História da Física

       A Física é a ciência das propriedades da matéria e das forças naturais. Suas formulações são em geral compactantes, expressas em linguagem matemática.

    

      A Física estuda a matéria nos níveis molecular, atômico, nuclear e subnuclear. Estuda os níveis de organização ou seja os estados sólido, líquido, gasoso e plasmático da matéria. Pesquisa também as quatro forças fundamentais: a da gravidade ( força de atração exercida por todas as partículas do Universo), a eletromagnética ( que liga os elétrons aos núcleos), a interação forte (que mantêm a coesão do núcleo e a interação fraca (responsável pela desintegração de certas partículas - a da radioatividade).



Física teórica e experimental
    
     A Física experimental investiga as propriedades da matéria e de suas transformações, por meio de transformações e medidas, geralmente realizada em condições laboratoriais universalmente repetíveis.

      A Física teórica sistematiza os resultados experimentais, estabelece relações entre conceitos e grandezas Físicas e permite prever fenômenos inéditos.

Fatos históricos

     A Física desenvolve-se em função da necessidade do homem de conhecer as forças da natureza e controlá-la e reproduzi-la em seu benefício.

A Física na Antiguidade

     Sabe-se que foi na Grécia Antiga que foram feitos os primeiros estudos sobre os fenomenos naturais. Surgem os "filósofos naturais" interessados em racionalizar o mundo sem recorrer à intervenção divina. A primeira teoria atômica começa na Grécia, no século V a.C. Leucipo, de Mileto, e seu aluno Demócrito, de Abdera (460 a.C. - 370 a.C.) , formulam as primeiras hipóteses sobre os componentes essenciais da matéria. Segundo eles, o Universo é formado de átomos e vácuo. Os átomos são infinitos e não podem ser cortados ou divididos. São sólidos mas de tamanho tão reduzido que não podem ser vistos. Estão sempre se movimentando no vácuo.

Física de Aristóteles
    
     Foi com Aristóteles que a Física e outras ciências ganharam mais impulso na Antiguidade. Suas contribuições foram as idéias sobre o movimento, queda de corpos pesados (chamados "graves", daí a origem da palavra "gravidade" ) e o geocentrismo .

Aristóteles: (384 a.C. - 322 a.C. ) Nasce em Estagira, antiga Macedônia        (hoje, Província da Grécia) . Aos 17 anos muda-se para Atenas e passa a estudar na Academia de Platão, onde fica por 20 anos . Em 343 a.C. tornase tutor de Alexandre, o grande, na Macedônia. Até hoje, se conhece apenas um trabalho original
de Aristóteles (sobre a Constituição de Atenas) . Mas as obras divulgadas por meio de discípulos tratam de praticamente todas as áreas do conhecimento : lógica, ética, política, teologia, metaFísica, poética, retórica, Física, psicologia, antropologia, biologia. Seus estudos mais importantes foram reunidos no livro Órganom .

Geocentrismo - Aristóteles descreve o cosmo como um enorme ( porém finito) círculo onde existem nove esferas concêntricas girando em torno da Terra, que se mantêm imóvel no centro delas.

Gravidade - Aristóteles considera que os corpos caem para chegar ao seu lugar natural. Na antiguidade, consideram-se elementos primários a terra, a água, ar e fogo. Quanto mais pesado um corpo (mais terra) mais rápido cai no chão. A água se espalha pelo chão porque seu lugar natural é a superfície da Terra. O lugar natural do ar é uma espécie de capa em torno da Terra. O fogo fica em uma esfera acima de nossas cabeças e por isso as chamas queimam para cima.


A Hidrostática

     A hidrostática, estudo do equilíbrio dos líquidos, têm sua origem com Arquimedes. Diz a lenda que Hierão, rei de Siracusa, desafia Arquimedes a encontrar uma maneira de verificar sem danificar o objeto, se era de ouro maciço uma coroa que havia encomendado. Arquimedes soluciona o problema durante o banho. Percebe que a quantidade de água deslocada quando entra na banheira é igual ao volume de seu corpo. Ao descobrir esta relação sai gritando pelas ruas "Eureka, eureka !" ( Achei, achei !) . No palácio, mede então a quantidade de água que transborda de um recipiente cheio quando nele mergulha sucessivamente o volume de um peso de ouro igual ao da coroa, o volume de um peso de prata igual ao da coroa e a própria coroa. Este, sendo intermediário aos outros dois, permite determinar a proporção de prata que fora misturada ao ouro.

Princípio de Arquimedes - A partir dessas experiências Arquimedes formula o princípio que leva o seu nome: todo corpo mergulhado em um fluído recebe um impulso de baixo para cima ( empuxo ) igual ao peso do volume do fluído deslocado. Por isso os corpos mais densos do que a água afundam e os mais leves flutuam. Um navio, por exemplo, recebe um empuxo igual ao peso do volume de água que ele desloca. Se o empuxo é superior ao peso do navio ele flutua.

Arquimedes - ( 287 a.C. - 212 a.C.) - nasce em Siracusa, na Sicília. Freqüenta a Biblioteca de Alexandria e lá começa seus estudos de matemática. Torna-se conhecido pelos estudos de hidrostática e por suas invenções, como o parafuso sem ponta para elevar água. também ganha fama ao salvar Siracusa do ataque dos romanos com engenhosos artefatos bélicos. Constrói um espelho gigante que refletia os raios solares e queimava a distância os navios inimigos. É também atribuído a Arquimedes o princípio da alavanca . Com base neste princípio, foram construídas catapultas que também ajudaram a resistir aos romanos. Depois de mais de três anos, a cidade é invadida é Arquimedes é assassinado por um soldado romano.

Ying e Yang

     Os chineses também iniciaram na Antiguidade estudos relacionados à
Física. Não se ocupam de teorias atômicas ou estrutura da matéria. Procuram explicar o Universo como resultado do equilíbrio das forças opostas Yin e Yang . Estas palavras significam o lado sombreado e ensolarado de uma montanha e simbolizam forças opostas que se manifestam em todos os fenômenos naturais e aspectos da vida. Quando Yin diminui, Yang aumenta e vice-versa. A noção de simetria dinâmica de opostos inaugurada pela noção de Yin e Yang será retomada no inicio do século XX com a teoria quântica.


A Revolução Copernicana

     Em 1510 Nicolau Copérnico rompe com mais de dez séculos de domínio do geocentrismo, dizendo, pela primeira vez, que a Terra não é o centro do Universo e sim um entre outros tantos planetas que giram em torno do Sol. Para muitos historiadores, a revolução copernicana se consolida apenas um século depois com as descobertas telescópicas e a mecânica de Galileu Galilei (1564-1642) e as leis de movimentos dos planetas de Joannes Kepler ( 1571- 1630).

Heliocentrismo - "O centro da Terra não é o centro do mundo ( Universo) e sim o Sol ". Este é o princípio do heliocentrismo (que tem o Sol do grego hélio - como centro), formulado por Nicolau Copérnico e marco da concepção moderna de Universo. Segundo o heliocentrismo, todos os
planetas, entre eles a Terra, giram em torno do Sol descrevendo órbitas circulares.

Nicolau Copérnico - ( 1473 - 1543) nasce em Torum, na Polônia. Estuda matemática, os clássicos gregos, direito canônico ( em Bolonha, na Itália) e medicina (em Pádua, Itália) e só depois se dedica exclusivamente à área que realmente lhe interessava: a astronomia. Em 1513 constrói um observatório e começa a estudar o movimento dos corpos celestes. A partir dessas observações, escreve Das revoluções dos corpos celestes
com os princípios do heliocentrismo. Copérnico revoluciona a idéia que o homem tinha de si mesmo (visto como imagem de Deus e por isso centro de tudo) e dá novo impulso a todas as ciências ao colocar a observação e a experiência acima da autoridade e dos dogmas.

A FÍSICA CLÁSSICA

      É no século XVII que surgem as bases para a Física da era industrial. Simon Stevin desenvolve a hidrostática, ciência fundamental para seu país, a Holanda, protegida do mar por comportas e diques. Na óptica, contribuição equivalente é dada por Christiaan Huygens, também holandês, que constrói lunetas e desenvolve teorias sobre a propagação da luz. Huygens é o primeiro a descrever a luz como onda. Mas é Isaac Newton ( 1642- 1727), cientista inglês, o grande nome dessa época: são dele a teoria geral da mecânica e da gravitação universal e o cálculo infinitesimal.

Isaac Newton - (1642- 1727) nasce em Woolsthorpe, Inglaterra, no mesmo ano da morte de Galileu. (começa a estudar na Universidade de Cambridge com 18 anos e aos 26 já se torna catedrático. Em 1687 publica Princípios matemáticos da filosofia natural. Dois anos depois é eleito membro do Parlamento como representante da Universidade de Cambridge. Já em sua época é reconhecido como grande cientista que revoluciona a Física e a matemática. Preside a Royal Society ( academia de ciência) por 24 anos. Nos últimos anos de vida dedica-se exclusivamente a estudos teológicos.






Cálculo diferencial - por volta de 1664, quando a universidade é fechada por causa da peste bubônica, Newton volta à sua cidade natal. Em casa, desenvolve o teorema do binômio e o método matemático das fluxões. Newton considera cada grandeza finita resultado de um fluxo contínuo, o que torna possível calcular áreas limitadas por curvas e o volume de figuras sólidas. Este método dá origem ao cálculo diferencial e integral .

Decomposição da luz - Newton pesquisa também a natureza da luz. Demonstra que, ao passar por um prisma, a luz branca se decompõe nas cores básicas do espectro luminoso: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta.

Leis da mecânica - A mecânica clássica se baseia em três leis.
·  Primeira lei - É a da inércia. Diz que um objeto parado e um objeto em movimento tendem a se manter como estão a não ser que uma força externa atue sobre eles.
·  Segunda lei - Diz que a força é proporcional à massa do objeto e sua aceleração. A mesma força irá mover um objeto com massa duas vezes maior com metade da aceleração.
·  Terceira lei - Diz que para toda ação há uma reação equivalente e contrária. Este é o princípio da propulsão de foguetes: quando os gases "queimados"(resultantes da combustão do motor) escapam
pela parte final do foguete, fazem pressão em direção oposta, impulsionando-o para a frente.

Gravitação universal - observando uma maçã que cai de uma árvore do jardim de sua casa, ocorre a Newton a idéia de explicar o movimento dos planetas como uma queda. A força de atração exercida pelo solo sobre a maçã poderia ser a mesma que faz a Lua "cair" continuamente sobre a Terra.

Principia Mathematica - Durante os 20 anos seguintes , Newton desenvolve os cálculos que demonstram a hipótese da gravitação universal e detalha estudos sobre a luz, a mecânica e o teorema do binômio. Em 1687 publica Princípios matemáticos da filosofia natural, conhecida como Principia, obra-prima científica que consolida com grande precisão matemática suas principais descobertas. Newton prova que a Física pode explicar tanto fenômenos terrestres quanto celestes e por isso é universal.