FI.ME.001-01. Física, introdução histórica.
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Arquimedes movendo o mundo com uma alavanca!
- Arquimedes e sua alavanca, movendo o mundo.
Física
A origem da palavra remonta à língua grega, do tempo dos grandes filósofos como Arquimedes, Aristóteles, Sócrates, Tales de Mileto, Sófocles, Dâmocles, Demóstenes, Anaxímenes, Anaxágoras, Anaximandro e um bom número de outros.
Grafando em letras latinas a palavra que significava “natureza”, fica escrita assim: Physis.
Durante muitos séculos, até épocas relativamente recentes, considerava-se todo estudo ou pesquisa sobre fenômenos da natureza como parte das Ciências Naturais ou Ciências Físicas. Após o movimento do renascimento, houve um significativo progresso nessas pesquisas. Chegou um momento em que foi preciso dividir, especialmente com fins didáticos, em Física, Química e Biologia.
Em vista da origem da palavra, por muito tempo costumava-se definir Física como sendo a ciência que estuda os fenômenos físicos. Isso tinha a conotação de excluir do objeto de estudo da Física os fenômenos naturais que envolvessem mudanças na estrutura íntima da matéria. Ficavam esses no campo de estudos da Química e Biologia.
Mais modernamente, a definição da palavra Física, recebeu uma atualização. Principalmente com o advento das reações nucleares, durante as quais ocorrem alterações na estrutura íntima da matéria e no entanto são fenômenos físicos. A transformação ocorre na estrutura atômica e não nas diferentes combinações de elementos químicos, dando as várias configurações das diferentes substâncias. Segundo as últimas conceituações, pode-se dizer que o objeto de estudo da Física é a energia e suas transformações. Todos os fenômenos físicos envolvem de fato alguma forma de transformação de energia, o que torna o conceito mais adequado e abrangente.
Lecionei Física durante muitos anos, especialmente no que é hoje denominado Ensino Médio, tendo também feito incursões na física dos cursos universitários. Dessa forma em muitas ocasiões me deparei com situações interessantes. Geralmente nas ocasiões em que me dispunha a fazer uma ficha cadastral em uma loja ou banco, para efeito de obtenção de crédito, no momento em que declinava minha profissão de professor, invariavelmente vinha do outro lado a pergunta:
- Que matéria o senhor leciona?
Quando eu respondia ser física e matemática, minha área de atuação, na maioria dos casos, ouvia a pessoa dizer palavras mais ou menos nos seguintes termos:
- Física?! Eu não consigo entender Física. Como é que pode gostar dessa matéria? Eu queria descobrir quem inventou isso e torcer seu pescoço.
Em raras ocasiões a resposta vinha em sentido contrário. Nesses casos tratava-se de alguém com uma postura diversa diante da vida escolar. Frequentemente demonstrava ter inclinação para cursar faculdade na área de exatas, engenharia, ou correlacionadas.
O que eu sempre usei nesses momentos, foi uma convicção que carrego em minha vida, desde muito cedo. O fato de encontrar pessoas frustradas com a disciplina e trazer para o ambiente escolar, no momento de dar os primeiros passos nesse campo, uma carga negativa é altamente nocivo. Chegar com a ideia de tratar-se de uma disciplina de alta complexidade, inventada por gente que não tinha mais nada que fazer, além de criar entraves à vida dos estudantes do futuro. Procurava mostrar em palavras simples, como a Física, o tal “bicho papão”, faz parte de nossa vida em todos os momentos. Desde o nascimento, até a morte, ao deitar para dormir, ao acordar, trabalhar, estudar, nos divertirmos, sempre a física está presente.
Vejamos por exemplo o caso de nossa visão. O que nos permite ver os objetos, suas cores, formas e até avaliar sua textura pela visão, envolve fenômenos físicos. A Luz, emitida pelo Sol, ou então por outra fonte qualquer como lâmpadas, fogueiras, estrelas, lua, atinge os objetos, sofre reflexão e depois penetra em nosso olho através da íris (pupila), passando pelo cristalino (lente), de onde converge para as células da retina. Estas células captam os sinais luminosos e os enviam pelo nervo ótico ao cérebro, onde uma parte destinada a essa função, constrói as imagens que vemos. Tanto a luz, uma onda eletromagnética, como sua propagação, reflexão, refração, tudo é objeto de estudo da Física. Os aparelhos que usamos para corrigir nossos defeitos visuais são feitos com lentes, que existem graças aos estudos da ótica geométrica, um dos capítulos da Física.
Funcionamento da visão, formação da imagem sobre a retina.
Outro fenômeno importante é a audição. O simples fato de falarmos e ouvirmos, além de sermos ouvidos pelos outros, envolve vários fenômenos físicos. A coluna de ar que provém do pulmão, faz vibrar as nossas cordas vocais (nome dado a um par de membranas existentes na garganta). Essa vibração é modificada pela modificação da cavidade bucal, permitindo a articulação de diferentes sons. Esses sons nada mais são que ondas mecânicas que se propagam pelo ar na velocidade aproximada de 340 m/s. No interior do nosso ouvido, existe uma membrana denominada tímpano, que é capaz de vibrar na mesma frequência dessas ondas. Um conjunto de minúsculos ossos, denominados martelo, bigorna e estribo, (na verdade são chamados ossículos de tão pequenos), transmitem essas vibrações à cóclea, de onde seguem para o centro auditivo do cérebro pelo nervo coclear. Novamente temos uma série de fenômenos físicos. A vibração das cordas vocais, alterada pela cavidade bucal se transmite por ondas pelo ar. Fenômenos físicos. O tímpano ressoa com a frequência das ondas e assim ela é transmitida ao cérebro, onde ocorre a interpretação na forma de som, com suas diferentes propriedades.
Imagem do ouvido humano, em corte longitudinal.
Cavidade bucal e aparelho fonador humano.
Vejamos um outro fato corriqueiro. Nosso corpo possui em maior quantidade os ossos (esqueleto), recobertos de músculos. Os músculos transformam a energia acumulada pelo processo alimentar em força. Essa força, aplicada nos pontos apropriados por meio dos tendões, produz nossos movimentos. Na verdade nossos braços e pernas em especial, são um conjunto de alavancas com as quais executamos os mais variados movimentos.
Se não existisse um fenômeno denominado atrito, jamais poderíamos dar um passo, pois nossos pés deslizariam sobre o chão, impedindo-nos de caminhar. Nossas mãos, poderiam ter a força que pudéssemos acumular nos músculos. Sem o atrito, seria impossível segurarmos qualquer objeto. Certamente já se viu às voltas com um sabonete que caiu no chão durante o banho. Como ele sabe ser “teimoso” e escapar de nossa mão ao tentar pegá-lo. É a falta do atrito, ou sua insuficiência.
Nossa tecnologia no mundo moderno, está toda ela baseada em fenômenos físicos. Nossos automóveis, são aplicações de Física em toda sua estrutura, sua propulsão, seus mecanismos de suspensão e transmissão da força do motor. O sistema de freios é todo ele baseado em fenômenos físicos.
Já imaginou o desligamento instantâneo de todos os sistemas de geração de energia elétrica do mundo? Não é nem bom pensar no tamanho da encrenca que isso representaria. Um colapso total dos sistemas de comunicação, tudo parado de um momento para o outro. Milhares de máquinas industriais, metrôs e demais equipamentos. Mas pense que isso tudo, essa tecnologia avançada, foi desenvolvida não faz muito tempo. Eu por exemplo, conheci um telefone e televisão, quando tinha mais de 18 anos de idade. Antes havia ouvido programas transmitidos por rádio, inicialmente movidos a baterias iguais às de automóveis. Depois vieram os a pilhas, daquelas grandes, uns caixões enormes, se comparados com nossos iPhones, iPods, Andróids, MP3, e outros de hoje, movidos a minúsculas pilhas recarregáveis.
Podem ter certeza! Nada disso existiria sem o desenvolvimento das teorias e experiências de física. Evidentemente as outras ciências contribuíram com sua parte. A divisão em segmentos, é muito mais didática do que uma real separação. Não são fenômenos desconexos entre si. Eles se relacionam constantemente.
Minha intenção é despertar o interesse no estudo e compreensão dos fenômenos físicos. Se olhados com atenção, podemos captar as inter-relações entre as diferentes partes do mundo físico. Assim, mudando nossa postura diante dos problemas, eles se tornam menos assustadores, ficam mais acessíveis ao nosso intelecto. Uma vez iniciada sua compreensão, o resto fica muito mais fácil, podem ter certeza.
O ser humano deu passos, inicialmente pequenos e gradualmente avançou mais depressa, na busca de desvendar os fenômenos. Ao atingir determinado nível, ocorreram as diferentes aplicações práticas, surgiu a revolução industrial, por último a revolução digital, onde tudo é miniaturizado, comprimido em espaços minúsculos. Isso além de favorecer sob vários aspectos práticos, tem a vantagem adicional de consumir uma quantidade mínima de energia elétrica. Por isso conseguimos hoje ter a energia elétrica presente em nossa vida praticamente desde o momento da concepção até a hora em que deixamos essa vida. Passamos muito pouco, pouquíssimo tempo mesmo, sem usarmos alguma coisa movida a eletricidade.
Não bastasse a miniaturização dos equipamentos eletrônicos, ainda resultou outro ramo da tecnologia que é a robótica. Máquinas produzidas especialmente para executar determinadas tarefas, podem repetir inúmeras vezes os mesmos movimentos, com precisão micrométrica, sem cansar ou pedir para tomar um ar lá fora. Não precisam ir ao banheiro, podem trabalhar em locais insalubres e fazer coisas que aos seres pensantes parecem enfadonhas. Isso tem uma consequência. Muitos postos de trabalho são preenchidos com essas máquinas, porém em seu lugar surgem muitos outros que as máquinas não podem ocupar.
Curitiba, 16 de dezembro de 2016.(Atualizado em 13 de fevereiro de 2017)
Décio Adams
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