quarta-feira, 31 de outubro de 2012

Sobre Martelos e Pregos

Hoje vou falar sobre a minha área favorita da Física: Mecânica. Há muito tempo não encontrava um assunto (ou uma pergunta) realmente interessante nessa área.
Você provavelmente sabe o que é um martelo. Agora, já imaginou porque você consegue martelar facilmente um prego na madeira, mas não consegue empurrá-lo com a mão? A resposta a essa pergunta é muito mais interessante, e envolve muito mais conceitos do que você imagina.
Primeiro, vou explicar o conceito de força. De acordo com Newton, força é aquilo que aplicamos a um objeto, de maneira a fazer com que ele ganhe aceleração, ou seja, modifique a sua velocidade. Força, nesse sentido, pode ser aplicada para fazer um objeto parado entrar em movimento, como fazer um objeto que já se move com velocidade constante parar, ou andar mais rápido. O que realmente importa é que, se você aplica uma força em um objeto, sua velocidade vai mudar, aumentando ou diminuindo.
Força é aquilo que a sua mão tenta fazer no prego para empurrá-lo madeira adentro, quase sempre sem sucesso (digo quase sempre, porque talvez você seja um cara com um dedo bombadão, sei lá...).
Porém, o fato de o martelo conseguir esse feito com mais facilidade tem pouco a ver com força, e muito a ver com energia, mais precisamente com um tipo especial de energia, denominado energia cinética.
Energia cinética é a energia contida em tudo aquilo que está em movimento. Sua expressão é
K  =    m v ²

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onde m é a massa do objeto em questão e v é a sua velocidade. Note que, quanto mais rápido um objeto se move, maior é a sua energia cinética.
Quando você faz o movimento para a martelada, você aplica força no martelo, aumentando a sua velocidade, e consequentemente sua energia cinética. Então, quando ele finalmente atinge o prego, a velocidade do martelo chega a zero, transferindo toda essa energia para o prego, madeira adentro. O martelo é, basicamente, um reservatório, no qual você adiciona energia durante o movimento da martelada, e que é liberada de uma vez só no impacto.
Isso resulta em uma força de impacto muito maior do que aquela que você exerce apenas empurrando o prego.
Assim, da próxima vez que precisar pendurar um quadro na parede, e acidentalmente martelar o dedo, lembre-se que se você estivesse empurrando o prego não teria doído tanto.
Até a próxima.

quarta-feira, 17 de outubro de 2012

Queimando os Miolos

"Por quê o fogo balança, mesmo quando estamos em uma sala fechada?"
Essa belezinha apareceu na minha caixa de email há alguns dias, eu eu tenho que admitir que deixei ela de lado por um tempo, até resolver pensar mais sobre o assunto. A resposta, no entanto, é mais capiciosa do que podemos imaginar.
Primeiro, vou tentar explicar, da maneira mais simples, o que é o fogo. Fogo não é, ao contrário do que você pode imaginar, algo simples. As reações químicas e os fenômenos físicos envolvidos são uma bagunça. Em uma simples vela acesa, há milhares de reações desde o momento em que o vapor combustível é produzido na cera até o momento em que finalmente queima em CO2 e água. Mas, em geral, o fogo precisa de três coisas: combustível, ou seja, algo pra alimentar a chama (gasolina, por exemplo); oxigênio, para a reação de combustão, e temperatura de ativação, ou seja, o calor. Primeiro, se aquece o combustível até a temperatura de ativação, e o oxigênio cria a chama. Nesse caso, o processo é perpetuado enquanto houverem combustível e oxigênio, uma vez que o fogo mantém a temperatura de ativação por conta própria.
Agora, por que afinal o fogo balança? Vocês devem imaginar que, se você acende uma vela em uma sala, a chama simplesmente aguarda até que o ar com oxigênio chegue até ela por difusão, e então o queima. Bem, não é bem assim: a chama, na verdade, "ajuda" o ar a chegar até ela. O calor produz correntes que tendem a fazer com que o ar ao redor convirja para a chama. Queimadas em florestas chegam a produzir ventos de mais de 150 km/h. No caso da vela, essa pequena brisa produz ondulações na interface da chama, como ondas no mar.
Mas existe algo ainda mais interessante: se o ar estiver distribuido uniformemente, de forma que essa brisa não seja diferente em uma direção ou em outra, o fogo ainda balança. Por que? Ondas de gravidade (não confundir com ondas gravitacionais, que são mais facinantes, porém indetectáveis até o momento).
O balançar de uma chama e as ondas oceânicas são exemplos de ondas de gravidade, que ocorrem na interface que separa líquidos ou gases de diferentes densidades - no caso da chama, a interface entre ar frio mais denso que quer afundar, por causa da gravidade, e ar quente que quer subir.
Então, da proxima vez que você resolver brincar com fogo, além de fazer xixi na cama, também vai perceber suas ondinhas.
Até a próxima!

Bonus Track:
Fogo em baixa gravidade (foto: NASA)

Mapa do Labirinto