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O Diagrama de Hertzsprung Russell – Estrela Gigantes luminosas ou Pequenas de baixa luminosidade?

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O Diagrama de Hertzsprung-Russell (HR) é uma ferramenta da astronomia que relaciona a luminosidade e a temperatura superficial das estrelas. Essas informações ajudam a compreender a natureza e a evolução desses corpos celestes.

O diagrama HR foi desenvolvido independentemente pelo astrônomo Ejnar Hertzsprung e pelo astrônomo Henry Norris Russell no início do século XX. Hertzsprung observou que estrelas de mesma cor podiam ser divididas em gigantes, que são estrelas luminosas, e anãs, que são estrelas de baixa luminosidade. Russell expandiu esse estudo, incluindo estrelas com diferentes temperaturas no diagrama, que hoje leva o nome de ambos os cientistas.

Diagrama de Hertzsprung Russell (FILHO,2014).

Ao observar um diagrama HR, existem diferentes regiões onde as estrelas se concentram. A sequência principal é a faixa diagonal que abriga a maioria das estrelas. Ela se estende desde estrelas quentes e muito luminosas no canto superior esquerdo até estrelas frias e pouco luminosas no canto inferior direito. A posição de uma estrela nessa sequência principal está diretamente relacionada à sua massa: estrelas mais massivas tendem a ser mais quentes e luminosas.
Além da sequência principal, há outras regiões notáveis no diagrama HR. As estrelas Gigantes são frias e luminosas, enquanto as Anãs Brancas são estrelas quentes e pouco luminosas. No topo do diagrama, estão as Supergigantes, estrelas extremamente luminosas. Essas diferentes regiões representam estágios evolutivos distintos das estrelas ao longo de suas vidas.

Ou seja, o Diagrama de Hertzsprung-Russell é uma representação gráfica que relaciona a luminosidade e a temperatura das estrelas. Ele fornece informações valiosas sobre a evolução estelar, ajudando a entender a diversidade e as características individuais desses corpos celestes.

Fontes:

-FILHO,K; SARAIVA,M. Astronomia e Astrofísica. Porto Alegre: Departamento de Astronomia – Instituto de F´ısica Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2014.

 

Espadas Japonesas – Parte 2: Tratamento Térmico

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A têmpera é um processo importante na fabricação de facas e espadas. A têmpera consiste no aquecimento e resfriamento rápido do metal para que este obtenha uma estrutura cristalina específica, neste caso a estrutura da martensita que proporciona maior dureza à lâmina. O processo de têmpera varia em temperatura de acordo com a composição do aço e os objetivos desejados, levando em consideração diversos fatores. Neste post será abordado como esse processo é feito durante a fabricação de espadas japonesas, mais detalhes sobre a têmpera e tratamentos térmicos serão abordados em posts futuros.

Após o forjamento e a espada já possuindo seu formato inicial. O próximo passo é fazer o hamon, um padrão definido de aço endurecido ao londo da superficie de corte da lâmina.  Isso envolve cobrir a espada em dois tipos de argila antes do aquecimento para a têmpera. Esse processo, chamado de “tsucioki”, uma camada isolante de argila é aplicada no corpo da espada, exceto onde a borda deve ser endurecida (KAPP, 2012).

Fonte: The Art of the Japanese Sword (KAPP, 2012).

A argila negra é composta por pedra moída e acelera o resfriamento da espada durante o processo de têmpera, o aço da borda esfria ainda mais rápido do que se estivesse exposto, permitindo que ele se converta quase completamente em aço martensítico, o que ajuda a produzir um hamon de melhor qualidade.

Argila escura para resfriamento rápido durante tratamento térmico de têmpera. Fonte: The Art of the Japanese Sword (KAPP, 2012).

O ferreiro cobre a parte superior da espada com uma argila mais espessa para retardar o resfriamento desta parte. A argila vermelha contém mistura de argila cerâmica, pedra moída e óxido de ferro (que dá a cor vermelha).

Argila vermelha para resfriamento mais lento durante a têmpera.  Fonte: The Art of the Japanese Sword (KAPP, 2012).

A têmpera da espada começa com seu aquecimento na forja. A espada é virada e retirada repetidas vezes, quando a lâmina fica de cor amarela e o corpa da espada laranja, significa que a temperatura para o tratamento térmico foi atingida. A lâmina antes do resfriamento está a cerca de 800°C, o corpo um pouco menos. Durante esse processo de aquecimento o hamon se torna visível.

Aquecimento da espada na forja. Fonte: The Art of the Japanese Sword (KAPP, 2012).

Quando a espada estiver uniformemente aquecida, ela é mergulhada em um tanque de água gelada.

 

Mergulhando a espada em um tanque de água gelada. Fonte: The Art of the Japanese Sword (KAPP, 2012).

Fonte:
– Kapp,H. et al. The Art of the Japanese Sword: The Craft of Swordmaking and its Appreciation, 2012.

Espadas Japonesas – Parte 1

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A espada Japonesa é uma obra de arte única em aço. Sua funcionalidade como arma é notável, assim como a metalurgia e o pensamento científico utilizado pelo ferreiro de espadas (swordsmith).

Esta pintura de Yoshihiko Sasama retrata um samurai com armadura do período Nanbokucho (século XIV) empunhando uma espada muito longa. Fonte: The Art of the Japanese Sword (KAPP, 2012).

O método de fabricação de espadas no Japão foi aperfeiçoado e desenvolvido ao longo de centenas de anos, tendo início entre os séculos IV e VI quando espadas e as tecnologias para fabricá-las foram importadas da China e da Coréia.
Um termo e característica importante e interessante das espadas japonesas é o Hamon:

Padrão do Hamon. Fonte: The Art of the Japanese Sword (KAPP, 2012).

O Hamon é um padrão visível na qual o aço que está mais próximo à lâmina é composto por uma estrutura chamada martensita. É a martensita que dá a característica de corte superior deste tipo de espada, por ser responsável por uma característica de aço duro e resistênte.

O processo de construção de uma espada japonesa de alta qualidade é resultado de uma estrutura de material compósito, ou quase, já que contém três tipos de aço:

– Núcleo feito de aço macio (shigane);

– A parte externa feita de aço de alto carbono (0,6 a 0,7%) (kawagane);

– A lâmina com estrutura martensítica após tratamento térmico do aço (hamon).

Tipos de aço. Fonte: The Art of the Japanese Sword (KAPP, 2012).

Fonte:
– Kapp,H. et al. The Art of the Japanese Sword: The Craft of Swordmaking and its Appreciation, 2012.

O Parafuso de Arquimedes

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Como trazer a água para uma área mais elevada sem o uso de eletricidade? Com baldes? Na antiguidade os Gregos já tinham uma solução melhor, o parafuso de Arquimedes!

O parafuso de Arquimedes é uma das máquinas hidráulicas mais antigas. Este dispositivo era muito eficaz pois elevava a água e era possível ser operado por apenas uma pessoa. A principal aplicação do parafuso ao longo da história foi transportar água para sistemas de irrigação e para drenar minas ou outras áreas de baixa altitude.
O parafuso de Arquimedes é composto por um cilindro oco e uma parte em formato de espiral. Uma extremidade é posicionada em uma fonte de fluido em uma área mais baixa, enquanto a outra extremidade é inclinada para cima em direção a uma área de descarga mais elevada. Para mover água, tudo o que você precisa fazer é girar o parafuso.

Ainda hoje é utilizado, por exemplo, em plantas de tratamento de esgoto/aguas residuais:

Detalhes do Parafuso de Arquimedes:

Quando visto do reservatório de cima, as lâminas se movem para cima ao serem giradas no sentido horário.
  • O ângulo θ é o ângulo que determina a inclinação com a horizontal “K”.
  • Ro é o raio do cilindro externo do parafuso (m).
  • L é o comprimento total do parafuso (m).
  • Ri é o raio do cilindro interno do parafuso (m) (0 ≤ Ri ≤ Ro)
  • Λ é passo (ou período) de uma lâmina (m) (0 ≤ L ≤ 2πRo / K). “Um ciclo do parafuso” refere-se a um segmento do parafuso cujo comprimento é igual a um passo do parafuso. O volume de um ciclo do parafuso é 2πRo²Λ.
  • O ângulo α tem relação com o ângulo sinusoidal da curva da lâmina e é necessário que seja maior que θ.
  • O ângulo β é relacionado à curva sinusoidal interna e é maior que θ.

Fontes:

  • Rorres, C. The Turn of the Screw: Optimal Design of an Archimedes Screw, 2000. Disponível em: <https://www.cs.drexel.edu/~crorres/screw/screw.pdf>.
  • Cury Perrone, G. Archimedes’ screw, 2019. Disponível em <https://www.ufrgs.br/amlef/2019/12/01/archimedes-screw/>.
  • Scientific American. Lift Water with an Archimedes Screw. Disponível em <https://www.scientificamerican.com/article/lift-water-with-an-archimedes-screw/>.
  • Archimedes Screw Illustrations. Disponível em: <https://math.nyu.edu/~crorres/Archimedes/Screw/Applications.html>.
  • Shanker Dixit, U. et al. A Brief History of Mechanical Engineering, 2017.