POR QUE AS ESTRELAS CINTILAM E OS PLANETAS NÃO?

Podemos diferenciar um planeta de uma estrela por apresentarem trajetórias distintas no céu. No entanto, é possível reconhecer cada um desses astros observando atentamente a sua luz. As estrelas cintilam (piscam), ao passo que os planetas geralmente brilham continuamente. Para entendermos bem esse fenômeno basta sabermos o que é refração.

REFRAÇÃO

A luz se propaga no vácuo a velocidade de aproximadamente 300.000 km/s. Ao se propagar em outros meios ela sofre uma redução no seu valor. A luz possui velocidade discretamente menor no ar atmosférico. Na água a diferença é bem maior podendo ser de 225.000 Km/s e no óleo por volta de 205.000 km/s. A mudança de velocidade nesses diferentes meios causa uma desvio da direção do feixe de luz. É esse fenômeno que chamamos refração. Podemos constatar a refração fazendo o experimento abaixo:

O ar, a água e o óleo possuem densidades e índices de refração distintos. Ao mergulhar um lápis ou pincel com água e óleo podemos constatar os desvios do feixe de luz .

A atmosfera possui várias camadas de temperaturas e densidades. Bolsões de ar com temperatura e densidades diferentes possuem índices de refração distintos que causam desvios no trajeto do feixe de luz da estrela. Isso faz com que a luz da estrela viaje em zigue-zague através da atmosfera. Esses bolsões de ar se deslocam entre si e causam o efeito de piscar das estrelas.

Uma estrela parece piscar porque o seu feixe de luz, à medida que passa pela atmosfera, é curvado e distorcido devido a refração de camadas de temperaturas e densidades do ar que estão em movimento.

POR QUE OS PLANETAS NÃO CINTILAM?

Como as estrelas estão extremamente distantes da Terra elas são percebidas como pontos no céu. Esse estreito feixe é facilmente perturbado pela atmosfera turbulenta e refratária. A luz de um planeta também é refratada várias vezes na atmosfera. No entanto, por se tratar de um feixe mais largo, os zigue-zagues da luz de seu disco se anulam. Assim, o nosso cérebro interpreta isso como um brilho constante, sem cintilação.

As estrelas, extremamente distantes, são pontuais e as distorções de seu estreito feixe de luz na atmosfera são captadas por nossos olhos. Já os planetas estão próximos e a luz solar refletida neles atravessa a atmosfera em um feixe de luz muito mais espesso, não sendo afetado de forma tão perceptível pelos efeitos das distorções (refrações nas várias camadas de ar).

Portanto, as estrelas não piscam. A cintilação delas é apenas um efeito causado pela atmosfera. No espaço, fora da atmosfera terrestre, as estrelas apresentam um brilho constante.

O INCRÍVEL VOO DO DENTE-DE LEÃO

O dente-de-leão (Taraxacum officinale) é uma planta familiar para maioria das pessoas. Além de ser considerada uma erva-daninha, comum em gramados, quem já não quis soprar essas bolas redondas cheias de tufos? Embora muitos chamem essa bolas de flor, na realidade as flores dessa espécie são amarelas. A flor do dente-de-leão é uma inflorescência, ou seja, é um agrupamento de várias flores sobre o pedúnculo.

Significado de Flor Dente-de-leão (O que é, Conceito e Definição) -  Significados
A flor do dente-de-leão é na realidade uma inflorescência, formada pelo agrupamento de várias pequenas flores.

São essas diversas flores do dente-de-leão que dão origem ao cacho globoso formado por várias hastes, que contém o fruto e a semente.

Infrutescência de Asteraceae, podendo observarem-se os papilhos de várias  cipselas. Dente-de-leão - Banco de Imagens da Casa das Ciências
Após fecundadas as flores dão origem ao um cacho globoso cheio de frutos (infrutescência), que carregam as sementes.

O fruto seco com a semente em seu interior ficam na base de cada haste e acima desta os tufos, que é chamado de pappus.

Essa estrutura pode ser facilmente carregada pelo vento. Esse mecanismo de voo passivo é altamente eficaz, permitindo a dispersão das sementes a distâncias formidáveis. A maioria das sementes de dente-de-leão, após um sopro, provavelmente pousa dentro do limite de 2 metros. No entanto, em condições quentes, secas e com muito vento, essas sementes emplumadas podem se dispersar ao longo de 30 km e ocasionalmente até 150 km. A alta eficiência do voo das sementes dessa planta, nativa da Europa e da Ásia, certamente auxiliou em sua dispersão nas Américas, África e Oceania. 

MAS O QUE FAZ ESSA ESTRUTURA TER UM VOO TÃO EFICIENTE?

Pesquisadores da Universidade de Edimburgo, do Reino Unido, estudaram o incrível voo das sementes do dente-de-leão. Para isso , os cientistas construíram um túnel de vento vertical, com um ventilador na base. Então colocaram a semente em meio ao fluxo de ar que saia pelo túnel. Ao variar a velocidade do vento eles deixaram a semente estacionada em meio ao fluxo de ar.

Utilizando câmeras de alta e baixa velocidade e iluminando a região com um laser foi possível observar o que acontece com o ar que passa pelo tufo de pelos do dente-de-leão.

Artefato para filmar o voo da semente e o ar do dente-de-leão

As filmagens revelaram que o ar passa ao redor do tufo de filamentos e entre os filamentos. A combinação desses fluxos de ar provoca um redemoinho (vórtice) acima do pappus, criando uma região de baixa pressão. A baixa pressão puxa a semente para cima, diminuindo muito a velocidade com que ela cai em direção ao solo. 

Imagens obtidas das filmagens que mostram a formação do redemoinho (vórtice) acima do pappus, que puxa toda a estrutura para cima, e reduz a velocidade de queda da semente.

A grande economia desse tipo de voo é que essas hastes emplumadas podem usar apenas 10% da carga de uma estrutura sólida similar a de um paraquedas.

O mecanismo de sustentação de voo da semente do dente-de-leão é completamente distinto de outros observados na natureza e copiados pelos humanos. Talvez esse mecanismo singular possa inspirar engenheiros a bolarem máquinas voadoras muito distintas das que conhecemos.

Veja aqui o vídeo que exibe as filmagens e o experimento desenvolvido pelo cientistas.

***E em breve leia aqui o incrível voo do dente-de-leão II

REFERÊNCIA:

Cummins, C., Seale, M., Macente, A. et al. A separated vortex ring underlies the flight of the dandelion. Nature 562, 414–418 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0604-2

DOIS GRANDES PASSOS PARA CONSTRUÇÃO DO MOTOR ELÉTRICO E O PRINCÍPIO DO SEU FUNCIONAMENTO

O físico Hans Christian Oersted descobriu uma propriedade curiosa da corrente elétrica gerada por uma pilha elétrica, inventada duas décadas antes por Alessandro Volta. Ao colocar a agulha magnética de uma bússola nas proximidades de um fio com corrente elétrica ele verificou que ela mudava a sua posição. Oersted concluiu que o movimento da agulha era devido a formação de um campo magnético em torno do fio que conduzia corrente elétrica.

Cargas elétricas em movimento geram um campo magnético! Podemos “visualizar” a presença do campo magnético, gerado pelo movimento de cargas elétricas em um fio, se o fizermos atravessar por um anteparo com limalha de ferro (veja abaixo)

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Colocando limalha de ferro em um anteparo por onde passa um fio conduzindo eletricidade é possível visualizar as linhas do campo magnético gerado pela corrente elétrica.

O físico Michael Faraday, sabendo que corrente elétrica gera um campo magnético, construiu um dispositivo que produzia movimento. O dispositivo apresentava um fio de cobre pendurado e que ficava em contato com mercúrio (condutor de eletricidade) dentro de um recipiente. No centro do recipiente havia um imã (que possui um campo magnético). Ao fornecer corrente elétrica ao fio ele gerava um campo magnético. Em função da existência dos dois campos magnéticos, o fio produzia um movimento circular.

É por meio desse princípio que hoje temos a nossa disposição muitos equipamentos que facilitam o nosso dia a dia. O que seria de nossas vidas sem as descobertas de Oersted, Faraday e inúmeros outros cientistas que os antecederam e os sucederam?

Alguns aparelhos que usam o motor elétrico.

Assista abaixo, em 4 minutos, a construção de um motor de Faraday caseiro:

A BARRA DE FERRO QUE AJUDOU A ENTENDER MELHOR O NOSSO CÉREBRO

Em 1848, o trabalhador Phineas Gage, de 25 anos, estava explodindo pedras na construção de uma linha ferroviária em Cavendish, nos EUA. Uma dessas explosões causou um acidente, fazendo uma barra de ferro atravessar a sua face. Apesar da perda de um olho e de parte do cérebro, Gage se recuperou e voltou a trabalhar.

Gage era uma pessoa responsável, socialmente bem adaptado e bem quisto pelos colegas. Após o acidente, não foi notada qualquer alteração em sua inteligência e memória. Porém, Gage não era mais o mesmo! Ele passou a ser grosseiro, a ofender pessoas ao seu redor e perdeu o senso de responsabilidade.

O médico John Harlow, que o atendeu, relatou a relação da perda de massa cefálica com a mudança de personalidade. Quase 150 anos depois do acidente, medidas do crânio de Gage (que foi preservado) e modernas técnicas de neuroimagem foram usadas para reconstituir o acidente e determinar a localização da lesão (ver figura).

O dano do cérebro de Gage envolveu a região do córtex pré-frontal esquerdo e direito. Tal lesão ocasiona um defeito na tomada de decisão racional e no processamento da emoção.

“A história de Gage foi o começo histórico do estudo da base biológica do comportamento” (Antonio Damasio, neurocientista e autor do estudo que reconstituiu o acidente).

REFERÊNCIA:

H Damasio, T Grabowski, R Frank, AM Galaburda, AR Damasio. The return of Phineas Gage: clues about the brain from the skull of a famous patient. Science 1994. Vol. 264, Issue 5162, pp. 1102-110.

SINUS PRÉ-AURICULAR, UM TRAÇO DE NOSSOS ANCESTRAIS?

Os peixes possuem fendas laterais próximas da cabeça que permitem a circulação de água para oxigenar as suas brânquias. Tais estruturas chamadas arcos e fendas branquiais correspondem às dobras abaixo da cabeça de seus embriões, que sofrem poucas modificações até o nascimento. Os arcos e fendas branquiais também aparecem nos primeiros estágios dos embriões de todos os vertebrados terrestres, incluindo os humanos. Ao longo da evolução dos vertebrados terrestres esses arcos e fendas branquiais se modificaram e deram origem a estruturas relacionadas ao ouvido, mandíbula e regiões da faringe. A presença dessas estruturas mostra a ancestralidade comum de todos os vertebrados terrestres. Viemos todos de um peixe que se aventurou ou foi forçado a viver fora da água há cerca de 400 milhões de anos. Embriões humanos e de outros vertebrados compartilham o plano corporal básico dos peixes. Normalmente as fendas branquiais se fecham ao longo do desenvolvimento, mas em alguns caso pode sobrar um pequeno orifício. Isso é verificado no pescoço de alguns recém-nascidos e pode ser corrigido cirurgicamente. Além destes casos, cerca de 1% das pessoas possuem um orifício na frente da orelha, chamado sinus pré-auricular. Atribui-se a existência desse buraquinho ao fechamento incompleto da fenda branquial mais anterior do embrião.

ORIENTANDO AS NOSSAS CRIANÇAS

Muitas crianças (e mesmo adultos) não sabem indicar onde estão os pontos cardeais (norte, sul, leste, oeste). Já, usando uma bússola, todos conseguem dizer prontamente. Isso porque o seu ponteiro magnetizado aponta para o norte geográfico*, que fica próximo do polo sul magnético da Terra.

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O ponteiro da bússola, que é um pequeno imã, sofre atração do campo magnético da Terra, que é um grande ímã. Entenda aqui por que a Terra é um ímã gigante. Os ímãs possuem dois polos que podem se atrair ou se repelir.

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Dessa forma, o ponteiro da bússola se alinha ao campo magnético da Terra, ou seja, o seu polo sul se volta para o polo norte magnético da Terra e o seu polo norte (geralmente a parte vermelha do ponteiro) se volta para o polo sul magnético da Terra, o que corresponde aproximadamente ao polo norte geográfico.

Os celulares possuem uma bússola e, por meio de aplicativos, podemos instalar uma similar às manuais. No entanto, hoje em dia, o modo mais usual é o emprego do GPS (Global Positioning System, em português, “Sistema de Posicionamento Global”) um sistema em que o celular recebe sinais de satélites e que, além de indicar os pontos cardeais, fornece informações das coordenadas geográficas e altitude.

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O GPS fornece informações dos pontos cardeais, das coordenadas geográficas (latitude e longitude) e da altitude.

MAS COMO PODEMOS NOS ORIENTAR SEM ESSES DISPOSITIVOS?

O Sol nasce no leste e se põe no oeste. Se apontarmos o nosso braço direito para o local onde é o nascer do Sol (leste) e o braço esquerdo para o poente (oeste) teremos o norte em nossa frente e o sul em nossas costas.

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Na realidade, o ponto cardeal leste e oeste será determinado com mais precisão dessa forma no outono e na primavera. Sendo mais exato ainda teríamos que observar o nascente e poente no início do outono ou da primavera (por volta de 20 de março ou 21 de setembro), nos chamados solstícios – veja aqui e aqui. A inclinação do eixo da Terra em relação a sua órbita ocasiona uma mudança na linha de deslocamento do sol. Dessa forma, no inverno o Sol nasce e se põe mais ao norte e no verão mais ao sul.

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E COMO NOS ORIENTAMOS À NOITE?

Podemos nos orientar com a Lua do mesmo modo que fazemos como o Sol, já que ela nasce no leste e se põe a oeste. Mas é possível nos orientarmos pelas estrelas. No hemisfério sul isso pode ser feito com o auxílio da constelação mais conhecida por aqui, que é a do Cruzeiro do Sul. Não é correto dizer que o Cruzeiro do Sul aponta para o sul geográfico da Terra, uma vez que o movimento das estrelas no céu é circular, como mostra a figura abaixo.

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No entanto, o Cruzeiro do Sul pode nos ajudar a localizar facilmente o polo sul geográfico, já que o seu “braço” maior aponta para o polo sul celeste, e o polo sul geográfico terrestre está localizado logo abaixo. Para determinarmos o polo sul celeste, calcule 4 vezes e meia o eixo mais comprido do Cruzeiro do Sul, aí estará o polo sul celeste e o polo sul geográfico abaixo desse ponto. Basta traçarmos uma linha reta no sentido do horizonte.

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Hoje em dia a bússola e o GPS permitem a nossa rápida orientação, mas por milhares de anos nos orientamos olhando para o céu. O celular nos desconectou um pouco do mundo real e muitos ainda não compreendem alguns princípios básicos. É sempre saudável trazermos nossas crianças de volta a essa realidade, que no passado despertou a curiosidade de cientistas, culminando com inúmeras descobertas. Tais descobertas nos fizeram compreender melhor o universo e revolucionaram o mundo! Precisamos que nossas crianças continuem fazendo o mundo avançar!

* Na realidade isso é uma simplificação, pois o ponteiro magnético da bússola fica orientado com a linha de indução magnética da Terra, cuja direção varia um pouco entre localidades.

COMO SABEMOS QUE A LUZ (TAMBÉM!) É UMA ONDA

No século XVII Isaac Newton propôs que a natureza física da luz era material, ou seja, ela consistia na propagação de um fluxo de partículas microscópicas. Posteriormente, outros cientistas defenderam a natureza ondulatória da luz. Foi somente no início do século XIX que o médico e físico Thomas Young por meio de uma série de estudos demonstrou a natureza ondulatória da luz. O mais famoso foi o experimento da dupla fenda.

O EXPERIMENTO DA DUPLA FENDA – Na experiência de Young, são utilizados três anteparos. O primeiro possui uma fenda, o segundo tem duas e no último ocorre a projeção da luz. Quando passa pela primeira fenda a luz sofre difração. A difração é a capacidade da onda se espalhar e contornar obstáculos (se estivermos em uma sala escura e houver um pequeno furinho que permite a entrada de luminosidade externa podemos constatar tal fenômeno). Veja o fenômeno de difração nos links: https://www2.dawsoncollege.qc.ca/…/Light_diffraction-2.gif e https://global.canon/en/technology/s_labo/light/001/03.html

Outro aspecto ondulatório da luz pode ser verificado quando ela atravessa as duas fendas do segundo anteparo. Após a luz passar pelas duas fendas, acontece o fenômeno de interferência de ondas. A interferência pode ser construtiva ou destrutiva. Na construtiva as ondas “se somam” o que resulta no aumento de intensidade (ver figura). Na interferência destrutiva as ondas podem se anular. Como consequência da interferência, o resultado da projeção da luz que atravessa as duas fendas é um conjunto de faixas bem iluminadas alternadas por áreas mal iluminadas (franjas, ver figura). Veja como é o fenômeno por meio de uma analogia com ondas de água: https://www.youtube.com/watch?v=0cztIj1m7e4

O experimento de Young demonstrou de modo inquestionável a natureza ondulatória da luz. Porém, no início do século passado o físico Albert Einstein, para a explicar o efeito fotoelétrico, considerou que luz não se comportava como uma onda, mas sim como uma partícula, o fóton! Isso lhe rendeu o prêmio Nobel de 1921. Bem, mas isso é outra história. Hoje admite-se que a luz ora se comporta como onda, ora como partícula!

VÍDEO DO EXPERIMENTO DAS DUAS FENDAS DE YOUNG: https://www.ashleybucsek.com/x-ray-diffraction-lesson

COMO SABEMOS A DISTÂNCIA DAS ESTRELAS?

Entre as estrelas que avistamos à noite, a mais próxima (Alpha Centauri) está a 40 trilhões de quilômetros da Terra. Mas como é possível calcular tal distância? A resposta é: usando a PARALAXE!

PARALAXE: coloque o seu dedo na frente do rosto e feche o olho esquerdo. Agora repita somente com o olho direito fechado. Veja que o seu dedo “se move” em relação ao plano de fundo. É esse deslocamento aparente que chamamos de paralaxe.

PARALAXE ESTELAR: os astrônomos observam exatamente a mesma coisa para a uma estrela vizinha. Porém, ao invés de usar os dois olhos, eles usam a posição da Terra em relação ao Sol. Assim, janeiro seria o seu olho esquerdo e junho seria o seu olho direito, quando a Terra está do outro lado do Sol. Dessa maneira, pode-se constatar o deslocamento dessa estrela em relação as mais distantes do plano de fundo.

O CÁLCULO DA DISTÂNCIA DA ESTRELA: Com o deslocamento aparente determina-se ângulo α (vide figura). A distância entre o Sol e a Terra (d) é conhecida. Fazendo o uso simples da trigonometria é calculado a distância da Terra até a estrela.

O PRIMEIRO WIRELESS DO MUNDO!

O físico e matemático James Maxwell deu importante passo para melhor compreensão do magnetismo. A partir das ideias de outros cientistas (e.g. Gauss, Ampére, Faraday) ele formulou um conjunto de equações que descreve os fenômenos eletromagnéticos. Maxwell (1873) previu que perturbações eletromagnéticas geradas em um local deveria se propagar pelo espaço à velocidade da luz.Foi o físico Heinrich Hertz, no final do século XIX, que demonstrou experimentalmente a existência das ondas eletromagnéticas, conforme a concepção de Maxwell.

O EXPERIMENTO DE HERTZ

Heinrich Hertz imaginou que, se as predições de Maxwell estivessem corretas, ondas eletromagnéticas seriam geradas a partir de faíscas elétricas e poderiam ser captadas por um receptor.Hertz construiu um dispositivo com duas esferas de bronze próximas entre si. Tais esferas ficavam conectadas a uma bobina de indução, que produzia uma alta tensão elétrica. Com isso era produzida uma faísca entre as esferas. Um receptor, que consistia em uma espira aberta e também com duas pequenas esferas de bronze, foi colocado a certa distância. Quando Hertz produziu faíscas pelo dispositivo principal, o receptor também passou a emitir faíscas. A formação de faíscas entre as esferas do receptor ocorria devido a produção de corrente elétrica na espira aberta. Tal corrente elétrica era induzida pelas ondas eletromagnéticas geradas pelo faiscamento do dispositivo principal.

“Estava construído o primeiro wireless da história!”

Poucos anos depois esse princípio foi usado para construção do telégrafo por Marconi, que culminou com a fabricação do rádio. E hoje desfrutamos de uma série de benefícios, incluindo o seu celular. Tudo graças a Hertz, Maxwell, Gauss, Ampére, Faraday, Marconi e muitos outros que fizeram da ciência a sua profissão.

POR QUE NOSSOS DEDOS ESTALAM QUANDO SÃO ESTICADOS? FAZ MAL ESTALAR?

Entre os ossos dos dedos há a presença do líquido sinovial, que lubrifica a articulação e permite o movimento suave e indolor. Nesse líquido há gases dissolvidos e quando os ossos são afastados um do outro, ocorre uma queda brusca de pressão no fluido. A pressão mais baixa no líquido permite que os gases se juntem, formando bolhas. Por meio de imagens de ressonância magnética foi possível constatar que durante o afastamento dos ossos é criada uma bolha de gás dentro do líquido sinovial.

Esquema da articulação de um dedo (esquerda) e imagem obtida por ressonância magnética, mostrando a formação de uma bolha após o estalo (direita).

O som do estalo, quando os dedos são esticados, foi atribuído a formação súbita dessa bolha interarticular – ver figura.No entanto, há indicativos de que a magnitude do som causado pela formação dessa bolha de gás é muito pequena, mas o estalo das juntas pode ser ouvido facilmente em uma sala. Um estudo com modelagem de sons sugere que o colapso (mesmo que parcial) dessa bolha seja o responsável por originar o som do estalo.

Apesar da formação de uma bolha ser parte do mecanismo de estalo da articulação, a exata origem do som ainda é discutível. Uma coisa é certa: são necessários entre 15 e 20 minutos para essa bolha se desfazer e ser possível um novo estalo!

ESTALAR CAUSA DANOS AOS DEDOS?

Quando criança, o médico Donald Unger ao estalar os seus dedos era advertido por sua mãe. Segundo ela e outras autoridades adultas o ato de estalar os dedos causa artrite. O espírito científico de Unger levou-o a fazer um experimento controlado com ele mesmo. Ao longo de 50 anos, ele estalou as articulações dos dedos da mão esquerda pelo menos duas vezes por dia. Os dedos da mão direita não eram esticados e serviram como controle. Assim, os dedos da mão esquerda foram estalados mais de 36.000 vezes. Depois de meio século o seu experimento foi publicado na revista científica Arthritis & Rheumatism, relatando que ele não encontrou artrite em nenhuma das mãos, nem qualquer outra diferença significativa entre elas.

O médico Donald Unger. Um estudo com ele mesmo que durou meio século.

Estudos posteriores também não mostraram qualquer relação.Um estudo mais recente, comparou um grupo de “estaladores” habituais com um grupo controle. Foi constatado um discreto aumento da espessura da cartilagem (ver figura acima a localização da cartilagem) dos ossos dos “estaladores” frequentes, mas não ocorreu alteração da força de preensão manual. Isso não significa que o ato de estalar deixe os dedos tortos ou mais grossos. Portanto, as evidências científicas indicam que a relação entre o “ato de estalar” e a artrite, o entortar ou o engrossar os dedos não passa de mais uma das inúmeras crenças difundidas entre nós!

REFERÊNCIAS

Chandran Suja V, Barakat AI (2018) A Mathematical Model for the Sounds Produced by Knuckle Cracking. Sci Rep 8. 4600. https://doi.org/10.1038/s41598-018-22664-4

Kawchuk GN, Fryer J, Jaremko JL, Zeng H, Rowe L, Thompson R (2015) Real-Time Visualization of Joint Cavitation. PLoS ONE 10(4): e0119470. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0119470

Rizvi A, Loukas M, Oskouian RJ, Tubbs RS. (2018) Let’s get a hand on this: Review of the clinical anatomy of “knuckle cracking”. Clin Anat. 6:942-945. https://doi.org/10.1002/ca.23243

Unger DL (1998) Does knuckle cracking lead to arthritis of the fingers? Arthritis Rheum. 41(5):949-50. https://onlinelibrary.wiley.com/…/1529-0131(199805)41:5…

Yildizgören MT, Ekiz T, Nizamogullari S, Turhanoglu AD, Guler H, Ustun N, Kara M, Özçakar L. (2017) Effects of habitual knuckle cracking on metacarpal cartilage thickness and grip strength. Hand Surg Rehabil. 36(1):41-43. https://doi.org/10.1016/j.hansur.2016.09.001