Leis de Conservação I

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Lavoisier afirmou que “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.”, em referência à Lei da Conservação da Massa (ou Lei de Lavoisier*). Por outras palavras, colocando uma certa massa sobre uma balança, o seu peso será invariável independentemente do que se fizer com a massa, nomeadamente reacções químicas (assumindo que as condições gravíticas não variam, e a balança não varia a sua inércia, ou seja, em condições tais que a medição do peso não varie, claro).

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Antoine Lavoisier, o pai da química moderna.

Como suponho que saibam, Lavoisier estava errado, porque, segundo Einstein, massa e energia são a mesma coisa e é possível transformar uma na outra, podendo haver perdas de massa na transformação (basta notar que se a massa sofrer uma transformação tal que a leve a emitir luz, estar-se-á a perder massa, pois a luz – fotões – não tem massa, mas tem energia).

Chegamos assim à primeira Lei de Conservação que quero apresentar neste artigo e que creio que é a mais conhecida de toda a gente: Lei da Conservação da Energia, também conhecida como a Primeira Lei da Termodinâmica.

A questão mais vezes levantada sobre esta Lei é a seguinte: “como se pode falar de conservação de energia, se só se conhecem máquinas que dissipam energia?” A resposta é simples: a conservação da energia dá-se considerando a soma da energia usada para a máquina trabalhar, com a energia que esta dissipou. Por outras palavras, se uma máquina consome X de energia, mas só converte Y dessa energia em “trabalho útil”, então pode-se deduzir que dissipa Z=X-Y (em calor, barulho, etc.).

Sempre que se pensou que se tinha encontrado uma excepção à lei, tal simplesmente se deveu ao facto de não se estar a considerar todo o sistema, isto porque a lei aplica-se a sistemas isolados. O melhor exemplo que temos de um sistema isolado é o próprio universo, visto que este contém “tudo”.

A segunda lei de conservação que quero aqui referir é a Lei da Conservação do Momento Linear. O momento linear é uma grandeza física que traduz o produto da massa com a velocidade de um corpo – esta grandeza é invariante no tempo, (novamente para sistemas isolados, claro). Trata-se de uma consequência da terceira Lei de Newton, a lei da acção-reacção. Esta lei diz-nos que quando se aplica uma força sobre qualquer coisa, essa qualquer coisa reage com igual força. Por exemplo, quando estamos sentados numa cadeira (sem ter os pés apoiados no chão, para simplificar), aplicamos uma força igual ao nosso peso sobre a cadeira, a qual reage com igual força, para nos suster sobre ela. Por sua vez a cadeira aplica uma força igual ao seu peso mais a do nosso corpo sobre o chão, que aplica igual força sobre a cadeira (caso contrário a cadeira “furava” o chão).

(Na verdade, é mais correcto afirmar que a terceira Lei de Newton é que é uma consequência da Lei da Conservação do Momento Linear. A relação entre as duas leis é fácil de obter matematicamente, pois a força “total” (no sistema) é igual à derivada do momento linear em ordem ao tempo. Assim, como a força de acção é igual à força de reacção, o somatório das forças é nula, logo a derivada do momento linear é nulo, o que implica que o momento linear seja constante no tempo.)

É a aplicação desta lei que permite que uma nave espacial consiga acelerar no espaço vazio. Considere-se que uma nave espacial vai pelo espaço a uma determinada velocidade. Se a dada altura expulsar para trás uma dada quantidade de combustível, isso implica que a nave tenha que acelerar, de modo tal que a quantidade “velocidade x massa”  (do sistema nave+combustível) continue constante (deixo os detalhes matemáticos para vós; não se esqueçam que a velocidade é um vector e como tal terá sinais diferentes para sentidos de movimento diferentes). Por outras palavras, se considerarem que a expulsão do combustível da nave é na verdade uma quantidade “negativa” de momento linear (por ter um movimento em sentido contrário ao da nave), então a velocidade da nave tem que aumentar, de forma a que o momento linear da nave aumente e assim “compense” o momento linear “negativo” do combustível, para que o momento linear total continue constante.

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Mecanismo elucidativo da conservação do momento linear.

(O dispositivo acaba por parar, pois há dissipação de energia devido à resistência do ar.)

*Na verdade não foi Lavoisier o primeiro a introduzir a Lei da Conservação da Massa, foi sim Mikhail Lomonosov, no entanto, foi Lavoisier a torná-la conhecida de todos. (Já no século XVIII começava a surgir a tradição de haver um russo a publicar uma dada ideia anos antes daquele que supostamente a inventou no mundo ocidental! Refiro-me a uma “piada” comum entre físicos sobre o receio destes de encontrar algum russo numa conferência, em que este alegue já ter publicado a ideia que o físico ocidental está nesta conferência a apresentar como sua e como sendo original – é uma “piada” que já aconteceu algumas vezes, segundo se comenta no mundo científico e que é consequência do facto de os russos terem durante muito tempo se fechado um pouco ao mundo, publicando a sua Ciência exclusivamente em russo.)

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1 – Explica por palavras tuas a Primeira Lei de Newton do Movimento. 2 – !

3 – Kajsad kjsadj as faf va lopa. 4 – Adoro “lacunas” (ambiguidades). 

Na segunda parte irei falar da Lei da Conservação do Momento Angular e da Lei da Conservação da Carga.

9 comentários

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  1. Segundo meus cálculos a constatação da energia dissipada por uma super nova é inferior a energia que deveria dissipada.
    Isto a princípio iria contra o princípio da conservação mas o caso é que não precisa ser assim.
    Se adicionarmos aquele novo elemento que volta e meia falo que é um outro universo que tem uma relação direta com o nosso a energia faltante iria para lá..

    1. Se considera que os seus cálculos e “teorias” têm alguma validade científica, recomendo-o a tentar publicá-los numa revista científica com revisão por pares. Até lá de pouco lhe vale andar a divulgar as suas ideias, pois ninguém o irá levar a sério, independentemente de ter razão ou não. Neste site publicam-se e discutem-se as “verdades” que a Ciência actual nos dá a conhecer, e não as ideias pessoais de cada um, que até serem aceites pela comunidade científica não passam de pseudociência.

  2. Boa noite

    Obrigado pelo feedback Marinho Lopes

    Cumprimentos

  3. Boa noite

    O que mais me intriga é a aplicação da Lei da Conservação da Energia em nós próprios.

    A questão é – um raciocínio/pensamento dissipa energia? Se dissipa, de que forma?

    Obrigado pelo post 🙂

    Abraços

    1. Boa noite,

      Note que nós não somos sistemas isolados: estamos constantemente a trocar energia com o exterior. Por um lado precisamos de comer para obter energia, por outro esta é depois usada na forma de ATP (uma molécula especial) para que os nossos processos metabólicos possam funcionar. Note, por exemplo, que o nosso corpo tem que estar sempre com uma temperatura mais ou menos fixa, a qual como é normalmente superior à temperatura ambiente resulta numa perda de calor constante do nosso corpo para o exterior, de modo a manter este à temperatura certa. Esta energia libertada é a que permite a visão nocturna com infravermelho.

      Quanto à dissipação, o que referi em cima, do meu ponto de vista, não é dissipação de energia, porque o corpo está efectivamente a usar energia para um intuito da máquina. Suponho que a principal dissipação de energia se dê na eficiência das reacções químicas do ATP.
      Encontrei, por exemplo, estes cálculos que apontam para uma eficiência de 38% em determinadas condições:
      http://www.tiem.utk.edu/~gross/bioed/webmodules/ATPEfficiency.htm

      Confesso, porém, que não sou especialista no assunto, pelo que podem haver outros mecanismos de dissipação de energia no nosso corpo mais relevantes. Esta foi só a ideia que tive neste momento, pois não me recordo de ter lido algo sobre o assunto.

      Cumprimentos,
      Marinho

    • Graciete Virgínia Rietsch Monteiro Fernandes on 02/05/2014 at 19:58
    • Responder

    Muito bem explicado, como de costume!!! E eu já me habituei de tal modo a ler estas explicações, que antes de ter reparado no autor, pensei logo no Professor Marinho Lopes.
    E quanto à dissipação de energia, sob a forma de calor, nas máquinas térmicas, creio ser uma consequência do 2º Princípio da Termodinâmica.

    Os meus cumprimentos.

    1. Obrigado. 🙂

      Sim, é mesmo uma consequência da segunda lei. A entropia está intimamente relacionada com o calor.

      Cumprimentos,
      Marinho

    • José Simões on 30/04/2014 at 20:39
    • Responder

    “se só se conhecem máquinas que dissipam energia?”

    isso é uma falsa ideia com alguma divulgação. O que chamam dissipar energia é frequentemente e apenas transformar energia mecânica (geralmente cinética) em energia térmica (aka calor).

    1. Não é a falsa na medida em que essa energia térmica é energia dissipada. No contexto em questão, “energia dissipada” significa energia não usada para o intuito da máquina. Por exemplo, o intuito de uma lâmpada é iluminar, o que implica que a energia que aquece a lâmpada é energia dissipada.

  1. […] com a explicação que acaba de ler. Primeiro, parece que temos aqui uma clara violação da Primeira Lei da Termodinâmica, a Lei da Conservação da Energia, pois parece que temos à nossa disposição uma fonte ilimitada de energia que provém […]

  2. […] a altura inicial de onde foi largada devido à conservação da energia (leia o artigo das Leis da Conservação e também o artigo sobre os pêndulos). Nas demonstrações abaixo irei aplicar esta lei. A bola […]

  3. […] Na imagem, a linha azul a tracejado indica a direcção vertical; a letra grega θ é o ângulo que o fio faz com a vertical (o ângulo máximo corresponde ao ângulo do qual se largou o peso, que aqui é representado pela esfera cinzenta); o rectângulo superior representa uma “plataforma” fixa pela qual o fio está suspenso; a seta vermelha (vector) assinala a direcção, sentido e magnitude da aceleração ‘a’ (que coincide com a força aplicada na esfera); e o vector azul ‘v’ corresponde à velocidade da esfera. Notem que o vector velocidade “desaparece” nos pontos de maior amplitude, porque o pêndulo pára antes de voltar no sentido contrário; por outro lado, a força tem direcção vertical no ponto de equilíbrio, porque a esfera só sente duas forças: a gravítica que tem sempre direcção vertical, e a força do fio, que impede que o fio caia (se o leitor não estiver muito familiarizado sobre o conceito de força em Física, poderei responder a dúvidas em comentário). Neste caso não existe qualquer resistência (amortecimento), pelo que o pêndulo mantém inalterável as suas oscilações. Se existisse resistência do ar, por exemplo, a amplitude das oscilações iria diminuir gradualmente, até que o pêndulo acabaria por parar na posição de equilíbrio. A amplitude nunca pode aumentar, porque isso violaria o princípio da conservação da energia: […]

  4. […] último artigo, Leis de Conservação I, falei-vos da Lei da Conservação da Energia e a da Lei da Conservação do Momento Linear. Neste […]

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