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O surgimento da Física e da Astronomia como ciências exatas

Astronomia FundamentalGabriela Aydos Marcondes

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Início do século XVII – Fim do século XVIII

n Período em que a ciência moderna foi finalmente lançada e estabelecida. A revolução iniciada por Copérnico desenvolve-se de modo tão rápido e tão amplo que não só a astrônima se transformou, mas também a física;

n Completo rompimento com os últimos vestígios do do universo aristotélicos;

n A matemática tornou-se indispensável para as as ciências físicas;

n Desenvolvimento no projeto e na fabricação de instrumentos científicos;

n A nova geração de instrumentos de precisão começo na última parte do século XVI, com o trabalho de Tycho Brahe(1546-1601);




TYCHO BRAHEn Nasceu em 1546, em Skane, então na Dinamarca e hoje

parte da Suécia;




n Com 13 anos de idade entrou para a Universidade Luterana de Copenhague, onde despertou o seu interesse pela ciência;

n Em 1564, observou uma grande aproximação de Júpiter e Satruno

necessidade de um novo padrão de precisão em astronomia;




n 1572 - uma brilhante “estrela nova” (uma supernova) apareceu repentinamente na constelação de Cassiopéia;

Imagem composta de raios-X e infravermelho dos restos da supernova SN 1572

SN 1572

uma das oito supernovas visíveis ao olho nu na história observacional. A explosão da supernova foi observada em novembro de 1572.




n OBSERVAÇÃO FUNDAMENTAL: analisando as próprias medidas e as de outros observadores europeus, descobriu que a “estrela nova” estava muito além da Lua;




n Ilha de Hven - OBSEREVATÓRIO

Plano do castelo e do observatório Edifício principal




n DEDICADO A MEDIDAS DE PRECISÃO: instrumentos eram feitos de metal e construídos com um grau de precisão atéentão desconhecido. A sua maioria consistia em sextantes e quadrantes de grandes dimensões, cada qual montado em suportes bastantes resistentes;

o quadrante (à esquerda) e o sextante (à direita)




n Era um procedimento inteiramente novo:§ Nenhum instrumento é perfeito;§ Algum erro era inevitável;§ Um pequeno erro coerente e inerente não tinha

importância , desde que fosse conhecido e se fizesse sua compensação;

§ Os instrumentos eram planejados de forma que suas dimensões permitissem a marcação de uma graduação bem espaçada, que por sua vez poderia ser dividida nas menores frações de um grau;




n grande quadrante mural n parede orientada precisamente no sentido norte-sul;n O raio do quadrante era de cerca de 1,8 metros;n graduação era realmente feita até o arco de minuto (um

arco de minuto = 1/60 do grau);n cada divisão do arco de minuto era gravada com uma

linha diagonal composta de pequenos pontos§ permitiam que o observador lesse precisamente entre

as divisões do arco de minuto; § os pontos apareciam a intervalos de 10 arcos de

segundo (um arco de segundo = 1/60 de um arco de minuto = 1/3600 de um grau);

§ assim, a precisão do quadrante mural era de 5 arcos de segundo (0,0014 grau).;




Idéia de precisão

Quadrante mural de TychoBraheI. lustração a cores da imagem a preto e branco do Livro de Mechanica




n 1577 – surgimento de um grande e brilhante cometa, com a cauda muito longa.n imaginação popular de presságio de dessastre

(pesamento aristotélico – cometas eram vapores quentes e secos que retiravam a umidade do ar, gerando condições favoráveis para o desenvolvimento de doenças e epidemias);

n Tycho chegou a conclusão de que o cometa estava muito além da Lua, o que mostrava ser ele um verdadeiro objeto celeste e não um fenômeno metereológico como um “vapor seco”;

n as observações provaram que o cometa se deslocava através das supostas esferas celestes;




Cartaz sobre o Cometa Notas tomadas por Brahe




n Em vários pontos fundamentais, Tycho discordava do universo aristotélico;

n Ele não aceitava também a visão de Copérnico sobre o cosmo;n Formulou sua própria cosmologia. Um meio termo entre as teorias

heliocêntricas e o geocentrismo, já que a Terra esta no centro mas

A = Terra; C = Sol.Órbita da Lua: BDEF.Órbita de Mercúrio: LKMN.Órbita de Vénus: OPQR.Órbita do Cometa: STVX

os planetas estão orbitando o sol;




n Com a morte do rei Frederico II,em 1588, os fundos para a manutenção do observatório foram cortados;n Tycho deixa Hven;n Dois anos depois, estabeleceu-se finalmente em Praga, sob o patrocínio de Rodolfo II (sacro imperador romano germânico); n foi a Rodolfo II que ele dedicou seu livro mecânica de nova astronomia;n Parece que Tycho viveu em Praga até sua morte em outubro de 1601;




JHONNES KEPLER

n Filho de um marcenário e 25 anos mais jovem que Tycho, Kepler pretendia originalmente entrar para a Igreja Luterana e fora para Tübingem a fim de estudar teologia;

n Passou então a se interessar por astronomia, converte-se àteoria copernicana e, além disso mostrou uma habilidade matemática tão impressionante que foi presuadido a deixar a teologia para assumir o posto de professor de matemática de uma conhecida escola luterana em Graz;




n praticou tanto a astrologia quanto a astronomia. Em Grazpublicou um calendário profético, o qual se mostrou correto em suas predições do tempo e das revoltas de camponeses, por sorte;

n Kepler realmente acreditava na harmonia entre o cosmo e o indivíduo – dai sua inclinação pela astrologia;

n Entretanto sempre se referia à astrologia como a “ridícula irmãzinha da astronomia”, e mais tarde escreveria que, se os astrólogos algumas vezes viam as suas previsões se realizarem, isso devia ser atribuído à sorte;




n 1597 – Mistério do Universo : usando o cosmo copernicano, com o Sol no centro, ele poderia colocar nos espaços entre as esferas que contiam os seis planetas em suas órbitas os cinco poliédrosregulares da geometria euclidiana;

um cubo cabia exatamente entre as esferas de Júpiter e Saturno; um tetraedro, etre as esferas de Júpiter e e Marte, e assim por diante.




n Tycho Brahe ficou muito impressionado com o livro de Kepler, mas não por que lhe atribuísse a descoberta do universo. O que mais impressionou Tycho foi a habilidade matemática de Kepler. Ali estava, claramente, um homem que poderia tomar suas observações planetárias e usá-las para extrair o verdadeiro movimento dos planetas;

n Devido à perseguições religiosas Kepler e sua família deixaram Graz e foram ao encontro de Tycho, em Praga, em 1600. entretanto Tycho faleceu no ano seguinte; Kepler foi então designado “matemático imperial” em seu lugar;




n as Tabelas rodolfinasn Realizada com as Observações de Tycho;n Nomeadas destamaneira em homenagema Rodolfo II (sacro imperador romano germânico);

Tabelas Rodolfinaspulbicadas por Kepler em 1627.




n O trabalho de Kepler utilizando as observações de Tycho dedicou-se, primeiramente, à Marte;

n Este trabalho em cima das observações de Marte durou por anos; a quantidade de cálculos envolvida foi imensa, e não havia qualquer meio mecânico para ajudá-lo;

n Além disso, sua atenção foi desviada em1604 por uma brilhante supernova, resultando em um livro: a nova estrela;

n A medida que continuava seus cálculos, ficou evidente que a teoria de Tycho não era aceitável, da mesma forma que a teoria de Copérnico. Marte não se comportava de acordo com nenhuma das teorias;




n Apesar de suas idéias pré-concebidas de harmonia celeste, Kepler seguia apenas as observações;

n O resultado de sua investigação foi publicado em 1609, em A nova astronomia;

n Ele mostrou que Marte orbitava em torno do Sol e que o fazia segundo um elipse;

n Marte variava sua velocidade orbital enquanto se deslocava ao longo de sua trajetória elíptica;

n Nesta época só era possível prova este comportamente para Marte;n Entre 1619 e 1621 publicou uma descrição em três partes, em seu

Epítome da astronomia copernicana;




n AS LEIS DE KEPLERn Como já foi especificado anteriormente, kepler mostrou

que as órbitas dos astros em torno do Sol eram elípticas. Este fato foi denominado primeira lei de kepler;




n A velocidade do astro variava ao longo da trajetória em torno do Sol; essa variação determina que um linha traçada entre o Sol e o planeta sempre cobre áreas iguais dentro da elipse, em tempos iguais. Esta constatação foi denominada segunda lei de kepler;




n O lado místico de Kepler ainda procurava alguma evidência do desígnio divino por trás desse novo sistema de movimento planetário, e enquanto escrevia o Epítame dedicou-se a procurar esse princípio;

n Em 1618 publicou a Harmonia do mundo. Para ele, esse era seu feito máximo. Descobriu uma relação entre as velocidades dos planetas em suas órbitas elípticas e a harmonia musical; foi capaz de relacionar as velocidades mais retas e mais baixas de cada planeta à escala musical;

n Hoje em dia não se dá qualquer valor científico a essa relação astronômico-musical, damos importância a uma descoberta adicional que Kepler fez enquanto trabalhava nessa lei. É a que mostra que a relação entre o tempo que cada planeta leva para completar uma órbita elíptica e sua distância média ao sol é a mesma para todos eles. Ese descoberta (um pouco modificada) ficou conhecida como terceira lei de Kepler;




GALILEU GALILEI

n Nascido em Pisa, em 1564, Galileu era filho do compositor e musicólogo de temperamento independente, Vicenzo Galilei;




n Quando sua família se mudou para Florença, Galileu foi enviado para a famosa escola do mosteiro jesuíta de Vallombrosa;

n Em 1581 estava inscrito como estudante de medicina na Universidade de Pisa;

n Apreciava a matemática, e foi durante o curso de medicina que descobriu o isocronismo do pêndulo, usando sua pulsação para marcar o tempo do balanço de um candelabro durante os serviços da igreja;

n Voltou de pisa sem diploma e, desde então, devotou-se àmatemática, à mecânica e à hidrostática;




n Galileu com 35 anos, obteve a cadeira de matamática em Pisa, com o auxílio de Guidobaldo del Monte. Tornava-se cada vez mais crítico da teoria aristotélica sobre o movimento, e escreveu um pequeno tratado, Movimento;

n Foi no tempo em que exercia a atividade deprofessor em Pisa que,dizem, deixou cair diferentes pesos da torre inclinada, embora nãoem frente de toda a universidade, como contaa história;




n De qualquer forma Galileu certamente pesquisou o movimento da queda dos corpos, provando, ao contrário da teoria aristotélica, que, fossem leves ou pesados, levavam precisamente o mesmo tempo para chegar ao chão;

n Rolando bolas em planos inclinados, discutiu também o movimento dos corpos ao longo de uma superfície, chegando perto do que hoje é chamado de 1ª lei de Newton;

n Essa descobertas eram todas notáveis por si só, mas tinham um significado especial por que, para chegar a elas, Galileu usou técnicas matemáticas ao analisar os resultados. De nenhum outro modo poderia ter chegado a essas conclusões. Sua poderosa abordagem matemática foi, de fato, tão eficiente que se tornaria a marca registrada da nova física que se desenvolveria nos séculos XVII e XVIII; essa é a razçao por que o chamamos de o “pai da física matemática”;




n 1591 – muda-se para Pádua em busca de uma maior remuneração. Lá faz conferências e pesquisas sobre o movimento e explicou como um projétil se move. Organizou também uma oficina em sua casa para a fabricação do seu instrumento de cálculo, a “bússula militar e geométrica”, como forma de suplementar seus rendimentos;




n Durante sua estada em Pádua, Galileu se envolveu com o telescópio;

n Sabendo que um telescópio possuía duas lentes, quase da noite para o dia ele desenhou um telescópio para aumentar 3x o tamanho aparente de um objeto; depois outro com poder de ampliar 10x. Por fim, ele construiu um instrumento com o poder de ampliar até 30x;




n Mas Galileu não inventou o telescópio. O verdadeiro inventor ainda é assunto de debate, já que por volta de 1608 alguns inventores entraram com o pedido de patente de um instrumento de ver à distância quase que simultaneamente;




n A importância de Galileu na história do telescópio foi a publicação de Mensageiro sideral em 1610. Neste livro, Galileu explicou como observou muito mais estrelas do que as que eram conhecidas;




n Ele notou também que a lua tinha montanhas;

Ilustração das observações de Galileu da Lua, mostrando sua superfície irregular (do Mensageiro das Estrelas)




n Descobriu que a via láctea era composta de miríades de estrelas distintas e, acima de tudo, que o planeta Júpiter era acompanhado por quatro pequenas luas;




n Mais tade Galileu observou que Vênus apresentava fases como as da Lua;




n Notou também a estranha natureza do planeta Saturno, que lhe parecia um planeta triplo;




n Entre 1610 e 1611, ele observou manchas na superfície do Sol.




n De volta à florença, Galileu foi obrigado a moderar suas declarações, por pressões da Igreja. Já que as observações de Galileu fortaleciam a teoria Copernicana e a Igreja não admitia isso;

n Em 1623 publicou o ensaiador. Nele Galileuexpôs seus pontos de vista sobre a realidade científica e sobre o novo método científico. Explicou também como definir um problema com o auxílio de experiências preliminares e, a partir dos resultados, formar uma teoria, a qual poderia ser usada para “predizer” consequências capazes de ser testadas pela observação;




n O ensaiador fez sucesso no Vaticano, a esperança de Galileu era de que fosse revogado o decreto que condenava o copernicanismo;

n Em 1632 publicou se Diálogo sobre os dois principais sistemas do mundo – o ptolomaico e o copernicano. Foi aclamado em toda a europa como obra-prima literária e científica. Na Itália, contudo, causou uma tempestade.

n Em 1633, Galileu foi processado pela Inquisição, mas, devido à sua idade (69 anos), foi tratado com indulgência. Foi condenado àprisão domiciliar, mas sua mente ainda estava ativa e trabalhou em seu último livro, Discursos referentes a duas novas ciências... texto que discute suas conclusões a respeito da mecânica.

n Galileu morreu em 1642, o ano em que nasceu Isaac Newton.




ORIGEM DO MÉTODO CIENTÍFICO

n “A importância do pensamento de Galileu procede da elaboração do método científico, que, nascido nesta época da história do pensamento, não é criação dos racionalistas nem dos empiristas, mas de Galileu. Denomina-o hipotético-dedutivo, e nele unem-se a observação empírica e a demonstração racional. Galileu introduz as matemáticas na investigação física, graças ao que se podem confirmar as teorias heliocêntricas de Copérnico. O seu grande mérito é abrir o caminho para a ciência newtoniana e para a autonomia da investigação científica moderna.”




RESUMINDO...

n O universo da precisão começa com a perseverança de Tycho Brahe em encontrar medidas precisas; passa pelo o incrível talento de Kepler para a matemática e, também, sua atitude científica ao se basear apenas nas observações; e termina com o “pai da física-matemática” e suas observações e conclusões fantásticas;

n O método científico desenvolvido neste período – a ciência éacompanhada por observações e experimentos- abriu caminho para a autonomia da investigação científica moderna e “transformou” a Astronomia e a Física em ciências exatas.




FONTES

n Ronan, Colin – História ilustrada da ciência; volume 2;n http://www.vidaslusofonas.pt/galileu_galilei.htm;n http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Gravitac

aoUniversal/lk.php;


http://www.vidaslusofonas.pt/galileu_galilei.htm;

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Gravitac



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