Por que a Lua não cai na terra?

Isaac Newton analisou o movimento da lua e chegou a uma descrição perfeita, uma descrição que poderia ser utilizada tanto para os astros como para objetos menores na terra. Essa teoria é descrita em três leis, conhecidas como as leis de Newton.

A primeira Lei de Newton é a lei da Inércia: Na ausência de forças externas, um objeto em repouso permanece em repouso, e um objeto em movimento permanece em movimento.

A segunda Lei de Newton ou princípio fundamental da dinâmica diz que, a força aplicada a um objeto é igual à massa do objeto vezes a aceleração.

A terceira Lei de Newton é a Lei da ação e reação: Se um objeto exerce uma força sobre outro objeto, este outro exerce uma força de mesma intensidade, de mesma direção e em sentido oposto.

Com estas três leis chega-se a Lei da Gravitação Universal. Que propõem que dois corpos, a uma distância d entre si, se atraem mutuamente com uma força que é proporcional à massa de cada um deles e inversamente proporcional ao quadrado da distância (d) que os separa.

Bem, sabemos que a lua descreve uma órbita circular em volta da Terra, e esta é atraída pelo campo gravitacional da Terra. Então, por que a lua não cai na Terra?

A força de atração gravitacional, do sistema Lua-Terra, gera uma aceleração centrípeta que aponta para o centro da Terra. Esta aceleração muda a direção da velocidade da Lua constantemente, mantendo-a tangente à órbita da Lua e é esta velocidade a responsável pela órbita da Lua ao redor da Terra.

Um exercício mental bem comum para exemplificar este caso é:

Imagine que você, estando no alto de uma montanha, pudesse jogar uma pedra que atingisse uma grande velocidade. Bem, a pedra cairia bem longe. Mas, e se você colocasse cada vez mais velocidade no lançamento? Bem, a pedra entraria em órbita quando chegasse a uma velocidade suficiente para isso.

Abaixo temos uma imagem comum para este exercício, a ilustração foi tirada do livro “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural” de Isaac Newton e mostra um projétil atirado do alto de uma montanha.


Agora você já sabe que a Lua não cai na Terra porque sua velocidade a mantém em órbita, ou seja, a Lua tem um movimento de queda permanente.

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Exercício resolvido da Unicamp: Gases 4

Exercício resolvido de Física. Questão que exige conhecimentos de termologia: gases perfeitos, equação geral dos gases.

(Unicamp – SP) Um cilindro de 2,0 litros é dividido em duas partes por uma parede móvel fina, conforme o esquema acima. O lado esquerdo do cilindro contém 1,0 mol de um gás ideal. O outro lado contém 2,0 mols do mesmo gás. O conjunto está à temperatura de 300k. Adote R = 0,080 atm.l/mol.K.

a) Qual será o volume do lado esquerdo quando a parede móvel estiver equilibrada?

b) Qual é a pressão nos dois lados, na situação de equilíbrio?

Resolução

a) Para resolver a primeira questão do exercício devemos observar que, se a parede móvel está equilibrada a pressão para os dois lados será igual. Logo:

Como sabemos que Vd + Ve = 2, já que o cilindro tem 2,0 litros de volume, podemos dizer que:

2ve + ve = 2
3 ve = 2
Ve = 2/3
Ve = 0,67litro

b) Para encontrarmos o valor da pressão em qualquer um dos lados, basta substituirmos os valores na equação abaixo:

resposta:

a) O volume do lado esquerdo é 0,67 litro
b) A pressão é 36 atm

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Como funcionam as bombas nucleares - Introdução

Certamente você já leu livros de história informando sobre as bombas nucleares usadas na Segunda Guerra Mundial. E também deve ter assistido a filmes de ficção científica onde bombas nucleares foram lançadas ou detonadas (" Limite de Segurança", "Dr. Fantástico", "O Dia Seguinte", "O Testamento", "Sombras no Futuro" e "O Pacificador", apenas para citar alguns). Nos noticiários, enquanto muitos países têm negociado o desarmamento de seus arsenais de armas nucleares, outros têm procurado desenvolver programas de armas nucleares.

Sabe-se que esses artifícios possuem um poder imenso de destruição, mas como eles funcionam? Neste artigo, falaremos sobre a física que faz da bomba nuclear algo tão poderoso, como ela é projetada e o que acontece após a sua explosão.

Imagem cedida pela NARA Teste de canhão atômico, 1953

As bombas nucleares utiliza-se das forças, fortes e fracas, que mantêm o núcleo do átomo unido, em especial os átomos com núcleos instáveis (veja Como funciona a radiação nuclear para mais detalhes). Há dois modos básicos de a energia nuclear ser liberada a partir de um átomo:

• fissão nuclear: o núcleo de um átomo pode se fissionar em dois fragmentos menores contendo nêutrons. Este método geralmente envolve isótopos de urânio (urânio-235, urânio-233) ou plutônio-239;
• fusão nuclear: a partir de dois átomos menores, normalmente hidrogênio ou isótopos de hidrogênio (deutério, trítio), é possível formar um átomo maior (hélio ou isótopos de hélio); de maneira análoga, o sol produz energia.

Em ambos os processos, fissão ou fusão, uma grande quantidade de energia calorífica e radiação será emitida.

Para construir uma bomba atômica é preciso:

• uma fonte combustível físsil ou fusível;
• um dispositivo de ativação;
• um modo que faça que a maior parte do combustível entre em fissão ou fusão antes da explosão da bomba (ou o disparo da bomba irá fracassar).

Sobrevivente em dobro Um japonês de 93 anos se tornou a primeira pessoa a ser reconhecida como sobrevivente de duas bombas atômicas. Tsutomu Yamaguchi estava em Nagasaki e em Hiroshima quando as duas cidades foram atingidas. Leia mais em VEJA.com

As primeiras bombas nucleares usavam dispositivo de fissão, e as mais recentes bombas de fusão exigem ativação por meio de bomba de fissão. Serão abordados os seguintes tipos de projetos de dispositivos:

• bombas de fissão (em geral);
• bomba de fissão de ativação a partir de pistola (Little Boy), que foi detonada sobre Hiroshima, no Japão, em 1945;
• bomba de fissão de ativação por meio de implosão (Fat Man), que foi detonada sobre Nagasaki, no Japão, em 1945;
• bombas de fusão (em geral);
• o projeto da bomba de fusão a hidrogênio de Teller-Ulam, que foi detonada como teste sobre a Ilha de Elugelap, em 1952.

A bomba de fissão utiliza um elemento como o urânio-235 para causar uma explosão nuclear. Se você leu Como funciona a radiação nuclear, então saberá qual o processo básico subjacente à degeneração e à fissão radioativas. O urânio-235 possui uma propriedade extra que o habilita tanto para geração de energia nuclear como para a geração de uma bomba nuclear. O U-235 é um dos poucos materiais que suportam a fissão induzida. Caso um nêutron livre adentre um núcleo de U-235, ele será absorvido imediatamente, tornando o núcleo instável e levando-o a fissurar.

A figura à direita mostra o núcleo do elemento urânio-235 com a proximidade de um nêutron. Tão logo o núcleo capture o nêutron, ele será fissurado em dois átomos menores e expelirá dois ou três novos nêutrons (o número de nêutrons ejetados dependerá de como o átomo U-235 foi fissurado). Os dois novos átomos emitirão uma radiação gama conforme eles se ajustam a seus novos estados (veja Como funciona a radiação nuclear). Há três aspectos sobre o processo de fissão que o tornam interessante:

• a probabilidade de um átomo U-235 capturar um nêutron conforme este transita é muito grande. Em uma bomba operando devidamente, nêutrons ejetados da fissão poderão ocasionar outras fissões. Essa condição é conhecida como supercriticalidade;
• o processo de captura e fissão de um nêutron acontece muito rapidamente, na ordem de picossegundos (um trilionésimo de segundo);
• uma quantidade incrível de energia será liberada, na forma de calor e radiação gama, durante a explosão de um átomo. A energia liberada por uma única fissão acontece devido aos produtos de fissão e nêutrons, conjuntamente, pesarem menos do que o átomo original U-235.

A diferença no peso será convertida em energia a uma taxa regida pela equação e = mc². No caso de 450 g (1 libra) de urânio altamente enriquecido, como se usa numa bomba nuclear, será igual a 1 milhão de galões de gasolina ou 3.785.412 litros. Ao considerar que 450 g de urânio ocupam menos volume que uma bola de beisebol e que 1 milhão de galões de gasolina enchem um cubo de 15,24 metros de aresta (15,24 metros é a altura de um prédio de cinco andares), pode-se ter uma idéia da quantidade de energia disponível em apenas um pouco de U-235.

Para ativar estas propriedades de U-235, uma amostra de urânio deverá estar enriquecida. O urânio para uso em armas é composto de pelo menos 90% de U-235.

Massa crítica
Em uma bomba de fissão, o combustível deverá ser separado das massas subcríticas, que não suportam fissão, de forma a prevenir a detonação prematura. Massa crítica é o mínimo de material fissurável exigido para garantir sustentação a uma reação de fissão nuclear. Essa separação torna possível a ocorrência de diversos problemas no projeto da bomba de fissão, que deverão ser solucionados:

• as duas ou mais submassas críticas deverão ser agrupadas para dar origem a uma massa supercrítica, que fornecerá mais nêutrons do que o suficiente para proporcionar uma reação de fissão no momento da detonação;
• nêutrons livres deverão ser introduzidos à massa supercrítica para dar início à fissão;
• a maior parte do material fissurável deverá explodir previamente para impedir uma falha.

Para agrupar as massas subcríticas com a massa supercrítica, duas técnicas serão utilizadas:

• ativação por meio de pistola
• implosão

gerador de nêutrons. Esse gerador é uma pequena esfera de polônio-berílio, separados por uma lâmina dentro do combustível fissurável. Neste gerador:

• A lâmina será rompida quando as massas subcríticas agruparem-se e o polônio emitir partículas alfa.
• Essas partículas alfa colidirão com o berílio-9 para produzir berílio-8 e liberar nêutrons.
• Os nêutrons darão início à fissão.

Finalmente, a reação de fissão será confinada dentro de um material denso, conhecido como refletor de reator nuclear, que é normalmente composto por urânio-238. O refletor de reator nuclear se aquece e se expande por meio da zona central da fissão. Essa expansão exerce uma pressão de volta ao refletor e desacelera a expansão da zona central. O refletor de reator nuclear também refletirá nêutrons de volta à zona central de fissão, aumentando a eficiência da reação.

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Como funcionam as bombas nucleares - Tipos de bombas

Bomba de fissão ativada por pistola
O modo mais simples de agrupar as massas subcríticas é produzindo uma pistola que dispare massa subcrítica dentro da outra. Uma esfera de U-235 é formada ao redor do gerador de nêutron e uma pequena bala de U-235 será removida. A bala será posicionada na extremidade de um tubo longo com explosivos na parte traseira, enquanto a esfera será posicionada na outra extremidade. Um sensor de medição de pressão barométrica determinará a altitude apropriada para detonação e ativará a seguinte seqüência de eventos:

1. os explosivos serão detonados e darão propulsão à bala para fora do cano;
2. a bala atingirá a esfera e o gerador, dando início à reação de fissão;
3. a reação de fissão terá início;
4. a bomba explodirá.

A Little Boy foi uma bomba desse tipo e possuía uma pressão de 14.5-kilotons (o equivalente a 14.500 toneladas de TNT) com eficiência de aproximadamente de 1.5%. Isto é, 1.5% do material foi fissurado antes que a explosão arrebatasse o material.

Bomba de fissão ativada por implosão
No começo do Projeto Manhattan (em inglês), programa secreto dos EUA para desenvolvimento da bomba atômica, cientistas que trabalhavam no projeto identificaram que comprimir as massas subcríticas conjuntamente em uma esfera através de implosão poderia ser uma forma viável de se produzir massa supercrítica. Houve vários problemas com relação à essa idéia, em especial acerca do modo de controle e direcionamento da freqüência da onda de choque de maneira uniforme ao longo da esfera. Entretanto, a equipe do Projeto Manhattan solucionou os problemas. O dispositivo de implosão consistia em uma esfera de urânio-235 (refletor de reator nuclear) e uma zona central de plutônio-239 envolvida por explosivos de alto alcance. Quando a bomba foi detonada, o resultado foi o seguinte:

• os explosivos foram detonados, criando uma onda de choque;
• a onda de choque comprimiu a zona central;
• a reação por fissão teve início;
• a bomba explodiu.

A Fat Man foi uma bomba desse tipo e possuía uma pressão de 23-kilotons com uma eficiência de aproximadamente 17%. Estas bombas explodiam em frações de segundo, geralmente 560 bilionésimos de segundo.

Bomba de ativação por implosão de projeto moderno
Em uma modificação recente do projeto de ativação por implosão, o resultado foi o seguinte:

• os explosivos detonam criando uma onda de choque;
• a onda de choque dá propulsão à agrupação das partículas em uma esfera;
• as partículas de plutônio atingem uma pequena esfera de berílio-plutônio na região central;
• a reação por fissão teve início;
• a bomba explodiu.

Bombas de fusão
As bombas de fusão funcionaram, porém não foram muito eficientes. As bombas de fusão também são conhecidas bombas termonucleares, possuindo pressões de kiloton superiores e eficiências maiores dos que as bombas de fissão. Para projetar uma bomba de fusão, alguns problemas deverão ser solucionados:

• deutério e trítio, combustíveis para fusão, são gases de difícil armazenamento;
• o trítio possui um volume inferior e menor meia-vida, portanto o combustível na bomba deverá ser continuamente reabastecido;
• tanto o deutério quanto o trítio deverão ser comprimidos a altas temperaturas para dar início à reação de fusão.

Em primeiro lugar, para se armazenar o deutério, o gás deverá ser quimicamente combinado ao lítio para produzir um composto de lítio-deutério em estado sólido. Para solucionar o problema de insuficiência de trítio, os desenvolvedores da bomba reconheceram que os nêutrons resultantes de uma reação de fissão poderiam produzir trítio a partir do lítio (lítio-6 adicionado a pressões de nêutrons de trítio e hélio-4; lítio-7 adicionado a pressões de nêutrons de trítio, hélio-4 e um nêutron). O que significa que tal trítio não necessitará ser armazenado na bomba. Finalmente, Stanislaw Ulam reconheceu que a maior parte da radiação emitida em uma reação de fissão foi de raios X, e que estes raios X poderiam fornecer as altas temperaturas e pressões necessárias para dar início à fusão. Dessa forma, ao se encapsular uma bomba de fissão em uma bomba de fusão, vários problemas poderão ser solucionados.

Projeto da bomba de fusão de Teller-Ulam
Para entender o projeto dessa bomba, imagine que dentro da carcaça de uma bomba haja uma bomba de fissão por meio de implosão e um cilindro contendo urânio-238 (refletor de reator nuclear). Dentro do refletor de reator nuclear está o deuterídeo de lítio (combustível) e um tirante oco de plutônio-239 no centro do cilindro. Mantendo separado o cilindro da bomba de implosão está uma blindagem de urânio-238 e uma espuma plástica que preenche os espaços remanescentes na carcaça da bomba. A detonação da bomba ocasionou a seguinte seqüência de eventos:

1. a bomba de fissão implodiu, produzindo raios X;
2. estes raios X aqueceram o interior da bomba e do refletor de reator nuclear; a blindagem preveniu uma detonação prematura do combustível;
3. o calor fez com que o refletor de reator nuclear se expandisse e fosse incinerado, exercendo pressão interna contra o deuterídeo de lítio;
4. o deuterídeo de lítio foi estilhaçado em pelo menos 30 partículas;
5. as ondas de choque de compressão deram início à fissão no tirante de plutônio;
6. o tirante de fissão liberou radiação, calor e nêutrons;
7. os nêutrons penetraram o deuterídeo de lítio, combinados ao lítio produzindo assim, o trítio;
8. a combinação de altas temperaturas e pressão foram suficientes para que as reações de trítio-deutério e deutério-deutério ocorressem, produzindo mais calor, radiação e nêutrons;
9. os nêutrons das reações de fusão induziram uma fissão às partículas de urânio-238 do refletor de reator nuclear e de blindagem;
10. a fissão das partículas do refletor de reator nuclear e de blindagem produziram ainda mais radiação e calor;
11. a bomba explodiu.

Todos estes eventos aconteceram em aproximadamente 600 bilionésimos de segundo para os eventos de fusão. O resultado foi uma imensa explosão 700 vezes superior à explosão da Little Boy: ela alcançou uma pressão de 10.000 kilotons.

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Como funcionam as bombas nucleares - Consequências e riscos à saúde

A detonação de uma bomba nuclear sobre um alvo como uma cidade populosa provoca danos imensos. O grau dos danos dependerá da distância de onde o centro da bomba é detonado, chamado de hipocentro ou marco zero. Quanto mais próximo alguém estiver do hipocentro, maior será o grau de danos sérios. Os danos são causados por diversos aspectos:

• uma onda de calor intenso de uma explosão;
• pressão da onda de choque criada pela detonação;
• radiação;
• precipitação radioativa (nuvens de finas partículas de poeira radioativa e resíduos da bomba que voltam a cair no solo).

No local do hipocentro, tudo será imediatamente vaporizado devido à alta temperatura (até 500 milhões de graus Fahrenheit ou 300 milhões de graus Celsius). Fora do hipocentro, a maioria das ocorrências são causadas devido a queimaduras ocasionadas pelo calor, ferimentos devido a estilhaços aéreos dos edifícios derrubados pela onda de choque e exposição à alta radiação. Fora da área imediata da detonação, as ocorrências são causadas pelo calor, radiação e incêndios gerados pela onda de calor. A longo prazo, a precipitação radioativa ocorre sobre uma área mais ampla devido a espirais de vento antecedentes. As partículas de precipitação radioativa penetram o manancial d'água e são inaladas e ingeridas por pessoas a uma distância considerável do local de detonação da bomba.

Cientistas estudaram os sobreviventes dos bombardeios de Hiroshima e Nagasaki (em inglês/japonês) para compreender os efeitos de curto e longo prazo das explosões nucleares sobre a saúde humana. A radiação e a precipitação radioativa afetam as células responsáveis pela divisão ativa (cabelo, intestino, medula óssea, órgãos de reprodução). Algumas dos problemas de saúde incluem:

• náusea, vômitos e diarréia;
• catarata;
• perda de cabelo;
• perda de células sangüíneas.

Estes problemas freqüentemente aumentam o risco de ocorrência de:

• leucemia;
• câncer;
• infertilidade;
• deficiências congênitas.

Cientistas e físicos ainda estão estudando os sobreviventes das bombas lançadas sobre o Japão e aguardam mais resultados.

Na década de 80, cientistas avaliaram os possíveis efeitos de uma guerra nuclear, isto é, bombas nucleares explodindo em diversos locais do planeta, e propuseram a teoria de que o "inverno nuclear" pudesse ocorrer. Em um cenário de inverno nuclear, as explosões de muitas bombas levantaria muitas nuvens de poeira e material radioativo, que teriam uma rápida penetração na atmosfera terrestre. Estas nuvens poderiam bloquear a luz solar. O nível baixo de luz solar poderia diminuir a temperatura do planeta e reduzir a fotossíntese realizada pelas plantas e bactérias. A redução da fotossíntese romperia a cadeia alimentar, causando a extinção em massa da vida (incluindo a vida humana). Este cenário é semelhante à hipótese de um asteróide proposta para explicar a extinção dos dinossauros. Os proponentes do cenário de inverno nuclear apontaram para a existência de nuvens de poeira e resíduos que viajaram muito além do planeta, após as erupções vulcânicas do Monte Santa Helena, nos Estados Unidos, e do Monte Pinatubo, nas Filipinas.

As armas nucleares possuem um incrível poder de destruição a longo prazo, que ultrapassaria em muito o alvo original. É por essa razão que os governos mundiais buscam uma tentativa de controlar a difusão da tecnologia de armamento nuclear e seus materiais, bem como a redução do arsenal de armas nucleares empregadas durante a Guerra Fria.

Para mais informações sobre bombas nucleares e assuntos relacionados, confira os links na próxima página.

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Fracasso de LHC gera deserção de físicos para máquina rival

05 de agosto de 2009 •

O Grande Colisor de Hádrons (LHC) - construído nas cercanias de Genebra - está cheio de conexões elétricas defeituosas. .

05 de agosto de 2009

The New York Times

Dennis Overbye

A maior e mais dispendiosa máquina já construída no mundo para o estudo da física está eivada de conexões elétricas defeituosas. Além disso, alguns físicos estão desertando do projeto europeu, ao menos temporariamente, para trabalhar em uma máquina rival, mas de menor porte, do lado oposto do oceano.

Muitos dos ímãs cujos objetivos seriam propelir partículas subatômicas de alta energia por um circuito subterrâneo de 27 km de extensão perderam misteriosamente sua capacidade de operar com altas energias. Depois de 15 anos, US$ 9 bilhões em investimentos e uma cerimônia de acionamento cheia de ostentação no ano passado, o Large Hadron Collider (LHC) - gigantesco acelerador de partículas europeu construído nas cercanias de Genebra - ainda não promoveu qualquer colisão entre partículas.

Mas deve fazê-lo em breve. Deve? Esta semana, os cientistas e engenheiros do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN) vão anunciar quando e como planejam que sua máquina recomece a operar, no começo do ano que vem. O momento será de festa.

Mas os cientistas afirmam que pode demorar anos para que o colisor seja capaz de operar em plena força, se é que esse objetivo poderá ser atingido. E os problemas encontrados estenderão o prazo necessário a atingir os principais objetivos do colisor, tais como o de produzir a partícula conhecida como bóson de Higgs, que é considerada como responsável por dotar as demais partículas de massa, ou o de identificar a matéria escura que, de acordo com as teorias astronômicas, responde por até 25% do cosmos.

O déficit de energia no grande aparelho também poderia limitar a capacidade do colisor para permitir o teste de ideias ainda mais exóticas, tais como a existência de outras dimensões além das três espaciais e da quarta, o tempo, que caracterizam a vida. "O fato é que provavelmente vai demorar um pouco para que possamos conseguir os resultados que realmente desejamos", disse Lisa Randall, física da Universidade Harvard que é uma das principais proponentes da teoria das dimensões adicionais.

O colisor foi concebido com o objetivo de acelerar prótons a energias da ordem de sete trilhões de elétron-volts e forçá-los a colidir, na busca de partículas e forças que reinaram antes do primeiro trilionésimo de segundo de tempo do universo, mas é possível que, em seu primeiro ano de operação, a máquina funcione com apenas quatro trilhões de elétron-volts. Aperfeiçoamentos que elevariam essa velocidade talvez só possam ser realizadas um ou dois anos mais tarde.

Físicos dos dois lados do Atlântico se declaram confiantes em que a grande máquina europeia terminará por produzir resultados científicos sem precedentes - um dia -, e que não demorará a se equiparar a um equipamento rival construído nos Estados Unidos, ainda que funcionando com energia inferior à projetada.

Todos os grandes aceleradores de partículas passam por problemas iniciais. "São como os problemas pelos quais um bebê passa", disse Peter Limon, físico do Laboratório Nacional do Acelerador Fermi, em Batavia, Illinois, que ajudou a construir o colisor europeu.

Mas alguns físicos admitem certa impaciência. "Esperei por 15 anos, diz Nima Arkani-Hamed, um dos principais teóricos de partículas no Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Princeton. "Quero ver o colisor em funcionamento, rápido. Não podemos tolerar mais um desastre. De agora em diante, ele precisa funcionar sem tropeços".

Os atrasos incomodam mais aos físicos jovens, que podem precisar de dados que só o aparelho poderia obter para concluir uma tese ou uma cátedra. Os problemas no novo acelerador atenuaram a figa de cérebros dos Estados Unidos para a Europa, nesse ramo do conhecimento, porque alguns físicos decidiram trabalhar no Fermilab, onde o Tevatron, o rival norte-americano do LHC, está operando há cerca de uma década.

Os colisores ganham seu ímpeto devido à equivalência entre massa e energia apontada por Einstein - ambas expressas em elétron-volts. O colisor do Cern foi projetado para investigar o que acontece a energias e distâncias nas quais a atual teoria dominante, conhecida como Modelo Padrão, começa a falhar e fornecer respostas absurdas. O projeto recebeu aprovação em 1994, depois que o SuperColisor Supercondutor, que teria comprimento de 86 km e produziria 20 milhões de elétron-volts, foi cancelado pelo Congresso dos Estados Unidos.

As energias prodigiosas com as quais o colisor funciona são, de certa forma, seus piores inimigos. Em plena força, a energia armazenada em seus ímãs supercondutores equivaleria à de um Airbus A380 voando a 720 km/h, e o feixe de prótons gerado poderia perfurar 30 metros de cobre sólido.

A fim de carregar corrente suficiente, os ímãs do colisor são refrigerados por hélio líquido até uma temperatura 1,9°C superior ao zero absoluto, o ponto em que os cabos de nióbio e titânio que os equipam perdem toda a resistência elétrica e se tornam supercondutores. Qualquer perturbação, no entanto, tais como problemas nas soldas em uma junta entre duas seções, podem causar resistência e aquecer o cabo, fazendo com que ele perca sua supercondutividade.

Foi o que aconteceu em 19 de setembro, quando a junção entre dois ímãs se vaporizou em um chuveiro de fagulhas, fuligem e hélio liberado. Os técnicos dedicaram a maior parte do seu tempo, desde o acidente, a limpar e inspecionar os milhares de junções no colisor. Cerca de cinco mil delas terão de ser refeitas, declarou Steve Myers, diretor da divisão do acelerador no Cern, em entrevista.

A explosão das junções desviou a atenção dos engenheiros do mistério quanto ao desempenho insuficiente dos ímãs. Antes que os ímãs supercondutores sejam instalados, os engenheiros "treinam" cada um deles, elevando gradualmente a corrente elétrica que recebem até determinar o ponto em que falham. Dessa maneira, os ímãs se acostumam gradualmente a correntes cada vez maiores.

Todos os ímãs do colisor foram treinados a aceitar energias superiores a sete trilhões de elétron-volts antes de serem instalados, diz Myers, mas quando os engenheiros tentaram conduzir um dos oito setores do anel a uma energia mais alta, no ano passado, alguns dos ímãs falharam inesperadamente.

Em troca de e-mails, Lucio Rossi, diretor do departamento de ímãs do Cern, disse que 49 dos ímãs haviam perdido seu treinamento, nos setores testados, e que era impossível estimar quantos mais, em todo o colisor, estavam defeituosos. Ele disse que os ímãs em questão estavam todos de acordo com as especificações e que o problema talvez derive do fato de que tenham ficado por um ano expostos aos elementos antes que pudessem ser instalados.

Retreinar os ímãs é dispendioso e demorado, dizem os especialistas, e talvez não valha a pena esperar o tempo que seria requerido para elevar seu desempenho à meta de energia original. "Parece que poderemos chegar a 6,5 com alguma facilidade", disse Myers, mas sete trilhões de elétron-volts requereriam "muito treinamento".

Muitos físicos afirmam que, para eles, seria perfeitamente satisfatório que o colisor jamais ultrapassasse os cinco milhões de elétron-volts. Caso fosse esse o caso, diz Joe Lykken, teórico do Fermilab que faz parte de uma das equipes do colisor do CERN, "não seria o final do mundo. Não estou nada pessimista".

Para o futuro imediato, porém, os físicos não devem chegar nem perto desse nível de energia. Myers afirma que, em sua opinião, as junções no momento são capazes de suportar quatro trilhões de elétron-volts. "Poderíamos estar conduzindo trabalhos de Física no final de novembro", ele disse, em julho, antes que novos vazamentos nos tubos de vácuo tivessem forçado um adiamento de mais algumas semanas na retomada das operações do aparelho.

"Não é a energia para a qual a máquina foi projetada, mas ainda assim seria quatro vezes mais energia do que o Tevatron é capaz de propiciar", ele afirmou. Pauline Gagnon, física da Universidade de Indiana que trabalha no CERN, disse que aceitaria alegremente energia dessa ordem. "é o público que paga por isso", ela afirmou mensagem de e-mail, "e precisamos começar a produzir".

Tradução: Paulo Migliacci ME

The New York Times

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Exercício resolvido - Gases 03

Exercício resolvido de Física. Questão que exige conhecimentos de termologia: gases perfeitos, equação geral dos gases.

(Gases – 03) Na figura, encontramos esquematizados dois recipientes conectados e separados por uma válvula, inicialmente fechada. Um mesmo gás ideal ocupa ambos os recipientes, conforme a indicação. Se abrirmos a válvula, a que temperatura deve ser elevada a mistura para que no final tenhamos uma pressão de 10 atm?

Antes de iniciar a resolução devemos lembrar que a temperatura deve ser sempre utilizada na escala Kelvin, para as conversões utilizamos a seguinte equação: K = C + 273

K = C + 273
K = -23 + 273 = 250K

K = C + 273
K = 77 + 273 = 350K

Agora podemos continuar utilizando a equação dos gases.

K = C + 273
500 = C + 273
C = 500 – 273
C = 223 °C

Resposta:

A temperatura que deve ser elevada a mistura para que no final tenhamos uma pressão de 10 atm é igual a 223 °C

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O mesmo exercício pode ser resolvido de outra maneira.

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Matérial disponibilizado por: Efeito Joule

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