Dia Nacional da Cultura Científica /Aniversário Rómulo de Carvalho

 

Rómulo de Carvalho

Hoje Rómulo de Carvalho faria 111 anos! Parabéns António Gedeão!

Em 1996, o dia 24 de novembro – dia de nascimento de Rómulo de Carvalho – foi adotado pelo antigo, pelo antigo Ministro da Ciência e Tecnologia, José Mariano Gago, como dia Nacional da Cultura Científica, precisamente em homenagem a  Rómulo de Carvalho/António Gedeão, professor, divulgador de ciência e poeta.

Acredito que a Rómulo de Carvalho seja mais conhecido como António Gedeão e pelos seus poemas (provavelmente, Pedra Filosofal será o poema mais conhecido do poeta).

No entanto, não posso deixar de assinalar o seu papel enquanto professor e divulgador de ciência, faceta com que contactei numa visita de estudo que fiz a Braga – por volta de 1996/1997 – enquanto estudante do Ensino Secundário. Aí, visitei uma exposição de ciência que permitia que os visitantes pusessem as “mãos na massa” e fizessem experiências (os centros Ciência Viva ainda estavam a começar e aquele era um local onde nós poderíamos pôr em prática alguns conceitos aprendidos nas aulas de Físico-Quimica). Numa das bancadas de experiências, estavam os vídeos do Professor Rómulo de Carvalho e posso dizer-vos que os vídeos eram (são) excelentes: não só era utilizada uma linguagem que captava a atenção, mas que também nos permitia colocarmo-nos diversas questões e desenvolver o nosso espírito científico.

Desde essa altura, procurei saber mais sobre a vida de Rómulo de Carvalho que – tal como outros – nos mostrou que não basta saber de ciência. Se queremos contribuir para que o “mundo pul[e] e avanc[e]”, é fundamental comunicar e divulgar a ciência.

 

 

Deixo-vos agora com a “Lição sobre a água” :também uma bela lição:

Este líquido é água.
Quando pura
é inodora, insípida e incolor.
Reduzida a vapor,
sob tensão e a alta temperatura,
move os êmbolos das máquinas que, por isso,
se denominam máquinas de vapor.

É um bom dissolvente.
Embora com excepções mas de um modo geral,
dissolve tudo bem, bases e sais.
Congela a zero graus centesimais
e ferve a 100, quando à pressão normal.

Foi neste líquido que numa noite cálida de Verão,
sob um luar gomoso e branco de camélia,
apareceu a boiar o cadáver de Ofélia
com um nenúfar na mão.

 

 

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Frederick Sanger: duas vezes Nobel e pai da biomedicina

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Faz hoje 4 anos que morreu Frederick Sanger, último exemplar de uma rara espécie: pessoas que receberam vários prémios Nobel. Recebeu o prémio de Química em 1958 e em 1980 por duas grandes descobertas que impulsionaram a biomedicina.

Desde sempre foi um entusiasta da bioquímica e determinou a sequência de aminoácidos da insulina, a hormona determinante na regulação do metabolismo da glucose. Tal feito deu-lhe o Nobel da Química de 1958. A sua descrição detalhada da cadeia química da insulina permitiu que, mais tarde, em 1963, essa fosse a primeira proteína sintetizada quimicamente em laboratório, algo que os diabéticos muito agradecem.

Depois, em 1980, Sanger voltou a ganhar o Nobel na mesma categoria por desenvolver um método para ler o ADN, dando o primeiro passo para o estudo do genoma humano. De facto, foi Sanger quem determinou a sequência dos aminoácidos base da cadeia do ADN (adenina, citosina, guanina e uracilo).

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Newton’s Cradle e Leis de Newton

O “Newton’s Cradle” é frequentemente visto como um brinquedo de mesa por quase todo o Mundo.

Este é um dispositivo composto por uma linha e 5 bolas metálicas suspensas numa moldura por meio de fios finos, de forma a que se possam tocar umas às outras.

De uma forma simples, uma bola (chamemos-lhe bola 1) é afastada dos outros e posteriormente solta, esta irá atingir a próxima bola que permanece imóvel e assim continua até à bola na outra extremidade também ser lançada ao ar (chamemos-lhe bola 5), volta a descer, batendo nas outras bolas e a reacção em cadeia começa novamente. Isto é aquilo que vemos quando observamos um “Newton’s Cradle”, mas será mesmo apenas isto que acontece?

Comecemos pela história… Este dispositivo foi teorizado por Isaac Newton, René Descartes, contudo, foi apenas em 1967 que Simon Prebbler o criou, homenageando Sir Isaac Newton, seu compatriota.

E será a sua constituição assim tão simples? As bolas que são incluídas no dispositivo têm que ter características bastante especiais: o material tem que ser o mais elástico possível, ou seja, ter a capacidade de se deformar e de voltar à sua forma original o mais rapidamente possível, perdendo o mínimo de energia; assim como terem uma densidade uniforme para garantir que a energia é transferida com a menor interferência possível.

O dispositivo demostra muito mais sobre física e mecânica se o estudarmos a fundo; demontra, sobretudo, os vários princípios que foram elaborados por Newton. Ou seja, esta trata-se de uma demonstração elegante de algumas das leis mais fundamentais da área da física e da mecânica.

Portanto, a partir de este dispositivo podemos demonstrar as seguintes leis de Newton:

– Primeira Lei de Newton: Esta é a famosa Lei da Inércia que indica que um objeto que está em repouso continuará em repouso se não houver a ação de uma força externa – assim também fará sentido que um sistema que esteja em movimento continuará em movimento ate à intervenção de uma força externa. Por exemplo, o “Newton’s Cradle” continuaria em repouso se nos não decidíssemos que deveríamos atirar uma das bolas ao ar; e obviamente nos cansarmos de o observar, podemos sempre pará-lo. Em ambos os casos, nós temos a força externa.

– Segunda Lei de Newton: Quando dois objectos colidem, o momentum (a forma de cálculo corresponde a massa multiplicado pela velocidade) total dos objectos é igual antes da colisão e depois da colisão. É importante termos em atenção que esta é uma grandeza vectorial – o que significa que não nos bastante indicar que existe um impulso, mas que também devemos indicar a direcção em que isso impulso ocorre (por exemplo, podemos indicar que a bola se desloca para oeste se considerar o sistema oeste/este). Assim sendo, se a direção do movimento for alterada, o momentum é alterado, mas tal é possível com a aplicação de uma força externa.

Quando a bola 1 colide com o bola 2, a bola 2 pára, contudo, o seu impulso não é perdido, mas sim transferido até chegar à bola 5 – a prova de tal é que a ultima bola é lançada no ar com o mesmo impulso com que lançamos a primeira (para dar início a todo o ciclo).

Tal prova justamente a Conservação de Energia de Newton, ou seja, a energia não pode ser criada nem destruída, mas sim que a sua forma pode ser alterada.

Ou seja, na bola 1, a energia potencial é convertida em energia cinética que é posteriormente transferida para a linha de bolas e finalmente resulta no balanço da bola 5.

– Terceira Lei de Newton: Corresponde ao Princípio da Acção-Reacção que indica que para cada força que é aplicada existe sempre uma oposta. Este é o princípio mais simples de explicar no sistema, basta observarmos o seu movimento.

Podemos viajar ainda até ao mundo da termodinâmica e verificar a Lei da Conservação da Energia ou Princípio do Joule que nos indica que a capacidade de trabalho não pode ser criada nem destruída.

Quando a bola 1 é lançada para cima, a Energia potencial (Ep) é maior, pois existe a ação da força da gravidade que pode fazê-la cair. Após a sua libertação, a Ep é convertida em Energia cinética (Ec). Dado que a energia não pode ser destruída, o máximo da energia potencial tem o mesmo valor que o máximo da energia cinética.

Quando a bola 1 atinge a bola 2, esta pára imediatamente, o que indica que a Ep e a Ec voltam a zero, mas então onde está a energia? A verdade é que esta continua lá e é transferida – de que forma? A energia da bola 1 é transferida para a bola 2 como Ep à medida que a bola se comprime com a força do impacto e quando volta à sua forma original, converte a Ep em Ec novamente e transfere-a para a bola 3 e tal ocorre até chegarmos à bola 5 que como tem a mesma energia cinética irá levantar à mesma velocidade que a bola 1.

Tendo em consideração a Lei da Conservação da Energia, então se começarmos o movimento num “Newton’s Cradle”, este será eterno, mas isso não acontece na realidade. Tal não indica que o Princíio é inválido, mas sim que este apenas é válido considerando determinadas condições – neste caso, a existência de um sistema fechado, ou seja, um sistema completamente isolado em que não se estabelece qualquer tipo de troca de energia e/ou matéria com o meio que o envolve.

Neste caso, quando a bola 5 se afasta é afectada pela gravidade, o que altera a velocidade da bola.

Temos ainda de ter em conta a fricção que também rouba energia ao sistema e que o leva a parar. O atrito provém de essencialmente duas fontes: uma pequena quantidade vem do ar; mas a maior parte provém das próprias bolas levando a uma diminuição da Ec. Apesar de tal, a quantidade de energia ainda continua a ser a mesma, ela é apenas convertida em outra forma, neste caso, o calor. As bolas também vibram o que dissipa energia no ar e cria o som de clique.

Esta é uma forma prática e divertida de estudar as Leis de Newton para os testes/exames. Divirtam-se!

Por agora, divirtam-se com os vários truques que podem ser realizados num Cradle.

Ainda somos responsáveis pelo futuro?

“Máquinas e biomáquinas: perspectivas filosóficas e cruzamentos científicos de um futuro incógnito e promissor” foi o tema abordado por João Relvas, neurocientista no Instituto de Investigação e Inovação em Saúde (i3S) e docente, num evento promovido pelo grupo Ciência, Religião e Conhecimento, liderado por João Paiva, químico e docente na Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, onde o evento teve lugar, no passado dia 20 de Outubro.

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João Bettencourt Relvas, neurocientista. 

Se hoje as vinte mil léguas submarinas de Júlio Verne já não nos espantam perante as tecnologias que temos, o futuro reserva ainda muitos desafios, na opinião de João Relvas, nomeadamente: quanto às possibilidades relacionadas com a descoberta do cérebro eléctrico e dos novos implantes neurais e com as possibilidades de melhoramento cognitivo do cérebro.  Tecnologias recentes como a estimulação cerebral profunda que, apesar de ser uma cirurgia invasiva, permite estimular zonas específicas do cérebro através de eléctrodos ajudando, por exemplo, doentes com parkinson avançado, ou as interfaces cérebro-máquina (que possibilitam a comunicação entre o cérebro e uma máquina externa a ele) elevam ao mais alto nível a tendência humana em moldar a natureza de acordo com os desejos humanos.

“Num tempo em que necessitamos de utopias, será que estamos a criar uma distopia?”, questiona o cientista. E a questão desdobra-se em vários aspectos cuja reflexão se faz premente, tais como a histórica relação entre o «eu», o livre-arbítrio e a responsabilidade, a ideia de que a vida será uma dádiva, os perigos da eugenia, a justiça e equidade, a dignidade humana.

A intervenção do neurocientista foi comentada por Maria Manuel Jorge, especialista em Filosofia da Ciência, e ex-docente na Faculdade de Letras da Universidade do Porto, para quem a “aposta [em todas estas tecnologias e ‘tecnociência] correu bem, mas tem um preço. Como é que isto afecta como nos vemos e como vemos à vida?”, alertou. Com a tecnociência, e com a suposição de que a ciência pode fazer melhor do que a própria vida, “a sacralização da vida desaparece”.

Já numa perspectiva epistemológica, e olhando, por exemplo, para a Biologia, as quantidades massivas de dados com que se trabalha actualmente estão a mudar como a Ciência se faz. “Passam as ser as máquinas que constituem os dados e identificam os padrões”, sublinhou a oradora. E questiona ainda: “será uma arrogância nossa? Como é que os nossos poderes podem ter ultrapassado os nossos saberes?”. Maria Manuel Jorge finalizou o seu comentário chamando a atenção para uma situação que considerou “dramática” e que “obriga a investigação a mudar”. “Vivemos num panorama em que a ciência reflexiva foi substituída pela tecnociência e em que algum catastrofismo é substituído pelo optimismo tecnológico exarcerbado. Ao mesmo tempo, estamos a forçar quem abandonou as preocupações com a ética a ter de encaixar essa preocupação nos textos dos seus projectos de investigação sem saber como o fazer. Então, como trazer a reflexão aos indivíduos [na ciência] que estão na crista da onda?”, questionou.

Na troca de ideias que se seguiu, João Relvas realçou a importância da capacidade de escolha e de não sermos escolhidos perante as situações em que somos colocados, sabendo que “a realidade já ultrapassou a ficção”. Por outro lado, alerta o investigador, “há problemas que são, na sua incepção, interdisciplinares, pelo que aplicar sempre uma lógica cartesiana pode ser insuficiente”. Já quanto a este aspecto, Maria Manuel Jorge alerta para o facto de que o resultado, na prática, de se tentar esbater as fronteiras entre as disciplinas está a resultar numa grande improdutividade. Estamos ainda muito mal preparados”, conclu

Nobel da Química 2017

Ontem foi atribuído o prémio Nobel da Física a Rainer Weiss,  Barry C. Barish e a  Kip S. Thorne, pela sua contribuição decisiva na deteção e observação das ondas gravitacionais. Podem saber um pouco mais sobre as ondas gravitacionais aqui. Só uma curiosidade: Kip S. Thorne foi um dos principais consultares científicos do filme Interstellar! Aconselho a leitura deste texto “A Ficção Científica a ajudar a Ciência“.

Hoje foi atribuído o prémio Nobel da Química a Jacques Dubochet, investigador na Universidade de Lausanne (Suíça), Joachim Frank, investigador da Universidade Columbia (Nova Iorque) e Richard Henderson, investigador do Laboratório de Biologia Molecular do Conselho de Investigação Médica (Cambridge, Reino Unido). Estes 3 investigadores deram um relevante contributo para o desenvolvimento  da microscopia crioeletrónica, uma técnica que permite ver estruturas de biomoléculas em solução.

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Diferenças na observação de uma proteína antes e depois de 2013.

Com esta técnica poderá se conseguir conhecer a estrutura celular,  de maneira a aplicar à saúde. Conhecer a estrutura das proteínas envolvidas nas doenças humanas ou produzidas pelos agentes patogénicos (causadores de doenças) pode permitir criar fármacos que sejam mais eficazes no ataque a essas proteínas.

A título de curiosidade, o Prémio Nobel da Química em 2014, também foi para uma técnica de microscopia.

 

Nobel da Medicina e Fisiologia 2017

Três investigadores americanos foram hoje distinguidos com o Nobel de Medicina pelo seu estudo sobre os mecanismos moleculares que determinam os nossos ritmos biológicos.

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Vale a pena ler esta entrevista de Diogo Pimentel é um investigador português na Universidade de Oxford, ao Público. On line aqui.

Uma Perspectiva Diferente de uma Aurora Boreal

As auroras boreais são fenómenos de luzes fantásticos que ocorrem no Hemisfério Norte e que nos levam a viajar milhares de quilómetros para termos uma experiência única e podermos observá-las.

Contudo, a aurora boreal, tal como tudo no Mundo, tal também pode ser explicado cientificamente.

A temperatura na superfície do Sol é de milhões de graus Celsius. A tal temperatura, as colisões entre moléculas de gás são frequentes e muitas vezes explosivas. Assim, os eletrões e os protões são lançados na atmosfera e escapam através de brechas no campo magnético. As partículas são largamente desviadas pelo campo magnético da Terra, mas este é mais fraco junto aos pólos, fazendo com que algumas partículas entre na atmosfera terrestre. Estas colidem com partículas de gás e emitem luzes com diferentes cores. Tal pode ser visto nesta imagem:

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Imagem proveniente do site EarthSky em EarthSky

As variações de cor que podem ser observadas dependem dos diferentes tipos de partículas de gás que colidem:

– As luzes verde amarelo-pálido são produzidas por moléculas de oxigénio localizadas a cerca de 10 km da Terra;

– As luzes vermelhas são produzidas por moléculas de oxigénio de alta altitude a cerca de 320 km da Terra;

– O azoto produz luzes púrpuras.

Certo é que a maior parte de nós já observou uma aurora boreal ou vivo ou viu vídeos e/ou imagens de tal. Mas e se as pudéssemos ver da estação espacial e viajar dentro delas?

Evolução de espécies

Ao longo de muitos milhões de anos, pequenas diferenças hereditárias entre populações de organismos conduziram ao aparecimento de espécies novas. Cada organismo possui uma pequena diferença e, ocasionalmente, uma delas permite aos organismos que a transportam, produzir mais descendência do que aqueles que a não têm. A diferença torna-se mais difundida na população e pode chegar-se a um ponto em que os organismos com a diferença não podem cruzar-se com os organismos que a não têm. A subida do nível dos mares, o crescimento de uma linha de montanhas, ou qualquer outra barreira física insuperável pode dividir espécies em populações. Nos dois casos, dois grupos são reprodutivamente isolados e tornam-se espécies separadas. Porque estas espécies continuam a evoluir, as diferenças exteriores entre elas podem aumentar, diminuir ou manter-se as mesmas. Se as diferenças entre espécies relacionadas aumentam, e por isso as espécies passam a ser dissemelhantes, as suas evoluções são ditas divergentes. Se são espécies descendentes de um antepassado comum e continuam a parecer-se umas com as outras, são exemplo de evolução paralela.

Pode também suceder que espécies não relacionadas comecem a parecer-se uma com a outra, por vezes tão próximas, que se torna difícil considerá-las separadas. Isso é evolução convergente e ocorre quando há organismos que adoptam comportamentos de vida semelhantes em ambientes semelhantes. Evolução convergente significa que algumas plantas e animais em tipos particulares de ambiente, por exemplo em florestas chuvosas, desertos e regiões polares, se assemelham muito a outros em outras partes do mundo, mesmo quando as espécies não estão estreitamente relacionadas.

Ao conceito de evolução temos de acrescentar o conceito de adaptação. Quando as pessoas emigram para um país estrangeiro podem precisar de adaptar-se a condições novas e por vezes desafiadoras. Podem precisar de aprender uma língua nova, adaptar-se a convenções sociais, comer alimentos não familiares e proceder a muitas outras mudanças significativas para o tipo de vida a que estavam habituados.

evolução das espécies
imagem retirada de Daniel Marin

Adaptação tem também um significado científico semelhante, mas muito mais preciso. Um organismo que possua as características físicas que lhe dão uma vantagem sobre outros membros da sua espécie, no ambiente particular em que habitam, será mais bem-sucedido do que outros. Produzirá melhor descendência, e se os descendentes herdarem essa característica, também eles vão beneficiar das vantagens que ela lhes confere. Estes descendentes estarão mais bem-adaptados ao ambiente do que os indivíduos a quem a característica falta, e a característica fixar-se-á na população. Após algumas gerações os membros dessa população vão possuí-la. Pequenas diferenças que apareçam entre indivíduos resultam de mutações genéticas. A acumulação gradual destas mutações conduz ao aparecimento de novas substâncias.

Contudo, as espécies não duram para sempre. Por exemplo, espécies de mamíferos duraram um milhão de anos e espécies de invertebrados duraram onze milhões de anos. A formação de espécies, ou especiação, e a extinção ocorreram em todos os tempos, mas tem havido episódios em que um acontecimento tem causado o desaparecimento de um número grande de espécies num período curto. Há evidências de várias extinções em massa e muitos cientistas suspeitam de que estamos a entrar numa agora, neste caso resultante principalmente da ação humana. A seguir a uma extinção em massa, ficam disponíveis recursos abundantes para os sobreviventes. Vamos ver para onde nos leva esta extinção…

William Morris Davis e o ciclo geomórfico

No seu tempo, o desenvolvimento do relevo terrestre explicava-se através do relato de uma grande inundação bíblica. Em contraste, Davis desenvolveu uma teoria que explica a criação e destruição da paisagem, a que chamou ciclo geomórfico.

William_Morris_DavisFoi William Morris Davis (1850-1934) célebre geógrafo norte-americano, que propôs uma teoria geral que relaciona os agentes e os processos com os resultados que se observam na natureza. Esta teoria desenvolvia a ideia de que as montanhas e restantes acidentes geográficos são modelados pela influência de uma série de factores que se manifestam num ciclo que tem uma fase inicial, uma intermédia e uma final. O ciclo geomórfico de Davis, como é conhecido, inicia-se com o levantamento do relevo como consequência de processos geológicos. Os rios e a escorrência superficial começam a criar os vales em forma de V entre as montanhas – a etapa designa por juventude).  Durante esta primeira etapa, o relevo é mais escarpado e irregular. Depois, as correntes podem talhar vales fluviais – maturidade – e depois começar a serpentear , sobressaindo apenas suaves colinas – velhice. Finalmente, tudo chega a uma superfície quase plana, com a elevação mais baixa possível, chamados nível de base. Esta superfície foi batizada por Davis “peniplanície”, que significa “quase um plano”. Então, ocorre o “rejuvenescimento” se houver outro levantamento de montanhas e o ciclo é reativado e continua.

Não obstante, o mundo real nunca se ajusta a modelos deterministas, típicos do pensamento do início do século XX, e não é tão ordenado como os ciclos de Davis, assim como as suposições de Darwin não correspondem, de forma exata à dinâmica da evolução. Embora a teoria de Davis não explique todos os fenómenos geomórficos (de modelação terrestre) e os seus resultados na modificação da paisagem, provocou uma grande agitação no pensamento do seu tempo e ajudou a modernizar as ideias predominantes ao criar o subcampo da geografia atualmente conhecido como geomorfologia (que, por sua vez, hoje também é um subcampo da geologia).

A teoria de Davis tem aplicação em termos gerais e foi retificada, aperfeiçoada e validada através dos contributos de reconhecidos cientistas ao longo dos últimos anos. Willliam Morris Davis foi, sem dúvida, um dos maiores geógrafos académicos do século e, por isso, é conhecido como o “pai da geografia americana”.

O Scientificus é um projecto de promoção da cultura científica, procurando aproximar a Ciência dos Cidadãos. Este projecto pretende ser um espaço independente, inovador, empreendedor e dinâmico de divulgação da Ciência.