Ciência no Espaço
Gravidade e Microgravidade <ul><li>Vôo espacial </li></ul><ul><li>Livrar-se do filtro atmosfera </li></ul><ul><li>Estudar ...
Issac Newton Lei da Gravitação Universal Numa sua experiência hipotética, disparando uma bala de canhão com velocidade suf...
Gravidade e Microgravidade Peso  normal Mais pesado Menos pesado Sem peso  aparente
Gravidade e Microgravidade Tempo de queda: Torres de queda: 5 m 1g  – 1 seg 0.01g  – 10 seg 10 -6 g  – 17 min(1000 seg) 10...
Meios de acesso à microgravidade Meses dias Torre de queda Avião – voo parabólico Foguete sonda Estação Espacial 2 - 6 sec...
Gravidade e Microgravidade Centrífugadoras do LNEC e da Cidade das Estrelas - Kaliningrad (Rússia).
Gravidade e Microgravidade Área de trabalho do Airbus A300   Torre de queda do INTA plataforma EURECA 1 Voo parabólico   
Estação Espacial Internacional (ISS) Vaivém Espacial
Skylab 1 (14Mai73) não tripulado SKYLAB Skylab 3 (18Jul73) 79,5 dias Skylab 4 (16Nov73) 89 dias  Skylab 2 (23Mai73) 28 dia...
MIR
ISS
Space Shuttle
 
Porão de carga do Vaivém
SpaceHab
Ciência em Microgravidade EXEMPLOS
Biotecnologia Modelo  gerado por computador, a partir dos dados de difracção de  raios-X , do cristal da proteína tripanat...
Combustão Em Terra (1g)  a convecção origina a  chama  em forma de  lágrima  e arrasta o negro de fumo até ao seu topo, pr...
Materiais Os dados sobre o modo como evoluem as  interfaces de solidificação (dendrites )permitem explicar a  microestrutu...
Biologia Vegetal “ SPIN-OFF” Terapia fotodinâmica  os tumores cancerosos são destruidos, sem danificar o sensível tecido c...
Fisiologia Humana compreender os problemas associados à  influência do stress  provocado pela exposição de tripulações à  ...
Física de Fluidos Aplicações:  sistemas de ar condicionado e refrigeração mais eficazes e melhoramentos em centrais de pro...
Gravidade e Microgravidade Física Fundamental Teste do Princípio da Equivalência por Satélite (The Satellite Test of the E...
Ciência no Espaço - Enquadramento Nacional <ul><li>Portugal adere à ESA em 2000.  </li></ul><ul><li>Cooperação Portugal - ...
Ciência em Microgravidade Em PORTUGAL
<ul><li>Fisiologia Humana </li></ul><ul><li>Biomecânica </li></ul><ul><li>Biotecnologia </li></ul><ul><li>Desenvolvimento ...
CIÊNCIA NO ESPAÇO  Em Terra & STS-113 ( Jan2002 ) ESTRUTURA de PROTEÍNAS Isolamento, cristalização e difracção de raios-X,...
Liquid Mass Diffusion  of Al non-ferrous alloys ICAT / Centre for Microgravity and Materials Research -UAH Codastefano met...
Thermal conductivity  of molten materials No convective or other effects Miniaturize the existing sensors Hibiya et al (19...
Ciência em Microgravidade EDUCAÇÃO
Centre Biological Science and Engineering -UAB
Os Laboratórios Espaciais  e o projecto  PULSAR E scola Secundária da Amadora Escola Secundária Passos Manuel Escola Secun...
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Microgravidade, I Oficina de Educação e Exploração Espacial, CCVA 2007, Manuel Matos Lopes

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Microgravidade

  1. 1. Ciência no Espaço
  2. 2. Gravidade e Microgravidade <ul><li>Vôo espacial </li></ul><ul><li>Livrar-se do filtro atmosfera </li></ul><ul><li>Estudar os 3 estados fundamentais da matéria, as forças e os processos que os afectam sem a influência da gravidade </li></ul><ul><li>Viajar para outros mundos </li></ul>GRAVIDADE - PARÂMETRO EXPERIMENTAL
  3. 3. Issac Newton Lei da Gravitação Universal Numa sua experiência hipotética, disparando uma bala de canhão com velocidade suficiente, do cimo de uma montanha alta, esta poderia orbitar a Terra – a queda livre permanente. <ul><li>Forças no Universo: </li></ul><ul><li>Electromagnéticas </li></ul><ul><li>Nucleares fortes e fracas </li></ul><ul><li>Gravidade </li></ul>Henry Cavendish (sec.XVIII) G = 6.67x10 -11 N m 2 kg -2 Gravidade e Microgravidade
  4. 4. Gravidade e Microgravidade Peso normal Mais pesado Menos pesado Sem peso aparente
  5. 5. Gravidade e Microgravidade Tempo de queda: Torres de queda: 5 m 1g – 1 seg 0.01g – 10 seg 10 -6 g – 17 min(1000 seg) 10 -6 g <> 6.37 milhões km (17 x Terra-Lua) 0.9g <> 320 km (órbita do Vaivém)
  6. 6. Meios de acesso à microgravidade Meses dias Torre de queda Avião – voo parabólico Foguete sonda Estação Espacial 2 - 6 sec 15 - 25 sec 2 - 12 min  17 days Month
  7. 7. Gravidade e Microgravidade Centrífugadoras do LNEC e da Cidade das Estrelas - Kaliningrad (Rússia).
  8. 8. Gravidade e Microgravidade Área de trabalho do Airbus A300   Torre de queda do INTA plataforma EURECA 1 Voo parabólico  
  9. 9. Estação Espacial Internacional (ISS) Vaivém Espacial
  10. 10. Skylab 1 (14Mai73) não tripulado SKYLAB Skylab 3 (18Jul73) 79,5 dias Skylab 4 (16Nov73) 89 dias Skylab 2 (23Mai73) 28 dias – alunos de liceus estudam astronomia (pulsares), física e biologia
  11. 11. MIR
  12. 12. ISS
  13. 13. Space Shuttle
  14. 15. Porão de carga do Vaivém
  15. 16. SpaceHab
  16. 17. Ciência em Microgravidade EXEMPLOS
  17. 18. Biotecnologia Modelo gerado por computador, a partir dos dados de difracção de raios-X , do cristal da proteína tripanationa-reductase, essencial no metabolismo de um parasita que causa a doença de Chagas , doença devastadora que afecta o coração e o trato gastro-intestinal. Os cristais de insulina humana obtidos em Terra (1g) são muito mais pequenos e imperfeitos do que os obtidos em órbita (  g). A insulina é uma proteína que permite ao organismo humano transformar os açúcares, amidos e outros alimentos em energia. 1g  g O conhecimento da estrutura permite desenhar medicamentos que substituem ou que interactuam com a proteína, inibindo as suas funções, prevenindo ou curando a doença.
  18. 19. Combustão Em Terra (1g) a convecção origina a chama em forma de lágrima e arrasta o negro de fumo até ao seu topo, produzindo a cor amarela. Em microgravidade (  g) onde os fluxos causados pela gravidade não existem , a chama é esférica, livre de negro de fumo e azul. <ul><li>Livre do efeito da convecção, a melhor observação do processo de combustão obtida através dos estudos em microgravidade permite: </li></ul><ul><li>melhorar a segurança e combate a incêndios em naves espaciais </li></ul><ul><li>conduzir a métodos de redução da poluição em Terra, graças a uma melhor compreensão da formação do negro de fumo. </li></ul><ul><li>Reduzir o risco de explosão que pode ocorrer em minas de carvão e silos de cereais por formação de nuvens de pó. </li></ul><ul><li>Melhorar os processos de síntese por combustão. </li></ul>1g  g
  19. 20. Materiais Os dados sobre o modo como evoluem as interfaces de solidificação (dendrites )permitem explicar a microestrutura final do material, que determina as suas propriedades. Secção de um cristal de um metal semicondutor dopado . Na parte superior, obtida na queda livre de um foguetão sonda (  g ) obtem-se um cristal uniforme, com melhores propriedades semicondutoras , do que a parte obtida a 1g . A fundição é um dos processos fundamentais na obtenção de ligas metálicas de elevada qualidade. A  G permite entender os mecanismos envolvidos neste processo e obter em Terra ligas de melhor qualidade. Actualmente são usadas na indústria automóvel e aeroespacial , ligas de alumínio cuja produção beneficia do conhecimento obtido em  g. Microesferas de poliestireno. Em  g obtém-se esferas mais uniformes do que em Terra ( 1g ) . alumin io -indi o
  20. 21. Biologia Vegetal “ SPIN-OFF” Terapia fotodinâmica os tumores cancerosos são destruidos, sem danificar o sensível tecido cerebral, por irradiação com LED’s em conjunção com um fármaco apropriado. Nestas câmaras estuda-se, por exemplo, a alteração que o ambiente de microgravidade produz sobre o metabolismo e os mecanismos reprodutivos da planta. Os LED’s usados na câmara de crescimento de plantas fornecem uma energia radiante equiparada à do Sol permanecendo frios ao toque.
  21. 22. Fisiologia Humana compreender os problemas associados à influência do stress provocado pela exposição de tripulações à microgravidade . Desta maneira é possível recriar em ambientes de treino as condições ambientais a que aquelas estão sujeitas ou então produzir mecanismos de adaptação que permitam manter o equilíbrio aos níveis biológico, cognitivo e perceptivo-motor. As experiências de controlo motor e percepção em condições de 1g e microgravidade (e.g., trajectórias da mão em movimentos verticais do braço) permitem
  22. 23. Física de Fluidos Aplicações: sistemas de ar condicionado e refrigeração mais eficazes e melhoramentos em centrais de produção de energia , diminuindo o custo da produção de electricidade. As diferenças de densidade são irrelevantes e o ar pode formar um núcleo que flui através do centro do tubo, rodeado de água. O ar eleva-se e forma uma camada sobre a água devida à diferença de densidades. Fluxo de água e ar através de tubos transparentes . As bolhas permanecem no fundo do contentor mais tempo e tornam-se maiores, devido à ausência de convecção. Os mecanismos de transferência de calor são substancialmente diferentes Num líquido em ebulição . Formam-se pequenas bolhas de vapor aquecido que são transportadas do fundo até ao topo pelo efeito da convecção
  23. 24. Gravidade e Microgravidade Física Fundamental Teste do Princípio da Equivalência por Satélite (The Satellite Test of the Equivalence Principle - STEP), Massa concêntricas em órbita terrestre permitirão testar uma hipótese fundamental para a Tepria da Relatividade de Einstein: a igualdade entre massa gravitacional e massa inercial . O STEP é uma versão do século XXI da experiência de Galileu que deixou cair uma bala de canhão e uma de musquete do alto da Torre de Pisa para comparar as suas acelerações. A longa duração da queda livre e os modernos instrumentos de medição permitirão obter medidas com uma incerteza um milhão de vezes melhor do que as medidas actuais feitas em Terra.                                                                                    
  24. 25. Ciência no Espaço - Enquadramento Nacional <ul><li>Portugal adere à ESA em 2000. </li></ul><ul><li>Cooperação Portugal - NASA na exploração pacífica do Espaço </li></ul><ul><li>Workshop 6- 7 Dezembro 1999 </li></ul><ul><li>MCT define os dois grandes vectores para o desenvovimento da Ciência e Tecnologia: </li></ul><ul><li>Oceanos e Espaço </li></ul>Portugal na &quot;Era Espacial&quot;
  25. 26. Ciência em Microgravidade Em PORTUGAL
  26. 27. <ul><li>Fisiologia Humana </li></ul><ul><li>Biomecânica </li></ul><ul><li>Biotecnologia </li></ul><ul><li>Desenvolvimento de fármacos </li></ul><ul><li>Materiais </li></ul><ul><li>Biologia Vegetal </li></ul><ul><li>Exemplos: </li></ul><ul><li>Stress provocado pela microgravidade e o controlo moto-perceptivo </li></ul><ul><li>Fluxo de bolhas em fluidos viscosos - modelo da circulação snguínea no homem. </li></ul><ul><li>Cristalização de proteínas - estrutura, biosensores, nanotecnologia . </li></ul><ul><li>Lipossomas - vectores de medicamentos e transfecção . </li></ul><ul><li>Materiais compósitos biocompatíveis - cristalização da hidroxiapatite. </li></ul><ul><li>Propriedades Termofísicas de materiais fundidos - avanço nos modelos e aplicações. </li></ul><ul><li>Mecanismos de reprodução em plantas. </li></ul>Perspectivas da I&D em Microgravidade em Portugal Potencial Nacional de Investigação / Cooperação Internacional (ESA/NASA/NASDA)
  27. 28. CIÊNCIA NO ESPAÇO Em Terra & STS-113 ( Jan2002 ) ESTRUTURA de PROTEÍNAS Isolamento, cristalização e difracção de raios-X, de enzimas e metaloproteínas de extremófilos, em condições de microgravidade. Centre Biological Science and Engineering -UAB
  28. 29. Liquid Mass Diffusion of Al non-ferrous alloys ICAT / Centre for Microgravity and Materials Research -UAH Codastefano methodology Understanding the mechanisms of binary diffusion Improve the quality of materials  
  29. 30. Thermal conductivity of molten materials No convective or other effects Miniaturize the existing sensors Hibiya et al (1991), molten InSb, TEXUS 24 rocket High temperature sensors Transient hot-strip method – Terrestrial and low-gravity experiments.
  30. 31. Ciência em Microgravidade EDUCAÇÃO
  31. 32. Centre Biological Science and Engineering -UAB
  32. 33. Os Laboratórios Espaciais e o projecto PULSAR E scola Secundária da Amadora Escola Secundária Passos Manuel Escola Secundária Reynaldo dos Santos Escola Secundária Emídio Navarro Escola Secundária de Pinhal Novo E scola Secundária Francisco Franco, Madeira C ooperativ a Misarela Instituto de Odivelas Escola Básica do 1º Ciclo nº 3 de Vila Franca de Xira Colégio Aljubarrota e Colégio Rainha D. Estefânia Escola Ensino Básico, nº2 da Figueira da Foz

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