Bom pessoal, comecei a escrever este post sobre Máquina de Moto-Perpétuo há muito tempo (quando prometi no post de Entropia), mas como este semestre que passou foi bem corrido pra mim, acabou ficando no forno, mas agora resolvi finalizá-lo. Como muitos conceitos e idéias utilizadas sobre moto-perpétuas também foram usadas no posto de Entropia, quem quiser relembrar e reler (ou ler, quem ainda não leu) será de muita ajuda.
A idéia do moto-perpétuo (movimento) é a seguinte: uma máquina cuja eficiência correspondesse exatamente à diferença entre as temperaturas da caldeira e do radiador, que poderia manter-se para sempre em funcionamento, transformando o próprio trabalho gerado em calor, que seria usado novamente para produzir mais trabalho, produzindo mais calor, transformado em trabalho, e assim por diante, ad infinitum. Em suma, um aparelho que funciona para sempre sem qualquer perda de energia. Uma versão ainda melhor seria uma máquina que produzisse mais energia que consome. Parece impossível? Bem, os físicos também acham. Desde que se tem registro na história, o Santo Graal para inventores, cientistas, charlatães e mentirosos é a lendária máquina de moto-perpétuo.
A busca por esse tipo de máquina é antiga. A primeira tentativa de construir uma delas, que se tem registro, data o século VIII, na Baviera. Era um propótipo para centenas de variações que surgiriam nos mil anos seguintes: baseava-se numa série de pequenos imãs presos a uma roda. A roda era colocada no topo de um imã muito maior no chão. À medida que cada imã nos roda passava pelo imã estacionário, supunha-se que fosse atraído e em seguida repelido pelo imã maior, empurando a roda e criando o movimento pertpétuo. Outro engenhoso projetro foi feito em 1150 pelo filósofo indiano Bhaskara (o mesmo da fórmula). Ele propôs uma roda que giraria para sempre acrescentando um peso no aro, fazendo com que ela girasse porque estava sempre em desequilíbrio. O trabalho seria feito pelo peso ao completar uma revolução, voltaria à sua posição original, fazendo isso repetidas vezes, Bhaskara afirmava ser possível obter trabalho ilimitado de graça.
O projeto bávaro e o de Bhaskara para as máquinas de moto-perpétuo, assim como seus descendentes tem em comum o mesmo princípio: algum tipo de roda que pudesse fazer uma única revolução sem acréscimo de energia. A chegada do renascimento acelerou as propostas por máquinas de moto-perpétuas. Em 1635, foi concedida a primeira patente para uma dessas máquinas. 1712, John Bessler tinha analisado uns trezentos modelos diferentes e proposto um projeto seu. Em 1775, eram tantos os projetos propostos que a Real Academia de Ciências em Paris declarou que "não trataria ou aceitaria propostas concernetes ao moto-perpétuo.".
O incentivo para produzir uma máquina dessas era tão grande que mistificações e fraudes tornaram-se comuns. Em 1813, Charles Redheffer exibiu uma máquina na cidade de Nova York que deixava o público boquiaberto, produzindo quantidades ilimitadas de energia. Mas quando Robert Fulton a examinou com atenção, descobriu escondida uma cinta de categute que acionava a máquina. Este cabo, por sua vez, estava ligado a um homem que secretamente girava uma manivela no sótão.
Cientistas, engenheiros, marinha americana e até o presidente dos Estados Unidos já foram enganados por algumas dessas máquina. Inúmeras fraudes foram registradas ao longo da história, algumas por cientistas que não percebiam que a energia vinha de uma fonte externa, ou por serem mal intencionados mesmo. Propostas de dispositivos de moto-perpétuo são freqüentemente descartadas pelos cientistas. É um detalhe realmente histórico: nenhum moto-perpétuo funcionou até hoje. Entretanto, a busca pelas máquina de moto-perpétuo não foram um fracasso, no ponto de vista científico, pois o tempo e energia gastos na construções dessas máquinas levaram os físicos estudarem com atenção a natureza das máquinas térmicas.
As máquinas de moto-pertpétuo acabaram levando os cientistas a levantarem a hipótese de que elas poderiam funcionar para sempre apenas se a energia fosse levada de fora para dentro do aparelho, conservando a energia total. Essa teoria levou a Primeira Lei da termodinâmica: de que a quantidade total de energia não pode ser criada nem destruída. A Segunda Lei diz que a quantidade total de entropia (desordem) sempre aumenta e a Terceira Lei diz que é imposs;ivel alcançar o zero absoluto.
Tais leis, dentre as realizações culminantes da ciência do século XIX, estão marcadas pela tragédia assim como pelo triunfo. Umas das principais figuras na formulação destas leis, o grande físico alemão Ludwig Boltzmann, suicidou-se, em parte devido à controvérisa que gerou com sua formulação. No túmulo de Ludwig Boltzmann, no Cemitério Central de Viena, pode-se ver a imagem do criador da Física Estatística e, acima dela, a famosa equação: S = k log W. O curioso é que Boltzmann nunca escreveu essa equação. Ela apareceu, pela primeira vez, no livro Teoria do Calor, de Max Planck, publicado em 1906, ano da morte de Boltzmann. Até a constante k, hoje chamada de constante de Boltzmann, foi introduzida na literatura por Planck.
Mas, isso não tem nenhuma importância, pois Boltzmann foi o primeiro e o mais ativo defensor da idéia de explicar os fenômenos macroscópicos (pressão, temperatura etc) através de interações entre átomos e moléculas em constante movimento. Boltzmann era um urso, tórax feito uma barrica e uma imensa barba. Sua aparência dava uma falsa noção de tudo que ele sofreu defendendo suas idéias. Embora a física newtoniana já tivesse firmemente sacramentada no século XIX, Boltzmann sabia que essas leis jamais haviam sido aplicadas com rigor ao controvertido conceito de átomos. Hoje em dia qualquer criança na escola sabe oque é átomo e aceita sua existência com naturalidade, mas o final do século XIX ainda não era aceito por muitos físicos importantes.
Newton mostrou que forças mecânicas, e não espíritos ou desejos, eram o suficiente para determinar o movimento de todos os objetos. Boltzmann, com toda a elegância, derivou muitas das leis de gazes com uma simples hipótese: a de que os gases eram feitos de minúsculos átomos, como bolas de bilhar, que obecediam às leis das forças. Uma câmara contendo gás era como uma caixa cheia de trilhões de minúsculas bolas, cada uma richocheteando nas paredes e umas nas outras. Em umas das maiores obras-primas da física, Boltzmann (e James Clerk Maxwell de forma independente) mostrou matematicamente como essa simples suposição poderia resultar em novas leis deslumbrantes e abrir um novo ramo da física chamada de mecânica estatística.
Visto que as leis de Newton estipulavam que a energia deveria ser conservada, cada colisão entre átomos conservava energia; isso significava que uma câmara inteira também conservava energia. Mas no século XIX, a existência dos átomos ainda era intensamente debatida e, com frequência, ridicularizada por físicos proeminentes. Um homem sensível e não raro deprimido, Boltzmann se viu constrangedoramente servindo de para-raios, foco de ataques muitas vezes violentos de antiatomistas. Para aumentar ainda mais a humilhação, muitos de seus ensaios foram rejeitados por uma publicação alemã, pois o editor insistia que átomos e moléculas eram ferramentas teóricas, e não existiam de verdade.
Exausto e amargurado com todos esses ataques pessoais, Boltzmann enforcou-se em 1906, enquanto a mulher e filho estavam na praia. Infelizmente, ele não percebeu que apenas um ano antes um arrogante e jovem físico, de nome Albert Einstein, havia feito o impossível: escrevera um artigo demonstrando a existência dos átomos.
O trabalho de Boltzmann e outros ajudaram a compreender a máquina de moto-perpétuo, dividindo-as em dois tipos. As do primeiro são aquelas que violam a Primeira Lei de Termodinâmica, ou seja, produzem mais energia que consomem. Em todos os casos foram descobertos fontes de energia externas e ocultas. As do segundo tipos são mais sutis, violando a Segunda Lei. Teoricamente, uma máquina do segundo tipo não produz escapamento de calor, sendo 100% eficiente. Mas a segunda lei diz que tal máquina é impossível, sempre deve haver escapamento de calor, não importando a eficiência da máquina.
O fato da entropia total sempre aumentar está na essência da história humana, assim como na mãe natureza. De acordo com a segunda lei é muito mais fácil destruir do que construir. Algo que a criação talves demore alguns milhares de anos como a Civilização Azteca, pode ser destruída em questões de meses, como aconceteu quando um bando de esfarrapados conquistadores espanhóis destroçaram este império. Sempre que você se olha no espelhoe vê uma ruga ou cabelo branco, está vendo os efeitos da segunda lei. Os biólogos dizem que o processo de envelhecimento é o acumulo gradual de erros genéticos em nossas células e genes, de modo que a capacidade da célula de funcionar deteriora-se lentamente. Envelhecimento, ferrugem, podridão, decaimento e desintegração são exemplos da segunda lei.
Enfim, o fato das máquinas Moto-perpétuas violarem as leis da física, não significa que elas sejam impossíveis, mas caso existam necessitaria uma reformulação das leis da física, oque já ocorreu várias vezes anteriormente com outras leis. Mas o fato é que nunca foi construída uma máquina moto-perpétuo que funcionasse, mas a discussão em torno gerou muitas idéais, hipóteses, teorias, livros, contos, como oo Despertar dos Deuses, de Isaac Asimov, oque conta uma história de ficção num futuro em 2070, onde a humanidade está em meio de uma crise de energia e um químico descobre a bomba de elétrons, capaz de criar energia ilimitada de graça.
A idéia do moto-perpétuo (movimento) é a seguinte: uma máquina cuja eficiência correspondesse exatamente à diferença entre as temperaturas da caldeira e do radiador, que poderia manter-se para sempre em funcionamento, transformando o próprio trabalho gerado em calor, que seria usado novamente para produzir mais trabalho, produzindo mais calor, transformado em trabalho, e assim por diante, ad infinitum. Em suma, um aparelho que funciona para sempre sem qualquer perda de energia. Uma versão ainda melhor seria uma máquina que produzisse mais energia que consome. Parece impossível? Bem, os físicos também acham. Desde que se tem registro na história, o Santo Graal para inventores, cientistas, charlatães e mentirosos é a lendária máquina de moto-perpétuo.
A busca por esse tipo de máquina é antiga. A primeira tentativa de construir uma delas, que se tem registro, data o século VIII, na Baviera. Era um propótipo para centenas de variações que surgiriam nos mil anos seguintes: baseava-se numa série de pequenos imãs presos a uma roda. A roda era colocada no topo de um imã muito maior no chão. À medida que cada imã nos roda passava pelo imã estacionário, supunha-se que fosse atraído e em seguida repelido pelo imã maior, empurando a roda e criando o movimento pertpétuo. Outro engenhoso projetro foi feito em 1150 pelo filósofo indiano Bhaskara (o mesmo da fórmula). Ele propôs uma roda que giraria para sempre acrescentando um peso no aro, fazendo com que ela girasse porque estava sempre em desequilíbrio. O trabalho seria feito pelo peso ao completar uma revolução, voltaria à sua posição original, fazendo isso repetidas vezes, Bhaskara afirmava ser possível obter trabalho ilimitado de graça. |
| Roda de Martelos |
O incentivo para produzir uma máquina dessas era tão grande que mistificações e fraudes tornaram-se comuns. Em 1813, Charles Redheffer exibiu uma máquina na cidade de Nova York que deixava o público boquiaberto, produzindo quantidades ilimitadas de energia. Mas quando Robert Fulton a examinou com atenção, descobriu escondida uma cinta de categute que acionava a máquina. Este cabo, por sua vez, estava ligado a um homem que secretamente girava uma manivela no sótão.
Cientistas, engenheiros, marinha americana e até o presidente dos Estados Unidos já foram enganados por algumas dessas máquina. Inúmeras fraudes foram registradas ao longo da história, algumas por cientistas que não percebiam que a energia vinha de uma fonte externa, ou por serem mal intencionados mesmo. Propostas de dispositivos de moto-perpétuo são freqüentemente descartadas pelos cientistas. É um detalhe realmente histórico: nenhum moto-perpétuo funcionou até hoje. Entretanto, a busca pelas máquina de moto-perpétuo não foram um fracasso, no ponto de vista científico, pois o tempo e energia gastos na construções dessas máquinas levaram os físicos estudarem com atenção a natureza das máquinas térmicas.
As máquinas de moto-pertpétuo acabaram levando os cientistas a levantarem a hipótese de que elas poderiam funcionar para sempre apenas se a energia fosse levada de fora para dentro do aparelho, conservando a energia total. Essa teoria levou a Primeira Lei da termodinâmica: de que a quantidade total de energia não pode ser criada nem destruída. A Segunda Lei diz que a quantidade total de entropia (desordem) sempre aumenta e a Terceira Lei diz que é imposs;ivel alcançar o zero absoluto.
Tais leis, dentre as realizações culminantes da ciência do século XIX, estão marcadas pela tragédia assim como pelo triunfo. Umas das principais figuras na formulação destas leis, o grande físico alemão Ludwig Boltzmann, suicidou-se, em parte devido à controvérisa que gerou com sua formulação. No túmulo de Ludwig Boltzmann, no Cemitério Central de Viena, pode-se ver a imagem do criador da Física Estatística e, acima dela, a famosa equação: S = k log W. O curioso é que Boltzmann nunca escreveu essa equação. Ela apareceu, pela primeira vez, no livro Teoria do Calor, de Max Planck, publicado em 1906, ano da morte de Boltzmann. Até a constante k, hoje chamada de constante de Boltzmann, foi introduzida na literatura por Planck.Mas, isso não tem nenhuma importância, pois Boltzmann foi o primeiro e o mais ativo defensor da idéia de explicar os fenômenos macroscópicos (pressão, temperatura etc) através de interações entre átomos e moléculas em constante movimento. Boltzmann era um urso, tórax feito uma barrica e uma imensa barba. Sua aparência dava uma falsa noção de tudo que ele sofreu defendendo suas idéias. Embora a física newtoniana já tivesse firmemente sacramentada no século XIX, Boltzmann sabia que essas leis jamais haviam sido aplicadas com rigor ao controvertido conceito de átomos. Hoje em dia qualquer criança na escola sabe oque é átomo e aceita sua existência com naturalidade, mas o final do século XIX ainda não era aceito por muitos físicos importantes.
Newton mostrou que forças mecânicas, e não espíritos ou desejos, eram o suficiente para determinar o movimento de todos os objetos. Boltzmann, com toda a elegância, derivou muitas das leis de gazes com uma simples hipótese: a de que os gases eram feitos de minúsculos átomos, como bolas de bilhar, que obecediam às leis das forças. Uma câmara contendo gás era como uma caixa cheia de trilhões de minúsculas bolas, cada uma richocheteando nas paredes e umas nas outras. Em umas das maiores obras-primas da física, Boltzmann (e James Clerk Maxwell de forma independente) mostrou matematicamente como essa simples suposição poderia resultar em novas leis deslumbrantes e abrir um novo ramo da física chamada de mecânica estatística.
Visto que as leis de Newton estipulavam que a energia deveria ser conservada, cada colisão entre átomos conservava energia; isso significava que uma câmara inteira também conservava energia. Mas no século XIX, a existência dos átomos ainda era intensamente debatida e, com frequência, ridicularizada por físicos proeminentes. Um homem sensível e não raro deprimido, Boltzmann se viu constrangedoramente servindo de para-raios, foco de ataques muitas vezes violentos de antiatomistas. Para aumentar ainda mais a humilhação, muitos de seus ensaios foram rejeitados por uma publicação alemã, pois o editor insistia que átomos e moléculas eram ferramentas teóricas, e não existiam de verdade.
Exausto e amargurado com todos esses ataques pessoais, Boltzmann enforcou-se em 1906, enquanto a mulher e filho estavam na praia. Infelizmente, ele não percebeu que apenas um ano antes um arrogante e jovem físico, de nome Albert Einstein, havia feito o impossível: escrevera um artigo demonstrando a existência dos átomos.
O trabalho de Boltzmann e outros ajudaram a compreender a máquina de moto-perpétuo, dividindo-as em dois tipos. As do primeiro são aquelas que violam a Primeira Lei de Termodinâmica, ou seja, produzem mais energia que consomem. Em todos os casos foram descobertos fontes de energia externas e ocultas. As do segundo tipos são mais sutis, violando a Segunda Lei. Teoricamente, uma máquina do segundo tipo não produz escapamento de calor, sendo 100% eficiente. Mas a segunda lei diz que tal máquina é impossível, sempre deve haver escapamento de calor, não importando a eficiência da máquina.
O fato da entropia total sempre aumentar está na essência da história humana, assim como na mãe natureza. De acordo com a segunda lei é muito mais fácil destruir do que construir. Algo que a criação talves demore alguns milhares de anos como a Civilização Azteca, pode ser destruída em questões de meses, como aconceteu quando um bando de esfarrapados conquistadores espanhóis destroçaram este império. Sempre que você se olha no espelhoe vê uma ruga ou cabelo branco, está vendo os efeitos da segunda lei. Os biólogos dizem que o processo de envelhecimento é o acumulo gradual de erros genéticos em nossas células e genes, de modo que a capacidade da célula de funcionar deteriora-se lentamente. Envelhecimento, ferrugem, podridão, decaimento e desintegração são exemplos da segunda lei.
Enfim, o fato das máquinas Moto-perpétuas violarem as leis da física, não significa que elas sejam impossíveis, mas caso existam necessitaria uma reformulação das leis da física, oque já ocorreu várias vezes anteriormente com outras leis. Mas o fato é que nunca foi construída uma máquina moto-perpétuo que funcionasse, mas a discussão em torno gerou muitas idéais, hipóteses, teorias, livros, contos, como oo Despertar dos Deuses, de Isaac Asimov, oque conta uma história de ficção num futuro em 2070, onde a humanidade está em meio de uma crise de energia e um químico descobre a bomba de elétrons, capaz de criar energia ilimitada de graça.
Em uma das melhores cenas de humor nerd, no capítulo 21 da 6° temporada de Os Simpsons, os professores da escola de Springfield resolvem entrar em greve. Então, de folga em casa, Lisa resolve construir uma máquina de Moto-Perpétuo. Ao descobrir, Homer manda Lisa destruir imediatamente a máquina que havia criado para um projeto da escola, dizendo severamente: "Lisa, nesta casa nós obedecemos às leis da termodinâmica!".
Muito interessante! Parabéns, meu aprendiz!
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