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quinta-feira, 21 de maio de 2015

Fontes de Energia e a Teoria da Relatividade de Einstein!

O que Einstein e sua teoria da relatividade tem a ver com o estudo da energia?
O estudo sobre as fontes de energia que movimentam nosso mundo e que também regem as leis da natureza, tem tudo a ver com o tema energia que foi pesquisado e desenvolvido pelo grande físico e matemático Albert Einstein, que em sua teoria da relatividade restrita, dizia que estas forças poderiam explicar até o nascimento do nosso universo.  A energia é tudo aquilo que produz ação, podendo ser apresentadas nas mais variadas formas, e que são definidas como: Energia mecânica, calorífica, gravítica, elétrica, química, magnética, radiante, nuclear, etc.
Em 1905, com a publicação da Teoria da Relatividade Restrita, Einstein introduziu a ideia da relatividade dos movimentos, princípio este que só considera e analisa a velocidade de um objeto a partir de uma referência a um outro corpo, de uma  movimentação relativa. Essa é a ideia simples e fundamental que deu início e incorporou todo o resto teórico que viria a seguir. Nesta teoria, Einstein também, nos falou sobre a constante da velocidade da luz que vale 300.000 mil km/s em seu estado absoluto. Também iniciou a ideia de caracterizar o tempo como a 4º dimensão, e o relativo passar e forma como ele procede, relacionando-o às velocidades e dando início a ideia do espaço-tempo.  Cerca de dez anos depois, ou seja em 1915, ele publicou e Teoria da Relatividade Geral, que abordava os princípios da distorção geométrica do espaço-tempo causados pela matéria e que explicam como agem as forças de gravitação universal.  Algum tempo depois, ele iniciou os estudos da física quântica, cujos detalhes não estaremos abordando agora .
O físico Albert Einstein, em sua famosa teoria revolucionária da relatividade restrita, há mais de 100 anos atrás, chegou a uma conclusão surpreendente: o descobrimento da fórmula: E = m.c², que retrata a relação entre massa e energia, explicando que a energia poderia se converter em matéria.  Ele descobriu e divulgou esta equação, a qual ficou conhecida como a mais famosa fórmula da física, e nos retrata, que existe uma notável história por trás de tudo isso, sendo que esta descoberta, foi apenas um dos vários avanços extraordinários, que o grande físico e matemático alemão Albert Einstein nos deixou.  Ele a publicou, por volta do ano 1905, incluindo também a conclusão de sua teoria da relatividade restrita ou especial. Em seu trabalho, ele identificou e provou que existe partículas e átomos, e  também explicou sobre a natureza da luz, e coube a ele receber o Prêmio Nobel de Física, que foi concedido, por relevantes descobertas científicas naquela oportunidade. Entre as ideias e os grandes feitos de Einstein, a sua fórmula: E = m.c², talvez seja seu maior feito por ter agregado inúmeros benefícios a humanidade e tornou esta equação da física mundialmente conhecida.

Em seus estudos, abrangendo esta equação, ele determinou a relação da transformação da massa de um objeto em energia e vice-versa, esclarecendo que "E" significa energia, "m" a massa e "c²" é a velocidade da luz no vácuo, ao quadrado, considerada por ele como a única constante presente no universo. Sabendo-se que a velocidade da luz é de aproximadamente 300.000 km/s, a sua Teoria da Relatividade supõe que caso, uma massa consiga superar a velocidade da luz, ela conseguiria ultrapassar a barreira do tempo e do espaço.

Fato Curioso: Segundo Einstein, uma "pequena" quantidade de massa, viajando no vácuo, na velocidade da luz, produziria uma quantidade de energia muito "grande". Por exemplo, estudiosos dizem que "Se 10 quilogramas de massa fossem transformadas totalmente em energia, seria produzida uma quantidade de energia suficiente, para evaporar toda a água da Baía de Guanabara, no estado do Rio de Janeiro".

Para você entender melhor, segue um exemplo ilustrativo simbólico, para o uso de sua fórmula E= m.c²:




Quando realizamos uma reação física qualquer, a massa que faltar, no final terá sido convertida em energia, e sabendo-se o valor de um de seus componentes, podemos encontrar o valor do outro, com o uso desta equação. Usaremos um exemplo, apenas simbólico, que o consideramos absurdo e que serve apenas para elucidar seu feito: Digamos que tenhamos 1 kg de urânio, que sofre uma reação, resultando 0,50 kg de um elemento A, 0,49 kg de um elemento B e o restante num elemento C. Qual seria então, a energia resultante desta reação física e fictícia?
E = m.c² onde:
m = 0,01kg
c = 300 000 000 m/s (velocidade da luz no vácuo)
Logo: E = 0,01.300.000.000² E = 0,01.(3.10^8)² → E = 0,01(9.10^16) → E = 9.10^14
Assim, E = 900.000.000.000.000 joules de energia (ou 2.500.000 de Watt/hora). Apenas para termos uma ideia de seu potencial, se compararmos com a energia que nossa casa consome por mês. Lembre-se que 1 joule é a energia necessária, para elevar um grama de água em 1 grau.
Observe que uma lâmpada com a potência de 100 Watts, consome energia, à uma taxa de 100 joules por segundo. Em uma hora, ela consumirá 360.000 joules ou seja, o valor equivalentemente a 100 Wh(Watt/Hora). Se ela ficar acesa durante 10 horas, consumirá 1000 Wh ou 1 kWh(Quilowatt-hora).
Imagine o efeito que isto poderia causar ou seja, teria energia equivalente para 2.500.000 lâmpadas acesas, durante uma hora ou seja energia suficiente até para produzir uma bomba muito potente!

Porque foi importante ao mundo a equação E = m.c² e o que ela significa?
Foi muito importante para muitas ciências, trazendo inúmeros benefícios para a física, matemática, medicina, no setor nuclear, etc. Mas, sabe-se que a descoberta desta equação, por exemplo, permitiu a criação de novas tecnologias, como a ressonância PET, muito utilizada no setor hospitalar, possibilitou o descobrimento da energia nuclear, etc.

Para entendermos o que significa a equação acima, em um documento de física, a equivalência entre massa e energia é o conceito de que, qualquer massa possui uma energia associada e vice-versa. Na teoria que trata da relatividade especial(restrita), essa relação é expressa pela fórmula de equivalência entre massa e energia:
Ressaltamos que na fórmula E = m.c², os elementos são: E = energia, m = massa e c = a velocidade da luz no vácuo.
Nesta fórmula de Albert Einstein, c é o valor da velocidade da luz no vácuo, onde realizamos a conversão de quilogramas para joules (já que as grandezas de massa e energia são diferentes).
Muitas definições de massa na relatividade especial podem ser validadas, usando-se esta fórmula, mas se a energia na fórmula é a energia de repouso, então a massa será a massa de repouso.
Em termos simples, com as unidades correspondentes, significa que, 
E (Joules) = m (quilogramas) · 299792458 (metros/segundo)².

Porque a grande riqueza de hoje é a energia?
Sabemos que a energia não é criada, nem pode ser destruída, apenas ela se transforma, da qual o homem pode aproveitar e extrair da natureza e sem a qual ele não consegue viver. Durante muito tempo, só o ouro e as pedras preciosas eram considerados como riquezas. Hoje, são os recursos energéticos que determinam a riqueza dos países, mas, o consumo de energias pelo mundo está sendo tão devastador, que aumentará consideravelmente e poderá se extinguir, se não buscarmos novas fontes alternativas, ou energias limpas, em substituição às energias fósseis ainda hoje utilizadas.  Atualmente cerca de 85% de energia gasta em todo o mundo, provém ainda do petróleo e do carvão.  O petróleo, além de esgotável num curto prazo determinado ainda é prejudicial ao meio ambiente.  O carvão é mais abundante do que o petróleo (tem reservas para mais de 200 anos), mas é ainda mais poluente, do que o petróleo.  O gás é o menos poluente, mas o seu transporte, quer em pipeline(transporte tubular), quer em navios–tanque é muito oneroso e caro.
A ideia de energia sempre está associada a execução de algum trabalho, que é realizado com as transformações dela, de uma forma para outra ou de um lugar para outro. A energia elétrica, por exemplo, realiza o trabalho de aquecer a água de um chuveiro, transformando-a em energia térmica.
A energia química que é armazenada no gás de cozinha, transforma-se em energia térmica. Parte dessa energia, realiza o trabalho de cozinhar os alimentos. No caso do uso de uma panela de pressão, ela transforma-se também em energia cinética (mecânica), movendo a válvula de pressão contida neste tipo de panela.

Algumas formas que a energia se apresenta:
Energia Potencial: É a energia que os corpos tem devido a sua posição. Ela não é tão obvia, quanto às demais formas, mas, como sabemos que uma forma de energia, pode se transformar em outra, podemos percebê-la por seus efeitos. Por exemplo, um corpo situado numa certa altura e abandonado até se chocar com o chão: a energia potencial que ele tinha, por estar situado, a uma certa altura, se transforma, durante a queda, em energia cinética, que acaba sendo percebida pelo estrago da pancada ao solo;

Energia Cinética: É a energia de movimento dos corpos, por exemplo, um martelo, movimentado com velocidade, possui energia cinética, que pode fazer um prego perfurar uma madeira;

Energia Elétrica: É a energia associada ao movimento de cargas elétricas, podendo produzir efeitos térmicos e luminosos (lâmpada), químicos (bateria), etc.

Energia Térmica: É a energia associada à agitação (movimento), de forma desordenada das partículas (átomos e moléculas) e que constituem a matéria. Todos os corpos possuem energia térmica e esta é medida pela temperatura.

Energia Radiante: A luz, as ondas de rádio e as micro-ondas transportam energia radiante. A energia emitida pelo sol que é recebida aqui na terra é uma forma de energia radiante.

Conclusão! 
Albert Einstein foi considerado o pai da física moderna, em decorrência de seus estudos efetuados com a teoria da relatividade geral. Ele nos deixou um legado importantíssimo sobre o estudo da energia e também chegou a estudar o espaço, abrangendo estrelas e buracos negros, entre outras estruturas que até hoje são estudadas por físicos e pesquisadores de todo o mundo.  Ele também deixou o seguinte pensamento: "Quando pensarmos em energia, lembrarmos que a energia não pode ser criada, nem destruída, ela apenas pode ser transformada".  Sabemos que o mundo tem sofrido muito com o uso inadequado de energias fósseis, que poluem, destruindo a natureza, e que vêm causando o aquecimento do nosso planeta, proporcionando estragos significativos na camada de ozônio, expondo todos nós, aos perigosos raios u-v (ultra violeta). Sabemos que a temperatura da terra vem aumentando consideravelmente, causando o derretimento das geleiras, proporcionando catástrofes nunca vistas em nosso planeta. Então, pensar em usar uma energia mais limpa, faz muito sentido e com certeza deverá ser o caminho para o futuro de nossa civilização. 

Atenção: Veja as respostas das questões do post: Sinais Básicos da Matemática!

1) a) 2x    b) a² + 3.a    c)  a + (a+1) + (a+2)     d) 12x – x/3     e) x² + x/2

2) a) O dobro de um número mais três;
b) O quadrado de um número, mais a metade de seu quadrado;
c) A soma de dois números é igual a dez;
d) A razão entre dois números vale doze;
e) A quinta parte do cubo de um número vale vinte e cinco.

3) a) a + (a+1) +  (a+2) = 78 → 3a +3 = 78 → 3a = 75 → a=75/3 → a=25
Então, trata-se dos números 25, 26 e 27.

b) p = 2m, m=25 → p = 2.25 = 50 → p=50 anos, eu = 50 - 20 = 30 anos, logo tenho 30 anos.  

4) Considerando os jogos → v + d = 6 (v=vitória, d=derrota) 
Considerandos os pontos → 4v - 2d = 12
Basta resolver as equações, partindo dos pontos, então 4v = 12 + 2d 
→ v = 12/4 + 2d /4 → v = 3 + d/2 
Substituindo v = 3 + d/2 aos jogos temos, 3 + d/2 + d = 6 → 3d/2 = 3         → d = 2
Então, o jogador teve 2 derrotas e 4 vitórias(6 - 2 = 4)

5) t = 1kg + t/2, 3t/2 = ? 
- t/2 = 1kg → t/2 = 1kg → t = 2 kg → 3t/2 = 3(2)/2 = 3 kg.
Então: 1 tijo e meio pesam 3 kg.


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