quarta-feira, 31 de agosto de 2011

A Física das manchas de café

Artigo intrigante na Nature sobre o "efeito do anel de café" (via Boletim semanal da APS).

Aparentemente, o mecanismo que faz com que uma gota de café deixe uma marca em forma de "anel" quando seca não é tão trivial. O que ocorre é mais ou menos o seguinte: pense na gota de café sobre uma mesa como uma "redoma", apoiada pelas bordas na superfície da mesa. A borda da gota fica então "presa" na superfície e, à medida que o café vai evaporando, o teto da redoma vai abaixando, o que causa o ângulo entre o redoma e a superfície da mesa diminuir. Nisso, fica mais fácil para partículas suspensas do "topo" da gota migrarem para a borda por efeito capilar, gerando um acúmulo de partículas em forma circular.

As partículas em suspensão em um líquido como café são, em geral, aproximadamente esféricas. O artigo da Nature mostra que é possível suprimir esse efeito usando partículas com geometria não esférica (esferoidal, por exemplo). Líquidos com partículas em suspensão "ovais" tendem a evaporar sem deixar o anel, depositando o material de forma mais uniforme na superfície.

Interessante... Para se pensar na próxima vez que aquela gota de café rolar pelo bule em direção à toalha.

sexta-feira, 5 de agosto de 2011

O Vietnã dos Físicos Teóricos

Em um post recente, mencionei que meu meu antigo supervisor constumava dizer que o tópico de semicondutores de alta temperatura crítica (ou "high-Tc" para os íntimos) foi o "Vietnã dos Físicos Teóricos". Essa analogia é muito boa: como a guerra na Indochina dos anos 60, esse tópico atraiu, nos anos 80 e 90, uma enorme leva de Físicos jovens e idealistas em busca de um mundo melhor para uma área de pesquisa que se revelou pantanosa, cheia de intrigas e de "fogo amigo". Muitos acabaram "perecendo" pelo caminho (não literalmente, claro: a maioria mudou de área e alguns até mesmo abandonaram a Física). Para um relato de alguém que viveu isso na pele, recomendo o post de Massimo Boninsegni sobre o assunto.

Os motivos disso são vários. A Física por trás dos high-Tcs é complicada e os materiais em si (cerâmicas à base de cobre ou "cupratos") são relativamente dificeis de serem produzidos e estudados (amostras de alta qualidade ainda são "valiosíssimas" cientificamente falando: quem tem, não empresta). Ainda por cima, brigas de "cachorro grande" tornaram a área um conflito de egos que contaminou a discussão científica.

Um exemplo ilustrativo desse clima (apontado por Massimo) é uma discussão na seção de cartas da revista de divulgação Physics Today. Os protagonistas são cientistas de renome: de um lado, Phil Anderson, um dos maiores físicos teóricos do séc. XX (e XXI) e prêmio Nobel em 1977. De outro, Doug Scalapino e colaboradores, então na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, um dos melhores centros de Física da matéria condensada dos Estados Unidos. Em discussão: qual a teoria que melhor descreveria o fenômeno (Anderson acabou admitindo que estava errado mas o estrago já estava feito).

Esse tipo de disputa acabou tornando o ambiente acadêmico da área bastante hostil, parecendo um Vietnã do tempo da ofensiva Tet. Era um clima de você estava "conosco ou contra nós": se um jovem pós-doc escrevesse um artigo sobre o assunto e não tomasse partido, poderia ter seu trabalho torpedeado pelos peixes grandes e ver-se com perspectivas de emprego ameaçadas.

O pano de fundo para tudo isso é que, depois de 25 anos e uma geração inteira de Físicos trabalhando sobre o assunto, uma explicação teórica definitiva para o fenômeno ainda não foi encontrada. Existem várias peças do quebra-cabeças bem entendidas: os "materiais-base" não são metais (como no caso de supercondutores BCS) mas sim isolantes de Mott, onde efeitos de interação elétron-elétron e spin eletrônico são importantes. Além disso, há fortes evidências que a supercondutividade se dá em duas dimensões (em "planos" no interior do material) e a produção de amostras com alto grau de pureza permitiu caracterizar em detalhe o diagrama de fase desses materiais através de diversas técnicas.

Uma outra peça recente que pode ser adicionada ao quebra-cabeças é a recente descoberta de supercondutores à base de ferro (os "pnictídeos"), onde efeitos de spin e magnetismo são ainda mais relevantes. A expectatíva é que essa nova classe de materiais possa dar pistas sobre o mecanismo responsável pela supercondutividade nas cerâmicas à base de cobre, o que torna essa uma efervecente área de pesquisa em Física de materiais.

Ou seja, ainda há muita gente entrando nesse campo. E há trabalho para outros 25 anos de pesquisa.

segunda-feira, 1 de agosto de 2011

Relatividade para Engenheiros

As aulas começaram essa semana e estou de volta à Poli, desta vez com o curso de Física II para os alunos do primeiro ano.

Já ministrei esse curso em 2010 e a experiência foi bem interessante. O fato de o primeiro tópico do curso ser a Teoria da Relatividade Especial de Einstein intriga bastante os alunos, especialmente uma turma de jovens futuros engenheiros.

Mesmo não sendo um tópico "intuitivo" ou diretamente ligado ao nosso dia-a-dia (para um contra-exemplo importante, vide o "Update" no final do post), os alunos em geral demonstram interesse pelo assunto (salvo as exceções de praxe...). Conceitos como "dilatação do tempo" ou "contração do espaço" soam um tanto esotéricos à primeira vista (para uma explicação mais detalhada, vide excelente post de Roberto Belisário). Mas quando eles botam as mãos na massa, aprendem Transformações de Lorentz e extraem números desses conceitos, dá pra perceber que alguma coisa "clica".

Sendo alunos da Poli, eles tendem a gostar de possíveis aplicações de Relatividade como essa:

"Um estudante vai realizar uma prova que deve durar 1 hora. Seu professor está em viagem e passará pela Terra com velocidade constante v = 0,6 c. O aluno propõe que a prova inicie quando o professor passar pela Terra e quando o professor, em seu próprio relógio, verificar que se passou 1 hora do início da prova ele envie um sinal luminoso à Terra. O aluno terminaria a prova quando recebesse o sinal luminoso.

Quanto tempo o aluno teria para realizar a prova de acordo com seu relógio?"

Resp: 2 horas.

Eles são espertos. Em todos os sentidos.

Update: Se você já usou alguma vez um GPS, significa que a Teoria da Relatividade teve aplicação na sua vida cotidiana. Como? Veja o vídeo a seguir, produzido pelo Perimeter Institute.