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Física Clássica: entenda como foi sua evolução | 360 Explica

por Cristiano Oliveira da Silva | 23/03/2021

Entenda como e por que as teorias precisam evoluir para poder explicar novos fenômenos observados na natureza

A evolução da humanidade traz consigo uma evolução de Consciência, algo que se reflete no acelerado desenvolvimento tecnológico motivado pela busca incessante de entender seu lugar na existência e compreender os mecanismos de funcionamento da natureza. A esse último item, podemos incluir a evolução das leis e teorias físicas, que têm sua origem nos estudos de gênios da humanidade que buscaram descrever a natureza e seus fenômenos.

Então, uma Teoria nada mais é que uma observação de determinado padrão e assumido como verdade. Ela não é provável (aquela que se pode demonstrar), mas aplicável e observável.

Diferente de um Teorema, que é uma prova matemática, demonstrável e provável, as Teorias são observações assumidas como hipóteses, premissas. A linguagem para expressar essas hipóteses das Teorias e descrever a natureza é a matemática.

Diante do exposto, é importante salientar que as Teorias possuem um Domínio de Existência (DE), ou seja, são válidas e aplicáveis a determinados cenários. São sinônimos de Teoria: Lei, Princípio, Postulado…

Física Clássica

Na época de Sir Isaac Newton (século XVI), ele dispunha dos estudos de Galileo e de sua inventividade e criatividade matemática. A Teoria Clássica da Física, ou Física Newtoniana, propõe um modelo de movimento, suas causas e efeitos. E seu campo de validade abrange boa parte dos fenômenos naturais. A Teoria tem validade nos dias de hoje, é utilizada pela NASA para prever viagens espaciais, desde lançamentos de satélites em órbita, até a rota de uma missão Terra-Marte. Ela também explica bem o movimento de planetas e astros e suas órbitas. E, evidentemente, explica muito bem nossa realidade cotidiana.

isaac newton
Sir Isaac Newton

Newton assume como princípio que o tempo é absoluto. Isso não é verdade, como veremos adiante em Física Relativística, onde o tempo passa a ser relativo, variável.

Seu DE é, portanto: baixas velocidades comparadas com a da luz e tempo absoluto.

Embora suas Leis não sejam válidas em alguns cenários, é importante salientar que Newton deu ao mundo uma formulação matemática completamente nova: o Cálculo Integral e Diferencial, desenvolvido paralelamente pelo filósofo, polímata e matemático Gottfried Wilhem Leibnitz, com quem Newton rivalizou por anos sobre a autoria dessa ferramenta matemática que revolucionou a Ciência.

Mas quais são as Teorias Newtonianas?

A Física Clássica se baseia nas 3 Leis de Newton e na sua Teoria da Gravitação.

1ª Lei de Newton – O Princípio da Inércia

“Todo corpo continua em seu estado de repouso ou movimento uniforme em linha reta, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças aplicadas sobre ele”.

Isso significa que: se um corpo está parado, continuará parado; se estiver “no embalo”, com velocidade constante, continuará assim… a menos que alguma força seja aplicada sobre ele.

O Princípio da Inércia traduz uma lei da natureza muito simples: sem força/ação, nada muda. E a 2ª Lei diz que a quantidade de esforço é proporcional a quantidade de resistência que você oferece. Faz todo sentido!

2ª Lei de Newton – A Lei Fundamental da Dinâmica

“A mudança de movimento é proporcional à força impressa, e é produzida na direção em que a força é aplicada”.

Mas o que é mudança de movimento?

Se no Princípio da Inércia é explicado por que tudo se mantém na Inércia, na 2ª Lei, é explicado e descrito o resultado da aplicação de uma força. Causa: força. Efeito: mudança de movimento, ou seja, a velocidade não é mais constante, mas variável. A essa variação é dado o nome de aceleração.

O que ele observou através de experimentos, é que essa mudança de movimento tinha uma constante de proporcionalidade, que era a massa do objeto em estudo. Então, a 2ª Lei de Newton, nos diz que a força resultante atuando sobre um corpo é proporcional à sua massa pela sua aceleração.

Ou seja, a famosa equação F=m.a, onde F é o vetor força e a o vetor aceleração.

Segunda Lei de Newton
A 2ª Lei de Newton

Mais uma lei natural: pra sair da inércia, precisa se esforçar. Quanto maior for a resistência, maior o esforço.

3ª Lei de Newton – Princípio da Ação e Reação

“A toda ação há sempre uma reação oposta e de igual intensidade: a ação mútua entre dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas em sentidos opostos.”

Relação de causa e efeito. ou seja, outra lei natural. Poderia ser a “lei do retorno”. No filme Matrix Reloaded, num diálogo entre o traficante de informações Merovingian e o “escolhido” Neo, o “vilão” comenta que a única verdade que existe na natureza é a relação de causa e efeito. Ação, reação.

Teoria Gravitação Universal (TGU)

Com base em suas Leis, Newton formulou a TGU, onde explica os movimentos dos astros e suas interações.

Dizem que ele pensou a primeira vez sobre o tema quando estava embaixo de uma macieira e uma maçã caiu sobre sua cabeça. “Por que a maçã “cai”?”. Então anos mais tarde propôs que:

“A força gravitacional entre dois corpos é proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa”.

Gravitação Universal
Lei de Newton para gravitação

Assim como as forças invisíveis magnéticas, a força gravitacional era um tipo de força invisível de atração entre dois ou mais corpos. O fato é que os movimentos celestiais foram muito bem explicados pela TGU. Exceto quando as forças gravitacionais eram muito grandes. Sob condições extremas, os fenômenos observados já não podem ser explicados adequadamente pela TGU, ou seja, não fazem parte do seu DE.

Conclusões

Quando falamos de teorias na física, é importante considerar sua validade em determinados cenários e se os resultados explicam o fenômeno que se observa.

Ao escrever seu livro “Philosofiae Naturalis Principia Mathematica”, Isaac Newton apresenta ao mundo uma formulação robusta e bem embasada, capaz de explicar os principais fenômenos na época. Com a evolução da física e novas descobertas no campo de eletromagnetismo, sua teoria já não era aplicável. E então uma nova Teoria precisou ser formulada para que os fenômenos naturais pudessem ser descritos adequadamente.

Isso não tira em nada o valor de sua obra, que, conforme mencionado anteriormente, as Leis de Newton têm validade num restrito Domínio de Existência (DE).

Em uma carta de Newton para Robert Hooke, ele diz: “se vi mais longe, foi por estar em pé sobre ombros de gigantes“.

Isso mostra seu respeito às teorias predecessoras e aos homens que as desenvolveram, como Galileo Galilei, Johanes Kepler dentre outros. E certamente, Newton viu muito longe e sua contribuição às ciências naturais foi incomensurável.

Principia_Mathematica
Principia Mathematica – Leis de Newton

Leia também: Física Relativística: entenda a evolução dessa teoria | 360 Explica

E aí, gostou de relembrar a Teoria da Física Clássica? Deixe sua opinião nos comentários.

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Cristiano Oliveira da Silva

- Engenheiro Civil (Poli-USP/2003) - Pesquisador colaborador UFABC - Capacitação e disseminação de BIM - Gerente de Engenharia / BIM Manager - Projetos, Planejamento e Qualidade na empresa BEN - Bureau da Engenharia - INEXH - Instituto Nacional de Excelência Humana - MasterPractitioner e Coach Sistêmico

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