocando para a direita (a rigor, para
o sul)

22/dezembro/2015 (solstício de verão)

Estacoes_22dez2015

Nessa data o Sol estará nascendo na posição de máximo deslocamento (para o sul) em relação ao ponto
cardeal leste. O Sol nasce bem mais para a “direita” do leste.

 

Note que, a partir do dia 20/março, equinócio de outono, o Sol foi nascendo cada vez mais para a esquerda do leste (a rigor, cada vez mais ao norte). No dia 21/junho, solstício de inverno, o Sol atingiu máximo afastamento norte em relação ao ponto cardeal leste. E nos próximos dias voltará a nascer cada vez mais perto do ponto cardeal leste, agora deslocando-se para a direita. O sol volta a nascer exatamente no ponto cardeal leste no dia 23/setembro, equinócio de primavera. E continua a se mover para a direita (a rigor para o sul). No dia 22/dezembro, solstício de verão, o Sol nasce no ponto de máximo afastamento à direita (a rigor para o sul) em relação ao ponto cardeal leste.

Deu para perceber que, ao longo do ano, com o passar dos dias, o nascer do Sol se desloca para a esquerda (ou norte) e depois para a direita (ou sul)? O Sol fica indo e voltando, num movimento periódico, em relação ao ponto cardeal leste. Em cada um dos dois solstícios o Sol literalmente “para”, ou seja, inverte o sentido do seu movimento aparente em relação ao leste.

Portanto, hoje, solstício de inverno, é dia do Sol “parar”. E, portanto, é o início oficial do inverno no hemisfério sul, como nos avisa o doodle do Google. No solstício de verão, em 22 de dezembro, novamente o Sol vai “parar” o seu movimento aparente em relação ao ponto cardeal leste. Será o início oficial do verão no hemisfério sul. E daí para frente o Sol voltará a ter o seu nascer se deslocando para a esquerda (ou norte). E tudo vai se repetir.

Não sei se você sabia. Mas a palavra solstício significa exatamente “sol parado”. Agora que você entendeu o fenômeno do movimento aparente do nascer do Sol em relação ao ponto cardeal leste, faz todo o sentido. Concorda?

Não deixe de conferir o aplicativo  em flash que simula a posição do Sol nascente (ou poente) no horizonte para todos os disas do ano.

Estacoes_simulador_UNL

Print screen do aplicativo da Universidade Nebraska-Lincoln que simula o deslocamento aparente do Sol nascente (ou poente) ao longo do ano.

Você escolhe se quer simular o Sol nascendo (East/sunrise) ou se pondo (West/sunset). O movimento aparente do ponto do Sol nascente em relação ao ponto cardeal leste se repete do outro lado, em relação ao ponto cardeal oeste.

Esse aplicativo faz parte de uma coleção fantástica de aplicativos/simuladores em flash da página Astronomy Education at the University of Nebraska-Lincoln. Confira a coleção completa aqui.

Outro aplicativo, o “Seasons and Ecliptic Simulator”, é bastante didático para entendermos melhor as estações do ano e o movimento aparente do Sol ao longo do ano. Fica a dica. Experimente-o também! Para não esticar demais o post, falo mais sobre ele noutra oportunidade, aprofundando o tema.

Bom inverno para você! Aproveite essa estação especial e tão diferente do resto do ano aqui no Brasil!

 

 


Qual o seu palpite sobre as manchas em Ceres?
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Ceres_Dawn_manchas

As duas mancas brancas em Ceres, dentro de uma cratera.

 

A sonda Dawn do JPL – Jet Propulsion Laboratory da NASA foi lançada em setembro de 2007. Depois de se aproximar de Vesta, um asteroide do Cinturão de Asteroides que fica entre Marte e Júpiter, o segundo destino da missão é Ceres.

Até 2006 Ceres também era considerado um asteroide. Na verdade, o maior asteroide do Cinturão de Asteroides. Em 2006, com a reclassificação dos objetos do Sistema Solar proposta pela União Astronômica Internacional, Ceres foi “promovido” a planeta-anão. Na mesma empreitada, Plutão, até então tido como planeta, foi “rebaixado” para a mesma categoria de Ceres.

Desde fevereiro de 2015 a Dawn está em rota de aproximação com Ceres. E, logo que as primeiras imagens mais detalhadas de Ceres foram recebidas no centro de controle da missão, dois pontos brilhantes dentro de uma cratera com cerca de 90 km de diâmetro chamaram a atenção dos cientistas.

Atualmente, já bem mais perto de Ceres, a 4400 km, novas imagens feitas pela Dawn revelam que os dois pontos são, na verdade, duas regiões principais feitas de inúmeras manchas espalhadas e bastante brilhantes. Mas ainda não dá para saber do que se tratam.

Ceres_Dawn_manchas_detalhe

Detalhes das “duas manchas” dentro da cratera. Imagem feita a 4400 km da superfície de Ceres.

 

A máxima aproximação com Ceres está prevista para julho. Até lá, com imagens colhidas cada vez mais perto do planeta-anão, quem sabe o mistério será desfeito?

Enquanto isso não acontece, o JPL lançou na web uma enquete para saber o que os internautas acreditam que são as misteriosas manchas em Ceres. Seriam placas de gelo? Vulcões ativos? Uma base alienígena?! Você pode fazer a sua escolha votando através desse link. O JPL não colocou na pesquisa um item específico para “alienígenas”. Mas tem a opção “other” dentro da qual poderiam se encaixar os extraterrestres, caso seja essa a sua escolha!

Eu já votei. E minha escolha foi feita observando uma rotação completa de Ceres (clique aqui e confira você também). Parece que, mesmo quando a cratera com as manchas entra na escuridão da noite em Ceres, sem a luz solar, os pontos brilhantes persistem. Logo, penso que não se trata de luz solar refletida por algum material diferente daquele  que constitui a superfície da cratera. Mais parece um processo ativo, ou seja, algum fenômeno físico que produz luz própria. Por isso “chuto” que se trata de vulcanismo. Mas ainda é muito difícil tomar uma decisão. Os próprios cientistas ainda não sabem do que se trata!

Participe da enquete! Nesse link. E deixe o seu comentário aqui no blog sobre o que pensa sobre esse mistério. Em breve (espero) teremos a resposta. Vamos ver quem acerta! Vai ser divertido acompanhar isso tudo em tempo real!

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Print screen do site do JPL para a pesquisa “What’s the spot on Word Ceres”.


O LHC está de volta
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Prof. Dulcidio Braz Júnior

Vídeo original publicado pelo CERN em 03 de junho de 2015

 

O LHC – Large Hadron Collider voltou a operar em sua segunda rodada que, como a primeira, promete fazer muito barulho no meio científico.

Você sabe do que estou falando, não sabe?  O LHC faz parte de um conjunto de aceleradores instalados no CERN – Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear que fica na fronteira entre a França e a Suíça. Trata-se da maior e mais complexa máquina científica de todos os tempos. Ele foi inaugurado em setembro 2008 e, mesmo operando abaixo da sua capacidade máxima, já fez história: rendeu Nobel de Física em 2013 para François Englert e Peter Higgs pela comprovação (em 2012) da existência do Bóson de Higgs, a última partícula que faltava para validar o Modelo Padrão de Partículas Elementares que previa um total de 61 partículas das quais 60 já haviam sido confirmadas. Lembrou? O Bóson de Higgs foi por muitos chamado de partícula de Deus, nome horrível mas que, ainda que de maneira torta, ajudou a popularizar o que estava acontecendo de mais avançado em pesquisa em Física de Altas Energias, dando “força” à minha tese de que “a Física é pop”.

A poderosa máquina, desenhada para ir ainda muito mais longe. ficou parada por quase dois anos para reparos e minucioso upgrade numa operação batizada de LS1 – Long Shutdown 1 que envolveu um batalhão de técnicos, engenheiros e físicos.

Religado no último mês, agora operando em 6,5 TeV por próton/feixe (ou 13 TeV por colisão próton-próton), o LHC já trabalha com feixes estáveis. E a melhor notícia dessa nova etapa: já começam a aparecer os primeiros registros de colisões bem-sucedidas nos principais experimentos (ATLAS , CMS , LHCb e ALICE).

O ATLASA Toroidal LHC ApparatuS e o CMSCompact Muon Solenoid foram desenhados, dentre outras coisas, para procurar e confirmar a existência do Bóson de Higgs. E cumpriram muitíssimo bem a missão! E ainda podem ir mais longe.

O LHCbLarge Hadron Collider beauty tem como meta principal tentar desvendar o segredo por trás da assimetria na gênese da matéria e da anti-matéria logo após o Big Bang. Se quantidades iguais de matéria e antimatéria tivessem sido criadas logo após o início do Universo, ambas teriam se aniquilado e dado lugar a apenas energia. O Universo seria somente um oceano de energia espalhada, muito diferente do que é hoje. Como o Universo é de matéria e evoluiu de forma bem diferente, fica a grande questão: o que teria acontecido com a antimatéria?

O ALICEA Large Ion Collider Experiment pretende registrar colisões de íons pesados que vão tentar simular como era o Universo imediatamente após o Big Bang. É uma situação conhecida no meio científico como “sopa de quarks e glúons”. Vale lembrar que os quarks, partículas elementares, nunca foram observados livres. Eles estão sempre unidos de três em três para formar prótons e nêutrons, partículas muito estáveis, presentes no núcleo atômico e, portanto, tijolos fundamentais para a organização da matéria ordinária que tão bem conhecemos e da qual somos todos feitos. Também já foram observados quarks “grudados” de dois em dois formando partículas chamadas mésons.  Acredita-se que, antes da matéria se organizar como a conhecemos, quarks livres e glúons formavam esse caldo primordial. Antes que me esqueça, os glúons são as partículas mediadoras da força que “cola” os quarks para formar outras maiores, daí o nome glúon (cola, em inglês).

Cientistas ainda imaginam que com o LHC operando nessa nova etapa com mais energia talvez seja possível observar eventos que poderão trazer pistas sobre o que pode ser a matéria escura, matéria invisível em todas as faixas do espectro eletromagnético e por isso mesmo batizada de escura. Só sabemos da sua existência pelos efeitos gravitacionais que produz. Esse é um dos grandes enigmas da Cosmologia moderna.

A segunda rodada do LHC está só começando. Mas promete agitar a comunidade científica! Estou muito curioso para saber onde isso vai dar! E você?

 

Roteiro para ver o vídeo

DulcidioBrazJr_LINAC2

Minha visita ao LINAC 2, o primeiro estágio (de um total de cinco) do complexo de aceleradores do CERN que culmina no LHC.

 

O vídeo lá do topo do post, de autoria do CERN, publicado hoje, é bastante didático. E, em menos de 3 minutos, nos leva de carona com os prótons numa viagem por dentro do complexo de aceleradores do CERN.

Tive o prazer de conhecer o CERN e o LHC há cinco anos quando participei da Escola de Física do CERN 2010 . Por isso, a seguir, usando um pouco do que vi e aprendi, dou uma ajudazinha detalhando o que o vídeo mostra. Acho que isso vai ajudar você a entender melhor essa maravilha de esforço científico.

Estágio 0: onde tudo começa

O grande experimento começa numa garrafinha de hidrogênio, a fonte dos prótons.  O segredo está no Duoplasmatron, uma engenhoca que vista por fora parece uma panela de pressão mas que por dentro é pura tecnologia. O Duoplasmatron pega átomos de hidrogênio e, a partir de uma descarga elétrica, arranca deles o único elétron, deixando livre o caroço, literalmente o seu único próton.

CERN_LHC_Duoplasmatron

A fonte de prótons do complexo de aceleradores do CERN: a “garrafinha (vermelha) de hidrogênio”, conectada ao Duoplasmatron, peça metálica logo abaixo (arquivo pessoal).

 

Estágio 1: o primeiro acelerador 

Os prótons, libertos do hidrogênio pelo Duoplasmatron, são  entregues ao LINAC 2, o único acelerador linear de todo o complexo e que literalmente os coloca pra correr. Ao final do corredor do LINAC 2 (veja foto abaixo) cada próton carrega energia de 50 MeV (50 ooo ooo eV) e tem velocidade equivalente a pouco mais de 30% da velocidade da luz no vácuo. Com essa velocidade, correções relativísticas já começam a ser necessárias.

O que acelera os prótons, conferindo-lhes mais energia cinética, é o campo elétrico do acelerador linear.

CERN_LHC_LINAC2

O LINAC2, o único acelerador linear de todo o complexo e que dá o pontapé inicial no movimento dos prótons provenientes do Duoplasmatron (arquivo pessoal).

 

Estágio 2: o segundo acelerador 

Ao sair do LINAC2 cada próton é injetado no PS Booster que, como o nome sugere, dá uma “turbinada’ no movimento dos prótons, acelerando-os até a energia de 1,4 GeV.

Chamo a sua atenção para o fato de que, ao final dessa segunda etapa de aceleração os prótons já têm quase 92% da velocidade da luz no vácuo! Por conta dos efeitos relativísticos, na medida em que se aproximam da velocidade da luz no vácuo, os prótons vão ficando cada vez com maior massa inercial. Isso vai dificultando o aumento da velocidade dos mesmos. Mas a energia de cada próton, a cada estágio, poderá crescer sempre mais, embora a velocidade vá crescer cada vez menos.

Observo também que, daqui para frente:

1) Todos os aceleradores/estágios são circulares. E o raio dos aceleradores vai crescendo. Nesse tipo de acelerador circular, o campo magnético criado por bobinas supercondutoras produz força radial que curva a trajetória dos prótons. Mas quem dá energia cinética cada vez maior aos prótons continua sendo o campo elétrico.

2) Não tenho fotos pessoais desses aceleradores circulares. Todos são subterrâneos e, quando em funcionamento, não permitem acesso ao local. Em 2010, quando estive por lá, o complexo estava trabalhando a todo vapor. Mas o vídeo vai dar para você uma ideia de como são esses tuneis dos aceleradores por dentro.

 

Estágio 3: o terceiro acelerador 

O terceiro acelerador, que vai empurrar os prótons conferindo-lhes ainda mais energia, é o Próton Synchrotron. Nesse estágio os prótons chegam à energia de 25 GeV (25 000 000 000 eV) e velocidade de 99,93% da velocidade da luz no vácuo.

Estágio 4: o quarto (e penúltimo) acelerador 

O penúltimo estágio acelerador ocorre no Super Proton Synchrotron onde os prótons atingem energia de 450 GeV ( 450 000 000 000 eV) para, finalmente, serem enjetados no quinto e último estágio, o LHC. Nesse ponto a velocidade dos prótons já é de 99,9998% da velocidade da luz no vácuo.

 

Estágio 5: o LHC  

O último estágio acelerador é o LHC propriamente dito que compreende um túnel de quase 27 km de extensão a 100 m de profundidade, encravado na rocha entre o lago de Genebra *Suíça) e o Monte Jura (França).

Repare que é nesse estágio que o feixe de prótons até então único é separado em dois feixes distintos que vão percorrer o anel em sentidos opostos.

No LHC os prótons poderão atingir a energia de 7 TeV (7 000 000 000 000 eV), o que equivale a uma incrível velocidade de 99,9999991% da velocidade da luz no vácuo!

Atualmente, pós LS1, a anergia de operação é de 6,5 TeV por próton/feixe (ou 13 TeV por colisão), ainda um pouco abaixo da capacidade máxima projetada para a máquina.

Dica: Se quiser saber como se calcula a energia cinética relativística dos prótons ao final de cada um dos cinco estágios de aceleração descritos acima, leia o post “Reaberta a Temporada de Caça ao Bóson de Higgs  que criei com essa proposta didática específica. Dá para entender bem como a Teoria da Relatividade Restrita de Einstein se faz necessária nos aceleradores de partículas.

 

Por que “Collider”? 

Você reparou que até aqui só falei da aceleração dos prótons, o que em minhas palestras (como nessa) costumo chamar de “Efeito The Flash”? No LHC os prótons chegaram quase à velocidade da luz no vácuo. Para você ter uma ideia de quão rápido é isso, nessa velocidade incrível cada próton pode dar cerca de 11 000 voltas no anel de quase 27 km a cada 1 segundo! Incrível, não?

Mas o que há de mais importante nesse fantástico experimento científico e que justifica o nome “Collider” (colisor) é o que batizei carinhosamente de “Efeito Chuck Norris”, ou seja, as colisões. A mais pura pancadaria de proton com proton (e futuramente entre íons pesados para tentar recriar a sopa primordial de quarks e glúons)! É exatamente por isso o feixe único inicial de prótons foi dividido em dois que viajam no anel do LHC em sentidos opostos. Em alguns pontos do anel feixes opostos vão se cruzar, propiciando as colisões.

CERN_LHC_Slide_palestra

Slide da palestra “LHC: um passeio virtual pelo maior experimento científico de todos os tempos”.

 

Para você entender a importância de tanta energia por colisão, comparo os aceleradores de partículas a microscópios nos quais, quanto mais energia, menor o tamanho das coisas que podemos “observar”. Com 3,5 TeV por próton/feixe (ou 7 TeV por colisão) já foi possível detectar o Bóson de Higgs. Mas os cientistas querem espiar as entranhas da matéria ainda mais a fundo. E por isso a máquina foi projetada para trabalhar com muito mais energia por colisão.

As colisões propriamente ditas acontecem em quatro sítios (ou experimentos) distribuídos ao longo dos quase 27 km do anel subterrâneo do LHC. Como já citei acima, esses quatro experimentos são o ATLAS, o CMS, o LHCb e o ALICE. Cada experimento tem seus detectores desenhados sob geometria e técnica precisas para analisar os eventos gerados nas colisões com foco em aspectos bem específicos e distintos. É mais ou menos como dizer que o LHC tem “quatro olhos” bem diferentes. Cada um dos olhos tenta “ver” os eventos de uma maneira distinta, escolhida a dedo pelos cientistas envolvidos no projeto da máquina.

CERN_LHC_Slide__palestra

Outro slide da palestra “LHC: um passeio virtual pelo maior experimento científico de todos os tempos”, agora mostrando os quatro principais experimentos subterrâneos do LHC.

 

Dados, muitos dados… 

CERN_LHC_Caverna_CMS

Visitando a caverna do CMS. Cabos e mais cabos interligando os detectores de partículas a um complexo de computadores que analisam e registram os dados coletados nas colisões em tempo real. (arquivo pessoal)

A cada segundo, 600 milhões de colisões acontecem em média no LHC. Esses eventos são analisados em tempo real por um complexo sistema computacional. Somente os eventos consideradores relevantes são gravados para posterior análise.

Mesmo  eliminando eventos conhecidos e redundâncias, a quantidade de dados gravada é monstruosa. Um complexo sistema distribui os dados do LHC em rede para cientistas que cooperam com a pesquisa espalhados pelo mundo todo. Foi para conectar a comunidade científica mundial em rede que nasceu dentro do CERN o protocolo WWW usado na internet e doado para a comunidade. Confira toda a história nesse post.

Na imagem acima, em visita à caverna do CMS, a 100 de profundidade, e bem ao lado do anel do LHC, me deparei com uma infinidade de cabos conectando os sensores do detector a um complexo sistema de computadores dedicados. Parece uma grande bagunça. Mas na verdade há uma ordem severa por trás do caos. Tanto que tudo funciona perfeitamente bem, apesar da estética desfavorável.

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