A FÍSICA ONTEM E HOJEPIBID Física 3a. Edição

Edição Bimestral: Agosto de 2013

CHUVEIROS RADIOATIVOS!DESSE BANHO NINGUÉM ESCAPA! [PÁG. 3]

O MISTÉRIO DO COSMOSComo se deu a descoberta daradiação ultra penetrante que chegaao nosso planeta. [pág 2]FÍSICA VERDE E AMARELAEnquanto uns chutam bolas...[pág 2]PRECISA DE UM DICIONÁRIO?Entenda o que são os termosdestacados. [pág 4]QUEIMANDO O FUSÍVEL!Teste seu conhecimento com a nossacruzada e o Desafio.[pág 5]

Victor Francis Hess, nascido na Áustria em24 de junho de 1883, estudou na Universidade deGrass em 1901, e obteve seu Ph.D. em 1923. Hessaceitou um cargo na Universidade de Viena paratrabalhar com Fraz Exner um dos pioneiros noestudo das radiações.

Sobre os comandos de Exner, Hess começoua estudar a radioatividade e a eletricidadeatmosférica, com seu trabalho despertoucuriosidade com relatos frequentes de cargaselétricas sendo detectadas por eletroscópios. Comisso Hess adaptou equipamentos que possamsuportar a temperatura e a pressão atmosférica emaltitudes mais elevadas. Ele então montou seusinstrumentos em um balão, e fez dez subidasdurante três anos seguidos medindo os níveis deionização. Em 1912 ele descobriu que a taxa deionização a uma certa altura era cerca de três vezesmaior que ao nível do mar, o que comprovava que aradiação vinha do espaço exterior. Com essadescoberta ganhou o Premio Nobel de Física em1936 (juntamente com Carl D. Anderson), e foi umdos pioneiros na explicação da origem dos raioscósmicos.

Carl D. Anderson, pesquisava sobre faixasde partículas de raios cósmicos no Instituto deTecnologia da Califórnia, em Pasadema nos EstadosUnidos. Ele fazia experimentos com radiação emuma câmara de nuvens, e então em 1932 descobriuuma partícula de carga positiva com massa parecidacom a de um elétron, a qual foi chamada depósitron. Essas duas descobertas fizeram essesgrandes cientistas ganharem um Prêmio Nobelsobre radiação cósmica.

NEM SÓ CARNAVAL E FUTEBOLUm outro cientista, que não ganhou um

Nobel, mas, que é tão importante quanto os outroscitados, foi Cesare Mansueto Giulio Lattes, maisconhecido como César Lattes. Um cientistaBrasileiro que ajudou a comprovar a existência doméson pí, uma partícula subatômica.

Lattes nasceu em 11 de julho de 1924,cursou o ensino superior na Universidade de SãoPaulo, formando­se para Bacharel em Física. Em1947 descobriu com Giuseppe Occhialini e CecilFrank Powell a existência do méson pí. Essadescoberta começou a ter relevância porque suamassa era compatível com a da partícula propostapelo teórico japonês Hideki Yukawa (tendo esteganhado um Nobel pela sua predição).

Lattes, Occhialini e Powell levaram chapastopográficas muito sensíveis para o MonteChacaltaya na Bolívia, que tem cerca de 2800metros de altura, facilitando a detecção dessaspartículas. Após várias analises das chapas expostasaos raios cósmicos se pode comprovar a existênciado méson pí. Lattes então recebeu o PrêmioBernardo Houssey em 1979, pela Organização dosEstados Americanos.

A descoberta de Cesar Lattes impulsionou aciência em nosso país, levando à criação do CentroBrasileiro de Pesquisas Físicas, que teve um grandepapel na mudança dos nossos métodos de pesquisa,que se limitavam quase inteiramente aos livros. Acriação do centro ampliou a possibilidade deinvestigação prática, estimulando inúmerasuniversidades do país, posteriormente sendo criadaa CNPq e muitos cursos de pós­graduação.

O NOME DA VEZ

2

Do Infinito e além

A FÍSICA DO COTIDIANO

3

Os Raios Cósmicos são partículas comenergias relativísticas, constituídos na sua maiorparte por fótons de alta energia, elétrons,partículas alfa, raios gama e núcleos pesados,que viajam através de galáxias e atingem aatmosfera da Terra constantemente em todas asdireções com muita energia. Algumas prováveisfontes são explosões solares e supernovas.

A ionização do ar não acontecenaturalmente, porém, estudos sistemáticosrevelaram que isso estava acontecendoconstantemente. Em 1910, Theodore Wulf mediu aionização do ar nos pés e no topo da Torre Eiffel.Ele observou que quanto mais perto do topo, maiora quantidade de ionização. Um fato intrigante poiso ar não se ioniza naturalmente. Em junho de 1911,o físico italiano Domenico Pacini introduziu umeletroscópio nas águas do Golfo de Gênova paramedir, a cada instante, a condutividade residual doar contido no interior do aparelho. O objetivo eraidentificar a origem da radiação que produzia osíons responsáveis por essa condutividade. Em 7 deagosto de 1912, o físico austríaco Viktor Franz Hess, ao alcançar, a bordo de um balão, a altitude de5.350 m, munido de um eletroscópio associado aum detector de ionização, constatou um aumentoevidente dos efeitos ionizantes. Ficou claro que afonte de radiação ionizante não podia se localizarnem na Terra nem na atmosfera. A radiaçãopenetrava a atmosfera a partir do alto e tambémconstatou, em um de seus voos diurnos, que nãopoderia ser do sol.

Após isto, muitos experimentos foramrealizados. Em 1939, Pierre Auger, colocoudetectores de partículas nos Alpes. Ele observouque mesmo colocando dois detectores separadosentre si por muitos metros, as partículas atingiamcada um dos detectores no mesmo tempo. PierreAuger havia descoberto os “chuveiros extensivosde ar”, produzidos pela colisão de partículasprimárias de alta energia com moléculas denitrogênio presentes na atmosfera, criando umacascata subatômica de partículas secundárias.Usando a informação obtida pelo chuveiro, ele eracapaz de contar o número de partículas que

atingiam o nível do solo.A nova radiação foi inicialmente chamada

de “radiação ultra penetrante”, porque ela podiaatravessar uma grande massa de matéria sem sermuito absorvida; só receberia a denominação, maissugestiva e precisa de radiação cósmica, cerca deuma década depois, quando o físico norte­americano Robert Millikan a associou a umaconcepção bastante particular da formação deátomos no espaço interestelar. Segundo ele, os raios“cósmicos” representavam “o grito de nascimentodos átomos que se formavam na abóbada celeste”.

Os raios cósmicos têm sido estudados portodo o século XX e ainda no século XXI, sendo oBrasil um dos países que contribuem com apesquisa. Entender a origem dos raios cósmicospode nos ajudar a desvendar muitos dos mistériosdo Universo.

Exitem hoje duas formas comuns de sedetectar raios cósmicos para poder estudá­los:usando tanques de água isolados e telescópios defluorescência. Os tanques são reservatórios de águarevestidos com material refletor por dentro esensores capazes de captar luz. Quando partículasprovindas do espaço penetram o tanque, a água fazcom que elas percam velocidade, emitindo luz, queserá confinada pelo material refletor que reveste otanque e captada pelos sensores. Os telescópios defluorescencia são equipamentos montados emestruturas circulares num padrão mosaico quelembra um olho de inseto. Eles captam a emissão deluz de fluorescência proveniente da excitação deátomos da atmosfera pelos raios cósmicos numângulo de 180° e usa de várias relações entre osdados coletados para determinar a altitude em queos chuveiros se formaram.

Mas o que raios é isso?

GLOSSÁRIO E CURIOSIDADESRadiação é o fenômeno de propagação de

energia dentro de um meio. Existem vários tipos deradiação e elas são classificadas em grupos deacordo com certas características. No caso dos raioscósmicos, dizemos que a radiação é corpuscular eionizante, pois se tratam de partículas muitoenergéticas capazes de ionizar moléculas ao seuredor.

Um eletroscópio é um equipamentodestinado a verificar a existência de cargas elétricasem um determinado corpo. Pode ser usado paraverificar se um corpo está sendo eletrizado(recebendo ou cedendo cargas elétricas) e, de formamais sofisticada, para verificar se uma dadasubstância está sendo ionizada (uma vez quesubstâncias não ionizadas tendem a permaneceremneutras, eletricamente).

A ionização é um processo químicomolecular que consiste na separação de umamolécula em estruturas simples, eletricamentecarregadas (íons).

Energia relativisística é o nome dado àenergia de uma partícula que se move próxima àvelocidade da luz e que provém da conversão desua massa, como demonstrado por Albert Einsteinna Teoria da Relatividade.

O fóton é uma partícula elementarintrínsecamente associada à radiaçãoeletromagnética. Notoriamente compõe os raios deluz visível, mas esta é apenas uma fração de ondeonde se encontram os fótons. Um fóton pode sergerado quando um elétron muda de uma camadaenergética superior para uma inferior (saltoquântico) liberando energia, ou quando o núcleoinstável de um elemento radioativo decai, liberandopartículas e uma grande quantidade de energia(raios gama).

A supernova é uma enorme explosão queacontece com estrelas de grande porte (centenas devezes maiores que o Sol) quando a energia geradapelas suas reações nucleares não são maissuficientes para conter o colapso gravitacional deseu núcleo, o que começa a ocorrer quando a estrelaproduz o elemento ferro. A estrela então implode,liberando uma enorme quantidade de energia,espalhando material num raio de dezenas e atécentenas de anos­luz.

Uma explosão ou erupção solar é umacontecimento na superfície do Sol e de estrelascomo ele em que uma mudança repentina em seucampo magnético causa a ejeção de uma grandequantidade de matéria e energia.

4

Raios gama, ou radiação gama, é um tipo deradiação eletromagnética originada no decaimentodo núcleo de um átomo radioativo, no encontro dematéria e antimatéria e em eventos astrofísicosviolentos. É um tipo de radiação muito energética.

Uma partícula alfa é uma estrutura atômicacomposta de dois prótons e dois nêutrons gerada nodecaimento do núcleo instável de um átomo.

Núcleo pesado é o termo usado paradescrever o núcleo de átomos de substâncias comnúmero atômico elevado, tais como urânio eplutônio. Essas substâncias possuem núcleos densoscom muitos prótons de forma que a mútua repulsãoentre eles é muito forte, tornando o núcleo propensoa decaimento e a emissão de radiação.

O decaimento radioativo é o processo peloqual o núcleo instável de um átomo libera partículasenergéticas, se tornando uma nova substância aoemitir radiação.

O elétron é uma das partículas quecompõem os átomos. Ele possui carga elétricanegativa, sua massa é muito pequena e é encontradona periferia dos átomos, orbitando sua eletrosfera.Quando muitos elétrons saltam continuamente deum átomo a outro num mesmo sentido dizemos quehá um fluxo de elétrons ou uma corrente elétrica.

O pósitron é uma partícula de antimatériamuito similar ao elétron e que possui carga elétricapositiva. De forma simplificada podemos dizer queo pósitron é o oposto do elétron.

Partícula primária é o nome dado àspartículas carregadas da radiação cósmica quechegam até a superfície da atmosfera, onde sechocam com as moléculas do ar e se desintegramem uma grande quantidade de partículas menores,partículas secundárias, que se espalham por umadeterminada área, formando os chuveirosextensivos de ar.

Luz de fluorescência é a luz emitida poruma substância quando exposta a radiação.

Um átomo se encontra excitado quandorecebe energia de forma que seus elétrons sedesloquem para um nível energético mais elevado,ou seja, saltem para camadas eletrônicas maisexternas.

EVENTOSEste ano o Rio de Janeiro sediou, entre os

dias 2 e 9 de Julho, a Conferência Internacional deRaios Cósmicos que contou com a presença deinúmeros físicos vindos de todos os lugares domundo. A conferência teve foco em divulgar novasdescobertas acerca dos raios cósmicos e comemoraro centenário de sua descoberta. Saiba maisacessando o site da conferência:http://www.cbpf.br/~icrc2013/hess.html

No dia 6 de agosto ocorreu a primeira faseda OBFEP (Olimpíada Brasileira de Física dasEscolas Publicas) que contará com questões demúltipla escolha, e será realizada na própria escola,com duração de 2 h e 30 min.

Para informações consulte o site:http://www.sbfisica.org.br/~obfep/

5

RACHA CUCA

1(H). projeto de parceria entre escola e universidade 2(V). processo de dissociacao de moleculas 3(H).maior regiao de espaco conhecida pela ciencia 4(H). particula que gera cargas eletricas 4(V). aparelhoque verifica a existência de cargas elétricas 5(H). forma comum de propagacao de energia 6(H). processode emissao de energia de um elemento 7(V). possivel origem dos raios cosmicos 8(V). ? pi, descobertade César Lattes radioativo 9(H). ion de carga positiva 10(H). particula associada a radiacaoeletromagnetica 11(H). morte catastrofica de uma estrela.

6

DesafioUm barco navegando com velocidade gera ondas visíveis na água, assim como um avião

supersônico causa um grande estrondo ao ultrapassar a velocidade do som. Qual a relação que essesdois fenômenos têm entre sí e com o método de detecção de raios cósmicos que usa os tanques deágua com fotosensores?

7

O barco cria ondas pois está se movendo mais rápido que a velocidade de propagação dasondas na água, o avião causa um estrondo, ou seja, cria ondas sonoras, quando começa a se movermais rápido que a velocidade de propagação do som no ar. O método de detecção de raios cósmicosusando os tanques de água funciona com o mesmo princípio de que, algo se movendo num meio maisrápido que uma onda se propaga naquele meio, libera um cone daquela onda. Quando uma partícula deum chuveiro penetra o tanque e colide com a água, ela desacelera ligeiramente, mas sua velocidade émaior do que a velocidade da luz na água, isso faz com que ela crie um cone de luz. Esse cone écaptado pelos fotosensores dentro do tanque e fornecem informações acerca dos raios.