Quinta força fundamental da natureza pode ter sido descoberta

Revolucionário


Experimentos realizados por físicos húngaros em meados do ano passado podem ter descoberto uma nova partícula subatômica que revela a existência de uma quinta força fundamental da natureza.


"Se for verdade, é revolucionário," disse Jonathan Feng, da Universidade da Califórnia, nos EUA, cuja equipe está apresentando uma nova teoria para tentar explicar a anomalia encontrada pelos físicos húngaros.


"Há décadas nós conhecemos as quatro forças fundamentais: gravitação, eletromagnetismo e as forças nucleares forte e fraca. Se for confirmada por outros experimentos, esta descoberta de uma possível quinta força vai mudar completamente a nossa compreensão do Universo, com consequências para a unificação das forças e para a matéria escura," acrescentou.


Nova partícula de luz


Em 2015, uma equipe da Academia de Ciências da Hungria estava à procura de "fótons escuros", partículas que poderiam explicar a elusiva matéria escura, que os físicos dizem que compõe cerca de 85% da massa do Universo.


Eles não encontraram exatamente o que procuravam, mas descobriram uma anomalia no decaimento radioativo que aponta para a existência de um fóton com massa, uma partícula de luz exatamente 30 vezes mais pesada do que um elétron.


"Os experimentalistas não foram capazes de afirmar que era uma nova força," disse Feng. "Eles simplesmente viram um excesso de eventos que indica uma nova partícula, mas não estava claro para eles se era uma partícula de matéria ou de uma partícula que transmite força".


O grupo de Feng então reuniu, além desses novos dados, todos os outros experimentos anteriores na área e demonstrou que as evidências desfavorecem fortemente tanto partículas de matéria quanto os fótons escuros.


Eles então propuseram uma nova teoria que sintetiza todos os dados existentes e determina que a descoberta pode indicar uma quinta força fundamental da natureza.





Vários experimentos já levantaram a possibilidade da existência de uma Quinta Força Fundamental da natureza. [Imagem: Marc Airhart (UTexas-Austin)/Steve Jacobsen (Northwestern University)]


Bóson X protofóbico


A nova teoria estabelece que, em vez de ser um fóton escuro, a nova partícula pode ser um "bóson X protofóbico". Enquanto a força elétrica normal age sobre elétrons e prótons, este bóson recém-descoberto interage apenas com elétrons e nêutrons - e em uma gama extremamente limitada.


"Não há nenhum outro bóson que tenhamos observado que tenha essa mesma característica. Nós simplesmente o chamamos de 'bóson X', onde X significa desconhecido," explicou Timothy Tait, coautor da nova teoria.


Feng destaca que novos experimentos são cruciais, o que não será difícil, já que a partícula não é muito pesada e há vários laboratórios ao redor do mundo que conseguem gerar a energia necessária para que ela apareça: "Mas a razão pela qual tem sido difícil encontrá-la é que suas interações são muito fracas. Como a nova partícula é tão leve, existem muitos grupos experimentais que trabalham em pequenos laboratórios ao redor do mundo que podem seguir as indicações iniciais, agora que eles sabem onde procurar".


Força mais fundamental e Setor Escuro


Como tantas outras descobertas científicas, esta abre campos inteiramente novos de investigação.


Uma possibilidade intrigante é que essa potencial quinta força fundamental pode se juntar às forças eletromagnética e nuclear forte e fraca como "manifestações de uma força maior, mais fundamental," defende Feng.


Citando o entendimento que os físicos têm do Modelo Padrão, ele especula que pode haver também um "setor escuro" inteiro, com sua própria matéria e suas próprias forças - englobando assim, a matéria escura e a energia escura.


"É possível que estes dois setores [o normal e o escuro] falem um com o outro e interajam através de interações de alguma forma veladas, mas fundamentais," propõe ele. "Esta força do setor escuro pode se manifestar como esta força protofóbica que estamos vendo como resultado do experimento húngaro. Num sentido mais amplo, ela se encaixa com a nossa pesquisa original para compreender a natureza da matéria escura."






Link: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=quinta-forca-fundamental-natureza-ter-sido-descoberta&id=010130160819#.V8Q2epgrLIX

Existe gravidade no espaço?

Na verdade, essa história de que não existe gravidade no espaço é um mito. Ela não só existe como é reponsável por determinar a própria estrutura do espaço, como a ordem dos planetas em relação à posição do Sol e onde ficam estrelas e luas. Não há um lugar no universo onde você possa se esconder dessa força, mas a gravidade é diferente em variados lugares.

A gravidade se manifesta por meio de uma força que atrai os objetos entre si. Sua intensidade depende da distância da aproximação e da massa dos corpos em determinada situação. Quanto maior a massa do corpo (caso de um planeta), maior a força da gravidade. Mas quanto maior a distância, menor será a força da gravidade.

A ideia da não existência de gravidade no espaço existe devido a uma situação especial quando um corpo está em órbita (como é conhecida a trajetória que um corpo percorre ao redor de outro) de um determinado planeta. O exemplo mais comum é quando os astronautas estão em movimento em torno da Terra e parece que eles ficam voando, como se estivessem caindo sem nunca chegar ao chão. Eles parecem não sentir a força da gravidade. Esse tipo de fenômeno é conhecido como microgravidade. Apesar de sua existência de maneira reduzida, ela não deixa de existir como se é imaginado.

Como cada planeta tem uma massa diferente, a força da gravidade varia em cada um deles. Isso é capaz de fazer com que as pessoas tenham variados pesos caso visitem um desses lugares. Alguém com 68 quilos, por exemplo, passaria a ter cerca de 160 quilos em Júpiter, graças à sua força gravitacional ''esmagadora''. Já em Plutão o mesmo indivíduo seria bem mais leve, com pouco mais de 4,5 quilos. Em Marte (que é menor que a Terra), onde a atração gravitacional é de apenas 38% em comparação com o nosso planeta, a pessoa se sentiria com 26 quilos.

Isso acontece porque, em uma viagem espacial, o astronauta se distancia da Terra. Como a gravidade diminui à medida que a distância aumenta, ele sentirá uma força gravitacional da Terra cada vez menor. Em compensação, conforme ele se aproxima de um destino, caso de Júpiter, a influência da força gravitacional jupiteriana aumentará. Júpiter é o maior planeta do Sistema Solar e, por isso,lá a força da gravidade é muito grande. Em Plutão, que tem uma massa pequena comparada com os outros planetas, a força da gravidade é menor.

LINK: http://www.dgabc.com.br/Noticia/1627587/por-que-nao-existe-gravidade-no-espaco

A Lua está se afastando da Terra !

Adeus Lua. Todos os anos, a Lua se distancia alguns centímetros de nós, retardando o nosso dia. Porque a Lua está afastando de nós, e quanto tempo vai demorar antes que a Terra e a Lua estejam gravitacionalmente separadas?

Pode-se dizer que a Terra e Lua vieram da mesma parte da cidade. Há muito tempo, um objeto do tamanho de Marte, chamado Theia, se colidiu com a Terra e a Lua foi formada a partir dos restos dessa colisão.

Ambos corpos cresceram juntos. Contando desde o início, essa relação já dura por 4,5 bilhões de anos. Tiveram alguns bons momentos. Alguns maus momentos.

Mas agora, a nossa Lua, está se separando cada vez de nosso planeta. Eles estavam muito mais perto quando eram mais jovens e o tempo parecia voar muito mais rápido. De fato, 620 milhões de anos atrás, um dia tinha apenas 21 horas de duração. Agora, conforme a Lua já se distanciou um bocado, um dia dura aproximadamente 24 horas. Mas eles estão ficando mais longos. Hoje, a Lua já está a uma distância média de 384,400 km. É muito longe.

Se pensarmos de volta ao ponto em que o planeta era apenas uma criança, houve um momento em que um dia tinha apenas 2-3 horas de duração, e a Lua estava muito mais perto. Mas, assim como as pessoas, pedaços enormes de pedra e materiais que voam através do tempo e do espaço também podem mudar suas relações também.

Em 1969, durante as missões Apollo, os astronautas deixaram instrumentos refletores no solo lunar, e hoje a NASA os usa para medir o quando o satélite natural está se distanciando da Terra, entre outras coisas. A resposta é entre 2-4 cm por ano. Parece pouco, mas quando aplicado a milhões e milhões de anos, faz uma diferença brutal. Nossos dias têm 1/500 de segundo a mais a cada século.

A Terra e a Lua se “puxam” com a sua gravidade, causando distorções em suas formas e criando uma protuberância. A Terra tem um bojo virado para a Lua, e a Lua tem uma protuberância mais significativa em direção à Terra. Esses bojos de maré sobre a Terra criam uma força gravitacional sobre a Lua. Como nosso planeta gira mais rápido (1 vez a cada 24 horas) do que a Lua (1 vez a cada 27 dias), os bojos acabam acelerando o satélite, o fazendo se afastar.

Será que vai ter fim? Os corpos estão tão ligados que parece que vai demorar uma eternidade para haver um fim. 50 bilhões de anos a partir de agora, e 45 bilhões de anos após o Sol se tornar uma gigante vermelha e morrer em uma nebulosa. Nesse período, os dias teriam uma duração de 45 horas, e a Lua estaria completamente livre da Terra. Vale lembrar que após a morte do Sol o sistema solar deixará de existir. [UniverseToday]

Link: http://misteriosdomundo.org/a-lua-esta-se-afastando-da-terra/

Física e atletismo. Este planeta não foi feito para Usain Bolt.

Nem o mundo nasceu para Usain Bolt, nem ele é fisicamente talhado para correr os 100m. Mas é o melhor do mundo. E não é uma questão de magia: é pura física - e uma pitada de genética.



Conversámos com um físico e com um biomecânico. E desvendámos os segredos do sucesso da rapidez de Usain Bolt

AFP/Getty Images

Ponha-se Usain Bolt a correr ao lado de um Tiranossauro Rex nos tempos do Jurássico e o pobre animal teria de comer pó. Tivesse o atleta jamaicano de fugir de um urso em plena floresta e o bicho morreria de fome. Não há outra forma de o descrever: Usain Bolt é um homem que pertence a outro mundo e que está próximo do limite humano. “Nós não fomos feitos para correr extraordinariamente rápido. Ninguém devia correr como Usain Bolt”, explica Carlos Fiolhais, físico e professor universitário português. Mas ele corre. Porquê?

Desengane-se quem acha que a corrida dos 100 metros foi feita para homens como Usain Bolt. Em certa medida, ele desafia as leis da ciência.É demasiado alto, demasiado pesado, as suas pernas são demasiado longas, a sua partida é particularmente fraca. Tudo o que é dele não o recomenda para a coisa. Ainda assim, é o detentor do recorde mundial na modalidade: fez cem metros em 9,58 segundos no Campeonato Mundial de Atletismo em Berlim, 2009.

Quer saber como é o mundo de Bolt? Ponha-se dentro de um carro a quase 44 km/h. Valores desta ordem, no universo do atletismo, podiam ser justificados pelo facto de os atletas costumarem mover as pernas mais depressa do que o normal. Não é o caso de Bolt: o sucesso do velocista jamaicano está nos seus passos, que são mais longos e poderosos. Um passo de Bolt tem 2,50 metros de comprimento. O passo dos seus colegas é 20 centímetros mais curto.

Usain Bolt celebra após vencer uma medalha de ouro nos 100 metros durante o segundo dia do 12º Campeonato Mundial de Atletismo, em 2009. Foi nesse dia que bateu o recorde do mundo. Créditos: Mark Dadswell/Getty Images

Posto isto, vamos fazer contas. Ao correr os mesmos 100 metros e em condições exatamente iguais, um velocista amador precisa de dar entre 50 e 55 passos para terminar. Os velocistas de elite precisam de muito menos: a cada cem metros dão entre 43 e 45 passos. Bolt não é certamente um atleta amador. Mas o mais surpreendente é que, neste aspeto, é muito mais que um velocista de elite: em média dá apenas 41 passos por corrida. Mas a verdade é que não tem outro remédio. O facto de ter 1,95 metros de altura e 95 quilos de peso só lhe dificulta a tarefa de ser o melhor do mundo. Ainda por cima, não consegue dar passos curtos no início da corrida (o que seria ideal para conseguir acelerar mais). Então usa outra estratégia: toca menos vezes no chão, mas dele absorve mais força, e por isso dá passos mais longos. É assim que consegue chegar à velocidade máxima em menos tempo.

Usain Bolt não é alado, mas parece. Quando atinge a velocidade máxima – coisa que consegue fazer menos de quatro segundos depois do início da corrida – o pé do atleta fica apenas 0,08 segundos em contacto com o chão. É o tempo suficiente para dele retirar a energia que precisa para correr àquela velocidade estonteante. Os outros precisam de cerca de 0,12 segundos para conseguir o mesmo. Em suma, isto significa quevelocistas de elite como este jamaicano passam 60% do tempo da corrida no ar, sem qualquer contacto com o chão. Atletas amadores precisam de ir ao chão buscar força mais vezes, e portanto passam apenas 50% do tempo no ar.

Usain Bolt pode alcançar os 44 km/h em competição. Passa 60% do tempo no ar, enquanto os outros atletas só estão fora do chão em 50% do tempo da corrida. Créditos: Julian Finney/Getty Images.

É certo que para o velocista de 29 anos tudo isto parece extremamente fácil. Mas não é, explica um estudo do Europen Journal of Physics. Com os pés assentes nos blocos de partida, Usain Bolt sai da sua posição inicial com velocidade nula, como qualquer um (estão parados). Quando começa a corrida, vai buscar aceleração a esse bloco (já lá vamos) e alcança o seu poder máximo menos de um segundo depois do início da corrida.

Nesta altura, ainda nem sequer está a correr a metade da velocidade que é capaz de atingir. A culpa é do arrasto, uma força de resistência que desacelera os corpos em movimento. Como é mais alto que os outros, a força de resistência que atua sobre Bolt é muito maior (a isto se chama coeficiente de arrasto e é maior em corpos maiores): de toda a energia muscular que cria, apenas 8% é usada para manter o movimento. A restante é absorvida por essa força de arrasto.

As coisas seriam mais fáceis para Bolt noutro universo: num planeta com uma atmosfera menos densa, o recorde seria ainda maior. Numa altitude superior, Bolt teria a tarefa facilitada: lá em cima, a resistência do ar é menor. Isto mesmo confirma-nos o biomecânico Sérgio Gonçalves. É que, diz-nos a Lei da Inércia de Newton, num mundo perfeito, onde nada se interferisse no movimento de Bolt – nem sequer a resistência do ar -, o esforço que teria de fazer seria muito menor porque “um corpo em movimento tende a permanecer em movimento”.

Mas este velocista sabe como contornar os obstáculos: produz muito trabalho (W), a palavra que a Ciência usa para descrever a energia produzida. A força muscular de Usain Bolt pode chegar aos 2620 W. Isto equivale ao trabalho produzido por dois microondas juntos. E também desenvolve muita força quando toca no chão. É por isso que a ciência é amiga de Usain Bolt. De acordo com a Terceira Lei de Newton (ou a Lei da Ação-Reação), “para toda a interação, na forma de força, que um corpo A aplique sobre um corpo B, este irá exercer no corpo A uma força de igual direção e valor, mas com sentido oposto”.

Simplificando: sempre que Bolt dá um passo, recebe do chão uma força de valor igual àquela que nele aplica. É assim que consegue gerar impulso, tanto quando parte (indo buscar energia ao bloco de partida), como durante a corrida, de cada vez que os pés tocam no chão. Ora, como já explicámos, as pernas de Bolt são demasiado grandes para que ele consiga dar muitos passos. Por isso, a sua estratégia é outra: dar menos passos, mas com eles conseguir absorver mais força.

Olhemos à lupa para os movimentos de Bolt. Há quem diga que o arranque do atleta jamaicano deixa muito a desejar, porque poderia reagir mais depressa. Nos primeiros vinte metros de corrida (fase de arranque), mantém o corpo para frente para vencer a resistência do ar, mas depois endireita-se rapidamente. Tudo fica alinhado: o movimento dos braços acompanha o das pernas, o tronco fica na vertical e a cabeça permanece direita. Isto permite-lhe manter uma velocidade constante até chegar aos últimos vinte metros da corrida. Tal como os outros colegas de profissão, Bolt desacelera nesta fase. Mas tem duas vantagens: primeiro, desacelera menos. E depois dá passos muito mais compridos. Portanto, no início da corrida as pernas de Bolt são como molas. No final, são como remos.

Embora Usain Bolt tenha pernas demasiado longas, essa pode ser a vantagem do atleta. Apesar de não conseguir dar passos curtos, como os outros atletas, dá passos mais longos. Assim poupa tempo e absorve mais energia no chão em cada passo. Créditos: Ian Walton/Getty Images.

Depois, há a genética. Usain Bolt consegue gerar toda esta energia pelo facto de ter mais fibra muscular de contração rápida.Graças a isso, o velocista jamaicano consegue gastar muito menos tempo no chão e ter mais propulsão para a frente. Além disso, tem fascículos musculares mais longos (o conjunto de fibras que transmitem impulsos elétricos maiores). Também tem o tendão de Aquiles mais curto e os dedos dos pés mais compridos, que lhe permitemaplicar mais força no chão durante mais tempo.

Mas esta é só uma parte da receita. A outra corre-lhe no sangue: os jamaicanos são naturalmente mais propensos a corridas emsprint por causa de um gene especial, o ACTN3. 75% dos jamaicanos têm este gene, contra apenas 70% dos norte-americanos em que esta pecinha aparece no ADN. Mas ter o gene não basta: é preciso expressá-lo. E o solo rico em alumínio da Jamaica aumenta a capacidade de expressão do gene.

Para o biomecânico Sérgio Gonçalves, Usain Bolt é um atleta “contra-natura”: de um ponto de vista físico, ele não e tão aerodinâmico quanto os outros colegas. E não só por causa das suas características físicas, mas também porque quanto maior a velocidade de um corpo, maior a resistência que o ar oferece. Atingindo os 44 km/h, Usain Bolt tem de produzir ainda mais força para contrariar essa resistência. Mas sabe bem fazê-lo: quando corre, leva o calcanhar aos glúteos, o que diminui a inércia que a perna leva desde que vai para trás até que começa a ir para a frente. Isto permite poupar os fletores da anca. Ganha tempo e armazena mais energia.

E agora, pode Usain Bolt ser ainda mais rápido? Carlos Fiolhais diz-nos que sim, em duas circunstâncias: se o atleta reagir mais depressa ao tiro e começar a corrida mais cedo do que normalmente faz; ou se o vento estiver favorável à direção do seu movimento e conseguir “empurrar” Bolt pela pista fora. Ainda assim, ele está quase no limite humano. A partir de agora, acredita o físico português, Bolt vai obrigar o Comité Olímpico a reinventar os relógios: “O mais provável é que, a partir de uma altura, os recordes sejam medidos aos milésimos de segundo. Usain Bolt já está a roçar o limite humano. Acredito que alguém o vá ultrapassar um dia, mas apenas por uma diferença quase insignificante”.

As prestações de Usain Bolt são anormais e estão perto do limite humano. Fisiologicamente, o Homem não foi concebido para alcançar estes feitos. Mas os jamaicanos são os mais preparados (geneticamente) para este tipo de competições. Créditos: Cameron Spencer/Getty Images.

Marta Leite Ferreira

LINK : http://observador.pt/2016/08/14/fisica-e-atletismo-este-planeta-nao-foi-feito-para-usain-bolt/

Empuxo - O que acontece com o nível da água?

Ela possibilitou algumas discussões interessantes, o que me deixou satisfeito porque acredito que este tipo de postura contribua para o crescimento intelectual e isto vai muito além da preparação para o vestibular.

Alguns responderam corretamente, inclusive dando boas justificativas para o fato. Outros foram levados ao engano pela intuição – o que é perfeitamente normal – não significando que isto deva se perpetuar. Há quem respondeu que não vai acontecer nada com o nível da água – afinal de contas, o que é um machado comparado ao volume de um lago. É claro que na prática, caso haja alteração do nível da água, isto vai ser imperceptível. Mas o objetivo da questão não é avaliar com que precisão o nível aumenta ou diminui – mas usar uma situação prática para fazer uma análise conceitual.

E então, professor, qual a resposta correta, alguém deve estar pensado. Vamos lá!

Antes do barco ser colocado na água, a superfície estava em um nível. Quando colocamos o barco, o que acontece com este nível, admitindo-se que não haja transbordamento? Ele aumenta, não é mesmo? Vamos achar uma expressão que nos permita avaliar este aumento. Como o barco está flutuando e em repouso, juntamente com as águas do lago, há duas forças que agem sobre ele e que se anulam – o peso e o empuxo. Para isto, elas devem ter o mesmo valor. Assim, podemos escrever P = E -> (M + m)g = ρVg, onde M é a massa do barco e dos personagens; m é a massa do machado; g é aceleração da gravidade; ρ é a densidade da água e V é o volume imerso. Isolando V e simplificando, ficamos com V = (M + m)/ρ. Vamos admitir que V = Ah, onde A é a área da base e h é o quanto o nível da água subiu com a introdução do barco. Por isto, h = (M + m)/ρA.

Quando Tupi joga o machado, o que acontece com este novo nível da água? Olhe para a expressão obtida e veja que a altura do nível da água em relação ao nível original (sem o barco) é diretamente proporcional à massa do conjunto e como esta diminuiu, então o nível desceu. Podemos conferir isto do seguinte modo: h’ = M/ρA, onde h’ é o novo nível e, de fato, h'<h.

Também podemos calcular o quanto o nível da água desceu (Δh). É só fazer o quê? Subtrair h’ de h, não é? Assim, Δh = h – h’ = (M + m)/ρA – M/ρA = m/ρA.

Quando o machado cai na água e afunda, o nível da água volta a aumentar, certo?!. Mas quanto? Para finalmente decidirmos se o último nível é maior, menor ou igual ao primeiro, basta compararmos o aumento de nível provocado pela machado, que vamos chamar de Δh’, com Δh, ok?! Se Δh’ = Δh, então a diminuição de nível provocado pela saída do machado do barco é igual ao aumento de nível provocado por ele afundar na água e, deste modo, o nível final fica igual ao inicial, antes do machado ser jogado. Se Δh’ < Δh, então a diminuição de nível provocado pela saída do machado do barco é maior que o aumento de nível provocado por ele afundar na água e, deste modo, o nível desce. E, finalmente, se Δh’ > Δh, então a diminuição de nível provocado pela saída do machado do barco é menor do que o aumento de nível provocado por ele afundar na água e, deste modo, o nível sobe.

Depois de estabilizados (água e machado), o machado vai se apoiar no fundo do lago. Por isto, o empuxo sobre ele será menor do que seu peso (já que na vertical para cima também haverá a força normal). Podemos escrever E’ < P‘, onde E’ é o empuxo sobre o machado e P’, seu peso, temosρAΔh’g < mg -> Δh’ < m/ρA e, portanto, Δh’ < Δh. O nível desce!

Abraço a todos,

Prof. Douglas Almeida

Link: http://einsteinmania.com/aprofundamento/empuxo-exemplo/