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1.0: Prelúdio da Ciência e do Reino da Física, Quantidades Físicas e Unidades

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    Qual é a sua primeira reação ao ouvir a palavra “física”? Você imaginou trabalhar com equações difíceis ou memorizar fórmulas que parecem não ter nenhum uso real na vida fora da sala de aula de física? Muitas pessoas abordam o assunto da física com um pouco de medo. Mas, ao começar a explorar esse assunto amplo, você logo perceberá que a física desempenha um papel muito maior em sua vida do que você pensava, independentemente de seus objetivos de vida ou escolha de carreira.

    A galáxia espiral Andrômeda é mostrada.
    Figura\(\PageIndex{1}\): As galáxias são tão imensas quanto os átomos são pequenos. No entanto, as mesmas leis da física descrevem ambas e todo o resto da natureza — uma indicação da unidade subjacente no universo. As leis da física são surpreendentemente poucas em número, o que implica uma simplicidade subjacente à aparente complexidade da natureza. (crédito: NASA, JPL-Caltech, P. Barmby, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)

    Por exemplo, dê uma olhada na imagem acima. Esta imagem é da galáxia de Andrômeda, que contém bilhões de estrelas individuais, enormes nuvens de gás e poeira. Duas galáxias menores também são visíveis como pontos azuis brilhantes no fundo. A uma impressionante distância de 2,5 milhões de anos-luz da Terra, esta galáxia é a mais próxima da nossa própria galáxia (chamada Via Láctea). As estrelas e planetas que compõem Andrômeda podem parecer a coisa mais distante da vida cotidiana normal da maioria das pessoas. Mas Andrômeda é um ótimo ponto de partida para pensar nas forças que unem o universo. As forças que fazem com que Andrômeda aja da mesma forma são as mesmas que enfrentamos aqui na Terra, quer estejamos planejando enviar um foguete ao espaço ou simplesmente levantar os muros para um novo lar. A mesma gravidade que faz com que as estrelas de Andrômeda girem e girem também faz com que a água flua sobre barragens hidrelétricas aqui na Terra. Hoje à noite, reserve um momento para olhar para as estrelas. As forças lá fora são as mesmas que aqui na Terra. Por meio de um estudo da física, você pode obter uma maior compreensão da interconexão de tudo o que podemos ver e conhecer neste universo.

    Pense agora em todos os dispositivos tecnológicos que você usa regularmente. Computadores, smartphones, sistemas GPS, tocadores de MP3 e rádio via satélite podem vir à mente. Em seguida, pense nas tecnologias modernas mais empolgantes sobre as quais você já ouviu falar nas notícias, como trens que levitam acima dos trilhos, “mantos de invisibilidade” que curvam a luz ao redor deles e robôs microscópicos que combatem as células cancerosas em nossos corpos. Todos esses avanços inovadores, comuns ou inacreditáveis, dependem dos princípios da física. Além de desempenharem um papel significativo na tecnologia, profissionais como engenheiros, pilotos, médicos, fisioterapeutas, eletricistas e programadores de computador aplicam conceitos de física em seu trabalho diário. Por exemplo, um piloto deve entender como as forças do vento afetam uma trajetória de voo e um fisioterapeuta deve entender como os músculos do corpo experimentam forças à medida que se movem e se dobram. Como você aprenderá neste texto, os princípios da física estão impulsionando novas e empolgantes tecnologias, e esses princípios são aplicados em uma ampla variedade de carreiras.

    Neste texto, você começará a explorar a história do estudo formal da física, começando com a filosofia natural e os antigos gregos, até uma revisão de Sir Isaac Newton e das leis da física que levam seu nome. Você também conhecerá os padrões que os cientistas usam quando estudam quantidades físicas e o sistema inter-relacionado de medições que a maioria da comunidade científica usa para se comunicar em uma única linguagem matemática. Finalmente, você estudará os limites de nossa capacidade de ser exatos e precisos e as razões pelas quais os cientistas se esforçam para serem o mais claros possível em relação às suas próprias limitações.