Universo Animangá: A Ciência de Dr. Stone

Finalmente chegamos nessa parte, eu estava bastante ansioso para falar sobre ela: a criação dos celulares!

Como no especial de criação de remédios, dessa vez temos um mapa para seguir, mas vou fazer um pouquinho diferente. Vou seguir mais o grupo de ingredientes, comentando como todos eles são usados para gerar aquele pedaço do caminho que leva ao celular.

Vamos começar do começo, com o grupo inicial de ingredientes. A maioria deles é bem conhecida de todos nós, inclusive já apareceram em partes anteriores dessa série. O cobre é um metal bastante usado, afinal é um bom condutor de eletricidade e a energia elétrica é fundamental aqui. Já do carvão vale citar a diferença: carvão é carbono, mas se diferencia dependendo de onde vem. O carvão mineral é obtido a partir do carbono em minerais, enquanto o vegetal é o carbono de plantas que morreram há milhões de anos.

Tudo isso e os componentes dos favos de colmeia foram utilizados para obter a formalina tecnicamente conhecida como metanal ou formaldeído e popularmente conhecido como formol. Ele é bem fácil de fazer, tanto que os químicos já conseguiam obtê-lo séculos atrás e aos montes, o que tornou uma das principais substâncias estudadas durante muito tempo.

O polifenol é um grupo de polímeros (moléculas bem grandes feitas principalmente de carbono) gerado quando se mistura o tal formaldeído com outra substância simples, o fenol. Isso gera um tipo de plástico bem resistente, que aguenta muito calor e é fácil de ser moldado quando ainda está mole. O problema é que esse é um plástico que demora demais para se degradar, o que o torna um poluente tóxico ao meio ambiente.
Reparem em uma coisa interessante. O plástico é um bom isolante elétrico, isso quer dizer que ele não conduz energia. É por isso que encapamos fios com ele e onde montamos circuitos (formando as placas de circuitos, que estão no mapa). Veja como todas as caixas em que equipamentos elétricos foram colocados são de plástico e não de madeira, o que seria o mais comum para eles ali. E madeira é condutor elétrico. Então havia uma boa noção de segurança ali!

A parte dos fios e do ouro eu deixarei passar, pois já falei sobre a criação deles na parte anterior dessa série e, sobre sua função, não há muito do que dizer, eles são usados apenas para conduzir a energia.

Por mais que produzir a energia elétrica seja algo avançado, saber guardá-la também é essencial. Vimos a necessidade disso quando foi preciso entrar em uma caverna escura, as lanternas foram essenciais e bem mais práticas (e seguras) que andar por aí com um fio atrelado a você.

É para isso que existem as baterias. A bateria que Senku constrói é um projeto bem simples. Só é preciso de dois eletrodos, que são barras ou placas, feitos de elementos diferentes. Um dos elementos precisa ser bom em doar elétrons e o outro em receber. Quando são mergulhados em uma misutra de água e ácido, como o sulfúrico, e algo é conectado na bateria os eletrodos começam a transferir os elétrons de um para o outro. Quando o que está consumindo é desligado, a bateria volta a se carregar. É claro que repetir esse processo diversas vezes desgasta os eletrodos e faz o ácido perder efeito, que é quando a bateria "morre".

Existem modelos mais complicados e até melhores, mas a de chumbo é muito simples, tanto que é usada até hoje na maioria das baterias de carro. Nesse caso, são usados um eletrodo de chumbo puro e outro de chumbo misturado com outro elemento, normalmente oxigênio.

Ah, baterias carregáveis como as de celulares e notebooks são feitas de outro elemento, normalmente lítio, porque são mais duráveis, leves e permitem esse processo de recarga.

Agora vamos falar sobre vácuo. O vácuo clássico é a ausência de matéria, significa que em determinado lugar não existem átomos de elementos, nem sequer ar. Sua função em no bulbo da lâmpada é fazer com que o filamento, na hora que aquece, não seja afetado pela reação com o oxigênio. Porém isso faz com que o filamento evapore com mais facilidade, fazendo sua fuligem colar no bulbo por dentro, escurecendo-o. É claro que ter vácuo aumenta a duração da lâmpada (afinal, sem ele duraria segundos), mas não chega nem perto do que temos hoje em dia, pois agora são usados métodos diferentes: além do vácuo há ainda um controle de pressão e, em algumas lâmpadas, ao invés de vácuo há outros gases que deterioram menos o filamento, como hélio.

Hoje nós conhecemos muitas formas de gerar vácuo (ao menos parcial), inclusive dá pra fazer em casa até com um aspirador de pó. A bomba de vácuo que Senku usa foi uma das primeiras inventadas, desenvolvida pelo físico italiano Evangelista Torricelli no século 17. Consiste basicamente em pegar um tubo comprido com um dos lados tampados. Depois esse tubo é enchido com mercúrio e, depois, sua boca aberta é virada dentro de um recipiente com mais mercúrio. Assim, o mercúrio desce para dentro desse recipiente até que as pressões se igualem sobre o líquido.

Você já encheu uma garrafa pet com água até a boca, depois virou ela de cabeça pra baixo aberta? Repare como bolhas começam a entrar enquanto a água sai. Isso é porque a água está deixando um espaço vazio conforme sai, isso obriga o ar a entrar e ocupar esse espaço.

Só que nessa bomba o tubo está imerso em mais mercúrio, então não tem como ar entrar. Ou seja, o espaço vazio deixado pelo mercúrio não é preenchido por mais nada, mantendo-se vazio (portanto, vácuo).
Esse método não é tão bom para criar vácuo, é por isso que Senku pede para Kaseki construir a bomba de Hickman, que é uma das máquinas mais modernas de fazer vácuo.

Ah, e o fósforo é usado para cobrir por dentro do bulbo da lâmpada, pois ele é capaz de transformar a radiação ultravioleta em luz visível. Normalmente lâmpadas de filamento não possuem esse fósforo porque o fio brilhando já gera luz visível, ele é mais comum em lâmpadas fluorescentes (como aquelas de tubo comprido ou em espiral, repare como elas são brancas e não transparentes por causa dessa camada de fósforo). Isso porque lâmpadas fluorescentes funcionam eletrificando gases e isso gera muito ultravioleta, mas nem tanta luz visível.

O próximo passo da lâmpada, como Senku mesmo chama, são os tubos de vácuo. Tecnicamente são chamas de válvulas termiônicas e marcam o princípio da eletrônica, pois é um dispositivo que nos dá total controle sobre o fluxo de elétrons (ou seja, o fluxo de eletricidade). Isso é feito utilizando materiais que liberam energia quando aquecidos, então dá para fazer uma relação entre calor e energia e deixar isso bem definido.

Uma válvula funciona como uma torneira, só que ao invés de água ela controla eletricidade. Assim, é possível regular quando vai passar eletricidade por um circuito, e também a quantidade que vai passar.

Os primeiros computadores usavam válvulas como essa para realizar suas operações, para deixá-los mais complexo era preciso aumentar o número de válvulas. Um dos maiores avanços da humanidade foi descobrir que alguns elementos, os chamados semicondutores, são válvulas naturais. Esses elementos, como silício e germânio, não precisam ser montados num grande equipamento para adquirirem a função de torneiras de eletricidade, pois eles próprios já são. Eliminando essas estruturas, as válvulas se tornaram minúsculas: são os transistores. Com o passar dos anos os físicos foram diminuindo ainda mais o tamanho desses transistores, por isso saímos de computadores do tamanho de casas para equipamentos milhares de vezes mais potentes que cabem em um relógio ou nos nossos bolsos.

Aqui vai um parênteses para falar do tungstênio. Ele é realmente o metal usado até hoje como filamento de lâmpadas porque ele aguenta uma temperatura muito alta sem se romper. Para derretê-lo é preciso atingir mais de 3000 graus Celsius, três vezes mais que o aço, o que o torna o metal mais resistente ao calor que existe. Por isso ele é usado em coisas que são expostas a altas temperaturas, como turbinas de foguetes. Na natureza o tungstênio não aparece puro, está sempre misturado com outro elemento formando um mineral, como o volfrâmio e a scheelita. Este último é o mineral que usam no anime. A scheelita tem a forma cristalina e é bem dura, por isso muita gente também a usa para fazer diamantes falsos.
Esses minerais realmente brilham sob efeito da radiação ultravioleta, mas isso precisa ser bem focado nela. Para aquela pedra na mão da Suika brilhar daquele jeito seria preciso tanto ultravioleta que seria prejudicial a quem estivesse perto.

Tudo até aqui está envolto na parte elétrica e eletrônica do celular, agora falta um dos principais tópicos: o som.

Alguns cristais possuem uma estrutura bem alinhada e simétrica. Então, quando algo faz força sobre ele (torcendo, espremendo ou apertando) essa simetria é quebrada, empurrando alguns átomos pra um lado e outros para o outro, o que transforma a estrutura em algo com polaridade positiva e negativa, algo que gera eletricidade. Em resumo: cristais que transformam força em eletricidade.

O sal de La Rochelle é um cristal desse tipo, com nome químico de tartarato de sódio e potássio. Para fazê-lo é preciso, inicialmente, de creme de tártaro (bitartarato de potássio), que são achados como uma crosta cristalina nos barris de fermentação de vinho (que é de onde tiram no anime também), porque é um resultado desse processo de preparo, só que ele ainda precisa de um refinamento para se tornar exatamente o sal de La Rochelle, como vemos na imagem do anime. Deixei também uma imagem do sal quando é tirado do vinho.

Fonte: Wikimedia Commons

Esses cristais funcionam nos dois sentidos também. Assim como colocar movimento nele gera energia, se aplicarmos energia neles eles geram movimento, no mesmo ritmo da energia. Esse é o grande segredo de um microfone.

Quando falamos num microfone a nossa voz, que é uma vibração no ar, faz com que uma película vibre igual ao ar. Essa película está em contato direto com o cristal, que absorve essa vibração e a transforma em energia. Assim, a energia pode ser transmitida por fios até um ponto em que outro cristal a recebe, convertendo de volta para vibrações, que basta ligar a outra película para jogar a vibração no ar de novo, gerando o som. É claro que com tantas conversões algumas distorções acabam acontecendo, o que gera um som um pouco diferente do que foi realmente gravado.

Em resumo: falamos no microfone, que tem uma película absorvendo a vibração da nossa voz. Essa vibração é pega pelo cristal e vira energia, a energia é transmitida por fios até outro cristal, que a absorve e transforma de volta em vibração, que é ampliada e transmitida novamente como som. O mecanismo de saída pode ter películas de tamanhos e formas diferentes, gerando dispositivos diferentes, como desde um autofalante até um fone de ouvido.

Esse também é o princípio de funcionamento das vitrolas e toca-discos. Quando um disco é gravado, o cantor fala em um microfone e suas vibrações são transmitidas até uma máquina que imprime os movimentos do ar em um disco de vinil na forma de vários riscos de tamanho quase invisível ao olho humano. Então, quando tocamos um disco, a agulha da vitrola fica se mexendo em cima desses riscos, movimento que é transmitido para uma película, que o converte em som. Simples, não?

E é por isso que quando alguém arranha um disco de vinil ele para de funcionar, afinal o arranhão destrói os riscos originais onde estão gravadas as músicas.

É claro que outros materiais além do vinil podem ser usados, só que ele é mais simples, comum e barato. É possível usar vidro também, como o disco deixado por Byakuya e os outros astronautas na cápsula do tempo que Senku encontra.

Voltando ao tópico principal, o que um comunicador mais primitivo (que faz o papel do celular aqui) faz é essa mesma conversão som-eletricidade-som, só que insere mais um passo no meio para que seja possível transmitir as mensagens sem o uso de fios. O que se adiciona é que a eletricidade gerada pela vibração do cristal passa pelos novos dispositivos eletrônicos, como os transistores, para se transformarem em ondas eletromagnéticas. Essas ondas são liberadas por um condutor, uma antena, e viajam pelo ar em todas as direções, até que outro condutor (outra antena) as captem.

É exatamente o mesmo funcionamento de antes, mas como se cortássemos o fio de transmissão no meio e eles passassem a ser ligados pelo ar. A ponta do emissor é ligada na antena de transmissão, então qualquer pessoa com a outra ponta, e pode ser mais que uma, conseguem captar a transmissão. E assim temos um celular!

Esse, sem dúvidas, é um grande passo para a evolução da humanidade!

Acho que vou fazer uma pausa nessa série até a volta do anime, a menos que vocês queiram que eu continue baseado no mangá. Deixem o que desejam nos comentários!

Confira todas as partes que já fiz (é só clicar na imagem):