O que acontece quando um buraco negro atravessa seu campo de visão?
Materiais
A classe pode se dividir em grupos. Os materiais e a preparação dos mesmos devem ser feitos exclusivamente pelo professor. Cada grupo precisará de:
- 1 retrato ou imagem com formato distinto (uma foto de Einstein, por exemplo).
- Copos (taças) de vinho de vidro.
- Luvas e óculos protetivos (veja figura).
- Alguma ferramenta de corte fino para cortar a base da taça de vinho (veja figura).
Preparação:
- Compre um copo (taça) de vinho feito de vidro transparente claro, sem qualquer matiz de cor ou padrão no vidro (vide a figura abaixo). Prefira um copo com haste mais grossa. Você será capaz de criar duas lentes com cada copo de vinho, usando tanto a base quanto o globo para produzir os efeitos ópticos desejados das lentes gravitacionais.
- Coloque luvas de proteção e óculos de proteção. Você deve sempre usar luvas de proteção e óculos de segurança durante o manuseio e corte de vidro. Sempre! As etapas a seguir provavelmente produzirão poeira e cacos de vidro. Tome cuidado para escolher uma área de trabalho segura e limpe cuidadosamente qualquer fragmento de vidro.
- Use a ferramenta de corte fino para marcar a haste do copo de vinho. A localização dessa primeira marcação deve estar logo acima da base, à medida que o vidro começa a se estreitar (cerca de 1 centímetro acima da base). Para obter esta marca, segure o copo de vinho pelo globo firmemente em uma mão e a ferramenta de corte fino na outra. Marque um único círculo completo ao redor da haste, certificando-se de que o início e o final da linha gravada se conectem. Faça apenas uma linha gravada para cada lugar em que deseje quebrar o vidro, pois várias pontuações produzirão múltiplas fraturas e uma quebra ruim.
- Para separar a base da haste, bata a base contra uma superfície dura, em um movimento suave, porém firme, abruptamente interrompendo a ação quando a base de vidro de vinho atinge a superfície. A base deve atingir a superfície em um ângulo enquanto o globo está protegido em sua mão enluvada e o objeto não atinge a superfície. Veja a imagem abaixo. O vidro deve quebrar-se na linha marcada. Se não, repita o movimento novamente com um pouco mais de força. Se ainda assim ela não se romper corretamente, faça uma marcação cuidadosa de uma ranhura um pouco mais profunda, certificando-se de NÃO gravar quaisquer linhas adicionais. Repita o movimento de bater com menos força antes de prosseguir para um toque mais forte. Se a base se separar da haste, mas produzir um fragmento fixo na base, segure firmemente a base e bata o fragmento contra uma superfície rígida em um ângulo, que provavelmente se romperá na marca da linha marcada.
- Retire as bordas afiadas da base que você acabou de destacar. Queremos eliminar qualquer possibilidade de lesão. Isso produzirá uma lente em forma de disco. Veja a imagem abaixo para exemplos de bases.
- Para produzir outra lente gravitacional a partir do globo de vidro do copo de vinho, repita as etapas acima, tomando os cuidados a seguir: tenha muito cuidado ao manusear a ponta da haste, pois ela pode estar afiada e pode feri-lo com facilidade; a melhor posição para a marca depende do tipo de copo de vinho que você possui; veja a imagem abaixo para ver exemplos de globos de vidro que podem ser obtidos.
- Você já fez duas lentes gravitacionais a partir de um copo de vinho. Tente criar outro conjunto a partir de outro copo de vinho. Sempre descarte qualquer material de vidro considerado perigoso.
Atividade:
- Explique ao seu público que um buraco negro distorce a visão do espaço e do tempo ao redor dele. (E que esta é uma ideia muito estranha!)
- Se a borda cortada não estiver perfeitamente lisa, suavize essas bordas afiadas ANTES de apresentar ao público. Caso contrário, supervisione de perto o aparelho com luvas de proteção. Preste atenção ao (s) seu (s) voluntário (s) para não deixar cair a frágil e frágil lente do buraco negro.
- Convide os membros de cada grupo a ver o mundo através de suas “lentes-buraco negro” observando a imagem de fundo através da base do copo de vinho. Qual é a visão?
- Você pode criar um "anel de Einstein" - um anel muito fino ao redor do centro da lente - olhando para a imagem através da lente a partir do ângulo correto?
- Repita esta atividade até que o voluntário "descubra" o buraco negro. Repita toda a atividade mudando o ímã de buraco e alternando os membros dos grupos que jogarão a bolinha.
Discussão:
- Einstein previu que a forma real do espaço e do tempo em torno de um objeto massivo é distorcida pela gravidade do objeto. A luz de um objeto distante viajaria em um caminho reto até o observador, mas se essa luz passasse perto de um objeto compacto (de grande densidade gravitacional), a luz seguiria o espaço curvo e deformado ao redor do objeto. Este efeito de lente gravitacional permite que esses objetos massivos atuem como lentes que focalizam e amplificam a luz de objetos distantes.
- Arthur Eddington foi o primeiro a observar uma mudança na posição de uma estrela distante à medida que sua luz se aproximava de um objeto enorme na frente do observador. Durante um eclipse solar em 1919, Eddington mediu como a posição de uma estrela mudou quando observada perto do Sol em comparação com sua posição original. Essa medida de deformação correspondia às previsões de Einstein de como a gravidade do Sol distorceria o espaço (e o tempo).
Materiais complementares:
- Simulação de lentes gravitacionais:
- http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2003/01/video/a
- Cidade vista a partir de uma lente gravitacional:
- http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2003/01/video/b
Créditos:
A presente atividade é uma adaptação da atividade "Black Hole Lensing" do manual "Inside Einstein's Universe Lensing Demos", que pode ser encontrado em: https://www.cfa.harvard.edu/seuforum/einstein/resources/JourneyBlackHole/LensingDemos.pdf. As figuras acima apresentadas foram retiradas desta atividade.