O MOTO PERPÉTUO E A CONSERVAÇÃO DA ENERGIA

## O MOTO PERPÉTUO E A CONSERVAÇÃO DA ENERGIA

Maria Romênia da Silva¹, Zanoni Tadeu Saraiva dos Santos 2

- 1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte/ DIEC, e-mail:

romeniagabriely@hotmail.com

## Resumo

Este trabalho tem a finalidade de fazer um breve relato histórico do Moto Perpétuo, com base no desejo recorrente dos construtores de máquinas, técnicos e engenheiros de construir um aparato que funcione com a menor quantidade de energia possível. Esses aparatos funcionariam continuamente produzindo um trabalho utilizável, ou seja, extra. Esta idéia é de fundamental importância quanto ao ensino-aprendizagem da conservação da energia e das leis da Termodinâmica. Porém consideramos um problema o fato dessas máquinas não serem exploradas suficientemente nas aulas de Física, tanto no ensino médio como no superior. Partindo para a realidade do ensino médio, mas precisamente para os livros didáticos, percebemos que a maioria deles não faz referência a esse aparato ao introduzirem o conteúdo da Termodinâmica, o que induz os alunos a uma aprendizagem 'mecânica' desse conteúdo. A partir de uma pesquisa realizada com professores e alunos do ensino médio e superior a respeito da possibilidade de existência e funcionamento do moto perpétuo, levou-nos a concluir que apesar de esta máquina não ser abordada nos livros didáticos os entrevistados apresentaram algum conhecimento em relação a ela, ainda que este seja proveniente do senso comum. A pesquisa desenvolvida com professores e alunos do ensino médio de duas escolas de Natal/RN, sendo uma estadual e outra federal, foi constituída por uma pergunta sobre o moto perpétuo, em que os entrevistados poderiam escolher à alternativa correta, apontando a possibilidade ou impossibilidade de construção e funcionamento da máquina, dispondo também de um espaço para justificativa das referidas respostas. Vale salientar que está pesquisa tem ênfase nos motos perpétuos ligados a 1° Lei da Termodinâmica. Por fim, a partir desta pesquisa buscamos subsídio para propor uma nova abordagem didática para o ensino da Termodinâmica, em especial para sua 1° Lei.

Palavras-chave: Moto Perpétuo, ensino de energia, primeira lei da termodinâmica, conservação da energia.

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## Introdução

Uma idéia fixa dos construtores de máquinas, técnicos e engenheiros é construir um aparato que funcione com a menor quantidade de energia possível, ou seja, com rendimento cada vez maior. Algumas pessoas chegam a propor máquinas que funcionem sem consumir qualquer energia, necessitando apenas de um 'impulso' inicial (trabalho mecânico). Esses aparatos funcionariam continuamente produzindo um trabalho utilizável, ou seja, extra.

O exemplo clássico de uma máquina desse tipo é mostrado na figura abaixo:

Figura 1: Exemplo de Moto Perpétuo (http://www.lhup.edu/~dsimanek/museum/physgal.htm)

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A idéia proposta no parágrafo anterior é de fundamental importância quanto ao processo de ensino-aprendizagem da conservação da energia e das leis da Termodinâmica. Porém consideramos um problema o fato dessas máquinas não serem exploradas como devem no processo de ensino-aprendizagem dos alunos , tanto no ensino médio como no superior. Partindo para a realidade do ensino médio, mas precisamente para os livros didáticos, percebemos ao analisá-los, que a maioria deles não faz referência a esse tipo de aparato ao introduzirem o conteúdo da conservação da energia e das leis da Termodinâmica, o que induz os alunos a uma aprendizagem 'mecânica' desse conteúdo, ou seja, um ensino que não permite questionamentos quanto ao processo de formulação das leis da Termodinâmica.

Este fato nos leva a questionar o porquê é tão simples e comum os livros didáticos apresentarem o estudo da Termodinâmica a partir da máquina térmica e em nenhum momento fazem alusão ao moto perpétuo. Sendo este também uma ferramenta importante na construção do conhecimento do aluno em relação aos conceitos sobre Termodinâmica. Avaliando os livros: Física ciência e Tecnologia (PENTEADO e TORRES, 2005) e Física (MÁXIMO e ALVARENGA, 2009), podemos perceber que à abordagem oferecida ao ensino da 1° Lei da Termodinâmica em nenhum momento faz referência a essas máquinas de movimento perpétuo. Dessa forma percebesse a necessidade de uma nova abordagem para ao ensino da Termodinâmica, em especial para a 1° Lei (O Princípio de Conservação da Energia).

A partir de uma pesquisa realizada com professores e alunos do ensino médio e superior a respeito da possibilidade da existência e funcionamento do moto

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perpétuo, levou-nos a concluir que apesar dessa máquina não ser abordada nos livros didáticos os entrevistados apresentaram certo conhecimento em relação a ela, ainda que este conhecimento seja proveniente do senso comum. Pois, sabemos que o aluno traz consigo uma bagagem de conhecimentos que foram adquiridos ao longo de uma vida experimental no contato com o mundo. Mas do ponto de vista científico o assunto não é bem entendido.

A pesquisa desenvolvida com professores e alunos do ensino médio de duas escolas de Natal/RN, sendo uma estadual e outra federal, foi constituída por uma pergunta sobre o moto perpétuo, em que os entrevistados tinham o espaço para escolher à alternativa que em suas opiniões era a correta, apontando a possibilidade ou impossibilidade de construção e funcionamento da máquina, dispondo também de um espaço para justificativa das referidas respostas. Vale salientar que esta pesquisa tem ênfase nos motos perpétuos ligados a 1° Lei da Termodinâmica. Nas figuras abaixo podemos ver como ocorreu à distribuição das respostas dadas por parte dos professores e dos alunos:

Figura 2: Gráfico referente às respostas dos professores

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Figura 3: Gráfico referente às respostas dos alunos

Descrição das legendas referentes às figuras 2 e 3:

- AEsta máquina é perfeitamente possível de ser construída e talvez já exista;
- BUma máquina deste tipo pode ser construída desde que sejam aplicadas soluções tecnológicas mais sofisticadas. (vácuo, flutuação magnética, etc.);
- CEla pode até funcionar, mas não pode produzir trabalho 'extra';
- DA máquina pode funcionar por um tempo, mas necessariamente irá parar;
- EEsta máquina não pode funcionar de modo algum.

Analisando as respostas proferidas pelos professores na figura 2, percebemos que a maioria opinou na alternativa D, ou seja, que a máquina só poderia funcionar por um determinado tempo. Porém, avaliando o gráfico das respostas dadas por estudantes de nível médio observamos que a maioria das respostas referem-se à alternativa B, que aponta a possibilidade de funcionamento da máquina por meio de aplicações tecnológicas avançadas. Logo, as justificativas apresentadas para as respostas mencionadas nas figuras 2 e 3, estão representadas na figura abaixo:

Figura 4: Gráfico referente às justificativas apresentadas para as respostas mencionadas nas figuras 2 e 3

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Descrição das legendas referente à figura 4:

- A- A máquina não funcionaria perpetuamente, pois ocorreria um desgaste da mesma durante seu funcionamento;
- B- A máquina causaria uma intervenção no trabalho social de uma forma positiva, promovendo uma nova forma de geração de trabalho utilizável, consumindo pouquíssima energia, ou chegando até a não consumir qualquer energia;
- C- Intervenção da máquina no trabalho social de uma forma negativa, gerando desempregos, pelo fato de que a máquina passará a realizar com mais eficiência o trabalho manual;

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- D- Na visão de algumas pessoas a máquina está ligada à questão religiosa;
- E- As novas tecnologias contribuiriam para o possível funcionamento da máquina.

Com base nas justificativas citadas pelos alunos e professores para o possível funcionamento, ou para o não funcionamento da máquina, podemos observar várias respostas, sendo elas ligadas a teorias de estudiosos dos séculos passados. Alguns alunos atribuem o não funcionamento da máquina ao desgaste da mesma, ou seja, a máquina irá parar pois precisará de manutenção. Outra justificativa está relacionada a intervenção da máquina no trabalho social, sendo que está pode ser positiva ou negativa, dependendo da forma como é compreendida pelas pessoas, alguns comentaram que a máquina promoverá uma melhora no trabalho social, enquanto outros apontam a possibilidade do desemprego, já que teremos uma máquina que funcionaria perpétuamente sem auxílio do homem. A minoria das pessoas entrevistadas resaltaram que a máquina não é possível pelo motivo que apenas um ser divino poderia produzir movimento perpétuo, não sendo esta menos desmerecida que as outras, pois a mesma está relacionada com a Teoria de Isaac Newton, em que o mesmo afirma : 'A maravilhosa disposição e harmonia do universo só pode ter tido origem segundo o plano de um Ser que tudo sabe e tudo pode. Isto fica sendo a minha última e mais elevada descoberta'. Está justificativa, dada pelos entrevistados está ligada à impossibilidade da existência da máquina feita por mãos de homem, mas ressalta a posibilidade de existência do movimento perpétuo por intervenção de um ser divino.

Por fim, o maior número de justificativas aponta para a possibilidade de construção da máquina, visto que a tecnologia está em constante avanço, estas respostas tem embasamento na Idéia de Leonardo da Vinci devido a diversidade de esboços técnicos que deixou, logo o própopio Da Vinci abordou o tema do moto perpétuo ao final do século XV, porém de um ponto de vista negativo. Portanto, com referência a estas respotas podemos perceber que mesmo sem ter uma idéia formada da máquina com base em teorias físicas, a maioria dos alunos tem uma opinião em relação à máquina e ao seu processo de funcionamento.

## Breve histórico do Moto Perpétuo

A história do Moto Perpétuo é ao mesmo tempo uma história de estabelecimentos e evoluções de muitas direções da ciência, em particular da mecânica, hidráulica e, claro, a energética. O Moto Perpétuo ocupa na história da ciência e da técnica um lugar especial e muito notável, mas não pode existir. Este trecho paradoxal explica-se pelo fato de que as buscas dos inventores pelo Moto Perpétuo caminham por 800 anos, e está relacionada com a formação e representação de uma noção da Física, a energia. Vale salientar que a busca pela construção do moto Perpétuo é um sonho milenar, em que existe um manuscrito em sânscrito original de 2.500 anos intitulado por Siddhanta Ciromani , onde haveria descrições de diversos aparelhos fantásticos, entre eles uma roda de movimento perpétuo. Porém esta descrição só foi mais bem detalhada tempos depois no século XII pelo matemático indiano Bhaskara.

Durante estes 800 anos muitas foram às tentativas para construir uma máquina que permanece em movimento ininterrupto sem injeção de energia, necessitando apenas de um impulso inicial, e esses aparatos funcionariam

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continuamente produzindo um trabalho utilizável. Segundo o livro Móvil Perpetuo Antes y Ahora (V. M. Brodianski, 1889), as primeiras aparições destas máquinas surgiram no século XII na Índia, e posteriormente no século XIII nas cidades medievais da Europa. Nessa época isto não era uma eventualidade, uma máquina capaz de funcionar em qualquer lugar perpetuamente, logo os motos perpétuos seriam de grande utilidade para o artesanato medieval. Trazendo para os dias atuais, o que se queria dizer era que a criação de tal máquina permitiria um avanço significativo na produção energia e no desenvolvimento das forças produtivas em geral. 'A ciência medieval não estava pronta para auxiliar essas buscas. As noções usuais para nós, relacionadas com as leis da energia e suas transformações, naqueles dias não existia' (V. M. Brodianski, 1889).

Naturalmente, por esta razão, as pessoas que sonhavam com a construção de um moto universal se baseavam principalmente no movimento perpétuo que observaram na natureza, ou seja, o movimento do sol, da lua e dos planetas; o fluxo e o refluxo do mar; e o fluxo dos rios. Este movimento perpétuo era chamado de natural (Perpetuum mobile naturae). 'A existência de tal movimento natural perpétua do ponto de vista medieval comprovada além de qualquer dúvida sobre a possibilidade de também criar um movimento artificial' (V. M. Brodianski, 1889). Logo, para isso era necessário apenas encontrar um método de transmissão da ocorrência desses fenômenos naturais, de uma forma artificial nas máquinas.

Vale salientar que a história do Moto Perpétuo está dividida em três fases, as quais serão abordadas mais especificadamente nos parágrafos seguintes. Lembrando que O Moto Perpétuo freqüentemente se escreve de forma abreviada MP.

A noção do movimento perpétuo, ao longo do tempo, sofreu mudança em decorrência do desenvolvimento da ciência, particularmente a Física e os problemas que surgiram antes da energia. Na primeira fase de desenvolvimento do mp ( nós séculos XIII - XVIII), seus inventores não compreendiam a diferença existente entre o movimento perpétuo dos corpos celestes e os fenômenos a ele relacionados (como por exemplo, as mares ascendente) e o movimento por meio do qual eles queriam realizar trabalho nos motores. De forma estranha agora, percebemos que o problema de onde iria tomar este trabalho, naqueles tempos não surge em geral. Unicamente no século XVI, 'começou-se aos poucos se formar uma idéia de 'força' como fonte de movimento e que essa força não pode vir do nada, ou desaparecer sem pegada' (V. M. Brodianski, 1889). A partir daí começaram a surgir dúvidas e questionamentos quanto a possibilidade de existência do mp, e posteriormente, obteve-se a convicção da impossibilidade de construção do mp. No entanto, essa visão era parte de um estreito círculo de cientistas, médicos e mecânicos altamente qualificados, e essa idéia não foi patrimônio comum. Entretanto, por decisão oficial da Academia de Ciências de Paris em 1775, foi interrompida a investigação de qualquer tipo de projetos referentes aos motos perpétuos. Assim, conclui-se a primeira fase da história do mp.

A segunda fase durou até o último quarto do século XIX, no decorrer desse tempo, determinou-se o conceito de energia, e, por conseguinte o Princípio de Conservação da Energia tem suas formalizações científicas definidas, com base na Termodinâmica (a ciência da energia e suas transformações). No entanto, os esforços dos diversos inventores, que trabalhavam na criação de distintas variantes de mp, não diminuíram. Criou-se uma situação interessante, a coexistência

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(realmente não pacífica) da ciência e da atividade inventiva anti-científica. Esse paradoxo é esclarecido por duas razões, a primeira é pelo fato de ter ocorrido um aumento significativo na demanda do consumo de energia, ou seja, uma grande quantidade de combustível, e a segunda arremete-se ao fato da primeira lei da termodinâmica (O Princípio de Conservação da Energia) não ser suficientemente conhecida por um vasto círculo de pessoas empregadas na técnica de construção do Moto Perpétuo. Com isso, na história ficaram sendo conhecido como moto perpétuo de primeira espécie, o mp1, aqueles que os inventores alterariam a primeira lei da termodinâmica. Recordemos que a soma da energia total fornecida ao motor, é exatamente igual à soma total na parte externa do motor, a energia não pode desaparecer ou aparecer do nada, enquanto o mp1 realizaria um trabalho sem receber por completo a energia externa.

A terceira fase do mp percorre até hoje, esta fase é caracterizada pelo fato dos inventores de mp, ao contrário de seus colegas contemporâneos, conhecerem as leis científicas que excluem a possibilidade da criação desta máquina. Por esta razão eles tendem a criar um mp de gênero totalmente diferente do mp1, sabendo que este moto perpétuo não deve alterar o Princípio de Conservação da Energia, ou seja, a primeira lei da termodinâmica. Sendo assim, estes novos mps devem funcionar apesar da segunda lei da termodinâmica, em que este princípio limita em certa medida, a transformação de algumas formas de energia em outras. O novo motor foi nomeado de moto perpétuo de segunda espécie, mp2, em oposição ao que o precedeu nas duas primeiras fases, o mp1. O mp2 mais simples seria aquele que recebendo calor do meio (por exemplo, água ou ar atmosférico), transformá-lo-ia totalmente ou parcialmente em trabalho. O que permitiria mover-se sem gastar combustível orgânico ou nuclear, e também sem produzir poluição ambiental. Porém, o segundo princípio da termodinâmica proíbe esta transformação. Todavia, este princípio existe e é conhecido pelos inventores dos mp2, por isso não há nada mais para lutar precisamente contra isso. É pertinente ressaltar que os ataques contra a segunda lei partem dos mais diferentes pontos de vista, são eles: físico, filosófico e até político. 'Essa luta em torno da segunda lei da termodinâmica é, em essência, a substância da terceira fase do histórico do mp' (V. M. Brodianski, 1889).

Portanto, nesse breve relato acerca da história do moto perpétuo vimos que, nas duas primeiras fases ocorreram discussões em torno das contribuições em determinado grau ao progresso científico. Na segunda fase também ocorreu o desenvolvimento da termodinâmica e o avanço da energética; e mais surgiu a definição do princípio de conservação da energia, e com isso apareceram as teorias da impossibilidade de construção do moto perpétuo. No geral, estas fases podem ser classificadas como movimento de utopia da ciência. A terceira fase, ou seja, a etapa atual da história do moto perpétuo descreve as tentativas de avançar em direção contrária a ciência utópica. 'Assim o moto perpétuo é um dispositivo imaginário capaz de realizar trabalho com alteração do primeiro (mp1) e do segundo (mp2) princípios da termodinâmica' (V. M. Brodianski, 1889).

## Nova abordagem didática para o ensino da 1° lei da Termodinâmica

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A maneira como a Física é ensinada atualmente está de certa forma distanciada dos interesses do cotidiano do aluno, por isso inovar com as atividades que possam alcançar os alunos desmotivados pelo ensino tradicional é um desafio que se impõe ao professor. Visando isto, é que nesta sessão apresentaremos sugestões para os professores inovarem sua prática pedagógica em relação ao desenvolvimento das aulas sobre Termodinâmica; em especial sobre a 1° Lei, que tem como objetivo definir conceito de energia interna e o princípio da conservação de energia.

Os livros didáticos não trazem relatos sobre o moto perpétuo para introduzir a 1° Primeira Lei da Termodinâmica, geralmente esta só é associada à experiência de Joule, e não a impossibilidade de construção de uma máquina de movimento perpétuo. Diante desta realidade procura-se uma nova forma de lecionar o conceito da 1° Primeira Lei da Termodinâmica a partir do moto perpétuo, ou seja, a máquina vai permitir-nos construir uma forma problematizadora de chegar a 1° Lei.

Como proposta para uma nova abordagem do ensino da 1° Lei recomendase a utilização de filmes, textos didáticos sobre o moto perpétuo, sites e a utilização de uma réplica da máquina nas aulas.

Na utilização de filmes pode-se trabalhar com o filme brasileiro Kenoma, este é uma fábula utópica sobre o um antigo sonho da humanidade de construir um moto perpétuo, uma engenhoca capaz de funcionar eternamente sem necessidade de energia externa. As aulas com filme podem ser ministradas por meio de roteiros didáticos que trazem cenas do filme a serem analisadas após sua exibição, durante a discussão das cenas será permitido que os alunos exponham suas opiniões em relação ao conteúdo em questão, promovendo assim a construção de conceitos e definições sobre a 1° Lei da Termodinâmica e outros assuntos afins. Logo, a utilização de filmes em sala de aula é uma eficiente ferramenta no ensino de Física, dessa forma a análise das cenas com os alunos terá grande aceitação por parte dos mesmos.

Outra forma de inovar o ensino da 1° Lei é a utilização de textos didáticos que permitam os alunos terem um contado maior com a teoria do moto perpétuo, já que este não esta presente nos livros didáticos. Os textos podem ser apresentados trazendo um percurso histórico da 1° Lei, mostrando aos alunos o trajeto que foi realizado até chegar finalmente na formulação desta lei. Dessa forma os alunos poderão perceber a importância do moto perpétuo na definição da 1° lei da Termodinâmica. Logo, a partir do estudo desses textos eles poderão formular suas próprias conclusões a respeito do moto perpétuo. Assim, esta atividade procura trabalhar o lado 'criativo' do aluno, ou seja, proporcionar um momento de discussão entre eles a partir de idéias extraídas da leitura desses textos didáticos.

Hoje em dia a utilização da internet como recurso didático está cada vez mais presente nas salas de aula, com isso sugere-se também que o aluno acesse alguns sites que retratam o moto perpétuo e um pouco de sua história. Um dos sites mais conhecidos que fornecem informações sobre a máquina de movimento perpétuo é o http://www.ceticismoaberto.com/ciencia/2470/motos-perpetuos-omuseu-dos-dispositivos-impraticaveis, nele pode ser encontrado uma quantidade significante de matérias sobre o motor perpétuo e sugestões de outros sites para pesquisa.

Por fim, mas não menos importante sugere-se a utilização de uma replica do moto perpétuo na aula, permitindo que o aluno tenha o contato real com o que ele só

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estudou na teoria. Partindo dessa aula demonstrativa pode-se propor aos alunos que construam suas próprias replicas da máquina. A máquina também pode ser construída antes de introduzir os conceitos de energia e conservação, isto seria uma maneira de desafiar os alunos, ou seja, a construção do conhecimento ocorreria a partir de uma situação - problema em que o aluno desvendaria os mistérios do aparato. O momento de confecção do Moto Perpétuo é de fundamental importância no processo de ensino-aprendizagem dos conceitos físicos referentes a 1° lei da Termodinâmica, independente da construção do aparato ser realizada antes ou depois da ministração do conteúdo, o importante é que o docente realize este momento experimental com seus alunos.

## Conclusão

Por meio de um breve relato histórico do Moto Perpétuo, com base no desejo recorrente dos construtores de máquinas, técnicos e engenheiros de construir um aparato que funcione com a menor quantidade de energia possível, concluirmos que a história do Moto Perpétuo é ao mesmo tempo uma história de estabelecimentos e evoluções de muitas direções da ciência, em particular da mecânica, hidráulica e, claro, a energética. Dessa forma, é uma história que se torna indispensável no processo de ensino-aprendizagem dessas áreas da ciência.

A partir da pesquisa realizada com professores e alunos do ensino médio e superior a respeito da possibilidade de existência e funcionamento do moto perpétuo, percebemos ao concluir que a maioria dos entrevistados apresentou certo conhecimento em relação à máquina e ao seu processo de funcionamento, ainda que este conhecimento seja proveniente do senso comum. Essa pesquisa serviu de base para propormos uma nova abordagem didática para o ensino da Termodinâmica, com foco na 1° lei (O Princípio de Conservação da Energia).

Portanto, o fato dessas máquinas não serem exploradas como devem no desenvolvimento didático da maioria dos alunos, tanto no ensino médio como no superior, em especial no ensino médio, mas precisamente nos livros didáticos, levou-nos a propor uma nova abordagem didática para o ensino da 1° lei, visando um ensino que permita questionamentos quanto ao processo de formulação das leis da Termodinâmica, ou seja, um ensino que o aluno participe do processo de construção do conhecimento, não apenas que ele já receba o conteúdo todo 'prontinho', levando a uma aprendizagem 'mecânica' dos conteúdos.

## Referências

Móvil perpetuo antes y ahora , Ed. Mir, Moscú 1990.

BRODIANSKI V.M., Disponível em:

## http://urss.ru/cgibin/db.pl?lang=en&amp;blang=en&amp;page=Book&amp;id=8038

ISAAC Newton Disponível em: &lt;http://pt.wikipedia.org/wiki/Isaac\_Newton&gt;. Acesso em: 05 abr. 10.

LEONARDO da Vinci Disponível em:

&lt;http://pt.wikipedia.org/wiki/Leonardo\_da\_Vinci&gt;. Acesso em: 05 abr. 10.

KENOMA Disponível em: &lt;http://www.terra.com.br/cinema/drama/kenoma.htm&gt;. Acesso em: 04 mar. 10.

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SIMANEK, Donald. Motos Perpétuos: O Museu dos Dispositivos Impraticáveis. Disponível em: &lt;http://www.ceticismoaberto.com/ciencia/2470/motos-perpetuos-o- museu-dos-dispositivos-impraticaveis&gt;. Acesso em: 15 dez. 09.

THE Physics Gallery: The Physical Principles of Unworkable Devices.. Disponível em: &lt;http://www.lhup.edu/~dsimanek/museum/physgal.htm&gt;. Acesso em: 12 dez. 09.

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