"Somos Físicos". Assuntos diversos relacionados a Ciência, Cultura e lazer.Todos os assuntos resultam de pesquisas coletadas na própria internet.

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sexta-feira, 3 de maio de 2019

"Somos Físicos" Mecânica e Fluídos (Hidrostática)

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“O Princípio de Pascal é uma das aplicações tecnológicas mais interessantes na Física
O princípio de Pascal é aplicado no estudo da Mecânica dos Fluidos. Essa lei afirma que a pressão é comunicada igualmente por todos os pontos de um fluido em equilíbrio.
O robô hidráulico da figura foi totalmente construído com material reciclável e de baixo custo. Utilizando-se seringas e uma certa dose de criatividade podemos produzir robôs com vários tipos de movimentos e diversas funções.

O Braço executa movimentos transferindo objetos pesados de um ponto para outro, diminuindo o esforço humano através de cilindros hidráulicos.

A Hidrostática é um ramo da Física que estuda características dos fluidos, como densidade, pressão e força de empuxo, em condições de equilíbrio estático. É um ramo da Física que estuda as características dos fluidos em repouso. Em especial, estabelece relações com a pressão exercida sobre corpos imersos em fluidos como o ar atmosférico e a água.

Certamente não há como deixar de lado o fato de que as ciências exatas têm seu charme próprio que, no caso, faz com que ela se torne diferente de qualquer outro tipo de estudo. E qual é a característica que a torna tão especial? A precisão. A capacidade, no caso, de dar a certeza de que um cálculo, ou melhor, um problema só pode ter dois diferentes caminhos – e não mais do que eles, como as ciências humanas ou sociais costumam apresentar uma problemática. Para as exatas, um problema é sempre certo. Ou sempre errado. Não há variação.
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O que é a energia mecânica?

Se formos analisar a energia mecânica do ponto de vista mais ‘exato’, assim como a sua ciência propõe, devemos ter a consciência de que a energia mecânica é correta – ela está presente no nosso dia a quase que a todo instante.

Para compreender, primeiro pense que absolutamente tudo presente em nosso mundo tem duas coisas: velocidade ou tamanho/formato ou altura. Dessa forma, a energia mecânica não se trata de um conhecimento ou de um conceito que deve ser compreendido unicamente pelos profissionais que atuam nessa área, mas sim, é compreensível a todos os humanos – porque é uma energia constante e que, provavelmente, está acontecendo simultaneamente na sua vida enquanto você se dedica à leitura deste texto.
Sendo assim, a definição para as exatas é mais simples e não demanda de muita explicação para que seja entendida por completo: a energia mecânica nada mais é do que aquelas que temos toda vez que um objeto, pessoa, animal ou outro está em movimento ou, pelo menos, sabem que ele tem a possibilidade de realizar algum tipo de movimento.
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Além disso, vale lembrar que a energia mecânica tem possibilidade de transferência de um corpo para outro, sendo isto realizado por meio de um ‘trabalho’. Geralmente uma energia mecânica só é caracterizada pelo que verdadeiramente é por meio da junção entre dois tipos de energia, que são a energia potencial e a energia cinética, a qual conheceremos seus conceitos e fórmulas também a seguir.
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Na prática, é simples afirmar que a energia mecânica é aquela que resulta de qualquer tipo de objeto que tenha como característica a possibilidade de energia potencial, sendo ela elástica, gravitacional ou elétrica. Se determinado objeto/corpo estiver em movimentação porque consegue, de alguma forma, adquirir energia de caráter cinética, ele também pode ser considerado um ser ou algo dotado de energia mecânica. É complexo e simples ao mesmo tempo, não é?
No que se refere aos conceitos de energia mecânica outro fator importante que deve ser levado em consideração é a famosa teoria da conservação de massas, criada por Lavoisier. Segundo a teoria, absolutamente nenhum tipo de sistema (seja ele essencialmente físico ou químico) tem a capacidade de criação ou eliminação de matéria. De forma geral, tudo o que ele quis dizer é que nada se perde, nada se cria – absolutamente tudo se transforma.
A teoria foi o ponto de partida para Joseph Lois Lagrange, que no ano de 1788 tornou público os principais conceitos de energia mecânica que conhecemos hoje. Sua importância vem principalmente pelo fato de que, quando falamos de energia mecânica e analisamos um objeto, ele pode conter só energia potencial, ou então, só energia cinética: sem a junção entre as duas, o que verdadeiramente caracteriza a energia mecânica.
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Porém, tal conceito é melhor “iluminado” graças à lei da conservação das massas, que irá dizer que tal objeto ganha energia cinética, mas perde potencial, tendo o mesmo valor do que já teria em sua situação anterior. Ficou complicado entender com conceitos, certo? Neste caso, vamos para a prática matemática:
Na fórmula: Em = Ec + Ep
• Em: energia mecânica;
• Ec: energia cinética;
• Ep: energia potencial.
O cálculo, na realidade, pode variar e existem também outras fórmulas complementares para que possa ser determinada a energia mecânica presente (ou não) em determinado corpo ou objeto. Tudo vai depender do tipo de força utilizada, como ela age e qual é a sua própria intensidade.

Classificação de energia mecânica

• Energia cinética
Sempre que um objeto ou corpo estiver em movimentação, devemos associá-lo a um tipo de energia que é chamada de energia cinética. Sendo assim, é completamente correto – e também simples – afirmar que a energia cinética está para a movimentação assim como a movimentação está para energia cinética.
A energia cinética irá depender da velocidade V e da massa M. Sua equação é: Ec = 1/2m.v².
• Energia potencial
Já a energia potencial é caracterizada por um tipo de energia relacionada com a configuração do próprio sistema como um todo, levando em consideração as posições do corpo ou objeto. A energia potencial é aquela que pode se transformar, portanto, em energia cinética. Existem inúmeros outros tipos de energia potencial, entre elas a elástica e a gravitacional.

"Somos Físicos" Conversões de Energias

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Gerador Eólico

Energia é a capacidade de executar um trabalho, e "Trabalho" significa deslocar, rodar, transformar. 
Relembre este conceito em O que é energia
Existem várias formas de energia disponíveis na natureza, leia este item e aprenda mais!

Energia Elástica

estilingue

Quando puxamos um elástico (provocando uma deformação) e largamos em seguida, a energia armazenada na tira do elástico se transforma em energia cinética (representada pelo movimento do elástico e da pedra, no estilingue). A energia elástica é armazenada e, por isso, é um tipo de energia potencial, associada à deformação de um corpo.

Energia Potencial Gravitacional

Tudo que está no alto em relação ao solo possui energia potencial. Quando um menino segura uma bola, a energia desta bola está relacionada a altura dela a partir do chão. Se o menino solta a bola, esta energia potencial é transformada em energia cinética (representada pelo movimento da bola). 



menina na bicicleta com comida na barriga
Energia Química

Quando uma menina pedala uma bicicleta, ela transforma a energia química do seu corpo (que obteve dos alimentos) emenergia cinética nas rodas da bicicleta (movimento). Da mesma forma, a energia química contida nos combustíveis dos veículos é transformada em energia cinética, para que eles se movimentem.
Pilhas e baterias contêm energia química que faz com que os aparelhos elétricos funcionem: controles remotos, brinquedos, celulares. A energia química da bateria é transformada em energia elétrica, que alimenta esses aparelhos.


Energia Elétrica

átomo com núcleo e elétrons em volta
Se você pudesse olhar qualquer material com uma super lupa você veria que ele é composto por moléculas (partes menores) e essas moléculas, vistas por uma lupa mais potente ainda, são formadas por átomos. Cada átomo é formado principalmente por três tipos de partículas: prótons, nêutrons e elétrons. 


Os prótons e nêutrons estão no centro do átomo, chamado núcleo e os elétrons estão em movimento em volta do núcleo. Em materiais metálicos, os elétrons podem caminhar, levando energia de um local para outro, por exemplo, da tomada pelo fio até a televisão. Esse movimento é chamado de energia elétrica ou eletricidade.

panela com pipoca estourando dentro
Energia Térmica

A energia térmica está relacionada à temperatura, ou seja, quanto mais quente um objeto, mais energia térmica há nele. Quando aquecemos a panela de pipoca no fogão, utilizamos a energia térmica para esquentar a panela, que transfere o calor para o milho, transformando-o em pipoca.                   

Podemos também utilizar a energia térmica para nos aquecer no banho. A energia térmica também pode ser captada do sol para aquecimento da água do banho ou para outros usos

Energia Cinética


Está presente quando algo está em movimento. Por exemplo, a energia da água do rio, do vento ou das marés. Essa energia pode ser transformada em energia elétrica, quando se direciona algum desses fluidos para girar um equipamento elétrico.
  • Na Usina Hidrelétrica (hidro=água), a água do rio faz a turbina girar, transformando a energia cinética em eletricidade. 

recorte de usina hidrelétrica, reservatório, gerador, turbina gira com água sob pressão passando, movimenta o eixo, eletricidade


  • Na Usina Eólica, o vento empurra as pás do aerogerador (que parece um cata-vento). As pás giram e o gerador transforma a energia cinética em eletricidade. 


zoom no aerogerador, mostrando o gerador e o movimento do eixo



  • Na Usina Termelétrica, um combustível é queimado. Esse combustível pode ser gás, óleo, bagaço de cana de açúcar ou outro material. Ao queimar o combustível, o calor gerado aquece a água de uma caldeira, que se transforma em vapor, que gira uma turbina, transformando a energia térmica (calor) em energia cinética (movimento) e depois em energia elétrica
queima de combustível na caldeira, gera vapor, que gira turbina e aciona o gerador para gerar eletricidade


Você sabia?
Geração ou Conversão de Energia?

Talvez você conheça a Lei de Conservação da Matéria, do químico Lavoisier: "Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma".
Isso também é verdade para a energia, como demonstrou o físico James P. Joule. Usualmente, quando utilizamos o termo "geração de energia", estamos nos referindo, na verdade, a um processo de transformação, conversão. A energia elétrica, por exemplo, é "gerada" a partir da conversão de outras formas de energia.
Para ler mais sobre isso, entre em páginas de universidades públicas, como a Unicamp e a UFRGS.

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Energia primária e Energia útil

interruptor e quadro de luz
Vamos partir de um hábito nosso do dia a dia para explicar esses conceitos: chegar à noite em casa e acender a luz. A iluminação é "energia útil" ou "serviço de energia", já que a luz está sendo utilizada diretamente por nós, para que possamos andar pela casa, encontrar objetos e realizar outras atividades.

Quando acionamos o interruptor, conectamos fios elétricos que estão instalados dentro da parede dos cômodos da casa. Esses fios estão ligados a um painel que recebe energia da rua e conduzem essa energia até os aparelhos que você utiliza em sua casa.
poste de luz na zona rural do Rio de Janeiro

A energia elétrica que está disponível nos fios das nossas casas pode ser chamada de "energia final". Recebe esse nome, pois já pode ser usada pelo usuário final, você.​ Os fios que chegam à nossa casa estão ligados aos postes e a cabos suspensos. Em alguns bairros ou cidades, esses cabos são subterrâneos, ou seja, passam por baixo da terra.
Esses cabos estão ligados à subestação de energia elétrica, que contém aparelhos chamados transformadores. Esses transformadores transformam a eletricidade que chega até ela em uma forma adequada para ser distribuída pela cidade. Essas transformações na eletricidade são necessárias para facilitar todo o transporte dessa energia até a nossa casa e poder ser utilizada em nossos interruptores e eletrodomésticos.
subestação de energia no interior da Bahia
É mais ou menos o que se faz com água: quando se pega água no rio para levar até a cidade, a água passa por um tubo enorme e com uma alta pressão. Para diminuir a pressão até ficar adequada e segura para nosso uso, a água vai sendo passada para tubos menores até chegar às nossas casas.

Linha de transmissão no interior da Bahia

A eletricidade que chega à subestação está sendo trazida pela linha de transmissão (LT), que é um conjunto de torres altas e cabos elétricos. Você já deve ter visto alguma dessas linhas de transmissão ao viajar por estradas, como no exemplo da figura.
Essas linhas vêm das usinas de geração de energia elétrica. As usinas de geração fazem a transformação de formas diferentes de energia disponíveis na natureza em eletricidade. 

                                      
Essas formas disponíveis na natureza podem ser o vento, a água do rio, o carvão, o gás natural, entre outras opções. Essa forma natural é conhecida como "energia primária", pois está na sua primeira forma, ou forma bruta. Como não há eletricidade disponível na natureza, pelo menos não de forma fácil (você não vai ficar esperando um raio cair, vai?), temos que transformar as fontes primárias em eletricidade, ou seja, na nossa energia final.

linha de transmissão ligada a usina eólica, a usina termelétrica e a usina hidrelétrica

Na maior parte das usinas de geração elétrica, a "energia primária" é transformada em eletricidade por uma turbina, um equipamento que roda, transformando uma forma de energia em outra, como explicamos acima. O que faz essa turbina rodar pode ser água, vento ou vapor, nas usinas do tipo hidrelétrica, eólica ou termelétrica. Acesse o Infográfico Energia Elétrica e veja o caminho completo da eletricidade. Além desses exemplos, o que mais podemos utilizar na natureza para transformar formas de energia em nosso favor? 

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A conversão eletromagnética de energia relaciona as forças elétricas e magnéticas do átomo com a força mecânica aplicada à matéria, assim, a energia elétrica pode ser transformada em energia mecânica e a energia mecânica pode ser transformada em energia elétrica. Por exemplo, na usina hidroelétrica onde a energia mecânica da água produz eletricidade através de um alternador (dínamo). Com um motor retirado de um DVD player ou um carrinho de brinquedo será construído um gerador de energia elétrica. O pequeno motor, quando girado, transforma energia mecânica em energia elétrica. Dentro dele, na parte mais externa, há uma camada de ímãs, que formam um campo eletromagnético. 
No miolo, há vários rolos (bobinas) de cobre que, quando giradas, interagem com esse campo magnético e criam uma corrente elétrica. É interessante observar que um motor elétrico é praticamente o mesmo equipamento que gerador. No motor, contudo, a corrente elétrica causa o movimento das bobinas, enquanto no gerador, é o movimento das bobinas que gera a corrente. 


O grupo construirá um gerador de energia elétrica que será acoplado a uma placa, quando for feita uma força sobre a placa, o gerador funcionará transformando a energia do movimento em energia elétrica acendendo uma luz. A ideia do grupo é colocar essas placas em lugares como casas de shows e boates de modo que a medida que as pessoas se movimentam em cima das placas será gerada energia elétrica que poderá abastecer o estabelecimento.

"Somos Físicos" Sabão Caseiro (Como Fazer)

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Depois de fazer frituras em casa, o que você costuma fazer com o óleo usado? A maioria das pessoas acaba jogando o óleo de cozinha no ralo da pia ou no vaso sanitário, o que acaba fazendo um mal danado ao meio ambiente – um litro de óleo pode contaminar um milhão de litros de água potável, além de ser um desperdício de dinheiro jogar fora algo que poderia ser reaproveitado. Um dos jeitos mais simples de se reciclar óleo de cozinha é usando-o para fazer sabão de coco caseiro, que fica tão bom quanto o comprado pronto no supermercado.

Veja como fazer sabão com coco natural, para deixar as roupas da sua família limpinhas, e de quebra, economizar em sabão em pó e poluir menos o meio ambiente:

Para fazer o sabão de coco, você vai precisar de:

2 litros de óleo de cozinha usado em frituras, limpo e coado
500g de soda cáustica em escamas
2 cocos frescos ralados
700 ml de água
125 ml de álcool de cereais

 forma quadrada para bolo

Como fazer o sabão de coco:

Bata o coco com a água num processador ou liquidificador até obter uma pasta grossa. Cozinhe a mistura, reduzindo para 3/4 do volume. Em outra panela, aqueça o óleo e reserve.
Num balde plástico, dissolva a soda em escamas com um pouco de água quente, e depois junte o óleo e a mistura de coco, mexendo bem.
Tenha cuidado ao manipular a soda, usando luvas protetoras.
Despeje a mistura em uma forma quadrada de bolo e deixe endurecer para cortar o sabão em barras. Se preferir deixar o sabão granulado para usar na lavadora de roupas, em vez de despejar a mistura na forma, mexa a cada 10 minutos para que o sabão fique granulado.
Receita de sabão caseiro: O sabão é um item indispensável na lista de compras, pois ele é usado em todas as partes da casa para fazer a limpeza. O sabão é usado na louça, nas roupas, no piso, no banheiro, em todas as partes da casa. Porém você pode fabricar o próprio sabão em casa e além de economizar ganhar uma graninha extra.

Ser sustentável

Provavelmente você já tenha ouvido esse termo sustentabilidade, isso mesmo você aproveita o óleo de cozinha para fazer sabão e vai estar sendo sustentável. Esse tipo de sabão é ótimo para fazer a limpeza da casa, além de deixar as roupas bem mais brancas, no caso de esfregar com as mãos. Vale lembrar que o sabão caseiro feito à base de óleo de cozinha usado não pode ser usado na higiene do corpo. Dessa forma você vai estar ajudando o meio ambiente a manter-se limpo sem poluição e ainda vai estar economizando.

Sabão caseiro passo a passo:

Veja como fazer o sabão caseiro passo a passo usando óleo de cozinha usado e aprenda a economizar.

Ingredientes para o sabão caseiro:

– Recipientes de vidro ou plástico (não pode ser alumínio)
– 300ml de água
– Essência (opcional)
– Colher de plástico
– 500ml de óleo de cozinha reutilizado de fritura
– Forma de plástico
– 80g de soda cáustica (ou dois terços de um copinho descartável de 200ml)
1º passo – Coloque a soda cáustica para dissolver na água;
2º passo – Misture a soda cáustica com o óleo até que fique cremoso. Para deixar no ponto o segredo é mexer entre 15 e 20 minutos;
3º passo – Coloque a essência que seja de sua preferência para deixar o sabão perfumado;
4º passo – Coloque a mistura em uma forma enquanto estiver quente;
5º passo – Deixe reservado por dois dias até que endureça;
6º passo – Corte os pedaços de sabão do tamanho desejado.
Para você que vai fazer o sabão em casa é importante, sempre lembrar, de deixar os produtos bem longe das crianças, pois são perigosos e podem provocar queimaduras graves.

Dicas para quem quer vender

– Se você quer vender o sabão, enquanto estiver quente coloque uma folha de hortelã, ou alecrim, quando endurecer vai decorar o sabão;
– Coloque o sabão em uma embalagem de papel reciclado com as especificações e escrito sustentável;
– Use sempre essências mais suaves para que as pessoas não enjoem o cheiro e não cause problemas nas mãos;
– Caso você queira usar corantes no sabão caseiro de preferência a corantes naturais, assim vai evitar problemas;
– Você pode usar um marcador para dar estilo ao sabão e deixar com a sua marca.

"Somos Físicos" Sabões (Produção e Meio Ambiente)

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Todos os produtos de higiene afetam a natureza de alguma forma. Entenda quais são os impactos do sabão e detergente.

Você já se perguntou o que acontece com a espuma do detergente que vai para o ralo depois que você lava a louça? Diariamente, produtos de higiene como sabão, detergente e outros usados nas residências e indústrias atingem os sistemas de esgoto e, sem o devido tratamento, acabam indo parar em rios e lagos. Lá, causam diversos impactos nos corpos hídricos e na vida aquática.
Primeiramente, é preciso entender qual é a constituição do sabão e do detergente. Ambos possuem substâncias denominadas tensoativas, ou seja, diminuem a tensão formada entre dois líquidos. Assim, elementos como a água e o óleo perdem a capacidade de se manterem separados. Não é à toa que costumamos usar esses produtos para limpeza em geral.
detergente possui outros compostos para melhorar o seu poder de limpeza, como os agentes sequestrantes e quelantes, que também causam impactos ao meio ambiente. Para o produto ter atratividade e resistir longos períodos na prateleira do supermercado, também são adicionados conservantes, corantes e fragrâncias.
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Impactos do sabão e detergente

Em sistemas que dependem do oxigênio, como rios e lagos, os agentes tensoativosinterferem nas taxas de aeração, pela redução da tensão superficial do meio, que faz com que as bolhas de ar permaneçam um menor tempo que o previsto em contato com meio. Além disso, a formação de espuma na superfície com o movimento das águas impede a entrada de luz nos corpos d'água, essencial para a fotossíntese dos organismos subaquáticos.
Outro prejuízo causado pelo sabão e detergente no meio ambiente, é a interferência que provocam nas aves aquáticas. Elas possuem um revestimento de óleo em suas penas e boiam na água graças à camada de ar que fica presa debaixo delas. Quando esse revestimento é removido, essas aves não conseguem mais boiar e se afogam.
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Todos os sabões são produzidos a partir de matérias-primas biodegradáveis, óleos e gorduras que passaram por um processo de saponificação. Portanto, os sabões possuem tensoativos biodegradáveis. Já os detergentes sintéticos podem ou não ter tensoativos biodegradáveis, pois eles são provindos do petróleo, matéria-prima não renovável. Experiências mostram que os detergentes de cadeia carbônica não-ramificada são biodegradáveis, ao passo que os de cadeia ramificada não são 
Atualmente, todos devem conter tensoativos biodegradáveis, de acordo com as exigências da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA).
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Contudo, os detergentes não são constituídos apenas de tensoativos. Eles também contêm substâncias conhecidas como agentes sequestrantes, cuja função é melhorar o poder de limpeza em águas duras (que têm maior concentração de íons de cálcio e magnésio, o que dificulta a ação do sabão e do detergente). Um dos agentes sequestrantes mais usados é o tripolifosfato de sódio. Porém, sabe-se que o uso desses agentes causa eutrofização dos corpos hídricos, pois eles são nutrientes para as algas e, quando vão parar num lago, favorecem a proliferação delas. Esse crescimento de algas em demasia interfere no equilíbrio natural e diminui o oxigênio dissolvido na água, acarretando a problemas na vida aquática. Em virtude disso, aumentou-se a pressão para retirada dessa substância e a troca por outra menos impactante ao meio ambiente. Muitas indústrias já estão diminuindo e retirando esse componente de sua fórmula.
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Uma dúvida muito frequente sobre a confecção de sabão é sobre o uso da soda cáustica (NaOH). Sabe-se que ela é uma base forte (pH 14), podendo causar irritações na pele quando está no seu estado puro. Porém, quando ela é empregada na fabricação de sabão ocorre uma reação química de saponificação. A soda cáustica reage com os óleos no processo e resulta em sabão mais glicerina. Desta forma, quando o sabão passa por um processo de cura, toda soda cáustica presente reage com os óleos, formando um produto de pH próximo ao neutro.
Um dos aspectos mais relevantes para a venda dos produtos são as fragrâncias e os corantes. Esses componentes são importantes para a aceitação do produto pelo público, mas nem todas as pessoas têm uma sensação agradável pelo uso dessas substâncias. Elas podem causar alergias respiratórias, de contato, irritações e ressecamento da pele 
No meio ambiente, essas substâncias podem aumentar a demanda bioquímica de oxigênio, requerendo um tratamento prévio antes de serem lançadas nos corpos hídricos. Dê sempre preferência a fragrâncias e corantes naturais, pois eles têm menos riscos de causarem alergias e causam menos impacto ao meio ambiente