A Física do domínio do fogo
A Física do Avatar: The Last Airbender and The Legend of Korra
Vamos continuar a nossa viagem para a física da flexão com o elemento de poder, fogo.
Eu recomendo que você leia meus três primeiros posts sobre a física do Avatar e da Corra, se você ainda não o fez. Será importante para entender o resto desta série.
A coisa mais simples que os Firebenders podem fazer é aquecer as coisas. Eles até já demonstraram fazer isso sem produzir chamas. Sob nossa hipótese atual de que os firebenders utilizam eletricidade e magnetismo, podemos deduzir que os firebenders fazem isso simplesmente correndo uma corrente elétrica através do material que eles estão aquecendo. Como a eletricidade não se move através da maioria dos materiais com perfeita eficiência, parte da energia elétrica de uma corrente torna-se energia térmica que aquece seu ambiente.
Absorção e Redirecionamento de Calor
Além de aquecer objetos, os firebenders também podem resfriá-los. Eles provavelmente fazem isso aplicando cargas elétricas no nível atômico que retardam o movimento das partículas de uma substância. Isto seria muito semelhante à forma como os Waterbenders congelam a água em gelo. A energia dos átomos resfriados precisaria ir a algum lugar, então seria convertida em energia cinética das partículas que criam os campos elétricos. Os Firebenders poderiam então afastar estas partículas de carga do material a ser arrefecido, levando consigo o calor. Para que as partículas do material sendo resfriado fossem afetadas pelos campos elétricos, os dobradores precisariam primeiro carregá-las através da ionização. As cargas em movimento criam um campo magnético, e um campo magnético em mudança cria uma corrente elétrica. Portanto, a mudança no movimento das partículas carregadas poderia induzir uma corrente elétrica carregando energia que os firebenders poderiam então usar para sua curvatura. Isto explica porque o domínio do fogo é mais forte na presença de muito calor, como durante o retorno do cometa Sozin.
Firebenders também seriam capazes de usar esta técnica para esfriar suas próprias chamas. Muitos dos átomos em chamas já estão ionizados e já seriam susceptíveis aos campos eléctricos. Como os núcleos atômicos são mais maciços que os elétrons, campos elétricos devidamente posicionados podem retardá-los enquanto empurram os elétrons mais rapidamente e em novas direções. A desaceleração dos núcleos arrefeceria as chamas, mas deixaria os pequenos electrões em movimento muito rápido. Uma vez que a energia térmica é proporcional à massa, os elétrons estando a uma temperatura alta não necessariamente fariam a chama aquecer. Mas continuaria a ser uma chama porque o seu estado da matéria ainda seria o que é conhecido como um plasma parcial. Os Firebenders podem desejar arrefecer as chamas quando treinam para não queimar os seus oponentes. Aqui está um vídeo sobre como criar plasmas parciais frios:
Criar, Sustentar e Intensificar o Fogo
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O domínio do fogo é único porque o fogo não é tanto uma substância física quanto uma reação química contínua. As chamas reais que você vê são os produtos da reação entre alguma fonte de combustível e oxigênio. A chama é quente e visível porque parte da energia que foi armazenada nas ligações químicas dos reagentes é libertada como calor, luz e som. Entendendo o que é fogo, podemos deduzir que os Firebenders criam fogo em três etapas. Primeiro, eles usam correntes elétricas precisamente controladas para ionizar o dióxido de carbono, hidrogênio e moléculas de oxigênio no ar. Em seguida, eles usam campos elétricos para recombinar os átomos ionizados com os elétrons livres e formar novas moléculas. As colisões entre as partículas que formam estas moléculas deixam-nas com uma elevada energia cinética, o que significa que têm a energia necessária para entrar em combustão espontânea. Finalmente, as moléculas formadas a partir dos íons entram em combustão espontânea e se transformam em dióxido de carbono e vapor de água. Estes reagentes são o que se vê nas chamas. As moléculas que os firebenders formam para a combustão são provavelmente alcanos, tais como metano e propano, assim como outros hidrocarbonetos, como o petróleo, mais oxigênio e água como produto residual. Esta explicação significa que os Firebenders fazem literalmente o combustível para o seu incêndio a partir do ar rarefeito. Aqui está um exemplo de uma das possíveis reacções que os firebenders podem ter:
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Agora é importante falarmos sobre o tipo de combustão em curso. Baseado nas cores do fogo que vemos no Avatar, parece que a maioria dos Firebenders estão usando combustão incompleta. Isto é combustão onde a reação não recebe oxigênio suficiente e queima amarelo ou vermelho. Estas chamas são menos quentes que as de combustão completa, que é quando o fogo pode receber oxigénio suficiente e queima azul. Assim, o domínio do fogo azul é alcançado com a combustão completa e liberta mais calor do que o domínio do fogo normal. A cor amarela ou vermelha da combustão incompleta é o resultado de partículas finas da substância sendo queimada subindo sem reagir e brilhando devido à incandescência. Incandescência é quando um objecto irradia energia térmica sob a forma de luz visível. Para que isto nos dê as cores de fogo amarelo, laranja e vermelho-alaranjado que vemos em Avatar e Korra, os Firebenders precisariam estar criando muitos hidrocarbonetos capazes de atingir temperaturas incandescentes sem queimar durante a combustão incompleta.
O problema da combustão incompleta é que ela produz monóxido de carbono, que é perigoso para os humanos em grandes quantidades suficientes. Os Firebenders podem contornar isso usando seu controle preciso do eletromagnetismo para forçar o oxigênio e o monóxido de carbono a reagir e formar dióxido de carbono. O tipo de combustão completa usada pelos firebenders azuis produziria vapor de água. O vapor de água é um gás de efeito estufa, que ajudaria as chamas a transferir calor, mas seria ruim para o meio ambiente. Os Firebenders poderiam contornar isso, fazendo passar uma corrente elétrica através do vapor de água que eles criam. Isso o quebraria em moléculas de hidrogênio e oxigênio através de um processo chamado eletrólise.
Movendo, Moldando e Defletindo o Fogo
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Agora sabemos como os Firebenders fazem o fogo, mas como eles são capazes de controlar sua forma e movimento? A resposta é na verdade bastante simples e tem a ver com a natureza das chamas. As chamas são plasmas parciais, o que significa que alguns dos átomos nelas foram ionizados como resultado da energia libertada pela combustão. Como as chamas contêm íons, elas podem ser afetadas por correntes elétricas. Quando uma corrente eléctrica passa por uma chama, os iões positivos da chama movem-se em direcção à corrente de entrada e os iões negativos movem-se em direcção à corrente de saída. Isto produz uma espécie de forma de borboleta na chama:
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Utilizando esta propriedade das chamas, podemos imaginar que um circuito em movimento se arrasta ao longo de uma chama, e à medida que a chama se desloca o firebender muda continuamente o local onde criam a combustão para que a chama não se afaste. Um domínio do fogo como este pode ser visualizado usando este diagrama:
As chamas também podem ser repelidas ou atraídas em apenas uma direção, aplicando um campo elétrico. Aqui está um vídeo demonstrando esse efeito:
Usando esses processos com precisão suficiente, um firebender com controle sobre o fluxo de eletricidade poderia mover as chamas em praticamente tudo o que eles quisessem. Isto vale para as chamas que eles mesmos produzem, mas também para as chamas que ocorrem naturalmente ou que são produzidas por outros dominadores.
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Uma imagem comum que vemos nas lutas entre os Firebenders são as chamas produzidas por um fardo empurrando contra as chamas do outro. Eu suspeito que o que realmente estaria acontecendo aqui é que os firebenders estão mudando a direção na qual as correntes elétricas que eles estão criando fluem. Eles fazem isso para mudar o alinhamento dos campos magnéticos criados por cada circuito para que sejam os mesmos que a maioria dos circuitos próximos sendo criados pelo outro Firebender em suas chamas. Os campos magnéticos dos circuitos se repeliriam uns aos outros, se afastando e arrastando as chamas com eles. Este efeito faria com que as chamas aparecessem para empurrar umas sobre as outras.
Correntes eléctricas suficientemente fortes podem de facto extinguir as chamas, pelo que os Firebenders seriam capazes de apagar os fogos existentes. Os átomos das chamas permanecem ionizados mesmo depois que a chama se apaga, assim os firebenders também seriam capazes de controlar o movimento da fumaça.
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Combustionbending
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Agora sabemos como funciona o domínio regular do fogo, podemos entrar em técnicas avançadas. Uma dessas técnicas é o domínio da combustão, que é um pouco enganador, uma vez que quase todo o domínio do fogo seria uma forma de combustão. Independentemente disso, os dominadores de combustão parecem estar queimando um feixe de calor, gás quente ou plasma diretamente a um ponto concentrado para que ele se expanda tudo de uma só vez. Minha hipótese é que esse feixe é na verdade um fogo de hidrogênio, que queima menos brilhante do que outros incêndios e é mais difícil de ver. Mas se o fogo é menos quente, como pode estar a criar explosões tão grandes? Bem, eu acho que o que está acontecendo é que tanto fogo de hidrogênio está sendo produzido tão rapidamente e depois se move tão rapidamente que o pequeno volume em que ele acaba antes de explodir tem uma pressão extremamente alta e energia térmica. O fogo é mantido encurralado em espaços apertados com o domínio do fogo, tão apertado que o diferencial de pressão entre as chamas compactas e o ar circundante produz uma poderosa onda de choque quando as chamas são libertadas.
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Os anéis que vemos saltar do feixe à medida que viaja podem ser fogo a escapar para o ar de pressão mais baixa. Talvez os dominadores de combustão tenham que deixar sair algum fogo ou então a explosão acontece muito cedo.
Propulsão do Fogo
A propulsão do fogo funciona de forma muito semelhante à forma como descrevi a propulsão da água trabalhando em um posto anterior. Primeiro, um firebender carrega seu próprio corpo com eletricidade de modo a repelir os íons nas chamas. Depois, eles produzem chamas que são rapidamente repelidas do seu corpo. Eles usam o método que determinamos anteriormente para encurralar o fogo de modo que ele só possa escapar na direção que o firebender deseja. É assim que eles conduzem. Quando o fogo dispara numa direcção, o Firebender carregado é empurrado para o outro lado graças à 3ª lei do movimento de Newton. Estou especialmente feliz por ter conseguido pensar numa explicação para este movimento porque é um tropo muito comum para a pirocinética e é espectacular!
Fire Whirls
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Os redemoinhos de fogo são eventos reais que normalmente ocorrem durante os incêndios florestais. Acontecem porque o ar quente que sai do fogo se move tão rapidamente que cria um vento forte. Mais ar corre para a coluna ascendente e adiciona um impulso angular que faz o fogo girar. É assim que eles são na vida real:
Os redemoinhos de fogo queimam mais quente que os fogos normais porque sugam mais oxigénio. Firebenders que criam redemoinhos de fogo como estes libertariam muita energia. Não só isso, os ataques carregariam mais impulso porque estariam atraindo mais massa e expandindo-se rapidamente ao longo do eixo de rotação.
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No entanto, os redemoinhos de fogo também poderiam ser usados para atacar indiretamente os oponentes, criando fortes rajadas de vento quente. Um Firebender pode escolher fazer isso para aumentar a área que fica presa no seu ataque ou para empurrar um oponente de volta sem ter que queimá-los. Vemos isso acontecer no episódio Zuko Sozinho, onde Zuko cria um rodopio de fogo que empurra seu oponente de volta sem queimá-lo. Mais tarde ele usa um movimento similar em uma luta de treino com o Aang.
Geração e Redirecionamento de Luzes
Já mencionámos que os Firebenders precisam de gerar correntes eléctricas para se curvarem ao fogo. Como os raios acontecem como resultado do movimento da eletricidade pelo ar, produzir raios significaria produzir uma tensão suficientemente alta para superar a resistência elétrica do ar. Entretanto, os Firebenders poderiam fazer isso muito mais facilmente, enviando a iluminação através de suas chamas. Como as chamas são parcialmente ionizadas, na verdade é mais fácil enviar eletricidade através de uma chama do que através do ar. Este vídeo demonstra o efeito:
Se os firebenders enviam eletricidade através das chamas para produzir raios, ele explica como eles são capazes de controlar seu movimento através do ar e redirecioná-lo. Redirecionar um raio significa apenas criar um caminho de chamas para que a eletricidade circule através dele. Isto também explica porque é possível que os personagens do programa reajam à iluminação. O raio na natureza move-se a 200.000 milhas por hora (demasiado rápido para se esquivar ou ver chegar). Os raios Firebender parecem mover-se muito mais lentamente do que os raios naturais, o que é provável porque as chamas pelas quais os raios viajam não se movem tão rápido. Os ataques relâmpagos que vemos no programa não são relâmpagos isolados, mas sim relâmpagos repetidos, cada um viajando o mais longe possível antes de ficar sem fogo para atravessar. O relâmpago só atinge o seu alvo quando as chamas atingem o seu alvo. Este conceito também explica porque os relâmpagos no show parecem fluidos e tangíveis, o que estamos vendo na verdade são chamas conduzindo grandes quantidades de eletricidade.
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Talvez não vejamos as chamas em si porque elas não são particularmente brilhantes. Uma chama fraca como a de um incêndio a hidrogênio ainda seria melhor na condução de eletricidade do que a de ar. As chamas de hidrogênio envolvem menos átomos do que outros tipos de combustão, então elas levariam menos energia para criar. Os Firebenders iriam querer usar chamas mais fracas para a direção da iluminação, para que pudessem economizar energia para gerar o próprio relâmpago. Qualquer luz que o fogo de hidrogênio emitisse seria abafada pelo brilho do raio que se movia através dele.
Criar diferentes cores de fogo
Já falei sobre as quatro cores principais do fogo no espectáculo – amarelo, laranja, vermelho-laranja e azul – e não teria sequer incluído esta secção se não fosse esta vista:
Aqui, vemos os firebenders originais produzindo chamas vermelhas, amarelas, alaranjadas, verdes e roxas. Normalmente as chamas assumem cores incomuns por causa do material sendo queimado. A explicação mais simples é que os dragões estão expulsando produtos químicos que dão essas cores ao fogo. No entanto, Zuko mais tarde cria as mesmas cores de fogo no gibi Canon Smoke and Shadow. Então esta coloração do fogo deve ter algo a ver com a forma como o fogo está sendo dobrado e não com o que está sendo queimado. Eu posso pensar de duas maneiras isso está acontecendo.
- Os dragões estão controlando a temperatura das chamas tão bem usando campos eletromagnéticos que eles podem criar regiões no fogo que queimam a diferentes temperaturas sem que o calor flua entre eles. Estas diferentes secções da chama emitiriam diferentes frequências de luz semelhantes às dos pixels vermelhos, azuis e verdes numa tela de computador. Neste caso, as chamas dos pixels emitiriam luz azul, vermelha, laranja e amarela. Não haveria nenhuma luz verde ou roxa sendo emitida. Qualquer pessoa que olhasse apenas veria uma mistura de azul e vermelho ou azul e amarelo e seus cérebros interpretariam isso como roxo ou verde respectivamente. Este é o cenário menos provável, pois provavelmente exigiria uma quantidade de energia muito mais insana para se obter.
- Os dragões usam forças eletromagnéticas para controlar os níveis de energia dos elétrons que se movem livremente nas chamas. Materiais diferentes produzem chamas de cores diferentes porque sua estrutura atômica só permite que os elétrons mudem de energia em certas quantidades. A quantidade de energia perdida pelos elétrons determina a freqüência da emissão de luz. Quando os elétrons não estão ligados a átomos, eles ganham acesso a um número muito maior de níveis de energia e podem emitir frequências de luz mais distintas. Se os Firebenders podem afetar diretamente a energia dos elétrons quando não estão ligados usando eletromagnetismo, eles podem controlar a freqüência exata da luz emitida, possivelmente incluindo cores como verde e violeta. Esta é a opção mais simples e provável.
Energia do Sol
Já mencionei como os firebenders poderiam extrair energia do calor ao seu redor, por isso faz sentido que o calor vindo do Sol possa capacitá-los. Eu também acho que é possível que os Firebenders possam estar captando energia diretamente da luz solar. Se as quasipartículas emitidas pelos benders interagirem com fótons de luz, eles poderiam ganhar energia. Essa energia poderia então ser transferida para um Firebender via indução eletromagnética. As quasipartículas excitadas produziriam campos magnéticos mutáveis que depois produziriam correntes elétricas carregando energia útil. Isso faria dos Firebenders uma espécie de células fotovoltaicas, que convertem energia da luz em energia elétrica. Os Firebenders devem ser capazes de armazenar esta energia ao longo do tempo, caso contrário não seriam capazes de se dobrar à noite. Quanto a eles perderem sua curvatura durante um eclipse solar, isso não faz sentido porque sugere que eles também devem perder sua curvatura à noite, quando a Terra está entre eles e o Sol. Vamos apenas dar um calço a essa magia espiritual.
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Isso conclui o nosso olhar sobre a física do domínio do fogo.
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No meu próximo post, vou olhar para a física do domínio do ar. Como sempre, deixe-me saber de qualquer forma eu poderia melhorar minhas hipóteses a partir deste post ou explicá-las melhor. Até a próxima vez.
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