O nascimento da ciencia experimental
-
Upload
universidade-federal-fluminense -
Category
Education
-
view
5.814 -
download
3
description
Transcript of O nascimento da ciencia experimental
O nascimento da Ciência Experimental:A nova Física
Se pude subir tão alto, é que me apoiei nos ombros de gigantes que me
precederam(Sir Isaac Newton)
Prof. Raul Pessolani – Depto Eng. Mecânica – UFF email: [email protected]
Fisica Antiga• A física é tratada como a filosofia.
• Aristóteles– Física é o estudo do corpo, suas tendências e seus
princípios.• Corpos celestes: perfeitos, inalteráveis• Corpos terrestres: sujeitos a movimentos,
transformações
– O movimento necessita sempre de um motor
Tudo o que se move é movido por outro
Ótica Sécs XIII-XIV• Lentes, ótica, reflexão
e refração.• Quadro de Jan Van Eyck
(1390-1441)– Retrato de Giovanni Arnolfini e
sua mulher.
• Relógio mecânico• Instrumentos de medida:
astrolábio e quadrante
• Antecedentes do Telescópio e do microscópio
Estudo do Movimento
• Conceito difuso• Causa dos movimentos:
– Naturais. Princípio intrinseco:• Seres animados: alma
• Seres inanimados: tendência a voltar aonde foram forjados. a água que cai na terra durante a chuva.
– Forjados. Motor extrínseco• O efeito dura enquanto está em contato com o movido.
Aristotélicos:• Interpretação
equivocada do conceito de inércia:
Cessada a força: acaba o movimento.
• Rotação da Terra ???
Universidade de Paris: Dinâmica
• Jean Buridan (1295-1385)– Teoria do Impetus:
• O motor imprime ao objeto uma força, que funciona como motor intrínseco e que dura até que a resistência passe a predominar.
• O impetus está função da velocidade e da quantidade de materia.
– Movimento dos planetas• Deus deu um impulso inicial aos corpos, que, “por não
encontrar resistência, não podia ser enfraquecido nem destruído com o tempo”
Primeiros rudimentos da Inércia!
Nicole Oresme (1380-1382)
• Movimento relativo.• O homem no navio acredita que ele está parado e
tudo está se movendo e é ao contrário.• Estende à Terra: um observador na Terra não
dispõe de qualquer meio para saber se o alvorecer e o pôr do sol são resultantes da rotação do sol ou da terra.
– Pergunta-se:• Não será que a terra é que está girando?
Antecessor de Copérnico!
Os calculadores (Merton College)
• Incorporação da matemática à Física. – A realidade empírica deve ser analisada com o auxílio de
métodos quantitativos, ou, conforme a terminologia da época, deve ser “calculada”.
• Thomas Bradwardine (1328)– Há uma proporção entre Força, resistência e
velocidade. • Se a velocidade aumenta aritmeticamente, a relação
entre F e R aumenta geometricamente.
Pela primeira vez, aplica-se a algebra à Física.
• William Heytersbury, John Dumbleton e Richard Swineshead (1330)– Estudos em cinemática.
Um móbil animado com um movimento uniformemente acelerado percorre, num tempo dado, a mesma distância que ele percorreria se
tivesse se deslocado a uma velocidade constante igual à média de sua velocidade inicial e final.
Regra da Velocidade média
Renê Descartes (1596-1650)
• Dúvida universal– Devemos procurar idéias “claras
e distintas”– Metodologia => a análise cartesiana, matemática
• A única certeza vem da Matemática– Geometria + Álgebra = Geometria Analítica
• Tenta aplicar a matemática para tudo– Demonstração Geométrica da Existência de Deus– Polêmica com William Harvey
Nunca um método tão cegamente seguido, levou a conclusões tão claramente errôneas
-Dificuldades: Falta de um simbolismo adequado. -Exemplo: x2 + 2.x = 18census plus 2 R aequais 18 Q + 2 N aeq 18 (Viete) x2 + 2 x * Oo 18 (Descartes & Fermat)
Calculo Diferencial e Integral
• Necessidade de se calcular o valor instantâneo de grandezas físicas.
• A descrição de fenômenos por meio de equações diferenciais, que indicam instantâneamente as propriedades.
• Dois conceitos:– 1) Diferenciação:
• Surgiu do conceito de limite.
– 2) Integração: calculo de áreas, volumes.• Determinação de áreas: quadraturas
• Descobrir o quadrado que tem área igual ao circulo.
Fisica do Renascimento
• Domingo de Souto (1494-1570)– Aplica a regra do MUV para a queda livre dos corpos
(1522)
• Simon Stevin (1548-1620)– Adota a tática de analisar um mecanismo no
caso "ideal".
Galileu Galilei (1564-1642)
• Artesão.• Constrói um Telescópio:
– Descobre que a superfície da Lua não é perfeitamente lisa contrariando a Física antiga.
– Descobre as Luas de Jupiter, e acaba com um dos argumentos da Fisica de Aristóteles que dizia que se a Terra se movimentasse a Lua seria deixada para trás.
– Descobre as Fases de Venus– Entra em contato com a cinemática dos calculadores.
• Realiza experimentos controlados
Descrição matemática da queda dos Corpos.Os objetos em queda livre, a partir do repouso, apresentam deslocamentos sucessivos (em intervalos de tempo iguais) diretamente proporcionais aos números ímpares.
t ⇒ h = g/2 . t2 = d
2t ⇒ h = g/2 . 4 t2 = 4. d 3 d
3t ⇒ h = g/2 . 9 t2 = 9. d 5 d
4t ⇒ h = g/2 . 16 t2 = 16. d 7 d
- Galileo e a Matematização da ciência
A filosofia (= ciência) está escrita neste grandíssimo livro que continuamente está aberto diante de nosso
olhos (eu quero dizer o universo), mas que não se pode entender se antes não se aprende a entender a língua, e a conhecer os caracteres, nos quais está escrito. Ele é escrito em língua matemática, e os caracteres são os
triângulos, círculos, e outras figuras geométricas, sem cujos meios é humanamente impossível entender uma só palavra; sem isto como um vão caminhar por um
obscuro labirinto.
Séc XVII: A nova Física
• Observações contestam que os corposcelestes sejam diferentes dos terrestres– Copérnico: teoria Heliocêntrica– Kepler: explicação simples para a órbita planetária
• Galileu– Descobertas que minam a Física de Aristóteles:
• Luas de Júpiter, crateras da Lua, Fases de Vênus
– Experimentos controlados• A queda dos corpos• Plano inclinado
Isaac Newton (1642-1727)
• Realizações:– Matematização da Física: Calculo Diferencial e Integral– Ótica: desmembramento da Luz Branca, teoria do Calor e da
Luz, Desenho de instrumentos científicos– Influência da lua sobre as marés– Conceito de massa inercial, codificação da dinâmica, Lei da
gravitação universal
• Apoiou-se nos predecessores mas os superou em extensão e profundidade.
• Princípios de Filosofia Natural (1683)
As 3 Leis do movimento
• Principia Mathematica (1683)– 1a Lei: Conceito de Inércia– 2a Lei: A relação entre massa e aceleração
– 3a Lei: Princípio da Ação e Reação
• Lei da Gravitação universal (atração dos corpos)
221
r
mmGF =
Repercussões
• Com a 2a Lei é possível calcular a posição, velocidade e aceleração de qualquer corpo, ainda que haja uma alteração da força em intensidade ou direção.
• A Lei da gravitação explica uma grande quantidade de fenômenos físicos e astronômicos:– O movimento dos planetas e dos cometas, a variação
das marés
O método de Newton
• Desmembrar o problema em 3 fases:– 1) Construção de um sistema hipotético
• Isolam-se alguns aspectos e ignoram-se outros– Ex: O Sol e os planetas são pontuais e sem brilho ou calor.
• Estudam-se os aspectos matemáticos e fazem-se as deduções.
– 2) Verificação das construções teóricas com resultados experimentais• Verifica-se se o modelo deduzido funciona corretamente
– 3) Estudo das causas dos fenômenos• Newton era também alquimista.
Metodologia da Ciência Experimental
• 1) Observação dos fenômenos• 2) Simplificação de aspectos da realidade• 3) Construção de um modelo• 4) Descrição Matemática do fenômeno• 5) Comparação com o real
Uma nova abordagem:
A Ciência Experimental
• Física Medieval:– Especulativa– Filosófica– Metodologia: debates
• Física Moderna– Prática.– Voltada para resolver
problemas.– Metodologia:
Experimental e matemático
Newton acreditava ver, na perfeição com que funcionava o “relógio da natureza”, a ação de Deus.
A mecanização progressiva da concepção de mundo levou à
separação entre
Ciência e Religião.
Mecanicismo
• Junção entre física e matemática:– Novo modo de compreender a Natureza– Tudo está perfeitamente previsto,
controlado.– Métodos Matemáticos para descrever
trajetórias ou construir máquinas
• A Terra, o homem, a história tudo se comporta como uma máquina, um relógio.
Aplicação do Método Experimental
• Aplicação das 3 leis aos fenômenos– Resistência dos Materiais
• Relação entre forças e deslocamentos.
– Mecânica dos Fluidos• Descrição das propriedades e do escoamento dos
fluidos
– Eletricidade• Descoberta e estudo das leis, das grandezas e da
relação entre elas
Sécs XVIII e XIXO surgimento das ciências
particulares
• Fundação da Royal Society (1717)
• Aplicação da Metodologia a outras áreas: – Eletricidade– Resistência dos Materiais– Mecânica dos Fluidos
Mecanicismo
• Junção entre física e matemática:– Novo modo de compreender a Natureza– Tudo está perfeitamente previsto, controlado.– Métodos Matemáticos para descrever trajetórias ou
construir máquinas
• A Terra, o homem, a história tudo se comporta como um relógio.
Extrapolações
• Reduz o verdadeiro à Ciência ExperimentalTodo o conhecimento que não pode ser expresso em
números é de qualidade pobre e insatisfatórioEstá certo, desde que se trate de fenômenos
mensuráveis!!!
• Racionalismo– Razão => Senhora Suprema do universo
– “Os iluminados” =Iluminismo
• É um Reducionismo• Reduz a realidade a quantidade
O último passo que pode dar a razão é reconhecer que existem uma infinidade de realidades que a superam
Blaise Pascal
• Suas consequências aparecerão ao longo dos séculos IX e início do séc XX.
É o Racionalismo
“Observei que o racionalista, como o louco, está numa prisão; na prisão do seu pensamento. E
essa gente parece achá-la especialmente inspiradora, já que insiste em que a prisão é
muito ampla. A amplitude desse mundo científico, não nos oferece nenhuma novidade, nenhum alivio. Seu cosmos sempre seguia sua
marcha, mas nem na constelação mais estranha havia nada realmente interessante; nada de
perdão; nada de livre arbítrio. “
G.K. Chesterton