1 - Introdução a Física: Movimento

Há muito tempo, mas muito tempo mesmo, o homem começou a perceber, através da observação da natureza, que alguns eventos apresentavam uma periodicidade incrível, variações cíclicas observadas nos céus, como, por exemplo: as fases da lua, as quais somam aproximadamente 30 dias, isto é, o período de um mês; as estações do ano, que por sua vez somam o tempo de um ano.
Essas observações foram importantes para o homem, pois ajudavam a resolver problemas práticos e garantir sua subsistência, além da necessidade de entender a origem do universo e a própria origem humana.
Inicialmente as explicações para os fenômenos naturais baseavam-se em mitos e crenças, mas com os gregos, vislumbrou-se um entendimento do universo sem o revestimento mitológico. Nessa época os fenômenos celestes eram estudados separadamente dos fenômenos terrestres, uma vez que a cosmologia aristotélica dividia o universo em supralunar e sublunar, separando céu e terra. De fato, Aristóteles foi um dos primeiros, pelo menos dos que conhecemos nos registros em livros, a elaborar uma teoria física criando as primeiras leis do movimento.
Muitos foram os esforços e contribuições para desvendar os fenômenos naturais. No entanto, até a Idade Média, a Ciência conhecida se resumia em: Física aristotélica, Astronomia geocêntrica de Ptolomeu e Geometria euclidiana. Assim é que chegamos ao Renascimento, que se inicia historicamente em 1453.
Mas o Renascimento, como o nome nos seduz a pensar, parece ter contribuído para que uma nova forma de ver e explicar o universo se iniciasse. Nesse cenário, Johannes Kepler, a partir de estudos de Tycho Brahé, concluiu que as órbitas dos planetas eram elípticas e não circulares, nem seus movimentos eram uniformes, mas dependiam da distância do planeta ao Sol. Edmund Halley observou que os cometas situam-se além da Lua, portanto fora da esfera lunar.
Essas constatações contrariavam o que pregava a Ciência medieval, na sua maioria baseada nas idéias de Aristóteles. E para piorar um pouco mais as coisas, Galileu Galilei propôs que o peso dos corpos não tem influência sobre a sua queda, o que contrariou a física dos lugares naturais de Aristóteles.
Pensa que é só isso? Engano seu, pois René Descartes, contemporâneo de Galileu, também imaginava uma ciência que desse conta dos mundos supralunar e sublunar. Em outras palavras, o universo não era separável. Dessa forma, foi possível estudar os fenômenos físicos a partir de uma situação particular, por exemplo, a queda dos corpos. A natureza pode ser descrita por equações matemáticas, a partir de algumas considerações que fazemos dos fenômenos em estudo que resultam no que chamamos de modelo físico. Mas atenção, um modelo não é a natureza ou coisas da natureza, mas o que achamos que a natureza é!Assim, inicia-se o que se costuma chamar de Ciência Moderna, que, a partir de uma situação particular, pode-se chegar ao geral, tornando possível inaugurar leis universais, isto é, que abrangem a totalidade do universo. 
Impossível descrever num texto como este, todas as contribuições de cientistas, sejam eles conhecidos ou não, que com seus estudos, em cada época, possibilitaram entender um pouco o mundo físico. Da mesma forma, é impossível descrever os muitos erros e acertos, avanços e retrocessos, tão próprios da atividade científica, que conduziram a construção pela humanidade desse monumento que é o conhecimento científico.  
Galileu e contemporâneos viveram numa sociedade que transitava do feudalismo para o capitalismo comercial, sendo este último, fruto das grandes navegações do século XVI, as quais permitiram o descobrimento de novos continentes e a formação de um mercado mundial, levando o comércio a longas distâncias e contribuindo para a formação de uma nova classe econômica: a burguesia.
A ampliação da sociedade mercantil e a conjuntura econômica, cultural e social da época derrubaram dogmas da Igreja e permitiram que Galileu adotasse o modelo heliocêntrico de Nicolau Copérnico (1473-1543), ousando observar sob a mesma ótica corpos celestes e terrestres, separados na física aristotélica.
A instalação do novo cenário foi possível porque Galileu utilizou-se de um telescópio, cujas observações contribuíram para sua ousadia. Você já deve ter ouvido o velho ditado que diz “fatos são fatos e contra fatos não há argumentos!”.
Mas apesar dos fatos e da sua ousadia, não foi possível a Galileu e a seus contemporâneos, romperem totalmente com o pensamento da época. No entanto, o palco estava pronto para que Isaac Newton (1642–1727) completasse o que Galileu, Descartes e outros, não conseguiram realizar, isto é, encontrar as leis que submeteriam céu e Terra à mesma descrição matemática. É isso que a Gravitação de Newton consegue: a primeira grande unificação da Física, submetendo céu e terra a mesma lei.
Também Newton identificou as quantidades transferidas na interação entre objetos e observou que a soma dessas quantidades se mantém entre as partes do sistema que interagem, qualquer que seja esse sistema. Essa percepção levou-o a descobrir que as quantidades de movimento como grandezas que se conservam, mesmo quando, aparentemente, parece estar tudo mudando.
Os fundamentos da mecânica de Newton estão registrados na obra “Philosophie naturalis principia mathematica – Principia”, de 1687, que pode ser considerada como um marco na história do conhecimento científico, pois apresenta a unificação das leis da mecânica, as quais descrevem o movimento dos corpos sob a ação de forças, elevando a Física ao status de Ciência no século XVII. A síntese de Newton foi possível, conforme já mencionamos, pelo fato de muitos terem se preocupado com o estudo dos fenômenos naturais e, também, pela da interação com outros pesquisadores da época.
Hoje, no estudo dos movimentos, a mecânica de Newton, ainda é importante, visto que está intimamente ligada às questões externas ao meio científico, como: as guerras, o comércio e até os mitos e religiões. Por isso, para compreender toda essa produção humana, é preciso colocá-la num contexto mais amplo, dentro da história da humanidade.
Além disso, esse estudo permite a compreensão dos fenômenos presentes no seu cotidiano: o caminhar até a escola, andar de bicicleta ou deslizar sobre patins, o jogo de futebol, as jogadas com bolinhas de gude, o jogo de sinuca e tantos outros. Mas também o movimento de projéteis e dos automóveis, o movimento dos planetas em torno do Sol ou da Lua em torno da Terra, o equilíbrio dos corpos em um meio fluído ou o seu movimento dentro de uma piscina.
Para essa compreensão é importante o conhecimento de entes físicos, como as quantidades de movimento (o momentum de uma partícula) e a energia, as quais permitem estudos que vão desde a colisão de bolas de gude até a compreensão de processos que envolvem a cosmologia atual. Esses entes físicos carregam naturalmente as idéias de posição, tempo e massa. 
Para tanto, são indispensáveis as idéias de Conservação do Momentum e de Conservação da Energia, dois princípios extremamente importantes para o entendimento dos fenômenos físicos. Não importa o que aconteça, nas colisões ou explosões, quando objetos se aproximam e colidem, ocorrendo fragmentação ou não desses objetos, a quantidade de movimento é sempre conservada. Em outras palavras, a quantidade de movimento de antes da colisão e depois da colisão é sempre a mesma.
Da mesma forma, os cientistas perceberam que, como a quantidade de movimento, a energia também se conserva. O Princípio da Conservação da Energia, desenvolvido no âmbito da Termodinâmica, é uma das mais importantes leis da natureza e, talvez, o mais belo dos princípis. Sabe qual é o problema? A energia apresenta um tipo de dupla personalidade, ou melhor, muitas personalidades, aparecendo de diversas formas, ou se preferir, com muitos disfarces: cinética, química, potencial, calor, etc.
E ainda, a importância do conceito de força, definida por Newton como a variação temporal da quantidade de movimento, o impulso, o que conduz a Segunda Lei de Newton. As idéias de matéria (massa) e espaço, bem fundamentadas, permitem a compreensão da Primeira Lei de Newton.
Também é possível, dentro desse campo de estudos, a compreensão do movimento dos fluídos (líquidos e gases), os quais estão presentes até mesmo em você. Por exemplo, o movimento do sangue no corpo. Também é possível, o estudo dos movimentos oscilatórios, os quais podem levar ao estudo do caos.
Como você já deve ter percebido, muitas são as possibilidades de tratamento dentro do estudo de movimentos. No entanto, não foi possível neste livro tratar de todas essas possibilidades, nem era nossa pretensão fazê-lo. O que fizemos foi escolher alguns conteúdos que consideramos importante para a construção do seu conhecimento. E assim, produzimos alguns textos, os quais chamamos de Folhas, para que você tenha a oportunidade de conhecer, com o apoio de seus professores, a beleza das teorias científicas.
A Profª Julia Tieko Fujimoto escreveu o Folhas “Gravitação Universal”, relacionando o texto com a disciplina de História ao discutir o contexto da construção da Lei da Gravitação de Newton. Para entender o modelo copernicano de universo, buscou-se na Geometria Analítica, disciplina de Matemática, o entendimento das elipses. A autora faz uma introdução à Relatividade de Einstein, numa tentativa de compreender o campo gravitacional dos buracos negros.
A Primeira Lei de Newton está presente no Folhas “Descrição clássica dos movimentos: inércia e momentum”, o qual busca na História a compreensão do contexto de produção da obra newtoniana. A Filosofia permite a compreensão do método newtoniano para encontrar as leis do movimento. O texto analisa, utilizando-se da alegoria da “Alice no País do Quantum”, criada por Robert Gilmore, o Princípio da Incerteza de Heisenberg.
Para falarmos sobre o movimento de projéteis, o Profº. Kleber Sebastião Juliani produziu o Folhas “Trajetórias”. O projétil é um martelo, o que permitiu o relacionamento do conteúdo físico com a disciplina de Educação Física. O modelo matemático para a descrição do lançamento do martelo exigiu uma relação com a Matemática, ou seja, alguns conceitos presentes na trigonometria. Ainda, discutiu-se o Princípio da Mínima Ação, o qual nos permite compreender porque essa trajetória é parabólica e não uma outra qualquer.
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