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Buraco Negro

Os buracos negros ainda representam um mistério no estudo do Universo, porém muito já se conhece sobre suas propriedades. Hoje eles são utilizados como um laboratório de pesquisa para novas teorias do Cosmos.

Já no século XVIII havia idéias sobre corpos celestes diferentes dos convencionais, como estrelas que, de tão compactas, não deixariam nem mesmo a luz escapar de sua força de gravidade. Estas estrelas seriam os buracos negros. Hoje sabemos que os buracos negros correspondem a fenômenos que ocorrem quando as estrelas estão morrendo. Se uma estrela possui massa aproximadamente quatro vezes a do Sol ou maior, sua atração gravitacional será tão intensa que irá superar a repulsão existente na matéria comum.

Desta forma, a estrela entra em colapso e torna-se uma estrela tão densa  e compacta que nem mesmo a luz sairia de seu interior. Além disso, ela é capaz de atrair corpos próximos e triturar toda a matéria. Um buraco negro de um centímetro seria suficiente para destruir a Terra. Se pudéssemos  compactar a Terra a um centímetro de diâmetro ele se transformaria em um buraco negro. Se o Sol tivesse cerca de seis quilômetros com toda sua massa ele seria um buraco negro.

Para a Teoria da Relatividade de Einstein, os buracos negros correspondem a posições onde o espaço-tempo de quatro dimensões curva-se para o infinito, transformando este local em um mistério para a ciência moderna.

Buraco   Negro

Desde o início, no começo do mundo, na grande explosão cósmica, existia gases, hidrogênio e poeira cósmica espalhadas por todo o universo, e todas as partículas foram se juntando, e girando formando um tipo de nuvem até formarem uma esfera, devido à rotação contínua. Tal esfera, cada vez mais, atraiu quantidades maiores de substâncias materiais, com a crescente densidade de matérias ocorreu o surgimento de atritos entre partículas, e assim, gerando calor, tanto que produziu uma estrela abrasada, que apesar de ser uma estrela jovem, continuava atraindo partículas que se juntavam com outras, provocando mais atritos entre elas, gerando cada vez mais calor, até o ponto de brilhar como um sol, onde núcleos atômicos mais leves se fundiram para formar outros mais pesados, e no calor decorrido no local, o hidrogênio se transformou em hélio, que se transformou em carbono, oxigênio e nitrogênio, formando então, elementos cada vez mais pesados, até chegar ao ferro. Durante o processo de fundição, havia a produção de energia, a qual, tinha que ser ininterruptamente liberada. Quando os elementos mais leves tiverem sido consumidos, terminará a fusão nuclear, já que não existirá mais nada a se fundir. A esfera (astro) incha e explode, tornando-se uma nova estrela, enorme, o que é chamado de uma SUPERNOVA. Durante a explosão a luz irradiada, aumenta cerca de cem milhões de vezes. A massa estrelar é lançada ao cósmico, até que, na última fase de sua extinção, a maior parte da massa volta a cair dentro da própria esfera (estrela), comprimindo-se e diminuindo seu espaço interno. Devido a seu tamanho reduzido, essa esfera ou estrela, é incluída no grupo chamado como ANÃS BRANCAS, que apesar de anãs, continuam muito ativas e fortes. Em virtude do peso enorme adquirido nas fases descritas, aumenta a velocidade de rotação em torno do próprio eixo;  mesmo que sua massa original tenha sido guardada, nas turbulências, seu diâmetro foi reduzido a poucos quilômetros. A anã branca torna-se “pulsar”, pois emite breves sinais (pulsações) oriundas da anã, decorrentes do número de giros realizados. Mas o que acontece, é que, girando ela perde energia, e ocorre continuamente uma redução dos giros em torno de próprio eixo e o movimento giratório começa a parar, até que, num total colapso, a esfera ou estrela chega a seu fim. A pressão interna não é mais capaz de agüentar à força gravitacional do espaço, sendo que, ela desmorona sobre ela mesma, não deixando nada que comprove sua existência anterior, restando apenas o que é conhecido e denominada como:  “buraco negro”.

Teoria da Relatividade

A teoria da relatividade de Einstein surge como um novo estudo do espaço e do tempo, substituindo as noções ditas clássicas.     Desenvolvida fundamentalmente, foi a base para que os físicos demonstrassem, posteriormente, a unidade essencial da matéria e da energia, do espaço e do tempo, e a equivalência entre as forças de gravitação e os efeitos da aceleração de um sistema. Em 1905, Einstein publicou seu artigo sobre a teoria da relatividade especial, segundo o qual nenhum objeto do Universo se distingue por proporcionar um marco de referência absoluto em repouso. É igualmente correto afirmar que o trem se desloca em relação à estação e que a estação se desloca em relação ao trem. A hipótese fundamental em que se baseava era a inexistência do repouso absoluto no Universo, razão pela qual toda partícula ou objeto deve ser descrito mediante uma chamada linha de Universo, que traça sua posição em um contínuo espaço-tempo de quatro dimensões (três espaciais e uma temporal), na qual têm lugar todos os fatos do Universo. Também deduz que o comprimento, a massa e o tempo de um objeto variam com sua velocidade. Assim, a energia cinética do elétron acelerado converte-se em massa, de acordo com a fórmula E=m_c².                                                                                Em 1915, desenvolveu sua teoria da relatividade geral, na qual considerava objetos que se movem de forma acelerada um em relação ao outro, para explicar contradições aparentes entre as leis da relatividade e a lei da gravitação. A teoria da relatividade especial afirma que uma pessoa, dentro de um veículo fechado, não pode determinar, por meio de nenhum experimento imaginável, se está em repouso ou em movimento uniforme. A da relatividade geral afirma que, se esse veículo é acelerado ou freado, ou se faz uma curva, o seu ocupante não pode assegurar se as forças produzidas se devem à gravidade ou a outras forças de aceleração. Simplesmente, a lei da gravidade de Einstein afirma que a linha de Universo de todo objeto é uma geodésica em um contínuo (uma geodésica é a distância mais curta entre dois pontos, ainda que o espaço curvo não seja, normalmente, uma linha reta; como ocorre com as geodésicas na superfície terrestre, são círculos máximos, mas não linhas retas). A linha de Universo é curva devido à curvatura do contínuo espaço-tempo na proximidade da Terra e a isso se deve a gravidade.

Relatividade do Cotidiano 

Na construção de frases, respeitando as regras gramaticais, surgem por vezes conceitos que não têm qualquer sentido como por exemplo : "esta água é triangular". Existem no entanto outras situações que nos parecem à primeira vista evidentes e com sentido, mas se analisadas com mais rigor deparamos com alguma insensatez. São exemplo desses casos as expressões : "esquerda e direita", "dia e noite", "em cima e em baixo", "maior e menor", etc.

ESQUERDA E DIREITA

Olhando para a imagem de uma árvore, no caminho, surge de imediato uma pergunta.
De que lado está à árvore?
Do lado direito ou do lado esquerdo do caminho?
A resposta a estas questões depende do sentido que utilizarmos ao longo do caminho, isto é, de A para B (árvore à direita do caminho) ou de B para A (árvore à esquerda do caminho).
Deste modo, os conceitos de esquerda e direita são relativos e só têm significado depois de se ter definido o sentido do nosso movimento.
Falar da margem direita de um rio tem significado, porque a corrente define o seu sentido.

DIA E NOITE

Neste instante é dia ou noite?
A resposta a esta pergunta depende do local geográfico a que nos referimos, ou seja, o conceito de dia e noite depende do local em que nos encontramos.
À medida que a Terra roda, a sua posição relativamente ao Sol muda. Existem, portanto, lugares que estão ser iluminados pelo Sol e outros que estão na sombra, isto é, é dia para alguns habitantes e noite para outros. Por exemplo, enquanto em Portugal começa a amanhecer na Nova Zelândia começa a anoitecer. (Portugal está no hemisfério Norte e a Nova Zelândia está no hemisfério Sul, mas é o país que se encontra oposto ao nosso, embora noutro hemisfério).

EM CIMA E EM BAIXO

Está em cima ou está em baixo?
A resposta a esta pergunta depende do ponto ou objeto que se tome por referência. Os pilotos de rally estão em cima do carro mas o carro está em cima da Terra. Pode-se também dizer que o carro está por baixo dos pilotos. Trata-se obviamente de um conceito relativo, ou seja, é necessário definir a nossa referência ou a Terra (quando o carro está em cima) ou os pilotos (quando o carro está em baixo).
Do mesmo modo podemos dizer que habitantes da Nova Zelândia, em relação aos habitantes de Portugal, andam de cabeça para baixo e, por sua vez eles dirão o mesmo de nós. A direção vertical depende, no caso anterior do ponto da superfície terrestre que se considere.

MAIOR OU MENOR

Quem é maior, o apicultor ou a casa?
A resposta a esta pergunta está ligada ao ponto de observação, ou seja, se o nosso ponto de observação for junto ao apicultor então este irá nos parecer muito maior que a casa, se o ponto de observação for junto à casa então a casa será maior e o apicultor menor.
Se o ponto de observação for deslocado uma pequena distância, também as dimensões dos objetos observados a partir desse ponto se alterarão um pouco.  

Postulados Da Teoria Da Relatividade

 Primeiro Postulado: Todos os processos da natureza decorrem igualmente em todos os sistemas inerciais de referência.

O primeiro postulado afirma que as leis físicas são independentes (invariantes) em relação à escolha do sistema referencial : as equações que exprimem essas leis possuem a mesma forma em todos os sistemas de referência inerciais. Por conseguinte, baseando-se nas experiências físicas, sejam quais forem, realizadas num sistema isolado, é impossível dizer se o sistema está em repouso ou se move com movimento retilíneo uniforme (relativamente a um sistema de referência inercial qualquer). Em física todos os sistemas de referência inerciais são equivalentes.

Segundo Postulado: A velocidade da luz no vácuo é igual para todos os sistemas de referência inerciais. Não depende nem da velocidade do emissor, nem da velocidade do receptor da luz.

Quer isto dizer que, a velocidade da luz no vácuo é a velocidade máxima possível de transmissão de interação na natureza. O valor da velocidade da luz no vácuo "c" é de 300.000.000 m/s.

Gravitação Universal

A lei da gravitação universal, proposta por Newton, foi um dos maiores trabalhos desenvolvidos sobre a interação entre massas, pois é capaz de explicar desde o mais simples fenômeno, como a queda de um corpo próximo à superfície da Terra, até, o mais complexo, como as forças trocadas entre corpos celestes, traduzindo com fidelidade suas órbitas e os diferentes movimentos.                                                                                     Segundo a lenda, Newton, ao observar a queda de uma maçã, concebeu a idéia que ela seria causada pela atração exercida pela Terra. A natureza desta força atrativa é a mesma que deve existir entre a Terra e a Lua ou entre o Sol e os planetas; portanto, a atração entre as massas é, com certeza, um fenômeno universal.

Lei Da Gravitação Universal

Sejam duas massas m₁ e m₂, em que “d” é a distância entre seus centros.

Segundo Newton, a força “F” de atração entre as massas tem sua intensidade dada por:

Onde “G” é denominado constante da gravitação universal, sendo seu valor expresso, no Sistema Internacional, por:

Podemos, ainda, enunciar a lei da gravitação universal do seguinte modo: dois corpos se atraem gravitacionalmente com força cuja intensidade é diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre seus centros de massa.

OBSERVAÇÕES:

1ª) A força gravitacional é sempre de atração.
2ª) A força gravitacional não depende do meio onde os corpos se encontram imersos.
3ª) A constante da gravitação universal “G” teve seu valor comprovado experimentalmente por Henry Cavendish por meio de um instrumento denominado balança de torção.

Cavendish equilibrou duas esferas de massa m₁ e m₂ fixadas nas extremidades de uma barra horizontal a qual foi suspensa por um fio. Ao aproximar das esferas dois outros corpos de massa M₁ e M₂, também conhecidas, a barra horizontal girou devido à interação entre as massas, torcendo o fio de sustentação. Com os dados obtidos, Cavendish confirmou o valor da constante da gravitação universal.

Campo Gravitacional

A Terra, assim como todos os corpos celestes, exerce uma força de atração gravitacional sobre os corpos localizados em sua proximidade. Desprezando os efeitos rotacionais do nosso planeta, podemos assimilar o campo gravitacional do seguinte modo:

A intensidade do campo gravitacional pode ser medida pela aceleração gravitacional adquirida por um corpo de prova no interior do campo. Sua medida é feita utilizando-se da Lei de Newton, em que a força gravitacional exercida pelo planeta é o próprio peso do corpo na posição em que se encontra dentro do campo gravitacional.
Seja um corpo de massa “m”, dentro do campo gravitacional da Terra, cuja massa chamaremos “M₁” e seu raio, “R”.

Como o peso do corpo de massa “m” é a força gravitacional com que ele é atraído pela Terra, podemos escrever a fórmula:

A expressão obtida permite a determinação da intensidade do campo gravitacional adquirida pelo corpo numa certa posição, afastado da superfície da Terra.
Em se tratando da determinação do campo gravitacional da superfície da Terra, basta fazemos h=0. A expressão obtida fica:

Campo Gravitacional Em Função Da Altura

Na superfície da Terra, o campo gravitacional é:

A certa altura, como vimos, o campo será:

Sendo assim, ao dividirmos as duas equações acima, temos:

Conclusão

A Gravitação Universal de Newton foi capaz de explicar a queda dos corpos próxima à superfície da Terra, bem como os movimentos planetários. Novos planetas foram descobertos usando-se elementos da teria de Newton. O “buraco negro” forma um espaço dentro do espaço (como por exemplo, uma bolha d’água). Qualquer coisa que entra no espaço existente no buraco negro, jamais retornará, ficará para sempre naquele espaço.

Bibliografia

Ø    Buraco Negro 

http://www.umaoutrarealidade.hpg.ig.com.br/novapage4.htm

http://www.danielsants.hpg.ig.com.br/BuracoNegro.htm

http://www.rjvalmor.hpg.ig.com.br/site/astronomia02.htm

http://www.observatorio.ufmg.br/pas19.htm

  http://www1.folha.uol.com.br/folha/ciencia/images/m20030918-buraco_negro.jpg

Ø    Teoria da Relatividade

http://www.lucalm.hpg.ig.com.br/mat_esp/relatividade/relatividade.htm

http://www.coladaweb.com/fisica/teoria_da_relatividade.htm

Ø    Gravitação Universal

http://www.coladaweb.com/fisica/gravitacao.htm

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