Ideias Geniais: A Lei de Murphy

Termino esta série falando sobre uma lei nada científica, mas que todos alguma vez na vida já testou-a.

Quem nunca esteve em uma enorme fila de supermercado e observava a fila ao lado andar mais rápido. É então quando você decide abandonar a fila em que estava e ir para a outra. É então que a fila que acabou de abandonar começa a fluir mais rápido e a sua agora está parada!!

Esta é a Lei de Murphy: "Se alguma coisa pode dar errado, com certeza dará". Talvez isso não seja devido a algum poder misterioso que a lei tenha e sim nós que damos importância à Lei de Murphy. Quando as coisas dão, nem cogitamos, afinal, esperamos que as coisas sempre funcionem a nosso favor. Mas quando algo não sai como planejamos, procuramos explicar as razões.

A Lei de Murphy baseia-se nas leis da probabilidade, ou seja, na possibilidade matemática de que algo aconteça.

E saibam que Murphy existiu. Edward A. Murphy Jr foi um engenheiro da Força Aérea Americana e estava trabalhando no projeto, no ano de 1949, na Base da Força Aérea de Edwards na Califórnia. Os oficiais conduziam os testes do projeto denominado MX981, fazendo uso de um trenó foguete, chamado "Gee Whiz" o qual era acelerado a mais de 320 Km/h em um trilho de 800 m fazendo uma brusca parada em menos de 1 segundo com a finalidade de determinar quantos Gs (a força da gravidade) um ser humano poderia suportar, ondes acreditavam que suas descobertas poderiam ser aplicadas a futuros designs de aviões. 

Sendo necessário um ser humano para os testes, o físico e coronel John Paul Stapp foi o voluntário, onde vários testes foram feitos no trenó por meses, levando o coronel ganhar algumas contusões, vasos sanguíneos oculares rompidos e alguns ossos quebrados.

Coronel John Paul Stapp a bordo do foguete-trenó "Gee Whiz" na Base da Força Aérea de Edwards Imagem cedida por Base da Força aérea de Edwards

Foi quando Murphy veio de outro laboratório trazendo um conjunto de sensores que seriam usados para medir a desaceleração com grande precisão. No entanto, os medidores não mediram aceleração alguma pois os fios estavam conectados de forma errada.

Irritado, Murphy resmungou com o técnico responsável e murmurou algo próximo de sua lei imortal, dizendo algo como "se há duas formas de fazer alguma coisa e uma delas vai resultar em um desastre, é assim que ele vai fazer". 

Tempos depois, de volta ao Aeroporto Wright, sua base, Stapp, com um bom senso de humor, reconheceu a universalidade do que Murphy havia dito e em uma coletiva de imprensa disse que a segurança da equipe do trenó foguete deveu-se à Lei de Murphy, dizendo "Tudo que pode dar errado dá errado".

Apesar de não científica, estudiosos elaboram outras leis e teorias para explicar essa Lei. É o caso do uso da Termodinâmica.  Para alguns, a Lei de Murphy é sustentada por uma lei natural aceita: a entropia. A maneira como a energia muda de uma forma para outra - e diz que, no universo, os sistemas tendem a acabar em desordem e confusão. A entropia, também conhecida como a segunda lei da termodinâmica, sustenta a afirmação da Lei de Murphy que diz que o que pode dar errado vai dar errado.

Ou ainda, prever um evento utilizando uma equação matemática para saber quais as chances de um processo dar errado. Foi o caso de Joel Pel, engenheiro biológico da University of British Columbia que criou uma fórmula que prevê a ocorrência da Lei de Murphy. A fórmula usa uma constante igual a um, um fator inconstante e algumas variáveis. Nesta fórmula, Joel Pel usa a importância do evento (I), a complexidade do sistema envolvido (C), a urgência da necessidade de o sistema funcionar (U) e a frequência com que o sistema é usado (F).

Científica ou não, matemática ou não, acabamos nos divertindo em alguns momentos com esta Lei Universal e ainda inexplicável. Abaixo, alguns importantes pontos desta lei:

• Se alguma coisa pode dar errado, dará. E mais, dará errado da pior maneira, no pior momento e de modo que cause o maior dano possível.
• Todo corpo mergulhado numa banheira faz tocar o telefone.
• A informação mais necessária é sempre a menos disponível.
• O pessimista se queixa do vento, o otimista espera que ele mude, o realista ajusta as velas e quem conhece Murphy não faz nada.
• A fila do lado sempre anda mais rápido.
• Se você está se sentindo bem, não se preocupe. Isso passa.
• Se a experiência funcionou na primeira tentativa, tem algo errado.
• Você sempre acha algo no último lugar que procura.
• Toda partícula que voa sempre encontra um olho.
• Se está escrito Tamanho único, é porque não serve em ninguém.
• A probabilidade de o pão cair com o lado da manteiga virado para baixo é proporcional ao valor do carpete.
• O gato sempre cai em pé.
• Não adianta amarrar o pão com manteiga nas costas do gato e o jogar no carpete. Provavelmente o gato comerá o pão antes de cair em pé.

Cinquenta anos depois da famosa lei, em 1999, Stapp, Nichols e Murphy foram agraciados com o Prêmio IgNobel, uma paródia ao prêmio Nobel, que é concedido anualmente pela revista de humor científico Annals of Improbable Investigation (Anais das Investigações Improváveis) para honrar a realização que "não podem ou não devem ser reproduzidas".

Durante os anos sessenta, ele trabalhou na segurança e sistemas de apoio de vida para Projeto Apollo, e terminou sua carreira com trabalho em segurança de pilotos e sistemas de operação computadorizada no helicóptero Apache. Murphy faleceu em 1990.

Fontes: 

• Surendra Verna, Ideias Geniais: os principais teoremas, teorias, leis e princípios científicos de todos os tempos. 2 ed. Belo Horizonte: Ed. Gutenberg, 2012.
• Eliene Percília, Lei de Murphy. Disponível em: http://www.brasilescola.com/curiosidades/lei-murphy.htm. Acesso em 06-Jul-2014.
• Joshua Clark, Como funciona a Lei de Murphy. Disponível em: http://pessoas.hsw.uol.com.br/lei-de-murphy.htm. Acesso em 06-Jul-2014.

Ideias Geniais: O Princípio da Incerteza de Heisenberg

No ano de 1927, o jovem alemão, de 26 anos de idade, Werner Heisenberg, na Alemanha, formulou o seu princípio.

Werner Heisenberg (1901-1976)

Segundo ele, é impossível determinar com precisão tanto a posição quanto o momento de uma partícula (como um elétron) simultaneamente.

O princípio exclui a existência de uma partícula que seja estacionária. O princípio da Incerteza é uma das bases da Teoria Quântica.

Para medir tanto a posição quanto o momento (momento = massa x velocidade) de uma partícula simultaneamente são necessárias duas medidas: a realização da primeira medida irá "perturbar" a partícula e, portanto, gerar uma incerteza na segunda medição.

Matematicamente, este princípio é conhecido por meio da seguinte equação ao lado:


Assim, quanto maior a precisão com que a posição é conhecida, menor a precisão para determinar o momento. A perturbação é tão pequena que pode ser ignorada no mundo macroscópico (em grande escala), mas é muito forte para as partículas no mundo microscópico.

O Princípio da Incerteza também se aplica a energia e tempo. A energia cinética (energia associada ao movimento) de uma partícula tampouco pode ser medida com total precisão.

Heisenberg foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física de 1932 por sua descoberta.

Durante a Primeira Guerra Mundial, Heisenberg relutantemente trabalhou no projeto nuclear alemão. Em 1944, a OSS americana (predecessora da CIA durante a Guerra) enviou um agente para assistir a uma palestra proferida por ele, em Zurique, na Suíça neutra, com a instrução expressa de atirar em Heisenberg imediatamente se a palestra desse qualquer indício de que o governo alemão estava fazendo progresso. Para sorte da ciência, Heisenberg não mencionou o projeto durante a palestra.

Walter White e Werner Heisenbert

Heisenberg também foi o pseudônimo utilizado por Walter White, na série Breaking Bad. 

Para saber mais sobre Mecânica Quântica, deixo aqui em vídeo da série "Além do Cosmos".

Espero que gostem!!

Fonte:

• Surendra Verna, Ideias Geniais: os principais teoremas, teorias, leis e princípios científicos de todos os tempos. 2 ed. Belo Horizonte: Ed. Gutenberg, 2012.

Ideias Geniais: Os Raios-X de Rontgen

Na Alemanha, no ano de 1895, Wilhelm Rontgen observou uma espécie de radiação eletromagnética desconhecida, o qual atribui o nome de Raios-X.

Wilhelm Conrad Rontgen (1845-1923)

Os Raios-X são radiações de alta energia emitidas quando elétrons em movimento rápido perdem energia muito depressa.

Os Raios-X são altamente penetrante e, em grande doses, podem causar sérios danos aos tecidos vivos. Sua descoberta deu início à era moderna da Física e Química e revolucionou a Medicina.

Rontgen, um professor de física na Universidade de Wurzburg, descobriu acidentalmente os raios-X quando estava fazendo experimentos com o tubo de Crooke (um tubo de vidro de descarga de gás de alta voltagem).

Ele percebeu que uma pequena tela de platinocianeto de bário que estava pousada sobre a bancada brilhava intensamente quando ele passava corrente através do tubo. Quando colocou a mão entre a tela e o tubo, ficou surpreso ao ver uma imagem dos ossos na tela. Colocou uma chapa fotográfica e uma chave dentro de um envelope de papel pardo e colocou o pacote perto do tubo. Quando revelou a chapa, a silhueta da chave apareceu.

Primeira imagem de Raios-X da históra,
tirada por Rontgen. Fonte: Veja na História

Rontgen trabalhou febril e secretamente - sequer contou a sua esposa sobre sua descoberta -  durante sete semanas para descobrir as propriedades da radiação misteriosa que saia do tubo. Ele anunciou sua descoberta em um artigo: "Sobre o novo tipo de raios, uma comunicação preliminar", no qual descreve metodicamente, em 17 seções numeradas, as propriedades dos novos raios: podem passar através da madeira, papel e alumínio; podem ionizar gases; não são afetados por campo eletromagnético; e não apresentam qualquer uma das propriedades da luz. Ele os chamou de Raios-X

"Depois tudo virou um inferno", escreveu Rontgen mais tarde. A notícia causou uma imensa comoção no mundo inteiro. Enquanto cientistas aplaudiram a nova descoberta e trabalham nas experiências de Rontgen, charlatões trabalhavam com o público incauto vendendo roupas íntimas à prova de Raios-X e outros dispositivos.

Charges começaram a aparecer nos Jornais
Fonte: HyperScience

Os jornais da época estavam mais interessados em reportagens fantasiosas e espectulativas o que nos fatos científicos. Um exemplo: "É possível que, se tudo o que recebemos por telégrafo por verdadeiro, não haverá mais nenhuma privacidade na casa das pessoas, já que qualquer que possua um tubo de descarga poderá ter uma visão completa de qualquer interior através de uma parede de tijolos". 

Mesmo a adorada Scientific American (22 de fevereiro de 1896), em vez de informar o lado científico da história, resolveu reimprimir um poema de Punch de Londres. Um trecho: "Rontgen, a notícia é verdadeira e não é truque nem boato vazio; devemos ter cuidado contigo e teu humor macabro e sombrio."

Felizmente, essa bobagem não durou muito. Poucos meses depois, os raios-X já estavam sendo usados para diagnósticos médicos. Rontgen não patenteou seu aparelho. Recebeu o primeiro Prêmio Nobel de Física em 1901.

Para ilustrar melhor suas ideias, deixo um vídeo do youtube, do famoso Mundo de Beakman

Fonte:

• Surendra Verna, Ideias Geniais: os principais teoremas, teorias, leis e princípios científicos de todos os tempos. 2 ed. Belo Horizonte: Ed. Gutenberg, 2012.

Ideias Geniais: O Princípio de Le Châtelier

Todo estudante de química do ensino médio já ouviu falar do Princípio de Le Châtelier ou do deslocamento do equilíbrio.

Henri Louis Le Châtelier (1850-1936)

Este princípio foi proposto na Franca, no ano de 1888 por Henri Louis Le Chatêlier que diz "quando um sistema em equilíbrio é submetido a mudanças em suas condições, ele se ajusta de forma a se opor a essa mudança".

O princípio é uma consequência da Lei da Conservação da Energia, baseado na Primeira Lei da Termodinâmica.

"A reflexão irá mostrar que esse princípio decorre necessariamente para que a conservação de energia seja possível: caso contrário, máquinas em movimento de movimento perpétuo custariam um centavo a dúzia e seríamos capazes de criar uma quantidade ilimitada de energia a partir de qualquer pequeno empurrão inicial" disse George Gamow em 1963.

As máquinas de movimento perpétuo ainda fascinam as pessoas e, se você fizer uma busca por elas na internet, milhares de sites aparecerão para entretê-lo perpetuamente.

O Princípio de Le Châtelier é inestimável para a compreensão de como controlar a produção industrial de produtos químicos como a amônia. Na produção de amônia, o nitrogênio (N2) e o hidrogênio (H2) gasoso reagem para formar amônia (NH3), podendo ser representado quimicamente por:

As duas semi-setas indica uma reação ou situação em equilíbrio químico, ou seja, as reações acontecem nos dois sentidos, ao mesmo tempo. A impressão que se dá é que a reação acabou, mas na verdade elas acontecem simultaneamente, havendo assim um equilíbrio dinâmico.

Quando a pressão do sistema é aumentada, mais amônia é produzida, mas quando a pressão é reduzida, a amônia se decompõe em nitrogênio e hidrogênio gasoso. Assim, por meio do controle da temperatura e pressão, os químicos podem produzir amônia com um mínimo de disperdício.

Mas este princípio não refere-se somente as mudanças relacionadas a pressão e temperatura. O equilíbrio químico pode ser afetado pela quantidade de reagentes e produtos adicionados ao sistema. Sabe-se que o aumento da quantidade de reagente em um processo químico desloca o equilíbrio para formar mais produtos, bem como a retirada de algum reagente do sistema desloca o equilíbrio para o lado dos reagentes.

Le Châtelier foi um grande químico e professor na École des Mines de Paris. Ele também é lembrado por inventar termopares para medição de altas temperaturas e a solda de oxiacetileno.

Um outro exemplo clássico da demostração do princípio de Le Châtelier, é o famoso Galinho do Tempo. Creio que alguns ainda recordam de um Galinho que era utilizado para prever chuva. Se a cor do galo for azul, não há previsão de chuva, mas se o galo estiver cor de rosa, há possibilidade de chuva.

Galinho do Tempo

O cloreto de cobalto (CoCl₂), substância química utilizada no galo do tempo é um sal que muda de cor conforme a umidade relativa do ar. O CoCl₂ pode se apresentar na forma anidra (sem água) e na forma hidratada (com molécula de água de cristalização). As duas formas distintas apresentam colorações diferentes em função do deslocamento de equilíbrio provocado pela presença de vapores de água no ambiente.

Quando há muito vapor de água no ar, significa para o sistema que houve um aumento na concentração de um dos reagentes, que no caso é a água. Assim, o equilíbrio será deslocado para a direita, produzindo CoCl₂.6H₂O, fazendo com que o sal fique rosa. E se há uma grande quantidade de vapor d'água no ambiente, significa um aumento na umidade relativa do ar, indicando uma possível precipitação de água (chuva).

Este pode ser melhor entendido com a reação química:

Entretanto, se o tempo estiver seco, ele perderá água e voltará ao seu estado anidro, tornando-se azul novamente. No tempo seco, a umidade relativa do ar é mais baixa, indicando que nestas condições não há previsão de chuva.

Fonte:

• Surendra Verna, Ideias Geniais: os principais teoremas, teorias, leis e princípios científicos de todos os tempos. 2 ed. Belo Horizonte: Ed. Gutenberg, 2012;
• Jenifer Fogaça, Previsão do Tempo por Meio do Equilíbrio Químico, disponível em http://www.mundoeducacao.com/quimica/previsao-tempo-por-meio-equilibrio-quimico.htm. Acesso em 03-Jul-2014.

Ideias Geniais: O Efeito Doppler

Você já observou como uma sirene de Ambulâncias, ou carro de Polícia muda seu som quando passa por nós no trânsito? Pois bem, esse é o Efeito Doppler.

Para relembrar o fato, assista ao vídeo abaixo:

O Efeito Doppler foi proposto por Johann Christian Doppler, em 1842 na Áustria.

Em resumo, qualquer fonte de som ou luz que esteja se afastando de um observador tem sua frequência alterada em relação ao observador.

Por exemplo, a frequência do apito de um trem muda quando passa por uma pessoa de pé sobre uma plataforma: ela é maior quando o trem está se aproximando da pessoa, e menor quando está se afastando da pessoa. O mesmo vale para qualquer fonte sonora, como buzina, sirene, etc.

Doppler explicou o efeito salientando que, quando a fonte de som está se movendo em direção ao observador, as ondas sonoras alcançam os ouvidos em intervalos mais curtos, portanto a frequência é mais alta (o som é mais agudo). Quando a fonte está se afastando, as ondas atingem o ouvido em intervalos maiores, e, portanto, a frequência é mais baixa (som mais grave).

O efeito Doppler também ocorre quando a fonte sonora está estacionária e o observador está em movimento.

Em 1845, o meteorologista holandês Christoph Buys Ballot testou o efeito Doppler para ondas sonoras em uma experiência interessante - como fonte de som em movimento, ele usou um grupo de trompetistas de pé em um vagão de trem aberto, passando por uma região campestre da Holanda próxima a Utrecht. E experiência, é claro, demonstrou a veracidade do princípio de Doppler.

Doppler também previu que um efeito similar seria aplicável a luz, mas não forneceu explicação alguma. Em 1849, Fizeau mostrou que o efeito Doppler se aplica à luz vinda de estrelas distantes.

Que tal ir fantasiado em Efeito Doppler em alguma festa a Fantasia!? Bem, o Sheldon já foi!! Confiram!!

Fonte:

Surendra Verna, Ideias Geniais: os principais teoremas, teorias, leis e princípios científicos de todos os tempos. 2 ed. Belo Horizonte: Ed\. Gutenberg, 2012

Ideias Geniais: A Lei de Boyle

Esta é uma das famosas leis gerais dos gases. A Lei de Boyle foi proposto na Inglaterra, no ano de 1662 por Robert Boyle.

Em suma, a lei diz que o volume de uma determinada massa de um gás a uma temperatura constante é inversamente proporcional a sua pressão.

Em outras palavras, em uma mesma temperatura, se você dobrar a pressão de um gás, terá reduzido pela metade seu volume. Em forma de equação, pV = constante, ou p1V1=p2V2, onde os índices subscritos 1 e 2 referem-se aos valores de pressão e volume para duas leituras quaisquer durante o experimento.

Nascido no castelo de Lismore, na Irlanda, Boyle foi o sétimo filho do primeiro Conde de Cork. Era uma criança brilhante. Quando tinha 14 anos, visitou a Itália para estudar as obras de Galileu. Lá, decidiu que iria devotar sua vida à ciência. Em 1661, publicou sua obra mais famosa, The Sceptical Chymist, em que rejeitou os quatro elementos de Aristóteles - terra, água, fogo e ar - e propôs que um elemento fosse uma substância material, que podia ser identificada apenas por meio de experimentos.

Em 1662, fez uma bomba a vácuo eficiente - hoje familiar para qualquer aluno de química - que usou para criar sua lei. Também usou sua bomba para fazer experiências com a respiração e combustão e demonstrou que o ar era necessário para a vida, bem como para a combustão.

Boyle, que foi apresentado ao famoso cronista inglês Samuel Pepys como "filho do Conde de Cork e pai da química moderna (que na verdade este título é atribuído a Lavoisier), estabeleceu as bases da química como ciência experimental. Ele acreditava na "elaboração de experimentos e em fazer observações", ao invés de "anunciar uma teoria qualquer, sem testar os fenômenos relevantes".

Efeito do volume com a diminuição da pressão

A lei de Boyle tem alguma conexões muito incomum também. Em uma publicação no New England Journal of Medicine relatou-se que uma certa turista foi até a emergência em um hospital em Frisco, Colorado, queixando-se de um ruído em seu seio. Exames de raios-X mostraram a fonte do problema. Aparentemente, a paciente tinha um implante salino de seio (basicamente uma bolsa plástica cheia de água salgada). Esses implantes, no entanto, além da água salgada, há bolsões de ar. A senhora chegou à grande altitude do Colorado vinda do nível do mar, e, de acordo com a Lei de Boyle, o aumento da altitude, reflete na diminuição da pressão atmosférica e assim, os bolsões de ar se expandiram devido a menor pressão externa. Á água dentro dos implantes agora tinha espaço para causar ruído.

Fonte:

• Surendra Verna, Ideias Geniais: os principais teoremas, teorias, leis e princípios científicos de todos os tempos. 2 ed. Belo Horizonte: Ed\. Gutenberg, 2012.
• Joe Schwarcz. Barbies, Bambolês e Bola de Bilhar. Zahar.