Ronai Lisboa
Curso de Introdução à Física Clássica: Mecânica, Termodinâmica, Fluidos, Ondas e Oscilações e Eletromagnetismo para Bacharelado em Ciências e Tecnologias.
Há muito espaço lá embaixo!
“No ano 2000, quando olharem para esta época, elas se perguntarão por que só no ano de 1960 que alguém começou a se movimentar seriamente nessa direção.”
“O que eu quero falar é sobre o problema de manipular e controlar coisas em escala atômica. Tão logo eu menciono isto, as pessoas me falam sobre miniaturização e o quanto ela tem progredido nos dias de hoje. Elas contam-me sobre motores elétricos com o tamanho de uma unha do seu dedo mindinho."
"E que há um dispositivo no mercado, dizem elas, com o qual pode-se escrever o Pai Nosso na cabeça de um alfinete. Mas isso não é nada: é o passo mais primitivo e hesitante na direção que eu pretendo discutir. É um novo mundo surpreendentemente pequeno.” (Palestra proferida em 1959)
Richard Feynman (1918 — 1988)
Fonte: Richard Feynman.
Fonte: Amazon.com
Richard Feynman, em 1959, especulou uma nova engenharia - a nanotecnologia.
Ele especulou que, se tivéssemos uma plataforma que nos permitisse organizar átomos individuais em um padrão exato e ordenado, seria possível armazenar uma informação por átomo.
O cabeçote de leitura/gravação e a bandeja giratória no interior do disco rígido de um computador.
Enquanto a bandeja dotada de cobertura move-se abaixo do cabeçote de leitura/gravação, um pulso de corrente em um sentido magnetiza a superfície da bandeja, representando uma unidade binária, ou um pulso de corrente de sentido contrário magnetiza a superfície, representando um zero binário.
Fenômeno denominado Magnetorresistência Gigante (MRG). Nobel de Física, em 2007, Albert Fert e Peter Grünberg.
codificação longitudinal
codificação ortogonal
250 gigabytes
2 terabytes
Fonte: Wolfgang & Bauer
Cientistas do Instituto Kavli de Nanociência da Universidade de Delft armazenaram um kilobyte (8.000 bits) representando cada bit pela posição de um único átomo de cloro.
A densidade de armazenamento permitiria que todos os livros já criados por humanos fossem escritos em um único selo postal (Sander Otte).
96 nm
126 nm
Fonte: Nat. Nanotecnologia. 2016, DOI: 10.1038/nnano.2016.131
Cada bit consiste em duas posições em uma superfície de átomos de cobre e um átomo de cloro que podemos deslizar para frente e para trás entre essas duas posições.
É possível mover átomos e molécuIas da maneira que desejarmos para criar novas estruturas ou modificar estruturas já existentes.
Uma letra de 1 mm de altura reduzida 25.000 vezes fica com 0,00004 mm de altura, ou 40 nanometros (um nanometro é a milionésima parte do milímetro).
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Em 1989, cientistas da IBM deslocaram átomos com um microscópio de tunelamento com varredura (scanning tunneling microscope, STM). Uma das primeiras imagens vistas pelo público em geral foi a das letras IBM traçadas com 35 átomos de xenônio sobre uma superfície de níquel. As letras IBM se estendiam por 15 átomos de xenônio.
Credit: IBM
http://dx.doi.org/10.1038/344524a0
Se a distância entre os centros de átomos de xenônio adjacentes é 5 nm (\(5 \times 10^{-9} \text{m}\)), estime quantas vezes “IBM” poderia ser escrito em uma página A4. (Tipler 1.16)
Fonte: https://www.nature.com/nnano/
Cabelo humano:
Corona vírus:
Nanopartículas:
Têm dimensão menor que 100 nm pelo menos.
Podem ser enroladas em uma única camada, multicamadas e outras estruturas.
Nanoesferas de ouro
*Foram descobertos em 1985 por Harold Kroto (descoberta que lhe valeu o Prêmio Nobel de Química em 1996)
Fulerenos*
A esfera
Volume
Área
Se o raio vale \(r=2,32 \text{cm}\) quais os valores e unidades das grandezas \(V\) e \(A\)?
Qual o valor e unidade da razão \(A/V\) ?
O cubo
Volume
Área
Se o lado vale \(L=2,32 \text{cm}\) quais os valores e unidades das grandezas \(V\) e \(A\)?
Qual o valor e unidade da razão \(A/V\) ?
O cubo
A esfera
A dimensão da razão A/V é o inverso do comprimento (centímetro).
Se \(L = r\) a razão \(A/V\) é maior para o cubo.
Qual das imagens da mesma cenoura possui maior razão \(R=A/V\)?
O cubo
A esfera
A razão entre a área superficial e o volume para um material ou substância feita de nanopartículas tem um efeito significante nas propriedades do material.
Os materiais feitos de nanopartículas têm uma área de superfície relativamente maior quando comparados ao mesmo volume de material feito de partículas maiores.
Caso seja necessário enviar uma maior quantidade de medicação para uma célula contaminada com o SARS-Covid-19 por meio de uma molécula (nanomolécula), qual seria a melhor forma molecular?
A relação entre a área da superfície e o volume aumenta à medida que o raio da esfera diminui e vice-versa.
Se o raio (\(r\)) da partícula diminui, a área superficial aumenta.
A razão \(R=A/V\) aumenta uma ordem de grandeza quando o raio diminui uma ordem de grandeza.
Quando um determinado volume de material é composto de partículas menores, a área de superfície do material aumenta.
Para uma microesfera de raio \(r = 10 \mu \text{m}\):
Para uma nanoesfera de raio \(r = 10 n \text{m}\):
À medida que ocorrem reações químicas entre partículas que estão na superfície, uma determinada massa de nanomaterial será muito mais reativa do que a mesma massa de material composta de partículas grandes.
Fonte: https://www.intechopen.com
A forma da nano partícula afeta a razão entre superfície e volume.
Reações químicas ocorrem quando as partículas reactantes (substância que é parte do material inicial necessária para uma reação química) entram em contato uma com a outra para formar novas partículas.
A (cm^2) | V (cm^ 3) | R (cm^-1) | |
---|---|---|---|
Cubo | 24 | 8 | 3 |
Paralelepípedo | 88 | 48 | 1,8 |
Esfera | 100,5 | 33,5 | 3 |
Cilndro | 348,5 | 33,5 | 10,4 |
Como a razão área/volume aumenta, uma maior quantidade da substância entre em contato com o material circundante. Isso resulta em uma grande porção do material inicialmente exposto para o potencial de reação.
Caso seja necessário enviar uma maior quantidade de medicação para uma célula contaminada com o SARS-Covid-19 por meio de uma molécula (nanomolécula), qual seria a melhor forma molecular?
A nanotecnologia tem diversas aplicações: Engenharia dos Materiais, Engenharia Química, Biofísica, Química, Física, etc.
Fonte: https://www.researchgate.net
Bandeja tibial em liga de titânio incorporando macro fixação com pinos e quilhas; microfixação com porosidade à escala micrométrica manufaturada por aditivo e texturização em escala nano em toda a porosidade com nanotubos de dióxido de titânio anodizado.
Jogos Olímpicos Rio 2016
Os competidores podem realmente ter certeza de que, quando a barra é definida em 1,97 m, isso é na verdade 1,97 m, e não alguns milímetros de qualquer maneira, aproximando-a de 1,98 m ou 1,96 m? Portanto, \(H = (1,97 \pm 0,01)\) m.
Fonte: Freepic.com
No Heptatlo, a cada uma das 7 provas a atleta acumula um número determinado de pontos de acordo com seu aproveitamento.
No salto em altura, a pontuação (P) é dada por:
São necessárias 5 casas decimais no resultado dessa pontuação?
Se há um erro no reposicionamento da barra, a atleta é prejudicada?
Jogos Olímpicos Rio 2016
Quando uma piscina de 50 m é construída, a tolerância permitida é mais de dez vezes mais do que 3 cm. É inútil tentar construir com maior precisão pois comprimento variará com a temperatura e até mesmo com o número e a posição das pessoas na piscina.
Na piscina, Michael Phelps e outros dois empataram por medalhas de prata, com cada um um tempo de 51,14 s.
Para uma piscina de L = (\( 50,00 \pm 0,03 \)) m, faria diferença os tempos entre os atletas?
A profundidade e raia da piscina podem alterar o rendimento dos atletas?
Um garoto e seu átomo
A animação mostra a manipulação de átomos de carbono em uma superfície de cobre.
Cada esfera que forma a imagem é um átomo.
HOJE,
1 milhão de átomos para
armazenar um bit de dados.
FUTURO,
“Quantos átomos são necessários para armazenar de forma confiável um bit de informação magnética?”
Fonte: https://youtu.be/oSCX78-8-q0
By Ronai Lisboa
Nanotecnologia. Ordens de grandeza. Algarismos significativos. Regras de arredondamento.
Curso de Introdução à Física Clássica: Mecânica, Termodinâmica, Fluidos, Ondas e Oscilações e Eletromagnetismo para Bacharelado em Ciências e Tecnologias.