Universo, vibrações e ondas: a radiação eletromagnética no nosso dia a dia

“Nada está parado; tudo se move; tudo vibra.” — O CAIBALION

Quando falamos em radiação a primeira coisa que nos vem à cabeça são os acidentes radioativos e o famoso símbolo do trifólio ou o “trevo de três folhas” (ver figura abaixo). De fato, a radiação se tornou conhecida pela sua periculosidade e os infortúnios ocorridos ao longo do século XX, como o desastre da usina nuclear de Chernobyl e o acidente radiológico de Goiânia, onde pessoas foram contaminadas pelo césio-137.

Trifólio, símbolo internacional da radiação.
Fonte: Museu de Ciências Nucleares

O que muitas pessoas não sabem é que a radiação está presente das mais variadas formas no nosso dia a dia. Somos capazes de enxergar os objetos ao nosso redor, conectar nossos celulares ao wi-fi, aquecer nossos alimentos num forno de micro-ondas e de realizar diversas outras atividades graças à radiação, mais especificamente à radiação eletromagnética.

Quando falamos em radiação eletromagnética, estamos falando de ondas formadas pela combinação de um campo elétrico e de um campo magnético. Tais campos sofrem oscilações em planos perpendiculares (90°) entre si, conforme mostra a figura abaixo.

Representação de uma onda eletromagnética.
Observe que os campos elétrico e magnético são perpendiculares entre si.
Fonte: UFC Virtual - Universidade Federal do Ceará

Uma onda (ou radiação) eletromagnética é conhecida por ser capaz de se propagar no vácuo, diferentemente das ondas mecânicas, como as ondas na superfície da água. Existe ainda outro tipo de radiação que provém do desprendimento de subpartículas atômicas oriundas do núcleo do átomo, como a radiação alfa e a radiação beta. Essas radiações são altamente perigosas, mas apresentam menor poder de alcance, uma vez que as partículas são mais "pesadas", havendo maior chance de colisão com outras partículas ao longo do caminho.

Alguns tipos de radiação são conhecidos pelo poder de transformar átomos em íons em virtude do arrancamento de elétrons durante a colisão. Radiações desse tipo são também conhecidas como radiação ionizante. Os exemplos mais comuns incluem as partículas alfa, as partículas beta, os raios gama e os raios X.

Penetrabilidade de alguns tipos de radiação.
Fonte:  Eliezer de Moura Cardoso (CNEN)

Quanto à radiação eletromagnética, esta também pode ser de diferentes tipos, de acordo com a frequência de onda. Vale lembrar que a frequência corresponde ao número de oscilações que a onda realiza por segundo, sendo dada em hertz (Hz). 1 Hz equivale a 1 oscilação por segundo.

De acordo com a equação fundamental da ondulatória, podemos afirmar que a velocidade de propagação de uma onda equivale ao produto comprimento de onda x frequência. Matematicamente, temos:

v = λ . f

onde λ é o comprimento de onda em metros (m) e f é a frequência em hertz (Hz).

A velocidade na fórmula acima é dada em m/s.

Toda radiação eletromagnética apresenta a mesma velocidade e essa velocidade equivale àquela encontrada para a luz (uma forma de radiação eletromagnética), sendo de, aproximadamente, 3,0 x 10⁸ m/s. Isso equivale a dizer que em 1 segundo a luz pode percorrer uma distância de cerca de 300.000 km!

Os diferentes tipos de radiação eletromagnética podem ser organizados de acordo com as diversas frequências e comprimentos de onda em um esquema conhecido como espectro eletromagnético (veja a figura abaixo).

Espectro eletromagnético.
Fonte: ResearchGate

Conforme provado pelo experimento do prisma de Newton, a luz branca é composta por diferentes cores (agrupadas de forma simples nas sete cores do arco-íris). Cada cor do arco-íris corresponde a uma onda luminosa com frequência específica. A cor que apresenta menor frequência é o vermelho. Já aquela que apresenta a frequência mais elevada é o violeta.

Fenômeno da dispersão da luz branca em um prisma.
Fonte: TK Designer

Ondas com frequência acima do violeta, como a radiação ultravioleta, não podem ser percebidas pelo nosso cérebro através da visão. De forma análoga, ondas com frequência abaixo do vermelho, como a radiação infravermelho, também não podem ser detectadas por meio de nossos olhos.

As ondas de rádio e as micro-ondas são conhecidas por apresentarem baixa frequência e elevado comprimento de onda. Para se ter ideia, se fôssemos capazes de visualizar uma micro-onda, a distância entre as cristas dessa onda seria de aproximadamente 10 cm. No caso das ondas de rádio, essas ondas poderiam apresentar um comprimento de onda da ordem de 1 m ou mais! Radiações de baixa frequência são conhecidas por “agitarem” os átomos e moléculas, causando o aquecimento de líquidos e superfícies de materiais sólidos. Ondas de baixa frequência também são utilizadas para investigação de vida fora da Terra, através de radiotelescópios.

Conjunto de radiotelescópios para estudos astronômicos.
Fonte: Caveman Chuck Coker

 

Na outra ponta do espectro temos os raios X e os raios gama, de alta frequência. Essas formas de radiação são perigosas aos seres vivos, pois podem causar alterações em moléculas do nosso corpo, incluindo nosso DNA. Em pequenas doses, os raios X podem ser utilizados para visualização de órgãos e tecidos internos, como ossos e pulmões.

Imagem da primeira radiografia, realizada em 1895.
Mão da esposa do descobridor dos raios X, Anna Bertha Röntgen.
Fonte: Raios Xis

É bom salientar que nem toda radiação é potencialmente perigosa, nociva ou cancerígena. As formas de radiação que oferecem maior periculosidade são aquelas que apresentam maiores frequências e baixos comprimentos de onda.

Alguns elementos químicos, como o rádio e o polônio, também liberam radiação, devendo ser manejados com cuidado em virtude de sua potencial periculosidade aos seres vivos. Contudo, é bom deixar claro que esses elementos não estão presentes em altas quantidades na crosta terrestre.

Nem sempre o homem soube que os elementos químicos poderiam trazer riscos à saúde em razão de sua radioatividade. Para se ter ideia, no início do século XX, após a Primeira Guerra Mundial, mulheres trabalhavam em fábricas de relógios utilizando rádio fosforescente, um produto altamente perigoso. Somente vinte anos mais tarde é que foram constatar os efeitos deletérios que esse elemento havia causado nos corpos dessas mulheres, as quais ficaram conhecidas como garotas radioativas. Esse fato deu origem a um livro conhecido como “The Radium Girls”, conforme destaca reportagem do jornal El País (link aqui).

Mulheres trabalhando em fábrica de relógios com material radioativo.
Fonte: Jornal El País

A própria pioneira nos estudos sobre elementos radioativos, madame Marie Curie, ganhadora de dois prêmios Nobel, teve sua vida abreviada em virtude de uma leucemia, possivelmente decorrente de sua constante exposição às fontes radioativas durante suas descobertas.

Madame Marie Curie, cientista e física polonesa.
Fonte: Revista Super Interessante

O que aprendemos com tudo isso?

Conforme se pôde constatar, dados os variados exemplos mencionados acima, estamos cercados por radiação. Se pudéssemos visualizar todas as ondas que nos cercam, iríamos nos deparar com um oceano delas! Nascemos expostos à radiação e vivemos graças a ela (a energia do Sol que chega até nós também é radiação!).

Por fim, podemos afirmar que sem a radiação eletromagnética não poderíamos desfrutar da vida como ela é. Somos capazes de reconhecer o mundo à nossa volta graças à radiação e é ela que nos proporciona formas eficazes de nos comunicarmos e de investigarmos a constituição da matéria. Da próxima vez que tiver a oportunidade de presenciar um relâmpago ou um arco-íris num belo dia de chuva, lembre-se de que o Universo também é onda, vibração e energia! 🌈🌩

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Fontes:

https://raiosxis.com/primeira-radiografia

https://brasil.elpais.com/brasil/2019/01/08/cultura/1546980717_212004.html

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

Engenharia de materiais: seis dicas de livros para você ter na estante

A Engenharia de Materiais corresponde a um ramo da Engenharia bastante recente. Essa área envolve o estudo, síntese, caracterização e produção de materiais de diversos tipos, desde os mais conhecidos, como variados tipos de metais, até os mais complexos, como os nanocompósitos.

De acordo com Libardi (2014), coordenador do curso de Engenharia de Materiais da UFSCar, os estudos referentes aos materiais requerem do estudante um amplo domínio de Física e Química, além de vasto conhecimento de Matemática. Trata-se de um curso muito amplo dentro das Ciências Exatas e que envolve grande interdisciplinaridade.

O desafio do estudante que decida se embarcar por essa fascinante área é, antes de tudo, desenvolver uma sólida base teórica a respeito da estrutura e propriedades da matéria, aliado a um completo conhecimento da resistência dos materiais e um domínio considerável de conceitos básicos da física moderna.

Foi um enorme desafio, diante disso, escolher um número tão limitado de livros que pudesse ofertar ao estudante uma bagagem mínima de conhecimento, capaz de lhe permitir uma compreensão inicial da Ciência e Engenharia dos Materiais. Essa lista foi elaborada conforme o conteúdo de cada livro, o qual é de suma importância, mas também com base na acessibilidade do livro, mediante as faixas de preços mais em conta. Por isso, é bom deixar claro que, para alguns casos, poderão existir outras obras mais conhecidas e renomadas no mercado, porém com faixas de preços maiores. Tais livros foram colocados como sugestões alternativas, caso o leitor tenha interesse em adquirir algum deles.

1. Engenharia de Materiais Para Todos (2ª Edição)

Esta obra é uma forma de permitir o primeiro contato do estudante com a Engenharia de Materiais. Aqui o leitor irá encontrar respostas para diversas perguntas iniciais: o porquê de aprender mais sobre essa ciência, como é a inserção no mercado de trabalho, além de encontrar capítulos destinados a explicar as quatro grandes classes de materiais: metais, materiais cerâmicos, polímeros e compósitos.

Sinopse: Desde a Antiguidade, os materiais têm uma influência muito grande sobre todas as atividades das pessoas, porque tudo o que tem de ser construído concretamente precisa da disponibilidade de algum material adequado. Hoje se conhecem os materiais em profundidade. Estamos num ciclo interessante, no qual, com novos materiais, se pode pensar em novas coisas; ao pensar em novas coisas, pode-se buscar novos materiais. Nesta segunda edição foram adicionados três novos e interessantíssimos capítulos sobre nanomateriais, biomateriais e informação tecnológica. Os alunos e professores do Ensino Médio e os estudantes dos primeiros anos de todos os cursos de Engenharia encontrarão conceitos apresentados de modo acessível sobre cerâmicas, metais, polímeros e compósitos.

2. Princípios de Ciência dos Materiais (1ª Edição)

Este livro é um clássico dos anos 70, época em que a Engenharia de Materiais ainda era algo muito recente. Apesar de ter havido muitas reimpressões desde essa época, não houve uma nova edição após sua primeira tradução para o Português. Entretanto, trata-se de uma obra completíssima, com desenhos, exercícios e variadas sugestões de leitura ao fim de cada capítulo. Destaca-se que o autor (Lawrence H. Van Vlack) é citado em referências do livro do Callister, o próximo da lista. Você pode encontrar essa obra em sebos espalhados pelo país por preços bastante acessíveis.

Sinopse: O campo de ciência dos materiais vem se desenvolvendo rapidamente devido ao reconhecimento de que princípios científicos idênticos se aplicam às propriedades dos metais, dos materiais inorgânicos não metálicos e dos materiais orgânicos. No passado, tecnologias individuais foram desenvolvidas para materiais diferentes, porque esses princípios amplos e sua aplicabilidade geral não havia sido reconhecida. Recentemente possível estabelecer uma tentativa para os fundamentos gerais das ciências dos materiais, transcendendo os detalhes da tecnologia corrente nesses campos. Em particular, o notável sucesso que a metalurgia tem tido, correlacionando as propriedades estruturais, levou à adoção dessa metodologia para materiais polimerados” (Publicação do Departamento de Metalurgia e Ciência dos Materiais do “Massachusetts Institute of Technology”, 1961). É nossa intenção, ao apresentar a edição brasileira da obra de Van Vlack sobre Ciência dos matérias, já reconhecida e utilizada entre nós há vários anos, tornar clara a necessidade da existência de livros, em língua portuguesa, que forneçam aos estudantes das Universidades Brasileiras o conhecimento moderno para os estudos fundamentais de materiais. Visamos, assim, uma posterior aplicação na utilização prática de materiais de construção em engenharia civil, mecânica, metalúrgica, química, naval, aeronáutica, de minas, de eletricidade, eletrônica, e outras a qual é fundamental ao desenvolvimento tecnológico brasileiro.

3. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução (9ª Edição)

De todos os livros da área, este é considerado o mais renomado e clássico de todos. Trata-se da "Bíblia" da Ciência e Engenharia de Materiais. Repleto de ilustrações, com figuras e gráficos coloridos, além de papel de ótima qualidade, esse livro é um dos mais bonitos e completos da área. Apesar de caro, vale a pena o investimento para estudantes da área.

Sinopse: A partir de um enfoque capaz de levar os leitores a compreender, desenvolver e usar diferentes matérias-primas, a nona edição de ''Ciência e Engenharia de Materiais — Uma Introdução'' foi primorosamente elaborada para que profissionais e estudantes possam verificar a importância das diferentes tecnologias de utilização e aprimoramento de materiais. Com uma didática que propicia a aplicação da teoria na prática, este livro apresenta aos leitores estudos detalhados de casos a fim de contribuir para a iniciação e o desenvolvimento de habilidades na investigação de propriedades da Engenharia de Materiais somadas aos das ciências nas áreas de Química, Física, Metalurgia, entre outras. Esta obra proporcionará os conhecimentos básicos para propor soluções e inovações aos problemas de aplicações técnicas, econômicas e ambientais da indústria com a utilização de materiais nos processamentos e composições necessários à fabricação de produtos.

4. Química: Um Curso Universitário (4ª Edição)

Tentar compreender a Ciência dos Materiais sem o mínimo domínio da Química é uma tarefa praticamente impossível. Diante disso, convém que o leitor possua um exemplar capaz de atender a essa necessidade. O livro de Química de Myers e Mahan é completíssimo e bastante recomendado em algumas ementas de Química em Universidades Federais. Embora traga poucos desenhos, o texto em si é muito amplo e completo, sendo importante que o leitor tenha boa formação em Química do Ensino Médio para compreensão de determinados assuntos. O estudo concomitante com o livro do Atkins é um forma de melhorar ainda mais os estudos, uma vez que este último é mais  conceitual e de leitura mais leve, ideal para quem está começando.

Sinopse: O texto de Mahan tem sido adotado nos melhores Cursos Universitários ao longo de mais de duas décadas, e certamente continuará recebendo a preferência dos docentes mais exigentes ou experientes, por uma simples razão: nele, os fundamentos da Química são apresentados em estado de arte, com muita profundidade e riqueza de detalhes. Essa qualidade está se tornando escassa na maioria dos textos recentes, que exploram excessivamente a imagem, com o uso das cores e ilustrações para tornar a leitura mais leve, em detrimento do conteúdo, em si.

Sugestão 2: Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente (Atkins).

5. Mecânica dos Materiais (8ª Edição)

Conhecer os esforços solicitantes internos nos materiais e o estado geral de deformações e tensões é uma das habilidades que o estudante deve ter para adentrar nessa área da engenharia. O livro de Gere e Goodno é bastante conceituado e utilizado em Universidades da Inglaterra, assim como o livro do Hibbeler. Em termos de teoria e demonstrações de fórmulas, este último consegue trazer explicações ainda mais didáticas.

 
Sinopse: Este livro tem como objetivo oferecer um conjunto de ensinamentos sobre resistência e desempenho físico de estruturas, em obras realizadas pelo homem ou em eventos naturais. Esta nova edição de Mecânica dos materiais traz exemplos que ilustram os conceitos teóricos e mostram como eles podem ser utilizados em situações práticas, incluindo demonstrações gráficas dos resultados. Estruturado de forma que os conceitos teóricos sejam ilustrados por exemplos que podem ser aplicados em situações práticas, incluindo demonstrações gráficas dos resultados, a obra traz estes tópicos principais: análise e projeto de membros estruturais submetidos a tração, compressão, torção e flexão, conceitos de tensão e alongamento, deformação e deslocamento, elasticidade e plasticidade, energia de deformação e capacidade de suportar carga. Tópicos de interesse geral também estão presentes, como transformações de tensão e deformação, cargas combinadas, concentrações de tensão, deflexões de vigas e estabilidade de colunas. Além disso, tópicos especializados incluem efeitos térmicos, cargas dinâmicas, membros não prismáticos, vigas de dois materiais, centros de cisalhamento, momentos fletores, centroides e momentos de inércia.

Sugestão 2: Resistência dos Materiais (Hibbeler).

6. Física Moderna: Origens Clássicas e Fundamentos Quânticos (2ª Edição)

Este livro nada mais é que uma introdução ao mundo da física quântica, aliado aos conceitos da relatividade. O interessante é que seus capítulos são ordenados da mesma forma em que a física moderna foi desenvolvida ao longo do século XX, incluindo um capítulo inicial a respeito da noção primordial do átomo pelos gregos - o que traz um diferencial comparado a outras obras do assunto. Outro clássico é o livro de Eisberg e Resnick, ideal para aqueles que desejam compreender a teoria quântica mais a fundo.

Sinopse: Em sua segunda edição, ''Física Moderna'' mantém a qualidade e a clareza do texto, desvendando aspectos históricos e servindo a professores como fonte e inspiração de configurações de cursos dos mais variados níveis. Os autores mostram que, apesar da enorme diferença de volume de nosso conhecimento quanto ao princípio, não estamos muito longe dos gregos antigos ao tratar a estrutura da matéria usando a ideia do famoso brinquedo russo: a matriosca. O núcleo do livro é a discussão dos novos fenômenos que levaram à criação de um novo enfoque para a Física: a Mecânica Quântica. Entre os conteúdos que mais apresentam atualizações, destacam-se aqueles referentes às concepções clássicas sobre a natureza da luz, à relatividade restrita, à radioatividade, ao modelo atômico de Bohr e às aplicações da equação de Schrödinger, com reflexos no aumento significativo do número de exercícios e figuras. Um livro capaz de guiar o estudante no mundo da Física Moderna, escrito por dois jovens professores no início do século XXI sobre a revolução científica do início do século XX.

Sugestão 2: Física Quântica: Átomos, Moléculas, Sólidos, Núcleos e Partículas (Eisberg e Resnick).

Fontes:

LIBARDI, W. Um curso de graduação em engenharia de materiais. In: RODRIGUES, J. A.; LEIVA, D. R. (Org.). Engenharia de materiais para todos. 2ª Ed. São Carlos: EdUFSCar, 2014. p. 19 – 25.

Imagens e sinopses dos livros obtidas em: https://www.amazon.com.br/