Fundamentos Geometria

Ih, quebrei o termômetro!

Se você alguma vez deixou um termômetro cair no chão e quebrar, com certeza deve ter estranhado ao perceber que o mercúrio, aquele líquido prateado que fica dentro dele, espalha-se formando bolinhas. Se você juntar essas bolinhas (só faça isso com uma luva de látex, porque o mercúrio é muito tóxico), elas se agrupam formando uma bola ainda maior.

O que faz isso acontecer é um fenômeno chamado tensão superficial, que é a força existente na superfície de todos os líquidos em repouso. A intensidade dessa força varia de acordo com o material e, no caso do mercúrio, é bem intensa.

Mas por que existe essa força na superfície dos líquidos? Em primeiro lugar, vale lembrar que tudo que você vê ao seu

redor é formado por pequeníssimas partículas, invisíveis a olho nu, chamadas moléculas. Estas são as menores partículas de qualquer objeto que mantêm em si as mesmas características do objeto.

As moléculas, desde que não estejam muito distantes umas das outras, como nos gases, atraem-se mutuamente.

Assim, num líquido, as moléculas situadas no interior são atraídas em todas as direções pelas moléculas vizinhas. Mas justamente por isso, as forças de atração que atuam sobre essas moléculas acabam se anulando umas às outras, isto é, perdem o efeito e deixam de influir no comportamento delas. O resultado é que essas moléculas permanecem com a mesma velocidade, viajando no interior do líquido.

Só que as moléculas que ficam na superfície estão no limite, ou seja, não há mais moléculas do líquido além dessa fronteira (somente moléculas de ar). Dessa forma, elas são atraídas apenas pelas moléculas que estão ao lado e abaixo, no interior do líquido. As moléculas da superfície, então, tendem a penetrar o líquido, mas muitas não conseguem porque esbarram na resistência das moléculas de dentro, que só cedem espaço até um determinado ponto.

Assim é gerada a tensão superficial. Ao serem atraídas para dentro do líquido, as moléculas da superfície se aproximam.

Algumas até conseguem escapar para o interior, o que faz com que a área superficial do líquido se contraia e diminua. É por isso que as gotas de água ou as bolinhas de mercúrio ficam com esse formato esférico. No caso do mercúrio, ainda por causa da forte atração entre as moléculas, as bolinhas tendem a se unir para formar um corpo único.

Além disso, a contração das moléculas na superfície do líquido também faz essa camada mais externa se comportar como uma espécie de película elástica. É por esse motivo que objetos mais densos que a água, como uma agulha, podem flutuar sobre ela, e também por isso pequenos insetos conseguem caminhar sobre a água!

Mas é bom que fique claro que as moléculas trocam o tempo todo de posição. Nenhuma fica “paradinha” desse jeito. Pelo contrário, num líquido aparentemente em repouso, existe, na verdade, uma grande turbulência de moléculas que se movimentam da superfície para o interior e vice-versa. É justamente o grau de movimentação das moléculas que determina o estado físico do material: sólido (baixa movimentação), líquido (média movimentação) e gasoso (alta movimentação).

Agora, que tal fazer uma experiência para observar o efeito da tensão superficial? Sobre uma superfície plástica seca, espirre um pouco de água. Você vai ver que vão se formar umas gotinhas. Agora seque a superfície e espalhe um pouco de detergente, de modo a formar uma fina camada.

Espirre sobre essa camada um pouco de água. Você vai ver que o detergente diminui a tensão superficial da água e, por isso, não vão se formar mais gotas e o líquido vai se espalhar pela superfície. Compare!

Tensão elevada e linhas de transmissão

A tensão nominal de um gerador pode variar em função de sua potência. Assim, podemos ter geradores de baixa tensão (220V), geradores de média tensão (2,2kV) e geradores de alta tensão (igual ou superior a 13,8kV). A vantagem de utilizar tensões maiores é o fato de as correntes diminuírem.

Para isso são utilizados os transformadores de força. São equipamentos que alteramos níveis de tensão e corrente, mantendo o valor da potência praticamente constante. Como o valor da potência é dado pelo produto da tensão pela corrente (P = U ^. i), mantendo-se o valor da potência, à medida que o valor tensão (U) sobe, a corrente (i) diminui. Se, por exemplo, dobrarmos a tensão, a corrente cai pela metade.

Quando a potência gerada é pequena e a carga se localiza próxima do gerador, é possível gerar em baixa tensão e alimentar as cargas diretamente a partir do gerador. No entanto, quando a potência gerada é alta e a distância entre a geração e o consumo for grande, é necessário elevar a tensão, diminuindo ao máximo a corrente, para utilizar condutores mais finos. Assim, há economia de espaço, diminuição do tamanho dos geradores e menor custo de materiais condutores e de suporte.

Além disso, geralmente as linhas de transmissão utilizadas são aéreas, não havendo grandes problemas de isolamento, e a redução do diâmetro e do peso dos condutores implica grande economia nas estruturas de suporte. Deve-se considerar ainda que as perdas nas linhas de transmissão são proporcionais ao quadrado da corrente, e, portanto, quanto menor for a corrente, menor será a perda.

Os resistores e os aquecedores de água

Boa parte dos aparelhos que utilizamos como aquecedores de água funcionam graças à resistência à passagem da corrente elétrica em determinados dispositivos. Os exemplos mais comuns são: o chuveiro, a torneira elétrica e os ebulidores (dispositivos colocados em cafeteiras, máquinas de café expresso, etc.).

O funcionamento desse dispositivo, que chamamos de resistor é muito simples: ele transforma integralmente energia elétrica em energia térmica. No caso do chuveiro, da torneira elétrica e dos ebulidores, quando acionados (ligados) o resistor se aquece e alcança alta temperatura, transferindo calor para a água corrente que passa por ele.

Quando é necessário trocar o resistor de um chuveiro ou de uma torneira, deve-se ter cuidado especial para não “queimar” o novo resistor.

Antes de ligá-lo (fazer passar uma corrente elétrica pelo resistor), deve-se deixar circular água fria para encher o compartimento interno que envolve o resistor. Só após esse procedimento, o chuveiro e a torneira devem ser ligados. Se este procedimento não for observado, o resistor sofrerá um superaquecimento e “queimará”.

É importante assinalar que esses aparelhos, apesar de nos proporcionar conforto, consomem muita energia elétrica. Isso é, aliás, uma característica de qualquer aparelho que transforma energia elétrica em energia térmica.

Os metais e os elétrons livres

Nos metais devido à disposição de seus átomos, os elétrons livres da camada externa ficam “circulando” ao acaso entre os átomos da vizinhança. Esses elétrons são os responsáveis pela propriedade dos metais de serem bons condutores elétricos.
Os materiais isolantes são formados por átomos em que os elétrons mais externos são atraídos pelo núcleo de tal maneira, que não “escapam” facilmente. Não possuem elétrons livres, portanto não conduzem a corrente elétrica.
Por outro lado, os materiais isolantes podem ser eletrizados por atrito.
Já nos metais, a eletrização é mais difícil. A presença de elétrons livres em grande quantidade explica por que uma barra metálica pode perder facilmente os elétrons que recebeu por meio de eletrização – eles escoam com muita facilidade através da mão de quem faz o experimento ou do suporte onde a barra está apoiada ou presa. Da mesma forma, uma barra metálica atritada recupera facilmente os elétrons perdidos, retirando-os de outros materiais que estão em contato com ela. Assim, ela tende a permanecer continuamente neutra. Para se conseguir eletrizar objetos metálicos eles precisam estar perfeitamente isolados.

Benjamin Franklin, cientista, político e escritor americano

Franklin nasceu em Boston, Estados Unidos, em 1706. Antes de completar vinte anos, foi para a Inglaterra, onde trabalhou como tipógrafo. Durante esse período, interessou-se pela eletricidade, conseguindo adquirir muitos conhecimentos sobre todas as experiências realizadas na época.

Ao retornar para o seu país, levou consigo um pequeno laboratório de eletricidade. Por volta de 1730, demonstrou que

o relâmpago era uma faísca do mesmo tipo que se obtinha com as máquinas elétricas de Von Guericke, ou seja, era eletricidade.

Com um grande lenço de seda e uma armação de metal, montou uma pipa, deixando uma ponta metálica na parte de

cima. Segundo Franklin, a ponta metálica facilitava a “captação” da eletricidade (essa propriedade é conhecida hoje como “poder das pontas”).

Para conduzir a eletricidade até perto dele, usou uma linha de algodão, que, ao ser molhada pela chuva, tornava-se condutora. Numa extremidade dessa linha, prendeu uma chave e, para proteger-se dos choques, amarrou uma linha

de seda a partir da chave, tratando de conservá-la sempre seca. Alguns relatos dão conta de que, num dia chuvoso e

com raios, Franklin empinou a pipa, amarrando-a posteriormente numa árvore. Depois de um relâmpago que ocorreu

próximo à pipa, observou que a chave soltava faísca quando ele aproximava a sua mão.

Dizem que foi beneficiado pela sorte, pois uma descarga um pouco mais forte o teria matado. Dentre os pesquisadores que tentaram reproduzir sua experiência, cita-se o russo Georg Richmann, morto por um raio ao levantar uma vara com um arame amarrado na ponta.

O Eletroscópio

O eletroscópio é um instrumento relativamente simples, capaz de detectar se um corpo está ou não eletrizado. Com um pouco de paciência e criatividade, você pode construir um eletroscópio de folhas.

Trata-se de duas folhas metálicas finas e flexíveis, ligadas a uma haste que está presa a uma esfera. As folhas, a haste e a esfera têm de ser necessariamente boas condutoras – por isso, metálicas. Elas devem ficar isoladas do vidro por uma rolha de cortiça ou borracha. Aproximando-se da esfera metálica um corpo eletrizado positivamente segurado por uma haste isolante, ocorre atração dos elétrons para a esfera de metal. Como as folhas de metal ficam carregadas positivamente ocorre repulsão entre elas.

A Eletrização por atrito no dia a dia

Quando você se penteia, se os cabelos e o pente estão bem secos, os fios de cabelo eletrizam-se com cargas de mesmo sinal e repelem-se uns aos outros. Você fica com o “cabelo em pé”.

Ao tirarmos uma roupa de naylon ou de lã, o atrito com o corpo provoca a eletrização do tecido, e, se estivermos no escuro, ocorrerão pequenos estalos. Isso se deve às pequenas faíscas que surgem entre o corpo e a roupa, provocadas pelo escoamento de cargas elétricas.

Caminhando sobre um tapete de lã, você também pode ficar “eletrizado” devido ao atrito de seus sapatos com o tapete.

Assim, se tocar na maçaneta da porta, por exemplo, uma pequena faísca talvez salte de sua mão, e você sentirá um leve choque. Quando limpamos uma roupa usando um pano umedecido com gasolina, o atrito eletriza a roupa, saltando faíscas que provocam o incêndio dos vapores do combustível.

Tudo isso ocorre em dias secos, pois a umidade existente no ar torna mais difícil a eletrização.

Os veículos também se eletrizam quando se movimentam, devido ao atrito com o ar atmosférico. Aviões possuem pequenos fios prolongando-se das asas, através dos quais as cargas elétricas escoam para o ambiente. Caminhões que transportam combustíveis são ligados à terra quando estão reabastecendo os postos.

Em clima seco, certos veículos conservam mais a eletricidade adquirida por atrito, e o passageiro, ao descer, leva um

pequeno choque, pois faz a ligação do automóvel com a terra.

Em muitos carros, os bancos são feitos de tecido entremeado com fios metálicos. Pelo atrito com os bancos, ocorre a eletrização do passageiro. O segredo para evitar o choque nessa circunstância é segurar na parte metálica da porta antes de pôr o pé no chão, ao sair do carro: isso provocará o escoamento das cargas para o solo.

Observação

Em termos de manifestações elétricas, a terra é considerada um enorme elemento neutro, pois tem a propriedade de neutralizar, cedendo ou recebendo elétrons, todos os corpos que entram em contato com ela. Assim, ao ligarmos um condutor à terra, dizemos que ele se descarrega, isto é, fica neutro.

É o que ocorre com o fio terra. Ele nada mais é que um fio de cobre ligado a uma ou mais hastes metálicas, enterradas no chão, evitando o acumulo de cargas elétricas em aparelhos como o chuveiro, por exemplo, e poupando-nos de choques.

Números Binários

O sistema binário de computação já era conhecido na China uns 3000 a.C., de acordo com os manuscritos da época. Quarenta e seis séculos depois, Leibniz redescobre o sistema binário.Este sistema de numeração binário é muito importante, na medida em que, modernamente, é de largo alcance por ser utilizado nas calculadoras eletrônicas, computadores e nas estruturas que envolvem relações binárias. Este sistema pode ser chamado sistema de base dois, binário ou dual, o qual utiliza apenas dois algarismos, o 0 e o 1.

Vamos aprender a transformar um número no sistema decimal para o sistema binário.

Devemos fazer a divisão( sem usar a calculadora) do número por 2 (sempre dois,pois o sistema é binário)o resto será 0 ou 1,devemos fazer essa divisão até obter  quociente 1.

Exemplo.Represente o número 45 no sistema binário:

45:2=22         resto 1

22:2=11         resto 0

11:2=5           resto 1

5:2=  2           resto 1

2:2= 1            resto 0

O número binário será 1 mais todos os restos das divisões de baixo para cima,ou seja, 0, 1,1,0 e 1.

Portanto:

45→101101

Outro exemplo:

Transforme o número 141 no sistema binário e faça o processo inverso.

141:2=70        resto 1

70 : 2 = 35      resto 0

35 : 2= 17       resto 1

17 : 2 =  8       resto 1

  8 : 2 =  4       resto 0

  4 : 2 =  2       resto 0

  2 : 2 =  1       resto 0         

Então 141→ 10001101

Agora vamos fazer o processo inverso:

O algarismo da unidade do número binário será multiplicado por 2 elevado a zero,o da dezena será multiplicado por 2 elevado a 1,o da centena  por 2 elevado ao quadrado  e assim por diante.

Acompanhe:

1.2°=1.1=1

0.2¹=0.2=0             

1.2²=1.4=4

1.2³=1.8=8

0.2^4=0.16=0

0.2^5=0.32=0

0.2^6=0.64=0

1.2^7=1.128=128

Somando os resultados 128+0+0+0+8+4+0+1=141