O movimento invisível dos objetos em repouso - Ran Tivony

Veja a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/the-invisible-motion-of-still-objects-ran-tivony

Muitos objetos à sua volta podem parecer estar completamente em repouso. Mas, se examinarmos a estrutura atômica de todos eles, veremos um mundo em constante movimento: os átomos se afastam, se aproximam, oscilam, vibram, mudam de direção por toda a estrutura. Ran Tivony descreve como e por que o movimento molecular ocorre e investiga se ele pode parar.

Lição de Ran Tivony, animação de Zedem Media.

Muitos objetos à sua volta
parecem estar em repouso.

Mas, se examinarmos a estrutura
atômica de todos eles,

veremos um mundo em constante movimento.

Os átomos se afastam,
se aproximam, oscilam,

vibram e mudam de direção,
em toda a estrurura.

Embora os movimentos pareçam
ser caóticos, não o são.

Átomos que estão ligados uns aos outros,

em praticamente todas as substâncias,

movimentam-se de acordo
com um conjunto de princípios.

Por exemplo, nas moléculas os átomos
se unem por ligações covalentes.

As moléculas podem se movimentar
de três modos básicos:

por rotação, por translação
e por vibração.

Rotação e translação fazem
a molécula deslocar-se no espaço,

mas não alteram a distância
entre os átomos dentro da molécula.

Por outro lado, a vibração modifica
essas mesmas distâncias

e altera a forma da molécula.

Para qualquer molécula,
é possível calcular

de quantos modos diferentes
ela pode se mover,

e o resultado corresponde
aos seus graus de liberdade,

que, no contexto da mecânica,

é o número de variáveis
que deve ser computado

para compreendermos todo o sistema.

O espaço tridimensional é definido
pelos eixos x, y e z.

Na translação, a molécula pode se deslocar
em qualquer uma dessas três direções,

são três graus de liberdade.

Pode haver rotação da molécula
em torno de qualquer dos eixos.

São mais três graus de liberdade,

desde que não seja uma molécula linear,
como o dióxido de carbono.

Nesta, uma das rotações ocorre
em torno do próprio eixo da molécula,

e não é computada, por não mudar
as posições dos átomos.

Na vibração, a coisa fica mais complicada.

Seja uma molécula simples,
como a de hidrogênio.

O comprimento da ligação
entre os dois átomos muda constantemente

como se estivessem ligados por uma mola.

A variação dessa distância é mínima,
menos de 1 bilionésimo de 1 metro.

Quanto mais átomos e ligações
houver numa molécula,

mais modos de vibração existirão.

Por exemplo, a molécula de água
contém três átomos:

um de oxigênio, dois de hidrogênio
e duas ligações.

Isto lhe confere três modos de vibração:

alongamento simétrico,

alongamento assimétrico,

e encurvamento.

Moléculas mais complicadas têm
modos vibracionais ainda mais complexos,

como o de um balanço,

o de uma dobradiça,

ou o de uma torção.

Sabendo quantos átomos há numa molécula,

calculam-se quantos modos
de vibração ela pode ter.

Começa-se pelo total
de graus de liberdade,

que é igual ao triplo do número
de átomos da molécula.

Isto é porque cada átomo pode
mover-se em três direções diferentes.

Do total, três correspondem à translação,

na qual todos os átomos
vão numa mesma direção.

E três, ou duas para moléculas lineares,
correspondem a rotações.

Todo o resto são vibrações, 3N-6
ou 3N-5 para moléculas lineares.

O que causa todo este movimento?

As moléculas se movem porque absorvem
energia do meio ambiente,

principalmente sob a forma de calor
ou de radiação eletromagnética.

Quando energia é transferida
para as moléculas,

estas vibram, giram
e se deslocam mais rapidamente.

O movimento mais rápido aumenta
a energia cinética de moléculas e átomos.

Isto é definido como um aumento
da temperatura e energia térmica.

Este é o fenômeno que ocorre ao se aquecer
o alimento no forno de micro-ondas.

O forno emite radiação de micro-ondas,
que é absorvida pelas moléculas,

especialmente as de água.

Elas se movem cada vez mais rapidamente,

colidem umas com as outras

e aumentam a temperatura
e a energia térmica do alimento.

O efeito estufa é um outro exemplo.

Parte da radiação solar
que atinge a superfície da Terra

é refletida para a atmosfera.

Os gases com efeito estufa,
como vapor de água e dióxido de carbono,

absorvem essa radiação e se aceleram.

Essas moléculas, mais quentes
e mais rápidas,

emitem radiação infravermelha
em todas as direções,

que retornam à Terra, aquecendo-a.

Todo esse movimento molecular nunca para?

Poderíamos imaginar
que isto acontece no zero absoluto,

a mais baixa temperatura possível.

Esta temperatura nunca foi alcançada.

Mas, mesmo que isto fosse possível,

as moléculas ainda se moveriam,
devido ao princípio da mecânica quântica

chamado de energia do ponto zero.

Em outras palavras,
tudo está em movimento

desde os primeiros instantes do universo,

e continuará assim,
por muito, muito tempo,

bem depois que tivermos partido.