Estamos no inverno aqui no hemisfério sul. E quando esfria, nada melhor do que um aconchegante cobertor.

Cobertor esquenta, certo? E quanto mais grosso, mais ele aquece, não é mesmo?

Nada disso! Dizer que cobertor esquenta é um erro físico grave! Nem cobertor nem blusas, jaquetas, agasalhos... Nada disso esquenta pois não tem uma fonte própria de energia térmica!

Na verdade, nosso organismo gasta energia para nos manter a cerca de 36^oC, temperatura típica dos mamíferos. Se o ambiente estiver mais frio do que o nosso corpo, vai nos roubar calor. Assim, quando está muito frio, o fluxo de calor de dentro para fora do nosso corpo fica mais intenso e começamos a ter a sensação de frio, um alerta do nosso sistema nervoso para buscarmos uma proteção térmica. Para evitarmos perda excessiva de calor para o ambiente, vestimos um agasalho de tecido mais grosso ou entramos debaixo de um cobertor. A parede de tecido servirá de isolante térmico, tornando a perda de calor para o ambiente menor e mais lenta, diminuindo a sensação de frio e provocando a falsa idéia de que o cobertor nos esquentou.

Para entender melhor como isso funciona, usaremos o modelo físico do francês Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) para a condução de calor através de uma parede de espessura L e área de secção transversal A.

As temperaturas em ambos os lados da parede de espessura L e área de secção transversal A são q₁ e q₂, supostas constantes, com q₁ > q₂. Haverá a passagem de uma quantidade Q de calor (por condução) num intervalo de tempo Dt através da parede, sempre no sentido do lado mais quente (maior temperatura, q₁) para o lado mais frio (menor temperatura, q₂). Em outras palavras, haverá um fluxo de calor F = Q/Dt que, segundo Fourier, será dado por:

onde K, chamada de coeficiente de condutibilidade térmica, depende do meio material de que é feita a parede e é uma constante que regula o fluxo de calor F.

A quantidade de calor Q que passa através da parede pode ser obtida por:

Imagine, por exemplo, um cobertor com espessura L =  2,5 cm, feito de um material com condutibilidade K = 5,0.10^-4 J/cm.s.^oC, sendo usado por uma pessoa que está a q₁ = 36^oC num dia em que a temperatura ambiente é q₂ = 0^oC. A quantidade de calor Q que vai escapar por cada A = 1m² (1.10⁴ cm²) do cobertor a cada Dt = 1s será dada por:

Descobrimos que 72 J de calor (cerca de 72 / 4 = 18 calorias) atravessam cada metro quadrado do cobertor por segundo.

Na prática, um bom cobertor deve ser um bom isolante térmico, ou seja, deve dificultar o fluxo F de calor por condução. Desta forma, deve ser feito de um material de baixo coeficiente de condutibilidade K e ser suficientemente espesso, ou seja, ter um razoável valor de L. Note que quanto maior o valor de L, menor será  a quantidade de calor Q perdida para o ambiente. Da mesma forma, quanto menor a condutibilidade K, também menor será a quantidade de calor Q cedida para o ambiente. E, quanto menor a perda de calor Q para o ambiente, melhor será o isolamento térmico.

:: Cobertor Elétrico Esquenta

O cobertor da figura ao lado esquenta de verdade. Mas é elétrico, tem fio e deve ser conectado na tomada.
Ele não é apenas um isolante térmico, é um aquecedor pois possui resistores elétricos internos que, quando ligados à rede elétrica, são percorridos por uma corrente elétrica e passam a dissipar energia na forma de calor (Efeito Joule). Em alguns segundos a temperatura do sistema se estabiliza, atingindo o equilíbrio térmico num valor agradável para o corpo humano.
Estes cobertores não são comuns aqui no Brasil, país tipicamente tropical onde o inverno geralmente é curto e não tão rigoroso na maior parte do seu território.

:: Cobertor de Orelha

"... só quero que você me aqueça neste inverno
e que tudo mais vá pro inferno"
(Roberto Carlos)

cellar.org
 

Assim como o cobertor elétrico, o "cobertor de orelha" da foto acima também esquenta. O cachorro, mamífero, mantém a sua tempertura em torno de 36^oC, valor bastante agradável para o gatinho, outro mamífero. É a prova de que um mamífero vivo, através do seu metabolismo, mantém a sua temperatura estável e emana calor constantemente. 

:: Você Entendeu?

Se você entendeu a idéia física por trás da pergunta "cobertor esquenta?", então me responda mais duas perguntinhas:

1) Se embrulharmos uma pedra de gelo num cobertor, o gelo demora mais ou menos para derreter?
Resposta: Se respondeu que demora mais, acertou na mosca! Se o cobertor esquentasse de fato, o gelo iria derreter mais rápido. Mas o cobertor vai funcionar apenas como isolante térmico, diminuindo o fluxo de calor de fora para dentro, ou seja, do meio ambiente para a pedra de gelo que vai demorar mais para sofrer o processo de fusão. 

2) Por que sentimos mais fome no inverno?
Resposta: No inverno nosso metabolismo trabalha de forma mais intensa para nos manter a 36^oC. A sensação de fome é o nosso próprio organismo lembrando-nos de "recarregar as baterias"!

A nave Discovery decolou ontem às 15h38min (horário de Brasília) do Centro Espacial Kennedy, Flórida, Estados Unidos, levando para o espaço os sete astronautas da missão STS 121 que vai durar 12 dias.

Mais uma vez houve desprendimento de espuma isolante do tanque de combustível no lançamento (veja foto acima). Mas, de acordo com as primeiras análises técnicas, o fato está dentro do previsto e parece não ter provocado nenhum dano grave à nave. 

Em 2003, a nave Colúmbia desintegrou-se na reentrada na atmosfera. Seu escudo térmico foi danificado durante o lançamento pela colisão de um pedaço de espuma isolante térmica do tanque de combustível de pouco mais de 700 g e que se desprendeu pelo alto nível de trepidação. Desde então a NASA - Agência Espacial Americana vem desenvolvendo melhorias no projeto do space shuttle para voltar a operar com segurança total com os ônibus espaciais, fundamentais para para a conclusão da ISS - Estação Espacial Internacional. 

Dentre as modificações feitas, a mais importante foi a eliminação de duas peças com funções aerodinâmicas no tanque externo de combustível. 88 sensores de temperatura e aceleração foram instalados nas asas da nave, região danificada da Columbia e que provocou a sua perda. Mais de cem câmeras filmaram o lançamento da Discovery em busca de problemas e novas formas de inspecionar em vôo o sistema de proteção térmica também foram implantadas.

Está previsto para amanhã o acoplamento com a ISS. A Discovery leva combustível para abastecer a ISS. Cabe ainda à missão STS 121 testar as modificações técnicas feitas no projeto do ônibus espacial nos últimos três anos e que custaram US$ 1,3 bilhão para a Nasa.

O astronauta alemão Thomas Reiter, integrante da missão STS-121, ficará na ISS junto com o russo Pavel Vinogradov e o americano Jeffrey Williams, astronautas que foram para o espaço junto com Marcos Pontes, na missão Soyuz TMA-8 em março deste ano. 

Para saber mais

• Acompanhe detalhes da missão STS 121 - Discovery diretamente no site da NASA.
• Visite o site oficial da ISS na NASA.

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UOL

No clima da Copa 2006, resolvi escrever sobre Física & Futebol, o que, aliás, já havia feito antes aqui no Física na Veia! onde tudo acaba sendo pretexto para abordar assuntos ligados à Física.

No post Hodômetro Para Jogador de Futebol não resisti à Ronaldomania e assumi publicamente minha admiração pelo "fenômeno". Mas não entendo de futebol, sou apenas mais um "técnico brasileiro". Conheço bem a maioria dos fenômenos físicos. E sei que é possível explicar fisicamente até mesmo a "fantasmagórica" curva que uma bola de futebol faz no ar quando é chutada e sai girando. Consigo calcular o tempo de reação de um goleiro que tenta evitar o gol e até posso prever a dificuldade de um jogador em respirar em grandes altitudes. Mas entender o fenômeno, o Ronaldo, confesso ser muito mais complicado do que entender o Universo e seus caprichos. 

E a dificuldade já começa por uma grande diferença prática: fenômenos físicos caracterizam-se por regularidade. Uma vez entendidos, os fenômenos físicos não vão nos pregar peças. Ao contrário, terão comportamento sempre igual, previsto em regrinhas que chamamos de leis físicas.

Exemplifico com uma situação bastante corriqueira até mesmo para um aluno do ensino médio:
Imagine um raio de luz monocromática (de uma só cor ou freqüência) que viaja no ar com velocidade próxima de 300.000 km/s e encontra em seu caminho uma porção de água limpa e transparente. Uma parte da energia luminosa será refletida, ou seja, voltará para o ar, depois de "bater" na água. Uma outra porção vai penetrar na água, sofrendo o que chamamos de refração. Sabemos muito bem que a parte que reflete mantém a sua velocidade enquanto que a parte que refrata viajará com velocidade menor. E, se o raio de luz incidir na água formando um ângulo a com a direção perpendicular à superfície do líquido (direção normal N), podemos facilmente encontrar os ângulos b e g na reflexão e na refração respectivamente.

Dá para prever tudo, ângulos e velocidades, pois existem leis imutáveis para descrever reflexão e refração que são fenômenos regulares, previsíveis, sempre dão certo, e da mesma forma. Estas leis são:

• Para a Reflexão
  I) O raio incidente, o raio refletido e a reta normal são coplanares.
  II) O ângulo de incidência tem a mesma medida do ângulo de reflexão (a = b).
• Para a Refração
  I) O raio incidente, o raio refratado e a reta normal são coplanares.
  II) n_ar.sen a = n_água.sen b (Lei de Snell-Descartes)
  onde n_ar = c/v_ar é o índice de refração do ar caracterizado pela razão entre velocidade da luz no vácuo (c) e a velocidade da luz no ar (v_ar) e n_água = c/v_água é o índice de refração da água caracterizado pela razão entre a velocidade da luz no vácuo (c) a velocidade da luz na água (v_água).

Se você entendeu o espírito da coisa, vai concordar comigo que, do ponto de vista físico, chamar o Ronaldo de fenômeno não faz o menor sentido. Do ponto de vista do futebol, pode até ser. Especialmente do futebol que ele já jogou um dia...

Por falar em Física & Futebol, o blog do jornalista Juca Kfouri, este sim um grande conhecedor de futebol, cita Albert Einstein: "Insanidade é fazer sempre a mesma coisa várias e várias vezes esperando obter um resultado diferente". E Juca diz que é um recadinho para o Parreira, técnico da nossa seleção.

Já publicado aqui no Física na Veia!

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