Biografias e Curiosidades: físicos

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sexta-feira, 5 de julho de 2019

Biografia de Siméon Denis Poisson

Nasceu em Pithiviers, a 21 de Junho de 1781, e, faleceu em Paris, a 25 de Abril de 1840. Poisson foi um matemático e físico francês.

Vida

Siméon Denis Poisson nasceu em Pithiviers, Loiret, filho do soldado Siméon Poisson. Em 1798 entrou na École Polytechnique em Paris, como primeiro colocado de sua turma, atraindo imediatamente a atenção dos professores da escola, deixando-o livre para escolher o que estudar. Em 1800, menos de dois anos depois de seu ingresso, publicou duas memórias, uma sobre o método da eliminação de Étienne Bézout, e a outra sobre o número de integrais de uma equação em diferenças finitas. Esta última foi examinada por Sylvestre François Lacroix e Adrien-Marie Legendre, que recomendaram sua publicação no Recueil des savants étrangers, uma honra sem precedentes para um jovem de dezoito anos. Poisson desenvolveu o expoente de Poisson, usado na transformação adiabática de um gás. Este expoente é a razão entre a capacidade térmica molar de um gás a pressão constante e a capacidade térmica molar de um gás a volume constante. A lei de transformação adiabática de um gás diz que o produto entre a pressão de um gás e o seu volume elevado ao expoente de Poisson é constante.

Referências
https://pt.wikipedia.org/wiki/Siméon_Denis_Poisson

segunda-feira, 29 de abril de 2019

Biografia de Stephen Hawking

Hawking na NASA, década de 1980.

Stephen William Hawking nasceu em Oxford, a 08 de Janeiro de 1942, e, faleceu em Cambridge, a 14 de Março de 2018. Hawking foi um físico teórico e cosmólogo britânico reconhecido internacionalmente por sua contribuição à ciência, sendo um dos mais renomados cientistas do século. Doutor em cosmologia, foi professor lucasiano emérito na Universidade de Cambridge, um posto que foi ocupado por Isaac Newton, Paul Dirac e Charles Babbage. Foi, pouco antes de falecer, diretor de pesquisa do Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica (DAMTP) e fundador do Centro de Cosmologia Teórica (CTC) da Universidade de Cambridge. Seus trabalhos científicos incluem um teorema sobre a singularidade gravitacional no âmbito da relatividade geral (em colaboração com Roger Penrose) e a previsão teórica de que os buracos negros emitem radiação, frequentemente chamada de "Radiação Hawking". Hawking foi o primeiro cientista a estabelecer uma teoria da cosmologia explicada pela união da teoria geral da relatividade e da mecânica quântica. Ele foi um defensor fervoroso da interpretação de muitos mundos na mecânica quântica. Hawking alcançou sucesso comercial com vários trabalhos nos quais ele discute suas próprias teorias e cosmologia em geral. Seu livro “Uma Breve História do Tempo” permaneceu na lista de mais vendidos do The Sunday Times durante 237 semanas. Em 2002, Hawking ficou em 25º lugar na pesquisa da BBC sobre os "100 Maiores Britânicos de Todos os Tempos". Em 1963, Hawking foi diagnosticado com uma forma de início precoce da doença neuronal motora (MND; também conhecida como esclerose lateral amiotrófica "ALS" ou doença de Lou Gehrig) que o paralisou gradualmente ao longo das décadas. Mesmo após a perda de sua capacidade de falar, ele ainda era capaz de se comunicar por meio de um dispositivo gerador de fala, inicialmente através do uso de um interruptor de mão e, mais tarde, usando um único músculo da bochecha. Ele morreu no 14 de Março de 2018, aos 76 anos de idade, depois de lutar contra essa doença durante mais de 50 anos.

Biografia

Hawking em 5 de Maio de 2006,
durante a conferência de imprensa
na Bibliothèque Nationale de France
para inaugurar o Laboratório de
Astronomia e Partículas em Paris
e para lançar a versão em francês
do seu trabalho "God Created the Integers".

Stephen Hawking nasceu exatamente no aniversário de 300 anos da morte de Galileu Galilei. Seus pais eram Frank Hawking, um biólogo pesquisador que trabalhava como parasitólogo no Instituto Nacional de Pesquisa Médica de Londres, e Isabel Hawking. Teve duas irmãs mais novas, Philippa e Mary, e um irmão adotivo, Edward. Hawking sempre foi interessado por ciência. Em sua infância, quando ainda morava em St Albans, estudou na St Albans High School for Girls (garotos de até 10 anos eram educados em escolas para garotas) entre 1950 e 1953 - ele foi um bom aluno, mas não era considerado excepcional. Entrou, em 1959, na University College, Oxford, onde pretendia estudar matemática, conflitando com seu pai, que gostaria que Stephen estudasse medicina. Como não pôde, por não estar disponível em tal universidade, optou então por física, formando-se três anos depois (1962). Seus principais interesses eram termodinâmica, relatividade e mecânica quântica. Obteve o doutorado na Trinity Hall em Cambridge em 1966, de onde era um membro honorário. Depois de obter doutorado, passou a ser pesquisador e, mais tarde, professor no Gonville and Caius College. Depois de abandonar o Instituto de Astronomia em 1973, Stephen entrou para o Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica tendo, entre 1979 e 2009, ano em que atingiu a idade limite para o cargo, ocupado o posto de professor lucasiano de Matemática, cátedra que fora de Isaac Newton, tendo sido professor lucasiano emérito da Universidade de Cambridge. Casou pela primeira vez em Julho de 1965 com Jane Hawking, separando-se em 1991. Casou depois com sua enfermeira Elaine Mason em 16 de Setembro de 1995, da qual se divorciou em 2006. Hawking continuou combinando a vida em família (seus três filhos e três netos) e sua investigação em física teórica junto com um extenso programa de viagens e conferências. Hawking era portador de esclerose lateral amiotrófica (ELA), uma doença neurodegenerativa que paralisa progressivamente os músculos do corpo, mas que mais frequentemente não afeta as funções cognitivas. A ELA ainda não possui cura. A doença foi detectada quando tinha 21 anos. Em 1985 Hawking teve que submeter-se a uma traqueostomia após ter contraído pneumonia visitando o CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear) na Suíça e, desde então, utilizava um sintetizador de voz para se comunicar. Gradualmente, foi perdendo o movimento dos braços e pernas, assim como do resto da musculatura voluntária, incluindo a força para manter a cabeça erguida, de modo que sua mobilidade era praticamente nula. Em 2005 Hawking usava os músculos da bochecha para controlar o sintetizador, e em 2009 já não podia mais controlar a cadeira de rodas elétrica. Desde então outros grupos de cientistas estudaram formas de evitar que Hawking sofresse de síndrome do encarceramento, cogitando traduzir os pensamentos ou expressões de Hawking em fala. A versão mais recente, desenvolvida pela Intel e cedida a Hawking em 2013, rastreava o movimento dos olhos do cientista para gerar palavras, embora o cientista tenha afirmado em seu site oficial que preferia usar o "cheek tracking" (rastreamento da bochecha) para utilizar a interface ACAT (Sistema desenvolvido pela Intel). “No entanto, embora eles funcionem bem para outras pessoas, eu ainda acho que o interruptor na minha bochecha é mais fácil e menos cansativo de usar”. Em 09 de Janeiro de 1986, foi nomeado pelo papa João Paulo II membro da Pontifícia Academia das Ciências. Em 2015, em Londres, Frank Drake, Martin Rees e o empresário russo Yuri Milner, juntamente com Stephen Hawking, anunciaram suas intenções de fornecer US$ 100 milhões em financiamento ao longo da próxima década para os melhores pesquisadores do SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), através do projeto Breakthrough Listen, que permitiria que novos levantamentos de dados rádio-ópticos pudessem ocorrer usando os mais avançados telescópios. Em Dezembro de 2017, Hawking processou o governo britânico por querer privatizar o Serviço Nacional de Saúde (NHS). Stephen Hawking morreu na sua casa em Cambridge em 14 de Março de 2018, aos 76 anos, devido a complicações da sua doença degenerativa.

Aparições na Cultura Popular
Participações em filmes, séries e programas de TV

Em 1993 participou em um episódio da série “Star Trek: The Next Generation” em uma cena em que é um holograma, conjuntamente com Isaac Newton e Albert Einstein, jogando cartas com o personagem Data. Fez algumas participações em “The Simpsons”, “Futurama”, “Dexter's Laboratory”, “The Fairly OddParents”, “Family Guy” e na tira de jornal “Dilbert”. Recentemente fez uma participação em uma propaganda do Discovery Channel chamada “Eu Amo o Mundo”, onde ele disse “Boom De Ya Da”. Em 2012, participou de um episódio da série “The Big Bang Theory”, onde conversava com Sheldon Cooper (personagem fictício). Neste episódio, Sheldon Cooper cometeu um erro básico de aritmética e desmaiou na frente de Stephen. No mesmo ano, Hawking leu um discurso durante a cerimônia de abertura dos Jogos Paralímpicos de Verão de 2012 em Londres.

Músicas

Em 1994, Hawking apareceu na propaganda de uma empresa de seguros. Uma frase citada por ele no anúncio (“As maiores realizações da humanidade surgiram de conversas, e os maiores fracassos de não se conversar. Isso não precisa ser assim”.) inspirou David Gilmour, da banda britânica Pink Floyd, que sampleou* a voz sintetizada do físico na canção “Keep Talking” do álbum The Division Bell. Vinte anos depois, o álbum feito a partir das sobras de estúdio de The Division Bell, The Endless River, usa um sample de Hawking gravado para um comercial na faixa “Talkin' Hawkin”.

*Sampler é um equipamento que consegue armazenar eletronicamente sons (samples) numa memória e reproduzi-los posteriormente, um a um ou de forma conjunta. É majoritariamente utilizado em contexto musical, como equipamento de estúdio ou instrumento, seja integrando uma banda ou compondo toda uma obra musical equivalendo a um arranjo completo.

Em 2012, Hawkings teve uma de suas falas sampleadas na canção “Entry of the Flame”, presente no álbum Enlightenment: Music for the Opening Ceremony, que é o álbum oficial dos Jogos Paralímpicos de Verão de 2012, que foram realizados em Londres. Em 2015, mais uma vez sua voz sintetizada foi sampleada na canção “Galaxy Song”, presente no álbum “Stephen Hawking Sings Monty Python”. Em 2019, em uma homenagem póstuma, o guitarrista Brian May usou a voz sintetizada de Hawking na canção “New Horizons”.

Críticas

Apesar de ter sido um físico conhecido e renomado, muitos físicos criticaram Hawking, argumentando que ele agia mais como um astro pop do que como um físico. Em 2004, ao ter anunciado que havia solucionado o paradoxo da informação, Hawking chamou a atenção de físicos do mundo inteiro, porém não apresentou na altura cálculos que comprovassem isso. Apenas em 2005, o fez. Dez anos depois, chegou a dizer que os buracos negros não existem, apesar de ser consenso entre os físicos que eles existem, porém novamente ele disse sem nenhuma comprovação matemática. Novamente em 2014, ele alertou a humanidade que a manipulação de Bóson de Higgs poderia levar à destruição do universo, mas a comunidade científica não deu apoio a essa tese. Hawking chegou, inclusive, a apostar com um físico da Universidade de Michigan que o Bóson de Higgs não existia. Peter Higgs, que fez a descoberta do Bóson de Higgs, disse que era difícil discutir com Hawking por causa de seu status de celebridade. Mario Novello disse que atualmente a ciência se tornou midiática e Hawking atuava como uma celebridade.

Morte

Hawking morreu em sua casa em Cambridge, Inglaterra, no começo da manhã de 14 de Março de 2018, com a idade de 76 anos. Sua família anunciou que ele morreu em paz. Ele foi elogiado por figurar na ciência, entretenimento, política e outras áreas. A bandeira do Gonville and Caius College de Cambridge ficou hasteada em meio mastro e um livro de condolências foi assinado por estudantes e visitantes. Hawking nasceu no ano do aniversário de 300 anos da morte de Galileo Galilei e morreu no dia do 139º aniversário do nascimento de Albert Einstein. Seu funeral privado ocorreu as 14:00 horas da tarde de 31 de Março de 2018, na Great St Mary's Church, Cambridge. Dentre os convidados para o funeral estavam Eddie Redmayne, Felicity Jones e o guitarrista do Queen e astrofísico Brian May. Seguindo sua cremação, suas cinzas foram depositadas na Abadia de Westminster em 15 de Junho de 2018, durante uma cerimônia de ação de graças. Suas cinzas foram colocadas na nave da abadia, ao lado da sepultura de Sir Isaac Newton e próximo da sepultura de Charles Darwin. Hawking pediu, pelo menos quinze anos antes de sua morte, que a equação da entropia de Bekenstein–Hawking fosse seu epitáfio.

Cinebiografias

A vida de Stephen Hawking já foi contada em dois documentários e dois filmes.

Os documentários foram “A Brief History of Time” (1991), em que Errol Morris usou o livro homônimo como base para relatar a vida do cientista, e “Hawking” (2013), narrado pelo próprio Hawking.
Em 2004, o filme televisivo “Hawking” foi lançado pela BBC Two. Dirigido por Philip Martin, o filme estrela Benedict Cumberbatch como Hawking, focando em seu período na Universidade de Cambridge.
Outra biografia mais abrangente foi lançada nos cinemas em 2014, “The Theory of Everything” (No Brasil e em Portugal A Teoria de Tudo), baseado no livro de memórias de Jane Hawking, “Travelling to Infinity: My Life with Stephen”. Dirigido por James Marsh e estrelando Eddie Redmayne como Hawking e Felicity Jones como Wilde (Jane Hawking), o filme começa com Hawking conhecendo a futura esposa em Cambridge e vai mostrando as dificuldades da vida do casal enquanto Hawking alcançava a fama com suas teorias e tinha seu corpo definhado por uma doença motora degenerativa. Após assistir uma versão finalizada do filme, Hawking aprovou a biografia e permitiu aos cineastas usarem sua voz sintetizada e protegida por direitos autorais na versão final. A interpretação de Hawking por Redmayne garantiu-lhe o Oscar de melhor ator.

Ateísmo

Hawking se descrevia como ateu. Em algumas ocasiões, usou a palavra "Deus" em seus livros e discursos, mas, segundo ele próprio, no sentido metafórico e relativo. Sua ex-esposa Jane afirmou que, durante o processo de divórcio, ele se descreveu como ateu. Hawking declarou que não era religioso no sentido comum, e que acreditava que “o universo é governado pelas leis da ciência”. Hawking comparou a ciência e a religião durante uma entrevista, dizendo “há uma diferença fundamental entre a religião, que se baseia na autoridade, e a ciência, que se baseia na observação e na razão. A ciência vai ganhar porque ela funciona”. Em alguns trechos de seus livros, Hawking também parece seguir uma linha de pensamento similar à de Albert Einstein e Baruch Espinoza, no que tange à admiração e o deslumbre pela ordem e complexidade presentes no universo, ainda que nunca tenha referido a si próprio como panteísta. No livro “Uma Breve História do Tempo” ele cita que “tanto quanto o Universo teve um princípio, nós poderíamos supor que tenha um Criador”. Ainda nesse livro, ele diz que “no entanto, se nós descobrirmos uma teoria completa, então nós conheceríamos a mente de Deus”. Porém, em seu mais recente e polêmico livro “The Grand Design”, Stephen Hawking mudou suas antigas declarações sobre a ideia de um criador e afirma que “Deus não tem mais lugar nas teorias sobre criação do Universo, devido a uma série de avanços no campo da física”. No livro, afirma que “Por haver uma lei como a gravidade, o universo pode e irá criar a ele mesmo do nada. A criação espontânea é a razão pela qual algo existe ao invés de não existir nada, é a razão pela qual o universo existe, pela qual nós existimos”, dizendo que o Big Bang foi simplesmente uma consequência da lei da gravidade. Hawking também cita a descoberta, feita em 1992, de um planeta que orbita uma estrela fora do Sistema Solar, como um marco contra a crença de Isaac Newton de que o universo não poderia ter surgido do caos. Em sua última obra “Brief Answers to the Big Questions”, publicada em 2018, Hawking escreve “Não há Deus. Ninguém dirige o universo. Durante séculos, acreditava-se que pessoas com deficiência como eu estavam vivendo sob uma maldição que foi infligida por Deus. Eu prefiro pensar que tudo pode ser explicado de outra maneira, pelas leis da natureza”.

Obra

Os principais campos de pesquisa de Hawking foram cosmologia teórica e gravidade quântica. Em 1971, em colaboração com Roger Penrose, provou o primeiro de muitos teoremas de singularidade; tais teoremas fornecem um conjunto de condições suficientes para a existência de uma singularidade no espaço-tempo. Este trabalho demonstra que, longe de serem curiosidades matemáticas que aparecem apenas em casos especiais, singularidades são uma característica genérica da relatividade geral. Hawking também sugeriu que, após o Big Bang, primordiais ou mini-buracos negros foram formados. Com James Maxwell Bardeen e Brandon Carter, ele propôs as quatro leis da mecânica de buraco negro, fazendo uma analogia com termodinâmica. Em 1974 calculou que buracos negros deveriam, termicamente, criar ou emitir partículas subatômicas, conhecidas como radiação Hawking, além disso, também demonstrou a possível existência de mini-buracos negros. Hawking também participou dos primeiros desenvolvimentos da teoria da inflação cósmica no início da década de 1980 com outros físicos como Alan Guth, Andrei Linde e Paul Steinhardt, teoria que tinha como proposta a solução dos principais problemas do modelo padrão do Big Bang. Hawking escreveu diversos livros que ajudaram a divulgar complexas teorias cosmológicas em linguagem fácil para leigos. O primeiro foi “Uma Breve História do Tempo”, escrito entre 1982 e 1984 e vendendo mais de 10 milhões de cópias. Obras seguintes incluem “O Universo Numa Casca de Noz” (2001), “Uma Nova História do Tempo” (2005, versão atualizada de sua estreia co-escrita com Leonard Mlodinow) e “God Created the Integers” (2006). Em parceria com sua filha Catherine Lucy, Hawking também escreveu livros infantis sobre o universo como “George e o Segredo do Universo” (2007) e suas duas continuações. O asteróide 7672 Hawking foi nomeado em sua homenagem.

Livros

Breve História do Tempo: do Big Bang aos Buracos Negros (edição portuguesa de A Brief History of Time). Lisboa: Gradiva, 1988.
Uma Breve História do Tempo: do Big Bang aos Buracos Negros (edição brasileira de A Brief History of Time). Rio de Janeiro: Rocco, 1988.
Buracos Negros, Universos-Bebês e Outros Ensaios. Porto: ASA, 1994.
O Fim da Física. Lisboa: Gradiva, 1994.
A Natureza do Espaço e do Tempo (em co-autoria com Roger Penrose). Lisboa: Gradiva, 1996.
Breve História do Tempo Ilustrada. Curitiba: Editora Albert Einstein, 1997. Lisboa: Gradiva, 1998.
O Universo numa Casca de Noz. São Paulo: Mandarim, 2001. Lisboa: Gradiva, 2002.
O Futuro do Espaço-Tempo (em co-autoria com Alan Lightman, Kip Thorne, Igor Novikov e Timothy Ferris). São Paulo: Companhia das Letras, 2005.
Os Gênios da Ciência: Sobre os Ombros de Gigantes. Rio de Janeiro: Elsevier, 2005.
Uma Nova História do Tempo (em co-autoria com Leonard Mlodinow: edição brasileira de A Briefer History of Time). Rio de Janeiro: Ediouro, 2005.
Brevíssima História do Tempo (em co-autoria com Leonard Mlodinow: edição portuguesa de A Briefer History of Time). Lisboa: Gradiva, 2007.
George e o Segredo do Universo (em co-autoria com Lucy Hawking). Rio de Janeiro: Ediouro, 2007 (As ideias e conceitos de Física e Astrofísica de Hawking sobre o Universo, contadas em um enredo de aventura voltado para as crianças).
O Grande Projeto (em co-autoria com Leonard Mlodinow). Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 2011.
Minha Breve História. Rio de Janeiro: Intrínseca, 2013.
Brief Answers to the Big Questions. 2018.

Prêmios, títulos e medalhas

1975 – Medalha Eddington
1976 – Medalha Hughes
1979 – Medalha Albert Einstein
1982 – Ordem do Império Britânico (Comandante)
1985 – Medalha de Ouro da Royal Astronomical Society
1986 – Membro da Pontifícia Academia das Ciências
1988 – Prêmio em Física da Fundação Wolf
1989 – Prêmio "Príncipe das Astúrias" da Concórdia (contribuição à paz, entendimento, etc.)
1989 – Título de "Companheiro de Honra", da Rainha Elizabeth II
1999 – Prêmio "Julius Edgar Lilienfeld" da Sociedade Americana de Física
2003 – Prêmio "Michelson Morley" da Case Western Reserve University
2006 – Medalha Copley da Royal Society
2009 – Medalha Presidencial da Liberdade
2013 – Fundamental Physics Prize
2016 – Professor Honorário do Instituto de Astrofísica das Canárias.

Referências
https://pt.wikipedia.org/wiki/Stephen_Hawking

quarta-feira, 27 de janeiro de 2016

Biografia de John William Strutt (Lord Rayleigh)

Lord Rayleigh

John William Strutt. Nasceu em Langford Grove, Essex, a 12 de Novembro de 1842, e, faleceu em Witham, Essex, a 30 de Junho de 1919, também conhecido como o 3º Barão de Rayleigh de Terling Place, Witham, condado de Essex. Lord Rayleigh foi um matemático e físico inglês, conhecido por suas pesquisas em fenômenos ondulatórios. Juntamente com o químico inglês Sir William Ramsay recebeu o Nobel de Física, em 1904, por pesquisas sobre a densidade dos gases mais importantes e pela descoberta do argônio.

Biografia

Entrou para o Trinity College, Cambridge (1861), onde estudou matemática com Edward Routh. Contemporâneo de Reynolds. Obteve o título de MA (Senior Wrangler) em 1865 e o primeiro Prêmio Smith de Cambridge. Casou com Evelyn Georgiana Mary Balfour em 1871, com quem teve quatro filhos. Em 1873 seu pai, John Strutt, 2º Barão de Rayleigh, faleceu. O título de 3º Barão de Rayleigh foi herdado de seu pai. Foi o segundo professor sênior na Universidade de Cambridge em seqüencia a James Clerk Maxwell. Destacou-se como membro da Royal Society, ingressando como fellow (professor) em 1873, eleito como membro da Royal Society de Edimburgo em 1886 e presidente da London Maths Society entre 1876 e 1878. Foi eleito Royal Society Bakerian Lecturer em 1902 e presidente da Royal Society entre 1905 e 1908. Recebeu o Nobel de Física, em 1904, por pesquisas sobre a densidade dos gases mais importantes e pela descoberta do argônio, em pesquisa realizada em conjunto com o químico inglês Sir William Ramsay.

Física

Influente pesquisador sobre teoria dos sons, óptica, espectroscopia, luz, cores, eletricidade, ressonância, vibrações e densidade dos gases destacou-se no estudo dos fenômenos ondulatórios. Postulou, em 1876, um padrão de comportamento do escoamento do ar, garantindo a possibilidade de um veículo se sustentar no ar, sem a necessidade de catapultas ou balões que o retirassem do solo, levantando pela primeira vez a hipótese de que um aparelho mais pesado que o ar conseguiria voar com os seus próprios meios, afirmação que seria de grande importância para estudos e projetos posteriores como os de Santos Dumont. Foi professor de física experimental e diretor do Laboratório Cavendish*, em Cambridge (1879-1884), período em que foi Professor Cavendish de Física. Lecionou também sobre filosofia natural na Royal Institution, Londres (1887-1905). Investigou a hidrodinâmica da cavitação, do movimento das ondas, de jatos instáveis, fluxo laminar, etc e foi, também, responsável pela determinação de unidades elétricas de medição. (*A Cátedra Cavendish é uma das cátedras sênior de física da Universidade de Cambridge. Sua investidura foi concedida por William Cavendish, VII Duque de Devonshire, em memória de seu pai, Henry Cavendish. Em 1971 a cátedra foi renomeada oficialmente de Cavendish Professorship of Experimental Physics para Cavendish Professorship of Physics).

Dispersão de Rayleigh

A dispersão de Rayleigh (em homenagem a Lord Rayleigh) é a dispersão da luz ou qualquer outra radiação electromagnética por partículas muito menores que o comprimento de onda dos fótons dispersados. Ocorre quando a luz viaja por sólidos e líquidos transparentes, mas se observa com maior frequência nos gases. A dispersão de Rayleigh da luz solar na atmosfera é a principal razão pela qual o céu é azul. Se o tamanho das partículas é maior que o comprimento de onda, a luz não se decompõe em suas componentes cromáticas e todos os comprimentos de onda são igualmente dispersados, motivo pelo qual, ao atravessar uma nuvem, esta se vê como branca; o mesmo ocorrendo quando atravessa os grãos de sal e de açúcar. Para que a luz seja dispersada, o tamanho das partículas deve ser similar ou menor que o comprimento de onda. O grau de dispersão de Rayleigh que sofre um raio de luz depende do tamanho das partículas e do comprimento de onda da luz, dependências expressas de fato no coeficiente de dispersão; a intensidade da luz dispersada depende inversamente da quarta potência do comprimento de onda, relação conhecida como Lei de Rayleigh-Jeans. A dispersão de luz por partículas maiores a um décimo do comprimento de onda se explica com a Teoria de Mie (de Gustav Mie), que é uma explicação mais geral da difusão de radiação electromagnética.

Equacionamento

A intensidade I da luz dispersada por uma pequena partícula num feixe de luz de comprimento de onda λ e intensidade I0 é dada por:

I=I_0\,\frac{1+\cos^2\theta}{2\,R^2}\left(\frac{2\pi}{\lambda}\right)^4\left(\frac{n^2-1}{n^2+2}\right)^2\left(\frac{d}{2}\right)^6

Onde R é a distância à partícula, θ é o ângulo de dispersão, n é o índice de refração da partícula e d é o diâmetro da partícula.
No caso de luz polarizada (e não se pode generalizar) também podemos expressar:

I=I_0\,|\sigma(\theta,\phi)|^2\,\frac{(2\pi)^2}{(\lambda R)^2}

\sigma(\theta,\phi)=A(\theta)\sen{\phi}\,\hat e_\phi+B(\theta)\cos{\phi}\,\hat e_\theta

Onde agora a parte dos símbolos anteriores temos o coeficiente de dispersão σ, e os ângulos em coordenadas esféricas θ e Φ. Onde seus vetores unitários se definem referidos ao plano que definem o vetor que contém a direção de propagação da radiação e o vetor que contém a direção da polarização da onda incidente. A parte temos os coeficientes da matriz de Lennard-Jones perpendicular A(θ) e paralelo B(θ) ao plano de dispersão. A distribuição angular da dispersão de Rayleigh, que vem a ser dada pela fórmula (1+cos²θ), é simétrica no plano perpendicular à direção da luz incidente, portanto a luz dispersada iguala-se à luz incidente. Integrando a área da esfera que cerca una partícula obtemos a seção de choque da dispersão de Rayleigh, σs:

\sigma_s=\frac{2\pi^5}{3}\frac{d^6}{\lambda^4}\left(\frac{n^2-1}{n^2+2}\right)^2

O coeficiente de dispersão para um grupo de partículas é o número de partículas por unidade de volume N vezes a seção transversal. Como em todos os efeitos de onda, na dispersão incoerente as potências são somadas aritmeticamente, ainda que na dispersão coerente (como acontece quando as partículas estão muito próximas umas das outras) os campos são somados aritmeticamente e a soma deve ser elevada ao quadrado, para obter a potência final.

Por que o céu é azul?

Primeiramente, deve-se salientar que a explicação para esse fenômeno envolve muitos conhecimentos especializados, tais como, a fisiologia do olho humano, a nossa percepção às cores, bem como o processo físico que tem o nome de “espalhamento”. Como as cores que enxergamos fazem parte de uma pequena parcela do espectro eletromagnético, a qual compreende os tamanhos de, aproximadamente, 380 a 720 nm de comprimento de onda (violeta a vermelho, respectivamente), existem algumas que são mais espalhadas do que outras, o que podemos concluir apenas observando a equação mostrada anteriormente: a intensidade da luz varia com λ−4, ou seja, para comprimentos de onda pequenos, como é o caso do violeta (~400 nm) e azul (~450 nm), há um maior espalhamento em relação ao resto da luz visível, ainda sendo o do violeta maior que o do azul. Nesse momento, surge a dúvida "mas por que enxergarmos o céu com coloração azul se há, de fato, um maior espalhamento de ondas de cor violeta?". Isso se explica pelos outros dois fatores salientados anteriormente: a fisiologia do olho humano e a nossa percepção às cores. O conjunto olho humano - cérebro é o responsável por enxergarmos a coloração azulada, pois no olho existem células chamadas "cones", que nos dão a possibilidade de percepção das diferentes cores, e são muito mais sensíveis ao vermelho, verde e, principalmente, ao azul. Por causa dessa característica, é possível entender o porquê de enxergarmos o céu com a coloração azulada, ao invés da roxa. O céu de outros planetas também sofre o efeito do espalhamento. Marte, por exemplo, tem o céu variando desde a cor cinza até rosa alaranjada, devido ao fato de a atmosfera marciana ser muito rarefeita e empoeirada. Isso foi confirmado pelos módulos de pouso das sondas espaciais, norte-americanas, Viking nos anos de 1970 e pelos “rovers” (pequenos carrinhos) norte-americanos Spirit e Opportunity em 2004. O espalhamento de luz atmosférica é dominado não pelas moléculas de gás (no caso de Marte a maior parte delas é dióxido de carbono), mas por partículas de poeira que estão em suspensão. Essas partículas são maiores do que os comprimentos de onda da luz visível e elas são avermelhadas, pelo óxido de ferro, como o solo marciano. Não é apenas espalhamento Rayleigh, de modo que o espectro de potência é diferente.

E de fora do planeta, enxergamos a Terra de que cor?

O primeiro ser humano a ir ao espaço foi o russo Yuri Gagarin e isso aconteceu no dia 12 de Abril de 1961. Gagarin permaneceu 1 hora e 48 minutos circulando em torno da Terra a bordo de uma pequena cápsula chamada Vostok 1, a uma altitude de máxima de 327,7 quilômetros. Olhando a Terra a partir do espaço Gagarin disse uma frase que ficou célebre: “A Terra é azul”. Poderíamos dizer que essa afirmação, “a Terra é azul”, era óbvia e nem precisamos ir ao espaço para saber que a Terra é azul. Afinal, todos os dias ao acordarmos vemos um céu fortemente azul, acima de nós. Essa resposta, entretanto, não é óbvia, visto que a origem dessa cor é bem diferente da cor azul que vemos quando estamos no solo terrestre. O efeito dominante que faz com que, do espaço, vejamos nosso planeta azul é a maior absorção de longos comprimentos de onda pelos oceanos terrestres. São os oceanos terrestres (71% da superfície da Terra é coberta por superfícies líquidas) que dão a ela a cor azul, quando é vista por alguém que está no espaço.

Observações

Cabe destacar que, apesar do uso do termo fóton, a lei de dispersão de Rayleigh foi desenvolvida antes do desenvolvimento da mecânica quântica e portanto, não se baseia fundamentalmente na teoria moderna sobre a interação da luz com a matéria. Não obstante, a dispersão de Rayleigh é uma boa aproximação da forma pela qual a luz é dispersada por partículas muito menores que seu comprimento de onda.

Lei de Rayleigh-Jeans

Em física, a Lei de Rayleigh-Jeans, primeiramente

Comparação da Lei de Rayleigh-Jeans com a
Lei de Wien e a Lei de Planck, por um corpo
de temperatura de 8 mK (pic: sfu).

proposta no início do século XIX, com o objetivo de descrever a radiação espectral da radiação eletromagnética de todos os comprimentos de onda desde um corpo negro a uma temperatura dada. Expressa a densidade de energia de um radiação de corpo negro de comprimento de onda λ como

f(\lambda) = 8\pi k\frac{T}{\lambda^4}

também sendo escrita na forma

B_\lambda(T) = \frac{2 c k T}{\lambda^4}

onde λ está em metros, c é a velocidade da luz, T é a temperatura em Kelvins, e k é a constante de Boltzmann.

A lei é derivada de argumentos da física clássica. Lord Rayleigh obteve pela primeira vez o quarto grau da dependência do comprimento de onda em 1900; uma derivação mais completa, a qual incluía uma constante de proporcionalidade, foi apresentada por Rayleigh e Sir James Jeans em 1905. Esta agregava umas medidas experimentais para comprimentos de onda. Entretanto, esta predizia uma produção de energia que tendia ao infinito já que o comprimento de onda se fazia cada vez menor. Esta ideia não se sustentava pelos experimentos e a falta se conheceu como a "catástrofe ultravioleta"; entretanto, não foi, como as vezes se afirma nos livros-texto de física, uma motivação para a teoria quântica. A lei concorda com medições experimentais para grandes comprimentos de onda mas discorda para comprimentos de onda pequenos. Em 1900 Max Planck revisou a lei, obtendo uma lei um tanto diferente, a qual estabeleceu:

f(\lambda) = 8\pi hc \frac{\lambda^{-5}}{e^\frac{hc}{\lambda kT}-1}

que pode ser escrita também na forma

B_\lambda(T) = \frac{2 c^2}{\lambda^5}~\frac{h}{e^\frac{hc}{\lambda kT}-1}

onde h é a constante de Planck e c é a velocidade da luz. Esta é a Lei de Planck expressa em termos de comprimento de onda λ = c /ν. A lei de Planck não sofre de uma "catástrofe ultravioleta", e assim de acordo com os dados experimentais, mas seu pleno significado só se apreciaria vários anos mais tarde. No limite de temperaturas muito altas ou grandes comprimentos de onda, no termo exponencial se converte no pequeno, pelo que o denominador se converte em aproximadamente hc / kT λ série de potências de expansão. Isto lhe dá o nome de Lei de Rayleigh-Jeans.

Condecorações

- Prêmio Smith em 1865.
- Medalha Real da Royal Society em 1882.
- Medalha De Morgan da London Mathematical Society em 1890.
- Medalha Matteucci da Sociedade Italiana de Ciências em 1894.
- Medalha Copley da Royal Society em 1899.
- Nobel de Física em 1904.
- Medalha Elliott Cresson do Instituto Franklin em 1913.
- Medalha Rumford da Royal Society em 1920.

Referências

https://pt.wikipedia.org/wiki/John_William_Strutt
https://pt.wikipedia.org/wiki/Dispersão_de_Rayleigh
https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Rayleigh-Jeans
https://pt.wikipedia.org/wiki/Professor_Cavendish_de_Física

segunda-feira, 18 de janeiro de 2016

Biografia de Jean Bernard Léon Foucault

Léon Foucault

Jean Bernard Léon Foucault. Nasceu em Paris, a 18 de Setembro de 1819, e faleceu, também em Paris, a 11 de Fevereiro de 1868. Foucault foi um físico e astrônomo francês. É mais conhecido pela invenção do pêndulo de Foucault, um dispositivo que demonstra o efeito da rotação da Terra. Ele também fez uma medição inicial da velocidade da luz, descobriu as correntes de Foucault e, embora não o tenha inventado, é creditado por nomear o giroscópio. A cratera Foucault sobre a Lua e o asteroide 5668 Foucault são assim chamados em sua homenagem.

Primeiros anos

Foucault era filho de um publicitário em Paris, onde nasceu em 18 de Setembro de 1819. Após receber a educação básica em sua própria casa, ele estudou medicina, abandonando-a para se dedicar à física devido a aversão a sangue. Primeiro dedicou sua atenção para a melhoria das técnicas fotográficas de Louis Jacques Mandé Daguerre. Durante três anos foi assistente experimental de Alfred Donné (1801-1878) em seu ciclo de palestras sobre anatomia microscópica. Com Hippolyte Fizeau, realizou uma série de investigações sobre a intensidade da luz do sol, comparando-a com a de carbono na lâmpada de arco e com a de cal na chama do maçarico oxigênio-hidrogênio, além da interferência da radiação infravermelha e de raios luminosos que diferem grandiosamente no comprimento do caminho ótico e sobre a polarização cromática da luz.

Vida

Em 1850 Foucault fez um experimento com o aparelho de Fizeau-Foucault para medir a

Diagrama de um variante do experimento de
Foucault sobre a velocidade da luz, em que
um raio laser moderno é a fonte de luz.

velocidade da luz, que veio a ser conhecida com o experimento de Foucault-Fizeau. Tal experimento foi visto como "o último prego do caixão" da teoria corpuscular da luz, de Isaac Newton, pois mostrou que a luz viaja mais lentamente na água que no ar. Em 1851 fez a primeira demonstração experimental da rotação da Terra em torno seu eixo (ver Rotação da Terra). O experimento foi feito por meio da rotação do plano de oscilação de um pêndulo longo e pesado suspenso livremente, no Panteão de Paris. A experiência causou sensação em todas as teorias vigentes. No ano seguinte, utilizou (e nomeou) o giroscópio como a comprovação experimental conceitualmente mais simples. Em 1855, recebeu a Medalha Copley da Royal Society por "notáveis pesquisas experimentais". Pouco antes, no mesmo ano, foi nomeado physicien (físico) do Observatório Imperial de Paris. Em Setembro de 1855 descobriu que a força necessária para a rotação de um disco de cobre aumenta quando o disco gira com sua borda entre os pólos de um ímã, ao mesmo tempo que o disco torna-se aquecido pelas “correntes de Foucault” induzidas no metal. Em 1857 Foucault inventou o polarizador que leva seu nome, e no ano seguinte criou um método para investigar espelhos de telescópios refletores, com o objetivo de determinar seu formato. O chamado "teste de Foucault" permite que o fabricante descubra se o espelho é perfeitamente esférico ou possui um desvio não-esférico, através da imagem formada pelo espelho. Antes de Foucault publicar suas descobertas, os testes de reflexão de espelhos de telescópios eram por “tentativas". O teste de Foucault determina o formato de um espelho a partir dos comprimentos focais de suas áreas, comumente chamados de zonas e medidos a partir do centro do espelho. O teste concentra a luz de uma fonte puntiforme no centro de curvatura e reflete-a de volta para uma fenda. O teste permite ao usuário uma análise quantitativa da seção cônica do espelho, permitindo assim que ele avalie seu formato real, o que é necessário para obter-se um sistema óptico de boa qualidade. O teste de Foucault é utilizado até hoje, principalmente por amadores e pequenos fabricantes de telescópios comerciais, porque é barato e utiliza equipamentos simples e manuais. Foi com o espelho rotativo de Charles Wheatstone que Foucault, em 1862, determinou a velocidade da luz como sendo igual a 298,000 km/s (cerca de 185.000 mi/s) – 10.000 km/s menor que a obtida pelos pesquisadores anteriores e apenas 0,6% menor que o valor atualmente aceito.

Pêndulo de Foucault

Um pêndulo de Foucault (pronunciado "fu-cô"),

Animação do Pêndulo de Foucault.
(Pic. DemonDeLuxe).

assim chamado em referência ao físico francês Jean Bernard Léon Foucault, é uma experiência concebida para demonstrar a rotação da Terra em relação a um referencial, bem como a existência da Força de Coriolis. A primeira demonstração data de 1851, quando um pêndulo de 30kg foi fixado ao teto do Panthéon de Paris por um fio de 67 metros de comprimento. Durante o movimento areia ia se escorrendo da esfera, com a intenção de marcar no chão a trajetória do pêndulo,o rastro deixado pela areia não se sobrepunha um ao outro, mas sim existia um espaçamento entre um e outro a cada período do pêndulo completado. A originalidade do pêndulo reside no fato de ter liberdade de oscilação em qualquer direção, ou seja, o plano pendular não é fixo. A rotação do plano pendular é devida à rotação da Terra. A velocidade e a direção de rotação do plano pendular permitem igualmente determinar a latitude do local da experiência sem nenhuma observação astronômica exterior.

Princípio

Se considerar um ponto centrado ao nível do ponto de fixação do pêndulo (o teto do Panthéon, por exemplo), o pêndulo oscila sempre no mesmo plano (em relação a esse ponto); no entanto, a Terra gira em torno dele (o que é previsto pelas leis de Newton, e intuitivo se nos imaginarmos em um pólo). Em um referencial mais habitual, o da Terra, é então o pêndulo que vai sofrer uma rotação. O pêndulo deve ser idealmente colocado em um dos pólos da Terra. Seu período de rotação do plano pendular é inversamente proporcional ao seno da latitude do local. O tempo para uma rotação completa do plano de oscilação, considerando uma latitude λ, é dado por T(λ) = 24/sen. λ, onde o tempo aqui é dado em horas. Os únicos lugares em que o tempo de rotação completa do plano de oscilação do pêndulo de Foucault é igual a 24 horas são nos polos norte e sul, onde temos λ = 90 graus. O movimento do pêndulo de Foucault ocorre no sentido horário no hemisfério norte e no sentido anti-horário no hemisfério sul.

Por exemplo:

1 dia sideral nos pólos;

1,4 dias a $45^{o}$ de latitude;

2 dias a $30^{o}$ de latitude;

infinito (ou seja o plano pendular permanece constante) com $0^{o}$ de latitude, no equador.

Um pouco de matemática

Para simplificar, suporemos a amplitude das oscilações suficientemente pequenas para admitir que a massa oscilante do pêndulo se desloca horizontalmente. Notemos Oxy este plano horizontal, com O posição da massa em repouso, Ox eixo horizontal dirigido para o leste (logo tangente ao paralelo), e Oy dirigido para o norte (logo tangente ao meridiano). O terceiro eixo Oz será vertical, dirigido para cima.lp

Caso do pêndulo simples

Sem se levar em conta a rotação da Terra, as equações do movimento são as do pêndulo simples, ou seja:

$\left \{ \begin{matrix} x'' = - \omega^2 x\\ y''= - \omega^2 y \end{matrix} \right.$

onde ω é a oscilação própria do pêndulo simples, ou seja:

$\omega = \sqrt{g/l}$

onde g é a aceleração da gravidade e l o comprimento do pêndulo. A título de exemplo, se no instante t = 0 o pêndulo passa em O com uma velocidade V0 segundo o eixo Ox, então a solução deste sistema é:

$\left \{ \begin{matrix} x = &{V_0 \over \omega} \sin(\omega t) \\ y = &0 \end{matrix} \right.$

Caso do pêndulo de Foucault

Com a rotação da Terra, deve-se levar em conta a aceleração de Coriolis

$2 \Omega (\vec{v} \times \vec{k})$

onde $\vec{v}$ é a velocidade do pêndulo, $\vec{k}$ é o vetor unitário no eixo de rotação terrestre e Ω a velocidade de rotação angular da Terra (ou seja, uma volta em um dia sideral). Essa velocidade de rotação Ω é muito menor que a oscilação própria ω do pêndulo. Se nos encontramos à latitude θ, então o vetor

tem como componentes no referencial Oxyz

$\begin{pmatrix} 0\\ \Omega \cos{\theta} \\ \Omega \sin{\theta} \end{pmatrix}$

$\vec{v}$ tem como componentes

$\begin{pmatrix} x'\\ y' \\ 0 \end{pmatrix}$ ,

de modo que a aceleração de Coriolis terá os componentes

$\begin{pmatrix} 2y' \Omega \sin{\theta}\\ - 2x' \Omega \sin{\theta} \\ 2x' \Omega \cos{\theta} \end{pmatrix}$ .

As equações de movimento no plano Oxy tornam-se:

$\left\{\begin{matrix} x'' = - \omega^2 x + 2y' \Omega\sin{\theta}\\ y'' = - \omega^2 y - 2x' \Omega \sin{\theta}\end{matrix}\right.$

Se se supõe ainda que no instante t = 0 o pêndulo passe em O com a velocidade V0 no eixo Ox, então pode-se verificar que as soluções x e y do sistema diferencial são tais que:

$\left \{ \begin{matrix} x = &{V_0 \over \omega_0} \sin(\omega_0 t) \cos(\Omega \sin(\theta) t)\\ y = &- {V_0 \over \omega_0} \sin(\omega_0 t) \sin(\Omega \sin(\theta) t) \end{matrix} \right.$

com

$\omega_0 = \sqrt{\omega^2 + \Omega^2 \sin^2(\theta)}$

Pode-se escrever que:

$\begin{pmatrix} x\\ y \end{pmatrix} = {V_0 \over \omega_0} \sin(\omega_0 t) \begin{pmatrix} \cos(\Omega \sin(\theta) t)\\ - \sin(\Omega \sin(\theta) t) \end{pmatrix}$

Interpretação e comparação

A quantidade ${V_0 \over \omega_0} \sin(\omega_0 t)$ exprime o fato que o pêndulo de Foucault oscila com uma pulsação própria ω0 ligeiramente diferente daquela do pêndulo simples, mas como Ω é muito pequeno em comparação com ω, a diferença entre ω e ω0 é muito pequena. Mais notável, a oscilação se dá segundo a direção

$\begin{pmatrix} \cos(\Omega \sin(\theta) t)\\ - \sin(\Omega \sin(\theta) t) \end{pmatrix}$

que roda lentamente segundo a pulsação

$\Omega \sin(\theta)$

Últimos anos

Nesse ano, Foucault foi eleito membro do Bureau des Longitudes e membro oficial da Légion d'Honneur.

Túmulo de Foucault.

Em 1864, foi eleito membro da Royal Society de Londres, e em 1865 membro da parte mecânica do Instituto. Em 1865, apareceram artigos propondo uma modificação no governador centrífugo de Watt, que tinha sido estudado há algum tempo com o objetivo de tornar seu período de revolução constante, além de um novo aparelho para regular a luz elétrica. Nesse ano (Comptes Rendus LXIII), ele mostrou que, através da precipitação de um filme de prata fino e transparente sobre o lado externo da objetiva de vidro de um telescópio, o Sol pode ser observado sem causar danos aos olhos. Seus trabalhos científicos podem ser encontrados no Comptes Rendus, 1847-1869.

Morte e homenagens

Provavelmente Foucault morreu de esclerose múltipla rapidamente desenvolvida, a 11 de Fevereiro de 1868, em Paris, e foi enterrado no Cemitério de Montmartre. Em 18 de Setembro de 2013 o Google o homenageou com um Doodle comemorativo.

Bibliografia

Trabalhos colecionados:

Volume One - Recueil des travaux scientifiques de Léon Foucault 1878.

Volume Two - Recueil des travaux scientifiques de Léon Foucault 1878.

Foucault Disk - Interactive Java Tutorial Foucault created this device showing how eddy currents work (National High Magnetic Field Laboratory).

Donné & Foucault Atlas of medical micrographs 1845.

Referências

https://pt.wikipedia.org/wiki/Jean_Bernard_Léon_Foucault

https://pt.wikipedia.org/wiki/Pêndulo_de_Foucault

Páginas