Introdução à Física
1. Astrologia: ciência ou crença?
(1) Quando um ramo do conhecimento é considerado uma ciência?
(2) Será que a Física sempre foi uma ciência?
(3) Kepler, grande físico e astrônomo, também foi um astrólogo?
(4) Ufologia pode ser considerada uma ciência?
Quais são as respostas para essas quatro perguntas?
(1) Qualquer estudo ou ramo de conhecimento só poderá ser considerado uma ciência se as suas afirmações ou leis puderem ser verificadas experimentalmente, isto é, se os estudiosos puderem "inventar" uma experiência capaz de comprovar aquela afirmação ou lei.
(2) A Física nem sempre foi uma ciência. A Física de Aristóteles, que prevaleceu antes de Galileu, não era uma ciência, pois as afirmações de Aristóteles não eram comprovadas experimentalmente. Quando Einstein apresentou sua Teoria da Relatividade que revolucionou a Física, ela não foi aceita de imediato e Einstein não ganhou o prêmio Nobel por ela e uma das razões é que ela foi apresentada sem comprovação experimental. Somente mais tarde os cientistas, realizando experiências para tentar provar que Einstein estava errado, puderam na realidade comprovar que ele estava certo e a Teoria da Relatividade pôde ser aceita pela comunidade científica.
(3) É verdade que Kepler foi um astrólogo, mas será que a Astrologia, influência dos astros na vida das pessoas, é uma ciência? A resposta categórica é não, pois as afirmações da Astrologia não têm nenhuma comprovação experimental.
Em realidade, Kepler foi astrólogo para ganhar dinheiro e teve sucesso até um dia em que previu que um nobre poderoso iria ganhar uma certa batalha e a fragorosa derrota deste encerrou a carreira de astrólogo de Kepler.
(4) A Ufologia, embora encante milhões de pessoas, não pode ser considerada ciência porque não há evidência experimental de que seres extraterrestres nos tenham visitado. Qualquer cientista sabe que por questões estatísticas é extremamente provável, dir-se-ia mesmo quase uma certeza, que existe vida inteligente fora da Terra; porém, em virtude das fantásticas distâncias que nos separam de outros planetas habitados por seres inteligentes, com os conhecimentos físicos atuais, o contato é muito pouco provável, quase impossível.
2. Método científico de Galileu
Foi Galileu Galilei quem deu à Física um caráter de ciência, com a introdução do chamado "método experimental".
O método experimental baseia-se em quatro etapas:
1) Observação de um fenômeno que ocorre na natureza;
2) Reprodução do fenômeno em laboratório, com a pesquisa dos fatores que são relevantes em seu estudo;
3) Elaboração de leis físicas que possam explicar o fenômeno qualitativamente e de equações que possam traduzi-lo quantitativamente;
4) Comprovação experimental das leis enunciadas com a variação dos fatores considerados relevantes no estudo do fenômeno observado.
Exemplificando
1) Fenômeno observado: queda livre de um corpo;
2) Estudo da queda livre em laboratório, pesquisando os fatores que podem influir no tempo de queda: altura de queda (H) e valor da aceleração da gravidade (g);
3) A equação que traduz o tempo de queda:
Essa equação é obtida sabendo-se que, durante a queda, a aceleração é constante (aceleração da gravidade g) e usando-se a lei física que estuda os movimentos com aceleração constante;
4) Comprovação da validade da equação do tempo de queda com medidas feitas em laboratório, variando-se o valor da altura de queda H.
O tempo de queda é medido com um cronômetro para diferentes valores da altura H. Em seguida, calculamos o valor teórico do tempo de queda utilizando a equação apresentada.
Se os valores experimentais (medidos no cronômetro) coincidirem (pelo menos aproximadamente) com os valores teóricos (calculados pela equação dada), então a lei física foi comprovada experimentalmente e pode ser considerada verdadeira.
Quando os astronautas estiveram na Lua, eles fizeram a chamada "experiência de Galileu": abandonaram um martelo e uma pluma de uma mesma altura e eles chegaram juntos ao solo lunar. Uma questão de vestibular perguntou se era correto dizer que os astronautas observaram que o martelo e a pluma caíram na Lua com a mesma aceleração. A resposta da questão era que a frase estava errada, pois não se pode observar (ver, enxergar) uma aceleração: os astronautas observaram que o martelo e a pluma chegaram juntos ao solo lunar e concluíram, com seus conhecimentos de Cinemática, que, para isso ocorrer, eles caíram com a mesma aceleração.
3. Grandezas fundamentais e grandezas derivadas
De um modo geral, chamamos de grandeza física toda grandeza que pode ser medida.
Distância, tempo, massa, velocidade, aceleração, força etc. são grandezas físicas.
Algumas dessas grandezas podem ser medidas diretamente.
No entanto, uma medida direta da aceleração, por exemplo, é impossível.
Um método de medida da aceleração da gravidade é o uso de um pêndulo. Você pode amarrar um barbante a uma pedra, prendê-lo no teto e fazer a pedra oscilar.
O tempo gasto pela pedra para ir e voltar é chamado período de oscilação (T).
Demonstra-se, usando-se leis físicas, que o período T, para oscilações com pequena abertura angular, é dado pela equação:
Portanto, podemos medir o valor da aceleração da gravidade g medindo-se o comprimento L do barbante (com uma régua), o período de oscilação T (com um cronômetro) e, em seguida, aplicando-se a equação que relaciona as três grandezas: T, L e g.
As grandezas que podem ser medidas diretamente são chamadas de grandezas fundamentais ou primitivas.
As grandezas que são medidas a partir das grandezas fundamentais (por meio de equações) são chamadas de grandezas derivadas.
Na Mecânica, há três grandezas fundamentais:
Quando dizemos que as grandezas fundamentais ou primitivas da Mecânica são comprimento (L), massa (M) e tempo (T), isso significa que a partir dessas três grandezas podemos definir todas as demais grandezas da Mecânica, as quais são, então, chamadas de grandezas derivadas.
Em outras palavras: qualquer grandeza derivada da Mecânica resulta de uma combinação adequada das três grandezas fundamentais. Exemplificando: a grandeza velocidade é obtida dividindo-se uma distância por um intervalo de tempo, isto é, a velocidade é definida a partir de uma combinação das grandezas fundamentais comprimento (L) e tempo (T).
4. Conceito da grandeza fundamental massa
Conceito de inércia
Por exemplo, quando você chuta com a mesma força uma bola de borracha, uma bola de futebol de campo e uma bola de futebol de salão, você verifica que as velocidades adquiridas serão diferentes:
Isso significa que a bola de futebol de salão tem mais inércia que a bola de futebol de campo, que, por sua vez, tem mais inércia que a bola de borracha.
Uma das famosas leis de Newton afirma que:
Conceito de atratibilidade
Todo corpo cria em torno de si o que chamamos de um campo gravitacional, isto é, todo corpo é capaz de atrair outros com forças chamadas gravitacionais.
Newton traduziu esse fato dizendo que "matéria atrai matéria".
Essa capacidade de um corpo de atrair outros corpos por meio de forças gravitacionais é chamada de atratibilidade.
Conceito de massa
Tanto a inércia como a atratibilidade são medidas por uma propriedade associada ao corpo que se convencionou chamar de massa.
A rigor, existem dois conceitos de massa:
1) Massa inercial: medida da inércia.
2) Massa gravitacional: medida da atratibilidade.
Porém, verificou-se que as duas massas (inercial e gravitacional) associadas a um corpo eram diretamente proporcionais.
Isso significa que, se a massa inercial de um corpo A era o dobro da massa inercial de um corpo B, então a massa gravitacional de A também era o dobro da massa gravitacional de B.
Matematicamente: minercial = k mgravitacional
k = constante de proporcionalidade
Para não complicar as equações da Física, adotou-se para k o valor 1 e admitiu-se que as duas massas (inercial e gravitacional) teriam o mesmo valor.
Portanto:
5. Sistema Internacional de Unidades ( SIU)
Para medirmos as grandezas físicas, devemos adotar padrões, que são chamados de unidades de medidas.
O sistema de unidades adotado praticamente no mundo todo é o Sistema Internacional de Unidades, representado pela sigla SI ou SIU, que adota para as grandezas fundamentais as seguintes unidades:
Massa: quilograma (símbolo: kg)
Comprimento: metro (símbolo: m)
Tempo: segundo (símbolo: s)
Exercícios Propostos
1. Analise as proposições a seguir e assinale a correta.
a) A Física sempre foi uma ciência.
b) A Física de Aristóteles, que viveu antes de Cristo, era uma ciência.
c) A Astrologia é uma ciência.
d) Somente a partir de Einstein a Física tornou-se uma ciência.
e) A Física tornou-se uma ciência quando Galileu introduziu a comprovação experimental para a validade das leis físicas.
2. Entre as opções abaixo assinale aquela que melhor representa o conceito de massa de um corpo.
a) Massa é o mesmo que quantidade de matéria.
b) Massa é o número total de átomos de um corpo.
c) Massa é uma grandeza física que tem como unidade o mol.
d) Massa é uma propriedade, associada a um corpo, que mede a sua inércia e a sua capacidade de atrair outros corpos.
e) Massa é sinônimo de peso.
3. (MODELO ENEM) – Em um jogo de futebol, a largura do gol é de 7,32m e a altura da trave é de 2,44m. Essas medidas usando duas casas decimais nos parecem estranhas, porém, em realidade, elas foram especificadas originalmente em outras unidades: a jarda e o pé. Assim a largura do gol foi estabelecida como sendo de 8 jardas e a altura 8 pés.
Com esses dados, podemos concluir que uma jarda corresponde a:
a) 1 pé.
b) 2 pés.
c) 3 pés.
d) 4 pés.
e) 5 pés.
Gabarito
1. RESOLUÇÃO:
Qualquer ramo do conhecimento só pode ser considerado uma ciência se tiver comprovação experimental.
Resposta: E
2. RESOLUÇÃO:
A massa é uma propriedade que todos os corpos têm e é uma medida de duas coisas:
a) a tendência do corpo em manter a velocidade que possui (inércia);
b) a capacidade do corpo de atrair outros corpos por meio de forças gravitacionais (atratibilidade).
Resposta: D
3. RESOLUÇÃO:
L = 7,32m = 8 jardas:
1 jarda = 0,915 m
h = 2,44 m = 8 pés
1 pé = 0,305 m
1 jarda = pés
1 jarda = 3 pés
Resposta: C
Postar um comentário