Autor: Antonio Carlos Homem | Publicado: 2010-12-04T16:36:00-08:00

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&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;Física



&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Os principios sem fim





&nbsp;&nbsp;&nbsp;Nos dias atuais, definir a Física é com­plicado. Nos tempos em que a Grécia&nbsp;era o berço da civilização, a classificação das&nbsp;ciências era muito mais simples, e&nbsp;•physikos&nbsp;era a filosofia natural, o&nbsp;estudo da natureza.&nbsp;Mais tarde, o termo&nbsp;Física&nbsp;passou a corres­ponder a um campo restrito, a saber, aos fe­nómenos em que a espécie da substância dos&nbsp;corpos não se altera (por ex.: na evaporação&nbsp;da água, esta continua a ser água); cm con­traposição, denominou-se&nbsp;Química&nbsp;a ciência&nbsp;dos fenómenos cm que ocorrem mudanças&nbsp;na espécie das substâncias (por ex.: na eletrólise da água, esta decompõe-se em oxigé­nio e hidrogénio).

A partir das descobertas de Becquerel, do&nbsp;casal Curie, Ruthcrford, Joliot e Irene Curic,&nbsp;e Fermi, entre outros, cresceram as difi­culdades para se enunciarem definições&nbsp;exatas, pois a radiatividade, a desintegração&nbsp;nuclear, as reações nucleares, a produção de&nbsp;elementos artificiais e a fissão nuclear não&nbsp;só constituíram novidades, mostrando pro­fundas transformações na estrutura da maté­ria, como abalaram toda a confiança dos que&nbsp;esperavam ver conhecidos em pouco tempo&nbsp;todos os fenómenos da natureza.



A Física continua a ser, como a definiram&nbsp;os gregos, o estudo da natureza, mas de uma&nbsp;forma até há pouco totalmente inesperada:&nbsp;muda constantemente seu horizonte, abre&nbsp;novas perspectivas, vê seus campos de inves­tigação desmembrarem-se em especialidades como a Eletrônica, a Astrofísica, a Geofísica,&nbsp;etc. Para atingir seus objetivos, usa os re­cursos da experimentação, da matemática e&nbsp;da lógica. A combinação desses recursos,&nbsp;conforme os princípios elaborados nos sé­culos anteriores, tem-se mostrado algumas&nbsp;vezes insuficiente para resolver certos pro­blemas de Física, o que exige a ousada for­mulação de novos princípios gerais, por cien­tistas de génio, como aconteceu com Eins-tein quando desenvolveu a Teoria da Rela­tividade.



A Física Glássica é entendida como aquela&nbsp;que trata dos fenómenos que podem ser&nbsp;explicados sem se fazer aplicação de duas grandes teorias do nosso século: a Teoria&nbsp;Quântica e a Teoria da Relatividade. A&nbsp;primeira destas serviu, sobretudo, para en­tendimento dos fenómenos microscópicos, isto é, fenómenos que ocorrem na escala&nbsp;atómica e nuclear. E a segunda serviu ini­cialmente para interpretar fenómenos na&nbsp;escala cósmica, embora também depois tenha&nbsp;sido aplicada na escala atómica e nuclear.&nbsp;A Física que permite conhecer a estrutura&nbsp;nuclear, que estabelece ser a velocidade da&nbsp;luz uma velocidade-limite no universo, é a&nbsp;Física Moderna.

Experimentar para saber

O teste definitivo de qualquer lei, hipó­tese ou teoria continua sendo a experimen­tação. Por dedução ou intuição, procura-se&nbsp;chegar à formulação de leis simples ou com­plexas que abranjam o maior número de fe­nómenos de determinado campo. É claro que&nbsp;isso não pode ser feito de repente, mas exige&nbsp;um considerável trabalho de interpretação&nbsp;e generalização.



Quem impôs a experiência como teste de­finitivo de qualquer proposição foi Galilcu.&nbsp;Antes dele supunha-sc que tão só o poder&nbsp;do cérebro bastava para resolver todos os problemas. Como Aristóteles era um grande&nbsp;sábio, que havia pensado sobre tudo ou qua­se tudo, os ensinamentos dele e mais a Bí­blia deviam conter as chaves para todos os conhecimentos&nbsp;humanos.&nbsp;&nbsp;&nbsp; Em&nbsp;&nbsp;&nbsp; Aristóteles constava que a velocidade com a qual corpos&nbsp;diferentes caem sobre a Terra era proporcional ao&nbsp;seu peso. Galileu, deixando cair dois&nbsp;pesos&nbsp;diferentes da torre de Pisa (que já era&nbsp;inclinada), demonstrou que o tempo de que­da era o mesmo, e portanto as velocidades nao&nbsp;podiam ser desiguais.



Atualmente, com a evolução sofrida pela fisica, os métodos usados nem sempre são tão&nbsp;simples como os de Galileu, isto é, experiên­cias e anotação de experiências. Entre outros,&nbsp;além do método experimental, sempre pre­sente, temos:



a)&nbsp;Interpretação de novos fenóme­nos conhecidos —&nbsp;Einstein, partindo da ex­periência de Michelson e Morley, que de­monstrava a independência da velocidade da&nbsp;luz em relação ao movimento da Terra, con­cluiu ser a mesma independente de&nbsp;qualquer&nbsp;sistema de referência. A partir daí, entre&nbsp;outras conclusões, chegou a sugerir não ser&nbsp;o tempo, como se imaginava, uma grandeza&nbsp;independente da velocidade. Foi mais além,&nbsp;previu a dependência da massa com a velo­cidade, e previu ainda uma das relações fun­damentais de nossos dias, a famosa equação

E = m.c2, que relaciona massa e energia;



b)&nbsp;&nbsp;&nbsp;Analogia entre&nbsp; fenómenos co­nhecidos —&nbsp;Sabia-se desde o século&nbsp;XIX&nbsp;que&nbsp;todos os elementos emitem linhas de cores&nbsp;determinadas,&nbsp; com&nbsp; comprimentos&nbsp; de&nbsp; onda&nbsp;conhecidos. Fraunhofer, um dos maiores pesquisadores nesse&nbsp; campo,&nbsp; ficou muito intri­gado ao descobrir que, emalguns espectros,na região onde deveriam aparecer raias co­loridas,surgiam raias negras. Kirchhoff ex­plicou as raias negras como correspondendoa raias de absorção:&nbsp; o átomo é capaz deabsorver luz dos mesmos comprimentos deonda da que é capaz de emitir, e as raias ne­gras correspondem aos comprimentos de ondadas&nbsp;&nbsp; luzes&nbsp;&nbsp; absorvidas. Mossbauer,&nbsp;&nbsp; racioci­nando por analogia, concluiu que o núcleo,por emitir também radiação eletromagnética,aliás&nbsp; de&nbsp;&nbsp; comprimento&nbsp; de&nbsp;&nbsp; onda&nbsp; bem&nbsp; mais&nbsp;curto, deveria ser capaz de absorver a radia­ção emitida. Finalmente, por meios engenho­sos, evidenciou o fenómeno, que se tomou&nbsp;conhecido como&nbsp;efeito Mosshauer,&nbsp;possibili­tando um novo e poderoso meio de pesqui­sa, ainda cm desenvolvimento;



c)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Aplicação de -princípios gerais— No estudo das radiações emitidas pelassubstâncias radiativas, as medidas revelaram&nbsp;que a energia emitida nas radiações alfa( a )e gama ("Y ) de um isótopo era constante,mas na radiação beta&nbsp; ( (3 )&nbsp; isso não&nbsp; acon­tecia: eram encontrados elétrons de todas asenergias, desde zero até um valor máximo.Foi por aplicação do princípio da conserva­ção da energia que se aventou a existênciade uma partícula responsável pelo transporteda parcela de energia que, para cada clétron,faltava para completar aquele valor máximoobservado, o qual devia corresponder à ener­gia total libertada na emissão dos raios beta.Essa hipotética partícula, denominada&nbsp;neu-trino,&nbsp;foi tão difícil de detectar que somenteem 1954 foi identificada. Com efeito, o neu-tríno, dotado de massa extremamente peque­na&nbsp;&nbsp; e&nbsp;&nbsp; de&nbsp;&nbsp; carga&nbsp;&nbsp; nula,&nbsp; pode&nbsp;&nbsp; atravessar&nbsp; ummilhão de quilómetros de chumbo, sem pro­vocar nenhuma ionização.

Um mistério resolvido



Medidas da radiação cósmica, em 1937.&nbsp;permitiram a descoberta de uma nova par­tícula chamada mesótron ou méson por ter&nbsp;massa intermediária entre a do elétron e a&nbsp;do próton. Embora impreciso o resultado, este parecia ser uma confirmação das ideias de&nbsp;Yukawa (1935) sobre a origem das forças&nbsp;nucleares. A guerra mundial adiou a solu­ção do problema, mas, com o reinicio das&nbsp;pesquisas, em 1947, trabalhando com emulsões fotográficas, César Lattes, físico brasilei­ro, G. P. S. Occhialini (que trabalhara an­tes no Brasil) e C. F. Powell descobriram ex­perimentalmente outra espécie de partícula,&nbsp;também dotada de - massa intermediária&nbsp;(compreendida entre 264 e 273 vezes a mas­sa do elétron). Estes corpúsculos, chamados&nbsp;mésons JH_&nbsp;ou&nbsp;píons,&nbsp;interagem intensamen­te com&nbsp;a&nbsp;matéria nuclear e se identificam&nbsp;com os mésons previstos teoricamente por&nbsp;Yukawa. Ás experiências daquela equipe (Lattes e companheiros) provaram que um&nbsp;méson&nbsp;pi&nbsp;se desintegra facilmente, resultan­do outro méson de massa menor, denomi­nado&nbsp;méson ^jU* ou múon,&nbsp;c um neutrino. Estes mésons&nbsp;mu&nbsp;(cuja massa vale cerca de&nbsp;207 vezes a massa do elétron) são precisa­mente os mésons observados desde 1937 nos raios cósmicos c que, por serem muito pene­trantes, não podiam ser os mésons preditos&nbsp;por Yukawa, pois estes têm interação fraquís­sima com a matéria atravessada. Assim ficou&nbsp;brilhantemente esclarecida a questão.

Os primeiros mésons identificados eram&nbsp;positivos, e logo depois foram encontrados os&nbsp;correspondentes negativos. Esse é outro&nbsp;exemplo de analogia com fenómeno já co­nhecido. Assim como os fótons estão relacio­nados com as forças eletromagnéticas, os mé­sons estão com as forças nucleares.



Os grandes princípios



Os grandes princípios de conservação, na&nbsp;Física, leis gerais que valem em todos os&nbsp;seus campos, são:

1)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;conservação da&nbsp; quantidade&nbsp; de&nbsp; movi­mento (produto da massa pela velocidade);

2)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;a lei ou princípio de conservação da&nbsp;energia;

3)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;a lei ou princípio da conservação da&nbsp;carga elétrica.



A lei ou princípio da conservação da quan­tidade de movimento,&nbsp;linear&nbsp;ou&nbsp;angular,&nbsp;foi&nbsp;introduzida por Newton.



Entre seus êxitos, este princípio conta&nbsp;o&nbsp;de ter esclarecido as leis de Kepler sobre os movimentos dos astros. Assim que os fenó­menos atómicos e nucleares foram mais bem&nbsp;compreendidos, a aplicação do mesmo princi­pio trouxe novos esclarecimentos a respeito&nbsp;da estrutura da matéria. Da escala cósmica&nbsp;à escala nuclear, o princípio da conservação da quantidade de movimento manteve-se&nbsp;triunfante.





Massa igual à energia



O princípio da conservação da energia&nbsp;também&nbsp;&nbsp; foi&nbsp;&nbsp; obscuramente&nbsp; formulado&nbsp;&nbsp; por&nbsp;Newton. Não negando sua origem, só era&nbsp;aplicado para a Mecânica. No século&nbsp;XIX,&nbsp;graças a Joule, Mayer e outros, estendeu-se sua aplicação ao calor e outras formas de&nbsp;energia. Por fim, a validade do princípio&nbsp;abrangeu a equivalência de massa c energia,&nbsp;confirmada, pelos mais recentes progressos&nbsp;da Física, assim novamente abarcando os&nbsp;fenómenos desde a escala cósmica até a&nbsp;nuclear.

Foi Einstcin quem encontrou a fórmula&nbsp;que liga massa e energia. Em última análise, a energia é massa e a massa é energia. Em&nbsp;todos os fenómenos, inclusive os nucleares, a cada diminuição de massa corresponde uma&nbsp;emissão de energia. A energia radiante, por&nbsp;sua vez, é sensível aos campos gravitacionais&nbsp;intensos, sofrendo desvio considerável na&nbsp;proximidade de corpos de grandes massas. Oprincípio da conservação da energia permi­te, pois, realizar cálculos precisos das minús­culas energias envolvidas nos processos nu­cleares, além de estabelecer os desvios que&nbsp;sofrem os raios de luz no seu movimento&nbsp;peio espaço. Einstein acreditava, inclusive,&nbsp;que seria possível representar toda realidade&nbsp;por meio de campos de força, onde a maté­ria nada mais seria que uma região de&nbsp;alta&nbsp;intensidade de campo.



A conservação da carga elétríca



A eletricidade, embora conhecida desde&nbsp;Tales, na Grécia antiga, poucos progressos&nbsp;fez durante quase vinte séculos. Quando co­meçou a despertar a atenção dos pesquisado­res como fenómeno mensurável, verificou-se&nbsp;que, toda vez que se eletrizava um corpo&nbsp;por atrito com outro corpo, este ficava car­regado com eletricidade de igual valor e sinal contrário ao do primeiro corpo. Essas evidên­cias, e mais o fato de que a matéria em esta­do natural não possui carga manifesta, de­ram origem ao princípio da conservação da&nbsp;carga elétrica, que hoje tem uma explicação&nbsp;genialmente simples: toda vez que ocorre&nbsp;uma eletrização, esta é positiva, se faltam elé-trons; e negativa, se eles aparecem cm ex­cesso, pois o átomo que os engloba tem um&nbsp;núcleo positivo (constituído por prótons c nêutrons) neutralizado pelos elétrons nega­tivos que gravitam ao seu redor.



Da experiência à essência



Todos os setores da Física desenvolvem-se&nbsp;paralelamente, embora em diferentes está­gios de evolução. Tomemos em particular o&nbsp;Eletromagnetismo Clássico e tentemos acom­panhar seus passos.



Começou verificando-se os fenómenos da&nbsp;eletrização por atrito e as propriedades niag-néticas de certos minerais. Foi uma fase pu­ramente descritiva, de coleta de dados. Sé­culos após, houve experiências de medida,&nbsp;procurando estabelecer fórmulas gerais para&nbsp;os fenómenos observados: a) as experiências&nbsp;de Coulomb, demonstrando o comportamen­to da força elétrica a distância; b) as expe­riências de Oersted, demonstrando a intera-ção entre corrente elétrica e agulhas imanta­das; c) as experiências de Ampere, provando&nbsp;a interação entre correntes.



Com Faraday e suas experiências — sôbre&nbsp;as variações do campo magnético como cau­sa do campo elétrico — chegou-se ao âmago&nbsp;dos fenómenos do Eletromagnetismo. Mas&nbsp;só uma teoria geral, completa e coerente, po­deria coroar a evolução e chegar à essência&nbsp;última dos fenómenos. Isso ocorreu com as&nbsp;equações de Maxwell, que tornaram possíveis até certas previsões (sobre a&nbsp;das ondas eletromagnéticas) por exemplo &nbsp;como se, depois de longa caminhada na&nbsp;encosta de uma montanha íngreme,&nbsp;descortinasse claramente lá do topo, novos caminhos já percorridos, como outros que levam a novas e empolgantes descobertas.

Em tudo isso entra a Física

Descobre-se um esqueleto num local que guarda documentos de antigas civili­zações. De que época "será? O método do carbono radiativo permite conhecer a&nbsp;ocasião da morte do animal e dessa forma se reúnem meios para uma datação histó­rica. É a Física na História. A origem da Terra pode ser determinada quando se&nbsp;estuda numa rocha uranífera a relação entre o chumbo Pb-206 e o urânio U-238.&nbsp;É a Física na Cosmogonia, Também a origem das diversas rochas pode ser determi­nada por processos radiativos. É a Física na Geologia.



O feldspato, fonte do potássio empregado na indústria de louças, pode ser pes­quisado por meio de um isótopo radiativo de potássio. Detectando essa atividade é&nbsp;possível determinar a presença ou não de feldspato num lençol subterrâneo. É a&nbsp;Física na Prospecção. Luigi Galvani, em 1780, com suas experiências sôbTe eletrici-dade animal, tornou-se pioneiro do que hoje constitui a Biofísica. E Lee De Forest,&nbsp;quando em 1906 inventou o&nbsp;áudion,&nbsp;válvula primitiva, iniciou a Eletrônica. Enrico&nbsp;Fermi, com seu primeiro reator de 1942, deu origem à Engenharia Nuclear.



Além disso, a Física está intimamente ligada à Astronomia e à Astronáutica, visto&nbsp;que intervém tanto na construção de naves espaciais como no estudo de tudo o&nbsp;que ocorre nos satélites, planetas, estrelas e sistemas estelares, nebulosas e galáxias&nbsp;inteira?.

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