Efisica

Medidas de tempo sem o uso de relógios

Para se determinar intervalos de tempo menores que 1ms se usa recursos de uma área das ciências chamada eletrônica. Um dos primeiros e importante instrumento da eletrônica é um osciloscópio, cujo "relógio", ou seja, medidor de tempo, é um circuito eletrônico que oscila, e portanto faz oscilar um feixe de elétrons que "varre" a tela do osciloscópio de um lado a outro com velocidade uniforme conhecida. O princípio de funcionamento de um aparelho de televisão é o mesmo que o de um osciloscópio. O uso de circuitos elétricos e elétrons justifica o nome da área, eletrônica, que como é evidente faz parte da vida quotidiana da sociedade contemporânea.

Instrumentos eletrônicos desenvolvidos neste século permitem a medida de fenômenos de duração tão pequena quanto 10-24s, que é o caso da vida média de algumas partículas elementares. Todo o conhecimento científico adquirido no presente século sobre a estrutura da matéria, incluídos aí o universo atômico-molecular, as propriedades de materiais, os núcleos e partículas elementares só foi possível graças a eletrônica que permite a observação de fenômenos de curtíssima duração.
No outro extremo da escala de tempo estão as medidas de tempo referentes ao passado, ou seja, a medida da idade de objetos ou da formação de algo na natureza, ou ainda a época do passado em que ocorreram eventos de interesse. Nestes casos os tempos podem ser tão longos quanto milhões de anos.

O principal método para a determinação de tempo, nestes casos, é o da datação radioativa. Ele se baseia no fato de que certos elementos e substâncias da natureza são radioativos, ou seja, existem como tal por um tempo, depois do qual se transformam, pela radiação de alguma partícula, em outro elemento ou substância. O tempo característico da existência de um material radioativo é o tempo que leva para metade de qualquer quantidade dele decair, ou seja, se transformar no outro material. Este tempo é chamado de meia vida (t ). Desde o início do século é conhecida a regra pelo qual decresce a quantidade de um dado material radioativo (N(t)) com o tempo (N(t) = N(t0) exp[ln2(t-t0)/t]).

O elemento carbono com 14 unidades atômicas de massa (u.a.m.), ou seja, o 14C, é um destes elementos radioativos que se presta à datação de eventos ocorridos até 20.000 anos atrás. O carbono mais abundante na natureza é estável, isto é, sempre será o elemento carbono é o 12C (12 u.a.m.). Como descoberto por Hess em 1911, a Terra é continuamente "bombardeada" por partículas de energias extremamente elevadas, os raios cósmicos. A interação destas partículas com a atmosfera dá origem à formação contínua de diversos elementos radioativos, ou seja, os radioisótopos. O citado 14C é um deles que é formado na atmosfera a partir do "bombardeio" do 14N pelos raios cósmicos, e por outro lado, participa da formação de 14N na sua própria desintegração, estabelecendo um equilíbrio dinâmico entre formação e desintegração destes dois elementos. Este equilíbrio leva a existência de uma relação fixa entre a quantidade de 12C e 14C (N(12C)/N(14C)), que é da ordem de aproximadamente 7,8x1011. O carbono formado na atmosfera entra rapidamente em combinação química com o oxigênio formando o CO2 . Este CO2 é absorvido por todos os seres vivos na Terra, sejam vegetais ou animais, mantendo constante a proporção entre isótopos de carbono de massa 12 e 14. Entretanto quando o ser vivo morre, deixa de trocar CO2 com a atmosfera, e a população de 14C que ele contem ao morrer continua a se desintegrar sem que haja formação do mesmo. Desta forma, a quantidade de 14C começa a diminuir em relação à de 12C , fazendo com que a abundância relativa N(12C)/N(14C) cresça em relação ao valor de equilíbrio na biosfera. A determinação desta razão numa amostra por exemplo, permite a determinação de sua idade.

Entre as grandes contribuições para o conhecimento histórico por este método estão a datação de carvão de cavernas de Lascaux, onde foram encontradas pinturas pré-históricas (datam de 15500±900 anos atrás); a datação de pergaminhos do Mar Morto (datam de 1917±200anos); peças de civilização mexicana (de 1500a.C.), para citar poucos exemplos.

A datação por 14C está citada como exemplo do método de datação radioativa. Outros elementos são mais convenientes na datação de outros materiais. Em particular na datação geológica, ou seja de rochas, são usados o potássio radioativo (40K) que tem uma meia-vida de 1,3x109anos, ou o urânio de 238u.a.m.(238U) com meia vida de 4,5x109anos ou ainda o 87Rb com meia vida de 5,0x1010anos. As rochas mais antigas encontradas na Terra têm aproximadamente 3,5 x109anos, enquanto os fósseis de formas mais primitivas indicam que a vida tenha aparecido na Terra cerca de 108 anos após a solidificação da crosta terrestre. Os mais antigos meteoritos encontrados e datados têm cerca de 4,7x109 anos, aproximadamente a mesma idade das rochas lunares mais antigas trazidas por astronautas (4,6x109 anos). O acordo e a consistência entre dados de fontes diferentes permitem interpretar que o Sistema Solar, e a Terra, têm a mesma idade: da ordem de 4,6x109 anos.
O uso de aceleradores e de outras propriedades de materiais radioativas permitem hoje a datação de diferentes peças por métodos complementares.

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