Matemática e Física

Muita calma na cozinha

Você tem corrido para preparar o almoço e assim ter mais tempo de sobra para educar as crianças? Já pensou em integrar as duas coisas? Convide os seus filhos para participarem da cozinha com você! Acho que eles poderiam aprender muitas coisas na culinária, principalmente sobre matemática e ciências. Apenas entenda que tudo tem seu preço. Ao aceitar esse desafio, não crie a expectativa de que o almoço ficará pronto no horário habitual, portanto mantenha muita calma na cozinha!

Antes de tudo, permita que o seu filho seja co-responsável por todo o processo desde a preparação. Escolha uma receita com ele e façam as compras juntos. Calculem se o “leve quatro e pague três” compensa mais do que a compra por unidade. Deixe ele comparar as porcentagens nutricionais diárias nos rótulos antes de decidir qual é a melhor marca. Se for pagar em dinheiro, peça para ele verificar o troco. Se for no cartão de crédito, diga para ele confirmar se as parcelas estão corretas.

Brinque com ele para ver quem chega mais perto da melhor estimativa da somatória dos preços de todos os produtos, pois assim você estará desenvolvendo nele a percepção da ordem de grandeza dos números, algo que utilizamos muito mais no dia-a-dia do que a exatidão dos cálculos. Compare o total das compras com o preço dos jogos e brinquedos que ele possui ou quer ter para despertar a intuição do valor das coisas.

Além de um copo medidor de volume, sugiro que você compre também uma mini balança digital, aquela que custa poucas dezenas de reais, que pode medir até 500 g e que possui a sensibilidade de 0,1 g. Saiba que essa mini balança pode ser de grande utilidade na cozinha, bem como para fazer diversas experiências científicas. Por exemplo, vocês podem verificar se a quantidade de massa de farinha indicada no copo medidor corresponde de fato à medida da mini balança. 

Outra investigação que vocês poderiam mensurar com a balança é: quantos gramas de sal cabem em uma colher de chá? E se fosse em uma colher de sobremesa ou de sopa? Meça também as colheres rasas. Se você decidir determinar a quantidade de sal de uma pitada de sal, sugiro que coloquem 10 pitadas para depois medir com a balança, depois dividam o resultado por 10, pois é assim que costuma ser feito para aumentar a precisão em uma casa decimal.

Quando vocês sentirem dificuldade de misturar o óleo na água, é possível pesquisarem juntos não somente a respeito da diferença entre as polaridades das substâncias, como também a diferença entre as densidades. O que pesa mais, 100 g de óleo ou 100 g de água? Não tenha pressa para responder! 

Se você disse que pesam igualmente, parabéns, você não caiu na clássica pegadinha dos pesos. É verdade que 100 mL de água pesam mais que 100 mL de óleo, pois nesse caso os volumes seriam iguais. No entanto, a pergunta foi feita em gramas. Quero dizer que 100 g de uma substância vão sempre pesar o mesmo que 100 g de qualquer outra substância, exceto se estiverem sob efeitos gravitacionais diferentes.

Estudar a respeito do peso, massa, volume e densidade é algo que pode ser muito proveitoso quando estiverem na cozinha. Coloque o medidor de plástico na balança, zere a balança e coloque água. Se o seu medidor estiver correto, vocês devem descobrir que se colocarem 100 mL de água, veríamos o resultado de 100 g pela balança. Isso acontece porque a densidade da água foi convencionada como 1 g/mL. Se realizarmos o mesmo procedimento com o óleo de soja, deve-se notar que 100 mL de óleo de soja traria o resultado de cerca de 90 g na balança, ou seja, a densidade do óleo é aproximadamente 0,9 g/mL. Isso explica porque o óleo flutua sobre a água e não o contrário.

Se você não tiver um desses copos medidores de volume, não se preocupe. Sabia que é possível construir figuras geométricas para suprir essa necessidade? Por exemplo, se você dobrar uma folha de papel sulfite formando um cubo de 10 cm de lado, você obterá exatamente a medida de 1 L. Isso acontece porque o volume desse cubo é 10 cm x 10 cm x 10 cm = 1000 cm3 = 1 dc3 = 1 L. Uma outra questão sobre unidades de medida poderia ser: se cabem 10 cubos de 10 cm3 em um 1 L, então quantos mm3 caberiam em 1 L? Encare um outro desafio mais prático: invente figuras geométricas com uma folha de papel e construa o seu próprio medidor de volume!

Se vocês forem utilizar alguma receita que envolva frações de xícaras, aproveite para presentear os seus vizinhos duplicando ou triplicando a porção. Caso a multiplicação dessas frações por um número inteiro seja muito elementar para vocês, multiplique as frações por outras frações, por exemplo, por 3/2 para ter um acréscimo de 50% ou por 4/3 para acrescentar aproximadamente 33%. 

Se os seus filhos forem pequenos, abra uma massa com o rolo e recortem diversas figuras geométricas diferentes. Vocês podem fazer triângulos equiláteros, isósceles e escalenos, também quadriláteros, círculos, elipses e juntar todas as figuras para formar uma obra de arte antes de ir para o forno. 

Caso você não se incomode com muita bagunça na cozinha, sugiro que construam bolos esculturais e façam uso de diversas formas de chocolate. Inicie construindo as formas tridimensionais mais básicas: cubos, prismas, cilindros, pirâmides, cones e semi-esferas. O último nível seria construir castelos, carros, paisagens, personagens e animais, mas antes estude como aumentar a resistência dos materiais para fortalecer as junções e aprenda o conceito de torque para dar equilíbrio estático à sua obra, de forma que ela não tombe com facilidade.

Quando a culinária se converte em artes, geometria e ciências, abre-se uma porta para perceber que o conhecimento e a criação podem trazer tanta saciedade quanto uma iguaria gastronômica. 

Domine a ansiedade quando vier o ímpeto de ir com muita sede ao pote. Independente se o seu alimento for físico ou mental, lembre-se que é necessário mastigá-lo bem antes de ingerir. Adquira o hábito de colocar sua autoconsciência acima dos seus instintos, pois há uma diferença entre comer para se satisfazer e se alimentar para se nutrir. Assim como existe uma diferença entre estudar para ir bem na prova e aprender para a vida.

Deixe que as crianças explorem as possibilidades, verifiquem suas hipóteses, aprendam com os erros e tirem suas próprias conclusões. Sempre quando for preparar suas refeições com seus filhos, mantenha muita calma na cozinha, pois o estômago pode sempre esperar, mas as oportunidades de aprendizado com os filhos passam e não voltam, pois eles crescem.

Marcio Kobayashi, São Paulo, 28/05/2023

Meu caloroso chá de capim-cidreira

Algo que falta para transformar os nossos pratos prediletos em projetos de estudo é desenvolvermos uma consciência científica quanto ao cuidado e preparo dos alimentos. Por isso vou apresentar algumas conexões da culinária com a física e a química, de forma que isso contribua para despertar o interesse dos estudantes e incentivar um maior aprofundamento no estudo das ciências exatas. 

Você está convidado para tomar um chá de capim-cidreira bem quentinho comigo, pois esse é o meu preferido! Ele também é conhecido como capim-santo ou capim-limão e eu acho que fica mais saboroso quando é cozinhado logo após de colher. Além de ser fácil de cultivar, possui função antioxidante, anti-inflamatório e analgésico. Saiba que existe também a versão gelada do chá e para isso basta conservá-lo em uma máquina térmica, mais conhecida como geladeira.

Os refrigeradores têm a capacidade de forçar o fluxo de calor ao contrário daquilo que seria natural, quero dizer, são capazes de bombear a energia térmica de dentro para fora, mesmo quando a temperatura de dentro é menor que a de fora. O gás esquenta quando é comprimido pelo compressor, depois que sofre uma expansão, ele resfria. O gás aquecido percorre a parte de fora da geladeira, enquanto que o gás resfriado caminha pelo lado de dentro e é assim que o compressor realiza o bombeamento cíclico de calor de dentro para fora dos refrigeradores.

A temperatura dentro da geladeira costuma ficar em torno de 3°C, mas no freezer é comum que esteja abaixo de -10°C e é por isso que nele forma-se gelo, uma vez que a água solidifica-se em 0°C. Eu tenho uma pistola de medição de temperatura para verificar o desempenho da minha geladeira e também a utilizo para verificar a febre dos meus filhos. Acho que não tenho muita paciência com os termômetros convencionais, que necessitam de alguns minutos para entrar em equilíbrio térmico com aquilo que se deseja medir a temperatura.

A gente usa a geladeira para oferecer melhor conservação, mas você sabe como isso acontece? As baixas temperaturas reduzem a velocidade da reação química das substâncias, ou seja, podemos dizer que sob baixas temperaturas o alimento se deteriora com mais lentidão. É por isso que cozinhamos ou assamos os alimentos antes de comer, pois ao aumentar a velocidade da reação química das substâncias, os tecidos dos alimentos se degradam mais rápido, a gordura se dissolve e tudo isso facilita a digestão. 

A ebulição da água (H2O) ao nível do mar ocorre sob a temperatura de 100°C. Podemos dar rapidez ao cozimento adicionando sal ou utilizando uma panela de pressão. Como a salinidade e o acréscimo de pressão atrapalham as moléculas de H2O de saltarem do estado líquido para o vapor, a temperatura de ebulição da água na panela de pressão pode chegar a 120°C, o que faz com que os alimentos cozinhem mais rápido.

Uma vez que a pressão interfere diretamente na temperatura de ebulição, isso explica porque aqui na cidade de São Paulo, por exemplo, devido à redução da pressão atmosférica por conta do aumento da altitude, a temperatura de cozimento passa a ser menor, cerca de 97°C. Portanto aqui em casa o meu chá de capim-cidreira vai demorar mais para ficar pronto do que quando estivermos na praia. 

Podemos fritar uns salgados para acompanhar o chá. A temperatura de ebulição do óleo pode alcançar 200°C e isso é uma tentação não somente para o nosso paladar quanto para a economia de tempo. No entanto, deve-se considerar que sob altas temperaturas alguns óleos transformam-se em gordura trans, que em excesso pode elevar o risco de doenças cardiovasculares. Por isso que aqui em casa costumamos dar preferência para grelhar os alimentos usando azeite de oliva, pois ele não se transforma em gordura saturada com o aquecimento.

Antes de preparar qualquer coisa que estava embalada, sempre verificamos se ela estava protegida corretamente, pois não queremos que tenha estado em contato com o gás oxigênio (O2). A proteção à vácuo é preferível, pois não somente diminui a proliferação de microrganismos, como também protege os alimentos contra a oxidação, que é o que ocorre por exemplo nas frutas quando começam a ficar mais escuras. Além da aparência, nota-se alteração no sabor e no odor. Sendo assim, dedique a sua atenção à conservação dos alimentos e também às teorias sobre reações químicas, pois a oxidação pode formar substâncias tóxicas.

Há também o gás carbônico (CO2) e ele é considerado tóxico quando inalado em altas concentrações. Você sabia que mesmo assim ele é frequentemente utilizado nos alimentos? Quando abre-se um refrigerante, o CO2 líquido que estava dissolvido nele sob alta pressão transforma-se no CO2 gasoso e é isso que chamamos de gás do refrigerante. Se você é daqueles que gosta de um pão fofinho, saiba que ele fica aerado pela liberação de CO2 no processo químico de fermentação. Essa reação ocorre tanto nos fermentos químicos quanto nos fermentos biológicos, que são preparados com base em leveduras, ou seja, fungos unicelulares.

Existem três processos de fermentação: a lática, acética e a alcoólica. A fermentação lática ocorre na transformação do leite em queijo e também no nosso corpo, por exemplo quando temos aquela sensação de desconforto muscular após realizar exercícios muito intensos. A fermentação acética é aquela que produz a acidez dos alimentos, por exemplo no caso do vinho que virou vinagre. A fermentação alcoólica é observada nas massas que saíram do forno com um leve cheiro e sabor de álcool, você já percebeu?

Assim como existem três processos de fermentação, há também três processos de transmissão de calor: a condução, a convecção e a irradiação. A transmissão de calor por condução envolve contato e é o que acontece quando você queima a mão ao segurar na colher metálica que foi deixada na panela quente. Isso explica porque é mais seguro utilizar colheres de plástico ou de madeira, também luvas de pano, uma vez que são bons isolantes térmicos.

O processo de transmissão de calor por convecção ocorre pela movimentação dos fluidos, por exemplo quando colocamos a água para ferver o capim-cidreira. Depois que atinge-se a temperatura de ebulição, a água quente sobe porque é menos densa, enquanto que a água fria desce porque é mais densa. Esse movimento facilita o processo de mistura, se você já quiser dissolver o açúcar.

Um problema pode acontecer quando colocamos a água para ferver no microondas, pois pode ocorrer que a parte de cima do recipiente aqueça mais do que a debaixo, de forma que a mistura por convecção não ocorre. Como a água fica bem estabilizada, ela pode ferver repentinamente após algum movimento e isso pode causar queimaduras. Se quiser fazer um teste, não faça essa experiência sem a supervisão de um adulto, pois às vezes até parece que ela explode ao encostar no copo!

As ondas de microondas têm a capacidade de entrar em ressonância com as moléculas de H2O, fazendo com que fiquem mais agitadas, ou seja, a água esquenta. Quando o calor é transmitido por intermédio de ondas eletromagnéticas, isso é chamado de transmissão de calor por radiação ou irradiação. Esse processo pode ser melhor percebido na pele quando você se aproxima do fogão ligado, pois os raios infravermelhos das chamas e das panelas aquecidas transmitem a energia térmica para o seu corpo. Essas ondas eletromagnéticas podem ser difundidas inclusive pelo vácuo e é por isso que a radiação infravermelha que vem do Sol consegue chegar até a Terra e você ainda não congelou durante essa leitura.

O papel alumínio, quando colocado em um alimento, deve ser deixado com a parte brilhante virada para dentro, caso desejemos conservar o calor do prato quente, mas pode ser colocado com a parte brilhante do lado de fora, caso queiramos refletir a radiação infravermelha que vem de fora para mantê-lo gelado. No entanto, este último caso não costuma ser muito utilizado, uma vez que o alumínio é um metal, portanto possui uma boa condutibilidade de calor, sendo que temos que considerar também a transmissão de calor por condução.

A partir da compreensão dos processos de transmissão de calor, os cientistas pesquisaram como poderia ser construído um isolante térmico ideal. Um aparelho foi concebido para tentar impedir os três processos de transmissão de calor e ele foi chamado de Frasco de Dewar, mais conhecido nos dias de hoje como garrafa térmica. Em geral ela possui um recipiente com duas paredes de vidro com vácuo entre elas. O vácuo bloqueia a transmissão de calor por condução, enquanto que as paredes espelhadas refletem as ondas eletromagnéticas que transmitem calor por irradiação. Se o frasco estiver tampado, impede-se também a transmissão de calor por convecção. É assim que a garrafa térmica bloqueia os três processos de transmissão de calor para conservar a temperatura do meu chá de capim-cidreira! Você está servido?

Marcio Kobayashi, São Paulo, 13/06/2023