18 out, 2017
por Daniel Geraldes
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Resenha histórica do Vácuo

Eng. José María Pedroni – de Engenharia Bernoulli S. A.

E-mail: jmpedroni@ibernoulli.com

 

               O filósofo grego Demócrito, século V a. C., foi o primeiro a espraiar-se sobre o conceito de vácuo.  Concebia a matéria como um conjunto de átomos impenetráveis, que estão sempre em movimento no espaço vazio. “Sem o vácuo”, dizia, “não poderia existir o movimento”. Foi precursor dos físicos do século XVII e químicos do século XIX. Aristóteles, século IV a. C., em sua “Física”, combateu acerbamente as ideias de seus predecessores atomistas e negava a existência do vácuo. Sustentava que é impossível: “A natureza aborrece o vácuo”. Naquele século e em outros por virem, ignorava-se a existência da pressão atmosférica, pela qual certos fenômenos, como a dificuldade de distender um fole com o orifício de saída tapado, ou o efeito de uma ventosa não se deviam à pressão do ar exterior mas sim ao “horror vacui” da matéria, que se nega a deixar espaços vazios.

Naqueles tempos houve algumas vozes que defendiam a ideia do vácuo, um dos quais o pensador chinês Lao Tsé, século IV a. C., sustentando que tudo nasce do vácuo, onde está a essência das coisas. Assim, por exemplo, a realidade de um cântaro reside no espaço vazio para alojar a água, não nas suas paredes materiais. O mesmo em um carro, o espaço para alojar a carga ou, em um quarto, o âmbito para viver é o essencial, não a cortiça material das paredes.

               Também Lucrécio, poeta e filósofo romano, século I a. C. em: “De rerum natura”, defendeu Demócrito, “… se não existisse o lugar e o espaço livre que chamamos vácuo, os corpos não poderiam se assentar em nenhum local nem se mover em distintas direções…”

Mas o prestígio de Aristóteles, ganho por seus aportes à “Lógica”, era muito grande nessa época e o conceito de “horror vacui” tornou-se um dogma da filosofia escolástica, que dominou toda a idade média. Foi Galileu, em 1630, quem começou a pô-lo em dúvida. Disse que é impossível fazer funcionar um sifão para cruzar uma colina de 21 metros porque a “força do vácuo” tem um limite da ordem de 18 braços. O “horror vacui” já não era absoluto. Também provou experimentalmente que corpos de ferro e chumbo caem na mesma velocidade no vácuo.

Recentemente, em plena idade moderna, Evangelista Torricelli, em 1644, com um simples experimento demonstrou a existência do vácuo e rebateu a teoria do “horror vacui”: encheu um tubo de aproximadamente 1 metro de mercúrio, tapou-o com o polegar, inverteu-o;  finalmente submergiu-o em uma cuba cheia de mercúrio, afrouxou o dedo e observou que a coluna de mercúrio do tubo descia e apresentava um nível 76 cm acima do nível de mercúrio da cuba, em equilíbrio com a pressão atmosférica que atuava sobre a superfície de mercúrio da cuba.

O que ficava na parte superior do tubo? Nada menos que o vácuo. Blaise Pascal, em 1648, repetiu a experiência a várias alturas e encontrou, sobre um monte, o Puig-de-Dome, a altura da coluna de mercúrio de 67 cm e atribuiu isto à variação de pressão atmosférica com a altitude. Sarcasticamente se perguntava, aludindo aos escolásticos: é possível que o “horror vacui” seja maior em Paris que na montanha?  Não pôde demonstrar que o som não pode se propagar no vácuo, por algumas perdas ocorridas nas provas, mas foi o irlandês Robert Boyle, em 1659, quem verificou, em notáveis experimentos, que uma campana posta em uma câmara de vácuo não soa e que os sólidos caem a igual velocidade.

Boyle teve muitos detratores, encabeçados pelo filósofo inglês Tomas Hobbes, autor de “Leviatan”, onde expõe suas ideias contrárias ao vácuo. Mas os experimentos e as ideias de Boyle saíram airosos da polêmica. Também o físico alemão Otto Von Guericke, inventor da bomba de vácuo, foi convincente com sua espetacular experiência de Magdeburgo, em 1654, na presença do imperador da Alemanha, Fernando III: preparou duas semiesferas ocas de 55 cm de diâmetro, com sendas solapas (trilhas abaixo da superfície das bordas) que, intercalando gordura e superpostas, fechavam perfeitamente. Em seguida produziu vácuo na esfera com sua bomba e tentou separá-las esticando uma junta de cavalos para os lados. Não se separaram. Repetiu-se o experimento aumentando o número de juntas.

Foram necessários 8 cavalos de cada lado para separar as esferas. Hoje, qualquer estudante secundário explicaria o fenômeno pela ação da pressão atmosférica e calcularia essa força multiplicando a área da parte plana da semiesfera 2375 cm² por 1033 kgf/cm², o que atinge 2453 kgf, mas naquela época, parte da comunidade científica e, mais ainda, da filosófica seguiam acreditando no “horror vacui” e não se haviam noticiado da existência da pressão atmosférica. Este experimento, também crucial, comoveu a ciência e a filosofia.

Isaac Newton, em 1666, com sua teoria da gravitação universal, onde os planetas navegam no vácuo em órbitas previsíveis e onde é ínfima a proporção de matéria, assegurou o golpe de misericórdia à teoria do “horror vacui”. O filósofo e matemático alemão Guilherme Leibniz, na sua polêmica contra seu colega inglês Clarke, em 1715/1716 tratou de rebater a filosofia newtoniana, mas os fatos posteriores, muito antes da presença do homem na lua, demonstraram que tanto ele como outras prestigiosas figuras, como o francês René Descartes estavam equivocados.

Dezenas de astrônomos e matemáticos puderam prever as trajetórias dos novos corpos cometas e planetas com assombrosa exatidão, baseando-se na mecânica celeste de Newton. Outro passo importante, mas desta vez no microcosmo, foi a teoria cinética dos gases, de James Maxwell e Ludwig Boltzman (1860-71), que teve grandes consequências: baseou-se em que as moléculas de um gás se movem de forma aleatória no vácuo e explicou uma série de fenômenos como a pressão, a lei dos gases, a viscosidade, a velocidade molecular, o caminho livre médio, etc., que antes se sabia existirem mas não quais eram suas origens e abriu novos rumos na ciência e na tecnologia dos processos de vácuo.

Finalmente o inglês Ernest Rutherford, em 1910, propôs que os átomos estão formados por um núcleo central em torno do qual, muito longe, giram os elétrons, o que aumentou ainda mais a porção vazia do universo. Atualmente, na tecnologia espacial se conseguiram vácuos elevadíssimos, menores que 10 E-7 mBar de onde o caminho livre médio entre moléculas é maior que 10 E 5 cm. Com o vácuo absoluto ocorre algo similar ao zero absoluto de temperatura: vamo-nos aproximando cada vez mais, mas nunca chegamos. Mas disso não se devem inferir conclusões filosóficas equivocadas, porque por mais longe que vamos, as leis da física não farão mais que se cumprirem.

Em 1909, Martin Knudsen (Dinamarca) publicou seus trabalhos sobre o fluxo de gases a vácuo, notáveis certamente, dando base científica a uma série de regras práticas utilizadas na mecânica de fluidos a vácuo. Em 1913 e em anos seguintes, Irving Lagmuir (USA) publicou uma série de estudos sobre destilação molecular. Demonstrou que há um limite máximo na destilação, por unidade de superfície de evaporação de um produto a vácuos elevados, que depende da pressão, da temperatura e da massa molecular, quer dizer, que as condições operativas do ponto de vista de transferência de calor são necessárias mas não suficientes: a partir de pressões suficientemente pequenas, a velocidade molecular assume o controle da destilação e a transferência calórica se torna secundária. Hoje o destilador molecular é uma ferramenta comum na oleoquímica e na tecnologia farmacêutica.

Em 1890, Karl Gustaf de Laval, de Suécia, inventa um bocal supersônico, de perfil convergente-divergente que aplicou a suas turbinas de vapor e, já no século XX, Ernest Köerting, de Alemanha, empregou-o com êxito em seus ejetores a vapor de uma e de múltiplas etapas para produzir vácuo. O ejetor de vapor ganhou espaço, paulatinamente, no campo dos vácuos baixos e médios, por suas características de não ter partes móveis, que o caracterizou como um aparelho muito confiável e por ser imune à influência de gases contaminantes, a que estão expostas a maioria das bombas de vácuo. Utilizam-se regularmente em refinarias petroleiras, plantas petroquímicas e refinarias de azeites comestíveis.

A história do vácuo nos ilustra sobre a indiscutível superioridade do método científico em relação ao de outras disciplinas. Bastou que um experimento, o de Torricelli contradissesse a teoria aristotélica do “horror vacui” para que esta desaparecesse para sempre. A matemática, que vem tendo um prodigioso desenvolvimento, é outro exemplo antidogmático: foi construída sobre o chamado “princípio de permanência das regras formais”, segundo o qual, quando aparece uma contradição, são mantidas as propriedades das operações e modificam-se as definições. Assim, quando apareceu a raiz quadrada de um número negativo, manteve-se a radiciação, mas se estendeu o conceito de número, criando uma categoria mais chamada de números complexos. Houve que mudar e mudou-se. Se este elevado espírito crítico fosse aplicado também às ideias sociopolíticas, nosso mundo seria muito melhor que o que temos. Mas, como sentenciara Albert Einstein: “o homem é o único animal que repete os mesmos erros”.

PUBLICAÇÃO EXCLUSIVA REVISTA ÓLEOS & GORDURAS – ED. JAN/FEV 2017

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