Um Grupo de Estudantes Universitários lutando por um novo cenário do semiárido brasileiro

Junte-se ao nosso núcleo de pesquisa "INPS" e colabore com a sua ideia neste avanço tecnológico e científico.

O Programa COFPISNE Sustentável foi criado para o controle e redução aos impactos ambientais.

Sua meta é fazer a revitalização da Caatinga e do Rio São Francisco nos perímetros do Projeto.

Um Grupo de Estudantes Universitários lutando por um novo cenário do semiárido brasileiro

Junte-se ao nosso núcleo de pesquisa "INPS" e colabore com a sua ideia neste avanço tecnológico e científico.

O SINPISBA irá gerar mais de 80 Mil empregos diretos e indiretos na Região de Irecê.

Sua meta é beneficiar inicialmente mais de 10 Mil pequenos agricultores familiares nos perímetros do Projeto.

Em busca das grandes conquistas hoje e sempre à benefício dos nossos filhos e netos.

Responsabilidade Social e Ambiental para o bem de todos.

Estamos em processo de planejamento para implantação do nosso Projeto no Semiárido do Nordeste.

Contamos com o seu apoio. Faça parte do nosso grupo de pesquisa. Dê sua opinião.

Envie-nos sua opinião sobre o nosso projeto para a melhoria da Região. Sua participação é importante!

Sua opinião ou ideia pode ser enviada no formato de Texto, Vídeo, ou apenas Áudio. Ela será publicada no espaço de Opiniões aqui no nosso Portal.

Cadastre-se gratuitamente.

Com seu cadastro, iremos expandir o número de pessoas que apoiam a implantação desse projeto em nossa Região.

domingo, 30 de setembro de 2012

Neuroquímica - A Química do Cérebro

NEUROQUÍMICA
Uma das áreas de pesquisa da química é a neuroquímica: a ciência que estuda a relação entre a estrutura química de certas moléculas e suas atividades no Sistema Nervoso Central (SNC). Com isso, o Portal Química em Foco se preocupou em publicar o funcionamento e esclarecer dúvidas como : 
O que são os neurotransmissores? como são transmitidos os impulsos nervosos?  Como é uma sinapse? Como a informação é armazenada?  Tudo isso, aqui no Portal Química em Foco. 

o neurônio e uma sinapseO sistema nervoso, juntamente com o sistema endócrino, é responsável pela maioria das funções do controle do organismo. O SNC pode ser comparado a um supercomputador, capaz de processar um número enorme de bits de informação, provenientes de diferentes órgãos sensoriais e, então, determinar a resposta a ser executada pelo organismo. O modo de transmissão entre os neurônios, no cérebro, não é elétrico, e sim carreado por neurotransmissores, substâncias químicas neuroativas liberadas no lado pré-sináptico da junção entre dois neurônios, a sinapse. 
De toda a informação enviada pelos órgãos sensoriais, apenas 1% produz uma resposta do organismo: uma das principais funções do SNC é filtrar as informações que chegam - na verdade, 99% são simplesmente descartadas.
sinapse é o ponto de contato entre um neurônio e o seu vizinho - um local próprio para a transmissão de sinais. Na sinapse, um neurônio (o pré-sináptico) libera neurotransmissores, que viajam pelo meio intercelular, até os receptores sinápticos do neurônio seguinte (o pós-sináptico), desencadeando um potencial de ação no segundo neurônio. Os receptores são, na verdade, proteínas situadas na membrana celular do neurônio, que interagem com o neurotransmissor, provocando uma alteração conformacional em algumas regiões da membrana (como canais de sódio ou cloro). Isto produz uma polarização ou despolarização da membrana celular deste neurônio - é o impulso elétrico gerado por uma sinapse química!

No curso de química, estudamos equilíbrio em soluções iônicas, mobilidade de íons, surfactantes em solução e proteínas; se olhássemos de perto o que acontece em uma sinapse, veríamos exemplos práticos de todos estes conceitos assimilados em sala de aula.
fenda sináptica tem, A sinapseem geral, cerca de 250 angstrons. Os terminais pré-sinápticos são regiões do neurônio ricas em duas estruturas internas importantes: as mitocôndrias e as vesículas sinápticas. As vesículas são pequenas "bolsas" que carregam os neurotransmissores. Um estímulo químico ou elétrico pode causar a migração das vesículas para a membrana e consequente liberação dos neurotransmissores na fendas sináptica.
O transmissor tem de ser sintetizado com extrema rapidez, porque a quantidade armazenada pelas vesículas só é suficiente para durar alguns minutos! A produção de neurotransmissores a partir de seus precursores torna-se possível pela presença de enzimas específicas, a custa de um dispêndio de energia, fornecida pelo ATP. Daí a importância das mitocôndrias, responsáveis pela produção do ATP!


chave e fechaduraChave & Fechadura
Uma vez na fenda sináptica, as moléculas do neutotransmissor têm acesso aos sítios receptores, situados em moléculas da membrana pós-sináptica e também da pré-sináptica. Tais sítios têm uma estrutura molecular particular que lhe permite reconhecer a molécula do transmissor, assim como umafechadura reconhece sua chave (o modelo é chamado de lock and key). A combinação do neurotransmissor com os receptores da membrana pós-sináptica produz uma alteração de sua configuração espacial ou deformação do receptor. Essa alteração conformacional faz com que o receptor abra canais iônicos específicos, modificando rapidamente a polaridade elétrica da membrana; alternativamente, ativam enzimas formadoras de mensageiros químicos no citoplasma do neurônio pós-sináptico, que por sua vez provocam alterações mais lentas e persistentes das propriedades elétricas da membrana neuronal ou, ainda, modificam a velocidade de reações químicas no citoplasma desse neurônio, alterando o seu funcionamento.

Drogas psicotrópicas
Algumas drogas com ação no SNC possuem uma estrutura química semelhante a de um neurotransmissor, podendo, então, se ligar ao sítio receptor. Na animação, note como todas as moléculas possuem alguns grupos "chaves" para a associação com o receptor.





Neurotransmissores
São substâncias liberadas quando o terminal do axônio de um neurônio pré-sináptico é excitado. Estas substâncias, então, viajam pela sinapse até a célula alvo, inibindo-a ou excitando-a. Existem cerca de 30 neurotransmissores conhecidos, que se dividem em 4 classes: 

Classe 1: Acetilcolina 

Acetilcolina é um éster, e é o único neurotransmissor desta classe. ACh foi primeiramente isolada em 1914 por Otto Loewi, um fisiologista alemão, que ganhou o Nobel em 1936. Loewi demonstrou que ACh é a substância liberada quando o nervo vago é estimulada, causando a diminuição dos batimentos cardíacos. É um neurotransmissor em muitos vertebrados, e, nos humanos, está associado como os processos de memória e aprendizagem. 

Classe 2: AminasNorepinefrina
Norepinefrina 



Adrenalina (ver artigo no qmcweb)



Dopamina Além de ser um precursor para a síntese da norepinefrina, atua como um neurotransmissor em certas sinapses, regulando canais de potássio e cálcio na membrana pós-sináptica. Distúrbios nestas sinapses estão relacionados com o Mal de Parkinson e a esquizofrenia.
Serotonina
Serotonina
(5-hidroxitriptamina, 5HT) Parece ser um dos mais importantes neurotransmissores: alterações no nível de 5-HT estão relacionadas com variações no padrão de comportamento, como o sono, os impulsos sexuais, humor, entre outros. Além do cérebro, está presente em vários órgãos no corpo humano, e é um potente vasoconstrictor.


Classe 3: Aminoácidos
Vários aminoácidos existem em grandes concentrações no cérebro. Como muitos são precursores e/ou metabólitos de muitas reações no cérebro, fica difícil saber se são ou não neurotrasmissores. Alguns, entretanto, comprovadamente possuem neuroatividade, inibindo ou excitando a membrana pós-sináptica. Entre eles, os exemplos abaixo:
GABA
Gama-aminobutírico (GABA)

gli
Glicina

glu
Glutamato

Classe 4: Peptídeos

Alguns peptídeos (macromoléculas formadas por uma dada sequência de aminoácidos) são, também, neurotransmissores. Entre estes 

a insulina também é um neurotrasmissor

a Insulina, que além de ser um hormônio também é um neurotransmissor. 
E outros peptídeos, como a endorfina e a oxitocina.
A Memória
armazenamento de informação pelo cérebro é chamado de memória, sendo também função da sinapse. Cada vez que um determinado impulso sensorial particular passa através de uma sequência de sinapses, essas sinapses tornam-se mais capazes de transmitir o mesmo impulso da próxima vez, processo este conhecido como facilitação. Após o impulso sensorial ter passado através da sinapse um grande número de vezes, as sinapses tornam-se tão facilitadas que os impulsos gerados dentro do próprio encéfalo também podem causar transmissão de impulsos através da mesma sequência de sinapses, mesmo sem a entrada de estímulo sensorial. Isto dá a pessoa a sensação de experimentar a situação original, embora, na realidade, se trate apenas damemória daquela sensação.
O receptor químico da Felicidade
O que o chocolate, a maconha, ratos com amnésia e porcos felizes tem em comum?
A planta cannabis, mais precisamente o THC, possui um efeito sobre o sistema nervoso central peculiar. O chocolate, embora em menor intensidade, também apresenta efeitos semelhantes no SNC.
anandamida
delta9-THC
Ambos são capazes de aliviar a ansiedade e induzir a uma situação de tranquilidade e relaxamento. Pesquisadores doNeurosciences Institute  de San Diego anandamidapublicaram um artigo na revista Nature (Piomelli et al., Nature, 382, 677-8,1996), mostrando que as substâncias neuroativas presentes no chocolate se ligam, no SNC, aos mesmos receptores que o THC. Estas substâncias são chamadas de anandamidas,delta9 THCque são produzidas naturalmente no SNC, e se ligam ao receptor do prazer. O araquidonil etanolamida, mais tarde chamado de anandamidas, foi primeiramente isolado pelo químico israelense Raphael Mechoulam, em 1992.
Um artigo publicado na revistaScience, por Derkinderen e colaboradores, (Science, v. 273, 5282, Sept 20 1996), apresentou evidências bioquímicas, em testes com ratos, de que as anandamidas estão associadas a "quebra" de certas sinapses, isto é, tem efeito negativo sobre o aprendizado e a memória. Um trabalho do departamento de agricultura dos EUA (USDA) indicou o uso de anandamida como sedativo natural para suínos: uma tentativa de aliviar a situação de stress para o porco, evitar lutas, aumentar o apetite e reduzir os movimentos do animal. Ratos desmemoriados e porcos felizes...

A membrana do neurônio
A membrana plasmática de um neuuma sinapserônio é semipermável: altamente permeável aos íons K+ e fracamente permeável aos íons Cl- e íons Na+. No fluído extracelular, aeletroneutralidade é preservada por um balanço entre uma alta [Na+] e uma alta [Cl-], assim como pequenas quantidade de íons como bicarbonato, fosfato, sulfato e outros. No citoplasma, onde a [K+] é alta, a [Cl-] é muito menor daquela necessária para balancear a soma das cargas positivas. A eletroneutralidade é, então, mantida por proteínas negativamente carregadas que interagem com a membrana citoplasmática. Umbalanço osmótico é mantido entre o citoplasma e o líquido extracelular. 
o neurotrasmissor se liga ao receptor e ativa o canal iônico

Estas propriedades: a pressão osmótica, a eletroneutralidade de cada lado da membrana, semipermeabilidade, criam um potencial elétrico de equilíbrio no qual a parte interna da membrana é mais negativa que a parte externa, chamado de potencial de membrana, que varia entre -60 a -75 mV (o sinal negativo indica que a parte interior da membrana é negativa). Neste estado, o neurônio é dito estar polarizado. O neurônio pode ser hiperpolarizado (potencial mais negativo) ou despolarizado (potencial menos negativo).








Fonte: http://www.qmc.ufsc.br

quarta-feira, 26 de setembro de 2012

As Leis de Isaac Newton


Newton

Estudando o movimento dos corpos, Galileo Galilei (1564-1642) descobriu através de experimentos que "um corpo que se move, continuará em movimento a menos que uma força seja aplicada e que o force a parar." Galileo argumentou que o movimento é tão natural quanto o repouso, isto é, um corpo que está em repouso permanece em repouso a menos que seja submetido a uma força que o faça mover-se. Se um objeto já está se movimentando, ele continuará em movimento a menos que seja submetido a uma força que o faça parar.
Galileo descobriu os satélites de Júpiter e comunicou seus dados a Johannes Kepler (1571-1630), que os observou pessoalmente. Os satélites obedecem às Três Leis de Kepler, porém com um valor da constante kdiferente na 3a Lei (P2=k a3).
Sessenta anos depois, o inglês Isaac Newton (1643-1727) foi quem deu uma explicação completa ao movimento e à forma como as forças atuam. A descrição está contida nas suas 3 leis:
Primeira Lei: Inércia, é baseada na enunciada por Galileo, embora Galileo não tenha realmente chegado ao conceito de inércia. Na ausência de forças externas, um objeto em repouso permanece em repouso, e um objeto em movimento permanece em movimento, ficando em movimento retilíneo e com velocidade constante. Esta propriedade do corpo que resiste à mudança, chama-se inércia. A medida da inércia de um corpo é seu momentum. Newton definiu o momentum de um objeto como sendo proporcional à sua velocidade. A constante de proporcionalidade, que é a sua propriedade que resiste à mudança, é a sua massa:
$\vec p = m\vec v =$ constante se $\vec F = 0$

Segunda Lei: Lei da Força, relaciona a mudança de velocidade do objeto com a força aplicada sobre ele. A força líquida aplicada a um objeto é igual à massa do objeto vezes a aceleração causada ao corpo por esta força. A aceleração é na mesma direção da força.
$\vec F = m \times \vec a = m \times \frac{d\vec v}{dt} = \frac{d\vec p}{dt}$

Terceira Lei: Ação e Reação, estabelece que se o objeto exerce uma força sobre outro objeto, este outro exerce uma força igual e contrária.Newton pôde explicar o movimento dos planetas em torno do Sol, assumindo a hipótese de uma força dirigida ao Sol, que produz uma aceleração que força a velocidade do planeta a mudar de direção continuamente.Como foi que Newton descobriu a Lei da Gravitação Universal? Considerando o movimento da Lua em torno da Terra e as leis de Kepler.
Aceleração em órbitas circulares: o holandês Christiaan Huygens (1629-1695), em 1673 e, independentemente, Newton, em 1665 (mas publicado apenas em 1687, no Philosophiae naturalis principia mathematica,27 MB PDFPrincipiadescreveram a aceleração centrípeta.
acel
Consideremos uma partícula que se move em um círculo.
No instante t a partícula está em D, com velocidade tex2html_wrap_inline143 na direção DE. Pela 1a. lei de Newton, se não existe uma força agindo sobre o corpo, ele continuará em movimento na direção DE.
Após um intervalo de tempo dt, a partícula está em G, percorreu a distância v.dt, e está com velocidade tex2html_wrap_inline149, de mesmo módulo v, mas em outra direção.
Consideremos infinitésimos: Deltat = dt e Deltav = dv.
Seja tex2html_wrap_inline151 o ângulo entre o ponto D e o ponto G.
Mas tex2html_wrap_inline151 também é o ângulo entre tex2html_wrap_inline143 e tex2html_wrap_inline149, já que v1 é perpendicular a OD e v2 é perpendicular a OG. Portanto,
displaymath159
e, portanto, a aceleração a=dv/dt:
displaymath161
Se a partícula tem massa m, a força central necessária para produzir a aceleração é:

$F = m\frac{v^2}{r}$

Claramente a dedução é válida se tex2html_wrap_inline163 e tex2html_wrap_inline145 são extremamente pequenos e é um exemplo da aplicação do cálculo diferencial, que foi desenvolvido pela primeira vez por Newton [e simultaneamente por Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716)].

Gravitação Universal

Obviamente a Terra exerce uma atração sobre os objetos que estão sobre sua superfície. Newton se deu conta de que esta força se estendia até a Lua e produzia a aceleração centrípeta necessária para manter a Lua em órbita. O mesmo acontece com o Sol e os planetas. Então Newton formulou a hipótese da existência de uma força de atração universal entre os corpos em qualquer parte do Universo.
A força centrípeta que o Sol exerce sobre um planeta de massa m, que se move com velocidade v à uma distância r do Sol, é dada por:

$F = m\frac{v^2}{r}$                                                        (Fc)


Assumindo neste instante uma órbita circular, que mais tarde será generalizada para qualquer tipo de órbita, o período P   do planeta é dado por: 
displaymath107
Pela 3a Lei de Kepler,
P2=k r3
onde a constante k depende das unidades de P e r. Temos então quedisplaymath109
Seja m a massa do planeta e M a massa do Sol. Substituindo-se esta velocidade na expressão da força centrípeta exercida pelo Sol (Fc) no planeta, a força pode então ser escrita como:
displaymath110
e, de acordo com a 3a. lei de Newton, o planeta exerce uma força igual e contrária sobre o Sol. A força centrípeta exercida pelo planeta sobre o Sol, de massa M é dada por:
displaymath111
Newton deduziu então que:
displaymath112
onde G é uma constante de proporcionalidade. Tanto o Sol quanto o planeta que se move em torno dele experimentam a mesma força, mas o Sol permanece aproximadamente no centro do Sistema Solar porque a massa do Sol é aproximadamente mil vezes maior que a massa de todos os planetas somados.Newton então concluiu que para que a atração universal seja correta, deve existir uma força atrativa entre pares de objetos em qualquer região do universo, e esta força deve ser proporcional a suas massas e inversamente proporcional ao quadrado de suas distâncias. A constante de proporcionalidade G depende das unidades das massas e da distância.

Derivação da "Constante" k


centro de massa
Suponha dois corpos de massas m1 e m2, separados do centro de massa por r1 e r2
A atração gravitacional entre eles depende da distância total entre eles e é dada por:
$F_G=\frac{Gm_1m_2}{(r_1+r_2)^2}$

Já a aceleração centrípeta é dirigida ao centro de massa e é dada por:
$F_1 = \frac{m_1v_1^2}{r_1}$

e
$F_2 = \frac{m_2v_2^2}{r_2}$

Como estamos assumindo órbitas circulares e, por definição de centro de massa, os períodos têm que ser os mesmos, ou o centro de massa se moveria, temos:
displaymath116
e similarmente para m2. Para que os corpos permaneçam em órbitas, as forças precisam ser idênticas:
displaymath117
e
displaymath118
Eliminando-se tex2html_wrap_inline171 na primeira e tex2html_wrap_inline173 na segunda e somando-se, obtemos:
displaymath119
ou:
$P^2 = \frac{4\pi^2}{G(m_1+m_2)}(r_1+r_2)^3$
Identificando-se a como a separação entre os corpos, a=(r1+r2), obtemos:
$ {K = \frac{4\pi^2}{G(m_1+m_2)}}$(1)


Isso nos diz que a "constante" K, definida como a razão $ \frac{P^2}{a^3}$, só é constante realmente se $ (m_1+m_2)$ permanece constante. Isso é o que acontece no caso dos planetas do sistema solar; como todos planetas têm massa muito menor do que a massa do Sol, já que o maior planeta, Júpiter, tem quase um milésimo da massa do Sol, a soma da massa do Sol com a massa do planeta é sempre aproximadamente a mesma, independente do planeta. Por essa razão Kepler, ao formular sua 3a lei, não percebeu a dependência com a massa.
Mas, se considerarmos sistemas onde os corpos principais são diferentes, então as razões $ \frac{P^2}{a^3}$ serão diferentes. Por exemplo, todos os satélites de Júpiter têm praticamente a mesma razão $ \frac{P^2}{a^3} = K_J$, que portanto podemos considerar constante entre elas, mas essa constante é diferente da razão $ \frac{P^2}{a^3}= K_\odot$ comum aos planetas do sistema solar.

Determinação de massas

A terceira lei de Kepler na forma derivada por Newton pode se escrita como:

$ {(M + m) = \frac{4\pi^2}{G}\,\frac{a^3}{P^2}}$(3)


que nada mais é do que a última parte da equação (2), onde foi substituído $ K$ por $ \frac{{P}^2}{{a}^3}$.No sistema internacional de unidades, G = (6,67428 ± 0,00067) × 10-11 N m2/kg2, e foi medida em laboratório pelo físico inglês Henry Cavendish (1731-1810) em 1798 [Philosophical Transactions (part II) 88, p.469-526 (21 Junho 1798)], usando uma balança de torsão. Mas, em astronomia, muitas vezes é mais conveniente adotar outras unidades que não as do sistema internacional. Por exemplo, em se tratando de sistemas nos quais o corpo maior é uma estrela, costuma-se determinar suas massas em unidades de massa do Sol, ou massas solares (massa do Sol = $ M_\odot$), seus períodos em anos e suas distâncias entre si em unidades astronômicas. Em sistemas em que o corpo maior é um planeta, é conveniente expressar sua massa em unidades de massas da Terra (massa da Terra = $ M_\oplus$), seu período em meses siderais e suas distâncias relativas em termos da distância entre Terra e Lua. Nestes sistemas particulares, a terceira lei de Kepler pode ser escrita como
$ M + m = \frac{a^3}{P^2}$
a qual é especialmente útil para a determinação de massas de corpos astronômicos. Note que esta fórmula só pode ser aplicada assim nestas unidades:
  1. massas em massas solares, período em anos e a em Unidades Astronômicas
  2. massas em massas terrestres, período em meses siderais (27,33 dias) e a em distância Terra-Lua
Por exemplo, se se observa o período orbital e a distância de um satélite a seu planeta, pode-se calcular a massa combinada do planeta e do satélite, em massas solares ou massas terrestres. Como a massa do satélite é muito pequena comparada com a massa do planeta, a massa calculada $ (m + M)$ é essencialmente a massa do planeta $ (M)$.
Da mesma forma, observando-se o tamanho da órbita de uma estrela dupla, e o seu período orbital, pode-se deduzir as massas das estrelas no sistema binário. De fato, pode-se usar a terceira lei de Kepler na forma revisada por Newton para estimar a massa de nossa Galáxia e de outras galáxias.

Exemplos de uso da 3a lei de Kepler

Exemplo 1
Qual é a massa do Sol? Sabemos que a Terra orbita o Sol em 1 ano. Podemos usar a relação
P2 = {\frac{4\pi^2}{G(m_1+m_2)}}$(r1 + r2)3

e lembrar que a = r1 + r2 = 1 UA = 1,5 ×1011 m. Reescrevendo:
(m1 + m2) = $ {\frac{4\pi^2 a^3}{GP^2}}$

Como G = 6, 67×10-11 m3 kg-1 s-2 e P= 1 ano = 3, 16×107 s, obtemos
mSol + mTerra = Msol = 2×1030 kg
Exemplo 2:
Deimos, o menor dos 2 satélites de Marte, tem período sideral de 1,262 dias e uma distância média ao centro de Marte de 23500 km. Qual a massa de Marte?
Podemos resolver este problema de diversas maneiras. Aqui vamos mostrar algumas delas.
  1. Calculando a massa de Marte diretamente em massas terrestres. (Vamos usar a notação: Marte = Ma; Deimos = D; Terra = $ \oplus$ e Lua = L).
    1. Uma maneira de resolver o problema é compararando os parâmetros da órbita de Deimos em torno de Marte com os parâmetros da órbita da Lua em torno da Terra, sem introduzir o valor da constante.Desprezando a massa de Deimos e da Lua frente às massas de seus respectivos planetas, podemos escrever:
      MMaKMa = M$ \oplus$K$ \oplus$

      sendo KMa = (PD)2/(aD)3K$ \oplus$ = (PL)2/(aL)3
      Então:


      $ {\frac{{M_{Ma}}}{{M_{\oplus}}}}$ = $ {\frac{{{(P_{L})}^2 /{(a_{L})^3}}}{{ {(P_{D})}^2/({a_D)}^3}}}$ = $ \left(\vphantom{\frac{P_L}{P_D}}\right.$$ {\frac{{P_L}}{{P_D}}}$$ \left.\vphantom{\frac{P_L}{P_D}}\right)^{{2}}_{{}}$$ \left(\vphantom{\frac{a_D}{a_L}}\right.$$ {\frac{{a_D}}{{a_L}}}$$ \left.\vphantom{\frac{a_D}{a_L}}\right)^{{3}}_{{}}$

      Sabendo que:PL = 27, 32 dias
      PD = 1, 262 dias
      aL = 384 000 km
      aD = 23 500 km
      Temos:


      $ {\frac{{M_{Ma}}}{{M_{\oplus}}}}$ = $ \left(\vphantom{\frac{27,32\, {dias}}{1,262\,{dias}}}\right.$$ {\frac{{27,32\, {dias}}}{{1,262\,{dias}}}}$$ \left.\vphantom{\frac{27,32\, {dias}}{1,262\,{dias}}}\right)^{{2}}_{{}}$$ \left(\vphantom{\frac{23500\, {km}}{384000\,{km}}}\right.$$ {\frac{{23500\, {km}}}{{384000\,{km}}}}$$ \left.\vphantom{\frac{23500\, {km}}{384000\,{km}}}\right)^{{3}}_{{}}$ = 0, 1

      $ { M_{Ma} = 0,1\, M_{\oplus}}$
    2. Podemos chegar ao mesmo resultado usando a expressão formal da 3.a lei de Kepler (equação 1.3), escrevendo as distâncias em termos da distância Terra-Lua, as massas em massas terrestres, e os períodos em termos do período da Lua, ou seja, usando o sistema de unidades [distância T-L (dTL), massa terrestre (M$ \oplus$), mês sideral ( mes)]:
      MMa + mD $ \simeq$ MMa = $ {\frac{{4 \pi^2}}{{G}}}$$ {\frac{{{({a_D})}^3}}{{{({P_D})}^2}}}$

      Fazendo as transformações de unidades:PD = (1, 262/27, 32) meses = 4, 62×10-2 meses
      aD = (23500/384000) dTL = 6, 1×10-2 dTL
      G = 4$ \pi^{2}_{}$ (dTL)3/(M$ \oplus$ meses2) $ \Longrightarrow$ $ {\frac{{4 \pi^2}}{{G}}}$ = 1 (M$ \oplus$ meses2)/(dTL)3
      Temos:

      MMa = $ {\frac{{{\left({6,1 \times 10^{-2}}\right)}^3}}{{{\left({4,62 \times 10^{-2}}\right)}^2}}}$M$ \oplus$ $ \Longrightarrow$ $ {M_{Ma} = 0,1\, M_\oplus}$
  2. Calculando diretamente a massa de Marte em massas solares (M$ \odot$).

    1. Compararando o movimento de Deimos em torno de Marte com o movimento da Terra em torno do Sol:
      MMaKMa = M$ \odot$K$ \odot$

      onde K$ \odot$ = (P$ \oplus$)2/(a$ \oplus$)3KMa = (PD)2/(aD)3
      Então:

      $ {\frac{{M_{Ma}}}{{M_{\odot}}}}$ = $ {\frac{{{(P_{\oplus})}^2 /{(a_{\oplus})^3}}}{{ {(P_{D})}^2/({a_D)}^3}}}$ = $ \left(\vphantom{\frac{P_\oplus}{P_D}}\right.$$ {\frac{{P_\oplus}}{{P_D}}}$$ \left.\vphantom{\frac{P_\oplus}{P_D}}\right)^{{2}}_{{}}$$ \left(\vphantom{\frac{a_D}{a_\oplus}}\right.$$ {\frac{{a_D}}{{a_\oplus}}}$$ \left.\vphantom{\frac{a_D}{a_\oplus}}\right)^{{3}}_{{}}$

      Sabendo que:P$ \oplus$ = 365, 25 dias
      PD = 1, 262 dias
      a$ \oplus$ = 1, 5×108 km = 1 UA
      aD = 2, 35×104 km
      Temos:

      $ {\frac{{M_{Ma}}}{{M_{\odot}}}}$ = $ \left(\vphantom{\frac{365,25\,{dias}}{1,262\,{dias}}}\right.$$ {\frac{{365,25\,{dias}}}{{1,262\,{dias}}}}$$ \left.\vphantom{\frac{365,25\,{dias}}{1,262\,{dias}}}\right)^{{2}}_{{}}$$ \left(\vphantom{\frac{2,35\times 10^4\,{km}}{1,5\times 10^8\,
{km}}}\right.$$ {\frac{{2,35\times 10^4\,{km}}}{{1,5\times 10^8\,
{km}}}}$$ \left.\vphantom{\frac{2,35\times 10^4\,{km}}{1,5\times 10^8\,
{km}}}\right)^{{3}}_{{}}$ = 3, 2×10-7


      $ { M_{Ma} = 3,2\times 10^{-7}\, M_\odot}$
    2. Usando a equação 1.3 e adotando o sistema de unidades [UA, M$ \odot$, ano].
      MMa + mD $ \simeq$ MMa = $ {\frac{{4 \pi^2}}{{G}}}$$ {\frac{{{a_{D}}^3}}{{{{P_D}^2}}}}$

      Fazendo a transformação de unidades:PD = (1, 262/365, 25) anos = 3, 46×10-3 anos
      aD = (2, 35×104/1, 5×108) UA = 1, 57×10-4 UA
      G = 4$ \pi^{2}_{}$ UA3/(M$ \odot$ ano2) $ \Longrightarrow$ 4$ \pi^{2}_{}$/G = 1 (M$ \odot$ ano2)/UA3
      Temos:

      MMa = $ {\frac{{{(1,57 \times 10^{-4})}^3}}{{{(3,46\times 10^{-3})^2}}}}$M$ \odot$ $ \Longrightarrow$ $ {M_{Ma}= 3,2 \times 10^{-7} M_\odot}$
  3. Calculando diretamente a massa de Marte em quilogramas, ou seja, usando os sistema internacional [m, kg, s]
    MMa + mD $ \simeq$ MMa = $ {\frac{{4 \pi^2}}{{G}}}$$ {\frac{{{({a_D})}^3}}{{{({P_D})}^2}}}$

    Escrevendo todos os dados em unidades do sistema internacional:
    PD = 1, 262 dias = 1, 09×105 s
    aD = 23 500 km = 2, 35×105 m
    G = 6, 67×10-11 m3/(kg s2)
    Temos:

    MMa = $ {\frac{{4 \pi^2}}{{6,67 \times 10^{-11}}}}$ $ {\frac{{kg\,s^2}}{{m^3}}}$$ {\frac{{{(2,35 \times 10^5 m)}^3}}{{{(1,09 \times 10^5 s) }^2}}}$

    $ {M_{Ma} = 6,4 \times 10^{23} \,{kg}}$
Exemplo 3: Duas estrelas idênticas ao Sol giram uma em torno da outra a uma distância de 0,1 UA. Qual o período de revolução das estrelas?

2M$ \odot$ = $ {\frac{{{(0,1 UA)}^3}}{{P^2}}}$ $ \Longrightarrow$ P = $ \sqrt{{0,001 \over 2}}$ = 0, 022 anos

Segunda Lei de Kepler = Conservação do momentum angular

phi
A área descrita por um corpo que se move d\phié dada por:
A = (1/2)rrd\phi
Em um tempo dt:
\frac{dA}{dt} = \frac{1}{2}r^2 \frac{d\phi}{dt}
momentum angular é definido como:
$\ell=\vert\vec{r}\times m\vec{v}\vert=mr\frac{d\phi}{dt}r=mr^2\frac{d\phi}{d
   t}$

Portanto
$\frac{dA}{dt}=\frac{1}{2}\frac{\ell}{m}$
que é constante porque o momentum angular e a massa são constantes.

Um pouco mais de história:

HuygensChristiaan Huygens (1629-1695), na foto ao lado, que também construía seus telescópios, descobriu em 1655 o satélite Titan de Saturno, e que as "extensões laterais" de Saturno descobertas por Galileo em 1610 eram na verdade anéis ( De Saturni Luna Observatio Nova, 1656 e Sistema Saturnia, 1659). Em 1656 inventou o relógio de pêndulo, e o patenteou no ano seguinte. Em 1673 publicou o Oscillatorium Horologium, no qual explicou o movimento do pêndulo e descreveu a força centrípeta.
Em sua próprias palavrasNewton, como citado no prefácio do catálogo dos Portsmouth Papers, descreve como utilizou as Leis de Kepler para derivar a gravitação universal. "In the year 1665, I began to think of gravity extending to the orb of the Moon, and having found out how to estimate the force with which [a] globe revolving within a sphere presses the surface of the sphere, from Kepler's Rule of the periodical times being in a sesquialterate proportion of their distances from the centers of their orbs I deduced that the forces which keep the Planets in their orbs must [be] reciprocally as the squares of their distances from the centers about which they revolve: and thereby compared the force requisite to keep the Moon in her orb with the force of gravity at the surface of the earth, and found them answer pretty nearly."
telescopioEm 1668 Newton construiu um telescópio refletor, usado atualmente em todos os observatórios profissionais, com um espelho curvo ao invés de uma lente, usadas nostelescópios refratores de Galileo e Kepler. O telescópio de Galileo, construído em 1609 era composto de uma lente convexa e uma lenta côncava. Kepler, no livroDiopitrice, publicado em 1611, explicou que seria melhor construir um telescópio com duas lentes convexas, como se usa atualmente. A explicação de Newton da decomposição da luz branca, mostrando que a luz branca é a combinação de luz de cores diferentes, cada uma com seu indice de refração, é a base da espectroscopia.


© Kepler de Souza Oliveira Filho & Maria de Fátima Oliveira Saraiva
Modificada em 6 abril 2010

Fonte: http://astro.if.ufrgs.br/newton/index.htm

DEIXE SEU COMENTÁRIO

Postagens mais acessadas

Entidades e Instituições Parceiras

Entidades e Instituições Parceiras