Estudante de 13 anos tem “momento eureka” que pode confirmar ideia de Arquimedes

Frequentemente chamado de pai da matemática, Arquimedes foi um dos inventores mais famosos da Grécia Antiga, com algumas de suas ideias e princípios ainda em uso hoje.

Mas um dispositivo lendário deixou os cientistas especulando sobre sua existência por centenas de anos — o “raio da morte”. Agora, um estudante do ensino médio pode ter algumas respostas.

Brenden Sener, 13 anos, da cidade de Londres, Ontário (Canadá), ganhou duas medalhas de ouro e um prêmio da Biblioteca Pública de Londres por sua versão minúscula do dispositivo — uma suposta arma de guerra composta por um grande conjunto de espelhos projetados para concentrar e direcionar a luz solar em um alvo, como um navio, e causar combustão — de acordo com um artigo publicado na edição de janeiro do Jornal da Feira de Ciências do Canadá.

O polímata grego tem fascinado Sener desde que ele soube do inventor durante uma viagem de família à Grécia. Para seu projeto de ciências de 2022, Sener recriou a rosca de Arquimedes, um dispositivo para elevar e mover água. Mas ele não parou por aí.

Sener achou o “raio da morte” um dos dispositivos mais intrigantes — às vezes referido como “raio de calor”. Escritos históricos sugeriam que Arquimedes usava “espelhos ardentes” para incendiar navios ancorados durante o cerco de Siracusa de 214 a 212 a.C.

“Arquimedes estava tão à frente de seu tempo com suas invenções. E realmente revolucionou a tecnologia naquela época, porque Arquimedes estava pensando em coisas que ninguém havia pensado antes”, disse Sener. “(O “raio da morte”) é uma ideia tão interessante que ninguém naquela época teria pensado.”

Não há evidências arqueológicas de que o dispositivo existisse, como observou Sener em seu artigo, mas muitos tentaram recriar o mecanismo para ver se a antiga invenção poderia ser viável.

“Raio da morte” em miniatura

Na tentativa de Sener com o raio, ele montou uma lâmpada de aquecimento voltada para quatro pequenos espelhos côncavos, cada um inclinado para direcionar a luz para um pedaço de papelão com um X marcado no ponto focal. Neste projeto que ele projetou para a Feira Anual de Ciências da Matthews Hall de 2023, Sener hipotetizou que, à medida que os espelhos concentrassem a energia luminosa no papelão, a temperatura do alvo aumentaria com cada espelho adicionado.

Em seu experimento, Sener realizou três testes com duas potências diferentes de lâmpadas, 50 watts e 100 watts. Ele descobriu que cada espelho adicional aumentava a temperatura consideravelmente.

“Eu não estava exatamente certo de como os resultados seriam devido a muitos resultados diferentes com este tópico, mas eu esperava que houvesse aumentos de calor — mas não tão drásticos como eu encontrei quando realmente fiz meu experimento”, disse Sener.

A temperatura do papelão durante apenas com a lâmpada de aquecimento e a lâmpada de 100 watts e sem espelhos era cerca de 81 graus Fahrenheit (27,2 graus Celsius). Depois de esperar o papelão esfriar, Sener adicionou um espelho e refez o teste. A temperatura do ponto focal aumentou para quase 95° F (34,9° C), ele descobriu.

O maior aumento ocorreu com a adição do quarto espelho. A temperatura com três espelhos apontados para o alvo era quase 110° F (43,4° C), mas a adição de um quarto espelho aumentou a temperatura em cerca de 18° F (10° C) para 128° F (53,5° C).

Escrevendo no artigo, Sener disse que achou esses resultados “bastante notáveis, pois sugere que a luz está indo em todas as direções e que a forma do espelho côncavo foca as ondas de luz em um único ponto.”

Elogiando Sener por insights sobre o “raio da morte” de Arquimedes, Cliff Ho, um cientista sênior do Sandia National Laboratories, disse que o projeto é “uma excelente avaliação dos processos fundamentais”. A instalação é um laboratório de engenharia e ciência com a Administração Nacional de Segurança Nuclear do Departamento de Energia dos Estados Unidos em Albuquerque, Novo México.

Embora o experimento não ofereça “nada significativamente novo para a literatura científica … suas descobertas foram uma boa confirmação da primeira lei da termodinâmica”, que afirma que energia ou calor pode ser transferido, disse Ho. O cientista havia proposto uma conferência em 2014 sobre o “raio da morte”, concluindo que a ideia era possível, mas seria difícil para Arquimedes realizar.

Sener não estava tentando incendiar nada, pois “uma lâmpada de aquecimento não gera nem de longe calor suficiente como o sol faria”, ele disse. Mas ele acredita que com o uso dos raios solares e um espelho maior, “a temperatura aumentaria ainda mais drasticamente e em um ritmo mais rápido” e “causaria facilmente combustão”.

Mais teorias sobre o “raio da morte”

A cada dois anos, a tocha olímpica é acesa usando um espelho parabólico curvo que concentra a luz solar em um ponto. Uma vez que a tocha é colocada nesse ponto focal, os raios solares acendem a tocha. Não se acredita amplamente que Arquimedes tenha usado um único espelho parabólico, pois não pode ser direcionado da mesma forma que um espelho plano pode.

O “raio da morte” de Arquimedes é mais comumente especulado como tendo sido um conjunto de vários espelhos ou escudos polidos. No entanto, esta teoria é frequentemente desacreditada devido à ideia de que os navios estariam se movendo durante a batalha. Para que os navios se inflamassem pelo calor gerado pelos espelhos, eles teriam precisado estar estacionários e ancorados perto da costa, disse Thomas Chondros, professor associado aposentado do departamento de engenharia mecânica e aeronáutica da Universidade de Patras, na Grécia. Chondros estudou Arquimedes e suas invenções.

A série do Discovery Channel “Caçadores de Mitos” apresentou episódios em 2004, 2006 e 2010 testando cenários para o suposto “raio da morte”, mas eventualmente declarou a lenda como um mito quando cada teste falhou em incendiar um barco de madeira. Em 2005, uma turma de estudantes do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, inspirada no primeiro episódio do programa, conseguiu incendiar um barco de madeira uma vez com uma técnica semelhante à de Sener em uma escala maior, mas falhou em uma segunda tentativa.

Sener disse que acredita que combinando as descobertas do MIT com as suas próprias, os dados poderiam sugerir que o “raio da morte” era plausível, e que Arquimedes provavelmente poderia ter usado os raios solares com grandes espelhos para causar combustão. Mas a tecnologia pode não funcionar em temperaturas frias ou tempo nublado, e o impacto do mar no movimento dos navios afeta a praticidade deste dispositivo, ele acrescentou em seu artigo.

Apesar das limitações para a praticidade do raio da morte, Chondros achou o projeto de Sener “interessante e bem documentado” e o setup experimental do adolescente poderia “formar a base de uma discussão para jovens estudantes, até mesmo universitários”, disse ele em um e-mail.

A mãe de Sener, Melanie, não ficou surpresa com a escolha de projeto científico de seu filho. “Ele sempre foi fascinado pela história, pela ciência, pela natureza. … Ele sempre teve sede por qualquer forma de educação e conhecimento”, disse ela.

Sener pode se ver um dia sendo cientista, seja em engenharia, bioengenharia ou medicina, disse ele.