Já ouviu falar em moto-contínuo?

Hoje vou falar de moto-contínuo.

É dia de post gigante! Eu mencionei no post sobre mapas curiosos que estava escrevendo um post enorme.

É a moto dos moradores do Q Continuum...ok, parei

É a moto dos moradores do Q Continuum…ok, parei

No passado, crença e ciência podiam se misturar em muitas situações.  Não havia o método científico.  Alquimia e química eram praticamente a mesma coisa, assim como medicina e curandeirismo ou astronomia e astrologia. Nessas misturas, muitas coisas estranhas apareciam. Ok, para nós hoje são coisas estranhas mas na época que eram difundidas eram coisas perfeitamente plausíveis. Tão plausíveis que eram discutidas por grandes nomes da ciência.

Um desses exemplos mais intrigantes é o moto-contínuo ou moto-perpétuo.Ninguém quer gastar energia elétrica ou combustível. Quando eu era criança, lembro várias vezes de estar no carro com meu pai. E então ele tinha que parar em um posto de gasolina. O preço do combustível era sempre motivo de reclamação ou de cara feia.

Hoje sabemos que os combustíveis fósseis não pesam apenas no bolso. Pesam na saúde, pois são a principal fonte de poluição em muitas grandes cidades. Pesam na saúde do planeta, pois muitos gases de efeito estufa são emitidos durante a queima desses combustíveis.

Já pensou se uma máquina que não dependesse de combustível ou energia elétrica fosse realidade? Bom, eu já pensei. Mas não fui a primeira a pensar assim.

O movimento perpétuo, moto-contínuo ou movimento contínuo descreve um movimento que continua indefinidamente, sem nenhuma fonte externa de energia. Na prática, isso seria impossível porque a energia de um sistema sempre é perdida por fricção ou por calor, por exemplo. Imagine, portanto, um carro que funcione a partir da energia gerada pelo seu próprio movimento, sem a necessidade de colocar nenhum combustível nesse carro.

Atualmente há um consenso científico de que o moto-perpétuo é algo impossível, pois viola a primeira e/ou a segunda lei da termodinâmica.

A Primeira Lei da Termodinâmica fala sobre conservação de energia: em um sistema fechado, a energia total do sistema é constante. Dentro de um sistema fechado, a energia não pode ser criada ou destruída; na verdade a energia se transforma em outras formas de energia.

Mas o que é um sistema ou um sistema fechado? Acho que poderíamos considera muita coisa como um sistema fechado. Um sistema fechado é aquele que pode trocar energia, mas não pode trocar matéria, com o seu exterior. Um carro ou o sistema solar inteiro poderiam ser considerados sistemas fechados. É muito comum a gente se deparar por aí com o termo “sistema isolado”. Num sistema isolado perfeito, não há troca nem de energia e nem de matéria com o lado de fora. Sistemas isolados são bem hipotéticos, nem devem existir no mundo real. Se pensarmos em uma garrafa térmica (que é isolada) chega uma hora em que o café esfria. Uma pequena quantidade de calor (energia) escapa continuamente, até esfriar o café. O esfriamento só vai demorar mais do que se o café estivesse em uma jarra normal. E se a gente fosse pensar em uma fita isolante, ela isola a energia elétrica apenas até um certo valor de corrente. Repare nas especificações técnicas das fitas isolantes e dos próprios fios: eles mantém as características de isolamento apenas até um certo valor de corrente!

Mas vamos aplicar a Primeira Lei da Termodinâmica a uma máquina, como um automóvel. A combustão do etanol ou da gasolina fornece energia para que ocorra o movimento. Só que eu preciso fornecer o combustível para que o carro ande! Sem ele, o movimento não acontece, já que não é possível criar energia do nada!

Outra coisa interessante (e bem triste…rs) que sempre acontece nas máquinas, é que não é possível obter 100% de eficiência. Os engenheiros sempre estão trabalhando para que os carros ou qualquer outro equipamento tenham alta performance, mas 100% de eficiência é impossível. Parte da energia sempre é perdida pelo atrito ou dissipada na forma de calor.  Isso ocorre porque tratam-se de processos irreversíveis: de forma bastante resumida e talvez imprecisa, posso dizer que é impossível rodar as rodas do carro e fazer o combustível voltar para o tanque!

e assim o petróleo surgiu

e assim o petróleo surgiu

Mas talvez você argumente: pera aí, essas coisas que você mencionou acima só valem para automóveis, secadores, aquecedores, etc. E outros tipos de máquinas, por exemplo, uma que converta energia mecânica em energia magnética (olhem só, aparentemente não tem calor envolvido…). Em teoria, essas máquinas poderiam operar com 100% de eficiência. E talvez foi a partir desse raciocínio que lá no passado acreditavam que era possível criar uma máquina de movimento perpétuo. E talvez foi a partir daí que começaram a chamar qualquer coisa de movimento perpétuo, criando uma grande confusão.

Por exemplo, vamos pensar em um aparelho com uma haste horizontal que sobe e desce. Esse aparelho não é ligado na tomada. Um observador externo não muito cuidadoso talvez pense que essa haste suba e desça por mágica. Ou que talvez o movimento de descida forneça impulso para o de subida (?). Enfim, todo tipo de hipótese maluca pode ser formulada. Só que a haste em questão se movimenta com a variação da pressão atmosférica: a haste está conectada a um bloco de discos selados de metal bem fino. Se a pressão aumenta, esses discos se comprimem e fazem com que a haste suba. Se a pressão diminui, os discos relaxam-se e a haste diminui. Temos assim um microbarógrafo (e é possível fazer uma versão caseira usando balão de festa de aniversário, vidro de azeitona e canudos).

Microbarógrafo. Fonte: Fuess.

Microbarógrafo, usado para registrar as variações de pressão atmosférica. Fonte: Fuess.

Essa máquina e tantas outras não criaram a energia que utilizam em sua movimentação. Elas utilizam uma energia externa a elas (no exemplo do microbarógrafo, utiliza a variação de pressão atmosférica), portanto não podemos considerá-las como um sistema fechado.

Uma máquina que utiliza energia solar ou energia das marés, por exemplo, está usando uma fonte externa de energia. E essa fonte cessar, ela deixa de se movimentar! Tudo que se movimenta ou realiza trabalho precisa de uma fonte de energia para fazê-lo.

Vocês já devem ter percebido até aqui que a Primeira Lei da Termodinâmica pode ser aplicada tanto para uma garrafa térmica, para um carro, para um planeta, para uma estrela, para o Sistema Solar, enfim, depende dos limites impostos. Uma caixinha bonitinha que é o microbarógrafo não pode ser considerada um sistema fechado porque a energia que ele utiliza para movimentar a haste vem de fora: é a pressão atmosférica!

Uma das observações mais interessantes sobre esse assunto certamente foi feita pelo gênio Nikola Tesla. Tesla percebeu (talvez outros tenham percebido também, mas o crédito é sempre dado a ele) que estamos imersos em uma série de campos energéticos, que são responsávels por aparentes movimentos perpétuos que existem na natureza (e que na verdade não tem nada de perpétuos, pois sempre tem uma explicação). Por exemplo, o movimento de rotação da Terra em torno do Sol. Ele pode parecer perpétuo, mas é resultado de muitas forças (principalmente a força atração gravitacional).

Talvez aqui a palavra perpétuo possa ter uma interpretação errada. E por essa razão muitos livros utilizam o termo “moto contínuo”, já que perpétuo pode dar a ideia de “algo que dura para sempre” e o que é esse “para sempre”? Por uma vida? Por alguns séculos? A Terra gira em torno do Sol há alguns bilhões de anos… isso seria considerado perpetuo? Não. Uma hora esse movimento vai acabar, pois nosso querido Sol vai evoluir para uma Gigante Vermelha e vai “engolir” a Terra (não se assuste, isso deve acontecer daqui de 5 bilhões de anos).

442px-Perpetual_Motion_by_Norman_Rockwell

Descrição da imagem acima: Capa da revista Popular Science, de Outubro de 1920. É uma ilustração de Norman Rockwell que retrata um inventor trabalhando na criação de uma máquina de movimento perpétuo. O inventor segura em suas mãos um aparelho de  em que esferas da direira  são mais pesadas e fazem as da esquerda se movimentarem, criando um suposto movimento de rotação perpétua O que acontece na verdade é que há a atuação de uma força, a força da gravidade. E esse aparelho eventualmente vai sofrer desgaste. Além disso, o atrito atrapalha sua eficiência. E não tem lá muita utilidade, rs.  Você não ficou impressionado com preço da revista (25 cents)? Eu fiquei! Fonte: Wikimedia Commons

As máquinas de movimento perpétuo (ou contínuo) são hipotéticas, mas mesmo assim podem ser classificadas dependendo da lei da termodinâmica que violam.

Uma máquina de movimento perpétuo de primeiro grau (ou de primeiro tipo) é aquela produz trabalho sem uma fonte de energia. É como um carro que funcionasse sem combustível, por exemplo. Essas máquinas violam a Primeira Lei da Termodinâmica, da qual já falamos.

Mas também é possível pensar em uma máquina de movimento perpétuo de segundo grau (ou de segundo tipo), que nesse caso violaria a Segunda Lei da Termodinâmica. Uma máquina desse tipo converteria energia termal espontaneamente em trabalho. Ok, os mais desavisados pensariam: uma Maria Fumaça não usa calor e converte esse calor em movimento (trabalho)? Sim, mas esse calor vem de algum lugar… vem da queima da lenha! Se formos analisar com mais cuidado, a gente vai ver que um carro é uma máquina de movimento perpétuo do segundo tipo.

Definir a Segunda Lei da Termodinâmica é bem complicado, pois é necessário introduzir um conceito chamado entropia. A entropia é uma forma de medir a desordem de um sistema. Alguns físicos me matariam por essa definição, rs. Mas é o melhor que posso fazer, sem entrar em assuntos complicadíssimos e que não domino, como mecânica estatística.

De acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica, a entropia de um sistema fechado nunca diminui, pois os sistemas fechados tendem naturalmente a atingir um grau de máxima entropia chamado equilíbrio termodinâmico. No equilíbrio termodinâmico, não há fluxo de energia e nem há mudanças de fase. Vou dar um exemplo: imaginem um sistema formado por um canecão de água quente + ambiente.  Esse canecão de água vai perder calor até atingir a temperatura ambiente. Quando atingir a temperatura ambiente, não vai mais trocar energia.  De maneira bastante simplificada, eu diria que é isso.

E existe uma outra categoria: máquina de movimento contínuo do terceiro tipo. Seria uma máquina em que a fricção e outras formas de dissipação seriam completamente eliminadas e o movimento duraria pra sempre (devido a inércia).  A dissipação não pode ser totalmente removida, mas pode ser bem diminuída. O uso de novos materiais, novas tecnologia e substâncias que reduzem o atrito ajudam a melhorar o rendimento das máquinas. O nome “máquina de movimento contínuo do terceiro tipo” é apenas classificatório. O termo “terceiro tipo” pode induzir o pensamento de que esse tipo de máquina violaria a Terceira Lei da Termodinâmica, o que não é o caso.

Concluindo: para termos movimento, a gente precisa de um custo! Qualquer tipo de movimento tem uma energia que é sua causa. Não dá para burlar a natureza. Não tem o tal “jeitinho brasileiro” com a natureza.

Eu sei que esse post ficou enorme e sei que preciso aprender técnicas de concisão. Espero que alguém leia esse texto até o final. hehehehe 🙂