4.0: Prelúdio da Dinâmica - As Leis do Movimento de Newton

O movimento chama nossa atenção. O movimento em si pode ser lindo, fazendo com que nos maravilhemos com as forças necessárias para alcançar movimentos espetaculares, como a de um golfinho pulando da água, ou um salto com vara, o vôo de um pássaro ou a órbita de um satélite. O estudo do movimento é cinemático, mas a cinemática descreve apenas a forma como os objetos se movem — sua velocidade e sua aceleração. A dinâmica considera as forças que afetam o movimento de objetos e sistemas em movimento. As leis do movimento de Newton são a base da dinâmica. Essas leis fornecem um exemplo da amplitude e simplicidade dos princípios sob os quais a natureza funciona. Elas também são leis universais, pois se aplicam a situações semelhantes na Terra e no espaço.

Figura 4.1.1. As leis do movimento de Newton descrevem o movimento do caminho do golfinho. (crédito: Jin Jang)

As leis do movimento de Isaac Newton (1642—1727) foram apenas uma parte da obra monumental que o tornou lendário. O desenvolvimento das leis de Newton marca a transição do Renascimento para a era moderna. Essa transição foi caracterizada por uma mudança revolucionária na forma como as pessoas pensavam sobre o universo físico. Por muitos séculos, os filósofos naturais debateram a natureza do universo com base em grande parte em certas regras da lógica, com grande peso dado aos pensamentos de filósofos clássicos anteriores, como Aristóteles (384-322 a.C.). Entre os muitos grandes pensadores que contribuíram para essa mudança estavam Newton e Galileu.

Figura 4.1.2. A obra monumental de Issac Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, foi publicada em 1687. Ele propôs leis científicas que ainda são usadas hoje para descrever o movimento dos objetos. (crédito: Service commun de la documentation de l'Université de Strasbourg)

Galileu foi fundamental para estabelecer a observação como determinante absoluto da verdade, em vez de argumento “lógico”. O uso do telescópio por Galileu foi sua conquista mais notável ao demonstrar a importância da observação. Ele descobriu luas orbitando Júpiter e fez outras observações que eram inconsistentes com certas ideias antigas e dogmas religiosos. Por esse motivo, e por causa da maneira como lidou com os que tinham autoridade, Galileu foi julgado pela Inquisição e punido. Ele passou os últimos anos de sua vida sob uma forma de prisão domiciliar. Como outros antes de Galileu também haviam feito descobertas observando a natureza do universo e porque observações repetidas verificaram as de Galileu, seu trabalho não pôde ser suprimido ou negado. Após sua morte, seu trabalho foi verificado por outros e suas ideias foram finalmente aceitas pela igreja e pelas comunidades científicas.

Galileu também contribuiu para a formação do que hoje é chamado de primeira lei do movimento de Newton. Newton fez uso do trabalho de seus antecessores, o que lhe permitiu desenvolver leis do movimento, descobrir a lei da gravidade, inventar o cálculo e fazer grandes contribuições às teorias da luz e da cor. É incrível que muitos desses desenvolvimentos tenham sido feitos com Newton trabalhando sozinho, sem o benefício das interações usuais que ocorrem entre os cientistas de hoje.

Foi somente com o advento da física moderna, no início do século XX, que se descobriu que as leis do movimento de Newton produzem uma boa aproximação ao movimento somente quando os objetos estão se movendo a velocidades muito, muito menores do que a velocidade da luz e quando esses objetos são maiores do que o tamanho da maioria das moléculas ( cerca de m de diâmetro). Essas restrições definem o reino da mecânica clássica, conforme discutido em Introdução à Natureza da Ciência e da Física. No início do século XX, Albert Einstein (1879-1955) desenvolveu a teoria da relatividade e, junto com muitos outros cientistas, desenvolveu a teoria quântica. Essa teoria não tem as restrições presentes na física clássica. Todas as situações que consideramos neste capítulo, e todas as que precederam a introdução da relatividade na Relatividade Especial, estão no reino da física clássica.

FAZENDO CONEXÕES: FILOSOFIA PASSADA E PRESENTE

A importância da observação e do conceito de causa e efeito nem sempre estavam tão arraigados no pensamento humano. Essa constatação foi parte da evolução da física moderna a partir da filosofia natural. As conquistas de Galileu, Newton, Einstein e outros foram marcos importantes na história do pensamento científico. A maioria das teorias científicas descritas neste livro descende do trabalho desses cientistas. A importância da observação e do conceito de causa e efeito nem sempre estavam tão arraigados no pensamento humano. Essa constatação foi parte da evolução da física moderna a partir da filosofia natural. As conquistas de Galileu, Newton, Einstein e outros foram marcos importantes na história do pensamento científico. A maioria das teorias científicas descritas neste livro descende do trabalho desses cientistas.