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Física, massa específica e densidade.

Massa específica.

Por incrível que pareça, já Arquimedes, há mais de 200 anos antes de Cristo, percebeu que os diferentes materiais, apresentam massas diferentes, em volumes iguais. Tanto isso é verdade que o conhecido Princípio de Arquimedes, sobre empuxo, tem a densidade como base. Densidade e massa específica não são sinônimos, porém são intimamente ligadas. Muitos autores denominam a massa específica de densidade absoluta. Foi essa a forma encontrada pelo cientista grego para provar que a coroa do rei não era de ouro maciço e sim feita de outro metal, recoberto de ouro. Vamos falar nos detalhes depois.

Cubo de Chumbo

Cubos de chumbo e alumínio.

Se colocarmos dois cubos de mesmo volume, sendo um feito de chumbo e o outro de alumínio, sobre uma balança, verificaremos uma significativa diferença em sua massa. Assim fica evidente que existe diferença entre a natureza dos dois metais.

  • A massa específica de uma substância é obtida pela divisão da massa de um corpo pelo seu respectivo volume”.

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Física, Mecânica, Estática, Equilíbrio.

Equilíbrio.

Ao falarmos em equilíbrio, lembramos de uma grande variedade de situações práticas, onde esse fenômeno é verificado. Ao aprender a andar de bicicleta ou moto, você precisa adquirir a técnica de se equilibrar. Ao caminhar em uma corda bamba, o artista necessita de alta dose de equilíbrio para não cair. Um corpo, apoiado sobre uma superfície qualquer, pode adotar diferentes formas de equilíbrio:

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Física, Mecânica, Estática, Teorema de Varignon e aplicações.

Aplicações do Teorema de Varignon.

Vamos ver como podemos usar o Teorema de Varignon, na solução de vários problemas de estática. Esse assunto é especialmente útil na solução de problemas relativos a construção de estruturas de engenharia, na distribuição de cargas sobre os apoios, vigas e colunas. Não iremos tratar a fundo do assunto, pois isso cabe aos engenheiros, levando em conta algumas particularidades ainda fora do nosso alcance. Mas podemos ter uma pequena ideia de como funciona essa questão.

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Física, Mecânica, Estática, Momento estático resultante (Torque de um sistema de forças)

 

Torque de um sistema de forças.

  • No tópico anterior falamos do momento (Torque) de uma força em relação a um ponto ou eixo de rotação. Sabemos, de postagens anteriores, que é muito raro termos uma única força agindo em um sistema. Por isso, o momento estático que atua, não é dado por uma única força, mas sim por um sistema. Dessa forma precisamos determinar o  momento estático (torque) resultante do sistema. Aqui é especialmente útil a questão do sentido de rotação que a força apresenta em relação ao ponto ou eixo. Vejamos um sistema de várias forças aplicadas ao longo de uma barra, considerada de peso desprezível por conveniência.
Momento resultante de um sistema de forças.

Momento estático resultante de um sistema de forças, com relação a um ponto.

  • No sistema de forças acima, observamos a presença de três fôrças, sendo duas de mesma direção e sentido (vertical para cima) e a terceira com a mesma direção e sentido contrário das primeiras (vertical para baixo). O que desejamos é determinar o momento (torque) resultante desse sistema em relação ao ponto de rotação O. O enunciado para a resolução desses problemas é devido ao matemático francês Pierre Varignon. Ficou conhecido como Teorema de Varignon.

O momento estático resultante de um sistema de forças é igual a somatória dos momentos das forças componentes em relação ao mesmo ponto. 

  • $\bbox[4px,border:2px solid olive]{\color{navy}{{M_{O} F_{R}} = \Sigma _1^n{F_{n}\cdot X}}}$

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Física, Mecânica, Estática – Momento estático ou torque de uma força em relação a um ponto(eixo).

Sarilho de poço no estilo antigo.

Sarilho de poço a moda antiga.

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Bomba de poço com alavanca.

 

Poder ou capacidade de produzir rotação.

  • Muito cedo na história científica o homem percebeu a importância dessa grandeza. No momento de sua descrição e equacionamento em tempos mais recentes, começou a ser denominada Momento estático ou torque. 
  • Certamente já teve oportunidade de observar algumas situações práticas que tem a ver com essa grandeza. Antes do surgimento de ferramentas pneumáticas para atarraxar e soltar parafusos de grandes dimensões, eram usadas chaves providas de hastes de tamanho considerável. Assim o usuário, podia aplicar a força a uma distância considerável do eixo de rotação e conseguia soltar a porca ou parafuso com maior facilidade. O inverso ocorria na hora de apertar. A diferença é apenas a mudança de sentido de rotação.

As duas imagens colocadas no cabeçalho desse artigo, mostram duas situações usadas por séculos para retirar água de poços fundos. O primeiro é o sarilho, onde aplicamos a força na manivela. Se a manivela for muito curta, necessitaremos de mais força para puxar o balde com água. Se ela for mais longa, conseguiremos puxar mais água, ou a mesma com mais facilidade. Já na segunda foto a alavanca onde aplicamos a força é mais longa. Assim conseguimos, com menor esforço, fazer subir a água do fundo do poço. A alavanca gira em torno de um eixo ou apoio. O equilíbrio depende das forças aplicadas e da distância do eixo de rotação ao ponto de aplicação das mesmas.

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Física, Mecânica, Estática, Força resultante de componentes oblíquas.

 

Sistema de duas forças oblíquas – resultante.

  • O caso mais comum em situações da vida prática é a existência de um sistema de forças oblíquas. Nesse momento usamos a fórmula completa. Seja o sistema formado pelas forças:
  • $\color{navy}{\overline{F_{1}} = 8,0 N}$
  • $\color{navy}{\overline{F_{2}} = 6,0 N}$
  •  elas formam um ângulo $\color{navy}{\alpha  = 60º}$, acima da horizontal.
Forças oblíquas

Sistema de duas forças oblíquas.

Usando a fórmula podemos escrever.

  • $\color{navy}{\overline{F_{R}} = \overline{F_{1}}^2 + \overline{F_{2}}^2 + 2\cdot\overline{F_{1}}\cdot\overline{F_{2}}\cdot{cos\alpha}}$
Forças oblíquas

Sistema de duas forças oblíquas.

  • $\color{navy}{\overline{F_R}^2 = (8,0)^2 + (6,0)^2 + 2\cdot{8,0}\cdot{6,0}\cdot{cos 60º}}$
  • $\color{navy}{\overline{F_{R}}^2 = 64,0 + 36,0 + 96,0\cdot {1/2}}$
  • $\color{navy}{\overline{F_{R}}^2 = 100,0 + 48,0}$
  • $\color{navy}{\overline{F_{R}}^2 = 148,0}$
  • $\color{navy}{\overline{F_{R}}^2 = 2^2\cdot {37,0}}$
  • $\color{navy}{\overline{F_{R}} = \sqrt[2]{{2^2}\cdot{37,0}}}$
  • $\color{navy}{\overline{F_{R}} = 2\cdot\sqrt[2] {37}N \simeq 2\cdot{6,1}N \simeq {12,2}N}$

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Física, Mecânica, Estática, Sistemas de forças concorrentes.

 

Resultante de forças ortogonais.

No estudo da adição de vetores, vimos que se eles são ortogonais (90º), recorremos à aplicação do Teorema de Pitágoras. Portanto se queremos determinar a resultante de duas forças concorrentes ortogonais, fazemos a mesma coisa, pois são grandezas vetoriais e as representamos graficamente por vetores.

Vejamos a resultante de das forças $\color{navy}{F_{1} = 6,0 N}$ e $\color{navy}{F_{2} = 8,0 N}$ formando entre elas um ângulo reto ($\color{navy}{\theta = 90º}$).

Aplicando a fórmula já nossa conhecida, teremos;

Forças ortogonais

Forças ortogonais.

  • $\color{olive}{{F_{R}}^2 = {F_{1}}^2 + {F_{2}}^2}$
  • $\color{navy}{{F_{R}}^2 = {(6,0)}^2 + {(8,0)}^2}$
  • $\color{navy}{{F_{R}}^2 = 36,0 + 64,0}$
  • $\color{navy}{{F_{R}}^2 = 100,00}$
  • $\color{navy}{F_{R} = \sqrt[2] {100,0}}$
  • $\color{brown}{F_{R}  = 10,0 N}$

Falta determinar a direção da força resultante.

  • $\color{olive} {{tg b} = \frac {8,0}{6,0}}$
  • $\color{navy}{{tg b} = \frac {4}{3}}$
    Podemos dizer que:
  • $\color{brown}{ b = {arc tg \frac {4}{3}}}$

A força resultante forma com a força horizontal de 6,0 N um ângulo cuja tangente é igual a 4/3.

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Mecânica, Dinâmica, Leis de Newton.

Imagens de Isaac Newton 4

Imagen de Isaac Newton, mostrando refração da luz no prisma e alusão à maçã, que, segundo a lenda, inspirou a Segunda Lei da Mecânica.

Dinâmica

 

  • A física, ao longo da história da humanidade, desenvolveu-se em partes, por vezes parecendo desconectadas entre si e aos poucos se juntaram para formar um todo. Costumamos começar a estudar pelo assunto que teve um desenvolvimento mais precoce ao longo dos tempos. Trata-se da Mecânica. Não vamos aqui confundir com o trabalho das oficinas mecânicas. Elas fazem uso de conhecimentos de mecânica, para realizar seu trabalho na manutenção dos automóveis e demais máquinas.
  • A Mecânica, de modo simples, dizemos que estuda os movimentos e suas causas. Para simplificar, habitualmente dividimos em três partes: Estática, onde veremos o comportamento das forças em equilíbrio; a Cinemática, onde iremos analisar os movimentos, mas sem cogitar das causas de sua ocorrência e modificações; por último, a Dinâmica, quando iremos estabelecer as relações entre os movimentos e as forças. Essa divisão é apenas didática, pois não conseguiremos estudar tudo isso ao mesmo tempo. Temos que galgar um degrau de cada vez até chegar ao topo.

Nas últimas semanas, um programa de pesquisas do Google, o Trends, informou que ocorreu uma elevação da procura por temas relacionados à dinâmica em alto percentual. Por isso acho oportuno o momento para iniciar a escrever artigos falando do assunto. Tenho longos anos de experiência em sala de aula como professor e posso contribuir na elucidação, esclarecimento de dúvidas. Vou me dedicar a uma forma bem leve, partindo da suposição de que, aqueles que forem ler meus textos, são leigos, ou muito pouco versados nos assunto.

  • Quando me referi à divisão da Mecânica, falei em estabelecer as relações entre os movimentos e as forças. Vamos ser mais específicos agora. Tomemos por exemplo, você andando de bicicleta.
  • O que faz a bicicleta se movimentar?
  • A força que aplico no pedal, – será a sua resposta, com certeza.

Agora vejamos um atleta de salto em distância.

  • O que dá a ele o impulso para a realização do seus saltos?
  • Seus músculos, – será sua resposta.

Poderíamos passar muito tempo citando exemplos de forças que produzem ou modificam movimentos. O primeiro pesquisador a estabelecer equações matemáticas, que habitualmente chamamos de fórmulas, para os movimentos, foi Galileu Galilei.

Imagens de Galileu 3

Imagem de Galileu, em seus últimos anos de vida.

A ele devemos as equações básicas dos movimentos retilíneos, tanto o uniforme, como o uniformemente variado.

 

Evangelista Torricelli, usou duas delas para estabelecer uma outra que relaciona apenas as velocidades e acelerações, sem o uso do fator tempo.

Imagem de Evangelista Torricelli 2

Imagem de Evangelista Torricelli, que chegou a trabalhar como secretário de Galileu Galillei.

Imagem de Evangelista Torricelli 1

Imagem de Evangelista Torricelli, inventor do barômetro de mercúrio.

 

 

 

 

 

 

 

 

No ano em que faleceu Galileu (1642), nasceu na Inglaterra Isaac Newton. Estudioso de matemática e física, descobriu haver entre os movimentos e as forças, algumas relações (equações) que poderiam ser aplicadas sempre, desde que as condições fossem as mesmas. É a base da dinâmica, conhecida como Leis de Newton do Movimento. São em número de três.

Lei de Newton:

  • Um corpo só modifica seu estado de movimento, repouso ou forma, se um sistema de forças de resultante não nula atuar sobre ele.

Isso quer dizer que, um corpo pode estar sob a ação de várias forças, mas se elas anularem mutuamente seus efeitos, o estado de movimento ou forma do corpo não se altera. Ele permanece indefinidamente nessa condição enquanto o sistema não for alterado. No momento em que um dos efeitos deixar de ser anulado, o corpo pode sofrer deformação ou entrar em movimento; adquirir aceleração, aumentando ou diminuindo a velocidade.

  • Essa lei também é conhecida como Princípio da Inércia, cujo enunciado é mais ou menos assim: Um corpo é incapaz de, por si só, alterar seu estado de movimento ou forma”.  Note que os dois enunciados são equivalentes e resultam nas mesmas consequências.

Para melhor entender o significado dessa lei, analisemos alguns exemplos. Falei antes de pedalar a bicicleta. Se você estiver num terreno plano e mantiver o movimento da bicicleta uniforme, estará aplicando uma força tal na bicicleta, suficiente para vencer a resistência do ar e o atrito das rodas com o chão. Já se estiver aumentando a velocidade, a força aplicada será de maior intensidade que as forças resistentes. Ao freiar, você não pedala, mas aciona os freios, fazendo uma força adicional no mesmo sentido das forças de resistência, que irão diminuir a velocidade.

O mesmo acontece com um automóvel. Quando você acelera o motor, soltando ao mesmo tempo a embreagem, começa a transmissão de força para as rodas e ele começa a se mover. Quanto mais você acelerar, maior será a velocidade que ele irá adquirir. Na descida, ou ao querer parar, o uso dos freios aplica uma força contrária para controlar a velocidade ou parar. Nota-se que sempre existe uma força resultante, no sentido da variação da velocidade. Se você puxar a extremidade de uma mola ou faixa elástica, haverá uma deformação. Ela será tanto maior quanto maior for a intensidade da força aplicada. Quando a força deixar de agir, o corpo volta ao seu comprimento inicial. A deformação se torna nula nesse caso.

3ª Lei de Newton:

  • Sempre que um corpo exerce uma força sobre o outro, esse outro exerce sobre o primeiro, uma força de mesma intensidade, mesma direção, porém de sentido contrário.

Obs.: Por que eu vou falar da terceira lei, antes da segunda? Note que nem uma nem outra resultam em uma equação, ou uma fórmula. São na verdade princípios que precisamos explicar, sem poder quantificar exatamente.

  • Vamos entender o que significa essa Lei. Quando pegamos uma mala pela alça e a erguemos do chão, notamos que nosso braço é puxado para baixo por uma força. É o que chamamos peso da mala. Para erguê-la do chão até a altura em que ela fica quando a carregamos, foi preciso aplicarmos uma força ligeiramente maior que o peso. No momento que ela para de subir, as duas forças passam a ser iguais. A que puxa nosso braço, é o peso da mala e nosso braço anula a ação dessa força, aplicando uma força de mesma direção, mesma intensidade e sentido contrário.
  • Quando um lutador de boxe acerta um direto de esquerda no queixo do adversário, ocorre a aplicação de uma força pelo punho do lutador, sobre o rosto do outro. A força de reação, é exercida sobre a mão do primeiro, pelo rosto do segundo. Poderíamos perguntar se não deveria ser empate o resultado da maioria das lutas. Como explicar que aquele que levou o direto, ficou tonto, podendo cair e mesmo perder a luta naquele momento? Ele pode cair e o juiz abe uma contagem, se não me engano até 5 ou 10. Se ele não conseguir ficar em pé nesse tempo, o juiz dá a vitória ao que desferiu o soco. Por quê os efeitos são tão diferentes?
  • Muito simples a resposta. As forças são aplicadas em corpos diferentes e também em pontos diferentes. A mão que desferiu o soco, é uma estrutura mais forte, tem os músculos e está preparada para o impacto. Já o queixo do adversário, é mais frágil, está ligado ao crânio e pode provocar um abalo no cérebro, deixando-o por alguns instantes sem condições de funcionar normalmente. As forças do par Ação e Reação, provocam efeitos dinâmicos diferentes por serem aplicadas a corpos diferentes. Por exemplo, o peso de um corpo. É a força com que a terra o atrai, pela gravidade. O corpo atrai a terra com uma força igual, mas as massas são tão diferentes que a terra nem se mexe, enquanto o corpo despenca do lugar onde estiver até a superfície da terra. As intensidades das forças são iguais, mas os efeitos bem diferentes, por causa das massas ou inércias dos corpos.

Até aqui falamos da inércia e das forças de ação e reação. Embora isso não nos tenha fornecido nenhuma fórmula ou equação para fazer cálculos, anote bem e não esqueça. Essas duas leis, a primeira e a terceira de Newton, são de fundamental importância.

 

2ª Lei de Newton:

  • A aceleração adquirida por um corpo, sob a ação de uma força resultante, é diretamente proporcional à intensidade da força e inversamente proporcional à massa do corpo.

Aplicando o raciocínio matemático a esse enunciado, podemos escrever que:                                  $$\bbox[4px,border:2px solid olive]{\color{navy}{a = {{F}\over{m}}}}$$

No SI (Sistema Internacional de Unidades) a aceleração é medida em $\color{navy}{ m/s²}$ e a massa em $\color{navy}{kg}$ (quilograma). Podemos escrever a igualdade acima de forma mais linear. Basta multiplicar por $\color{navy}{m}$ os dois membros da igualdade e inverter a ordem dos membros. Assim:

$$\bbox[4px,border:2px solid olive]{\color{brown}{{{F}\over{m}}\cdot m = m\cdot a \Leftrightarrow {F = m\cdot a}}}$$

  • A força resultante é igual ao produto da massa do corpo pela aceleração que ele adquire.

Podemos observar que nessa equação, quanto maior for a força aplicada em um corpo de massa $\color{navy}{m}$ , maior será a aceleração que ele irá adquirir.

Para uma força resultante $\color{navy}{F}$, aplicada a corpos de massas diferentes, quanto maior for a massa, menor será a aceleração.

Podemos observar isso nos automóveis que andam nas ruas. Ou nos carros de corridas que muitos de nós apreciam assistir pela TV. Quanto mais potência o motor tiver, isso é, mais força ele puder fornecer, mais o carro acelera e maior será a velocidade final.

  • Essa pequena expressão que Sir Isaac Newton nos legou, nos ajuda a resolver inúmeros problemas práticos de nosso cotidiano. Com certeza há mais coisas a serem levadas em conta, mas a base para a solução é essa pequena fórmula.

Em função do que foi dito acima, a força no SI será então medida em:

  • $\color{navy}{F = m\cdot a} \Leftrightarrow { F ={{ kg\cdot m}\over{s²}} = newton(N)}$

Essa unidade foi batizada com o sobrenome do criador da lei. Por isso, no lugar de $\color{navy}{{kg\cdot m}\over s²}$, usamos apenas um  $\color{navy}{N}$. Se escrevermos a unidade por extenso, usamos apenas letras minúsculas, pois não é a pessoa, e sim a unidade que estamos citando.

Vejamos então como se faz a aplicação dessa lei. Seja o seguinte problema.

  • Um corpo de massa $\color{navy}{{8,0}{ kg}}$ está apoiado sobre uma superfície perfeitamente lisa (sem atrito). Se sobre ele aplicarmos uma força resultante de intensidade $\color{navy}{{20,0}{ N}}$, qual é a aceleração que ele adquire?
  • Obs.: um plano perfeitamente liso é algo que na prática não existe. Usamos essa idealização para raciocinarmos em condições que permitam aplicar a Lei sem considerar questões ainda não vistas.

Então:

  • $\color{navy}{m = 8,0 kg}$
    • $\color{navy}{F = 20,0 N}$
    • $\color{navy}{F = m\cdot a}\Leftrightarrow{ a = {{F}\over {a}}}$
    • $\color{navy}{a = {{20,0}\over{8,0}} = 2,5\cdot{{ m}\over {s²}}}$

O corpo irá adquirir uma aceleração $\color{brown}{a = 2,5 {{m}\over {s²}}}$

  • Um corpo de massa $\color{navy}{{25,0}{kg}}$, apoiado sobre um plano perfeitamente liso, adquire uma aceleração $\color{navy}{a = 6,0 m/s²}$. Qual é a intensidade da força resultante que atua sobre ele?
    • $\color{navy}{m = 25,0 kg}$
    • $\color{navy}{a = 6,0 m/s²}$
    • $\color{navy}{F = m\cdot a}$
    • $\color{navy}{F = {25,0}\cdot{6,0} = 150,0}$N

A força resultante sobre o corpo é igual a $\color{navy}{150,0 N}$.

  • Um corpo de massa $\color{navy}{m}$ sofre a ação de uma força resultante $\color{navy}{ F =  36,0 N}$ e adquire uma aceleração $\color{navy}{a = 4,0 m/s²}$. Qual é a sua massa? Supondo que esteja se movendo sobre um plano perfeitamente liso.
    • $\color{navy}{ F = 36,0 N}$
    • $\color{navy}{ a = 4,0 m/s²}$
    • $\color{navy}{{F = m\cdot a}\Leftrightarrow {m = {{F}\over{a}}} }$
    • $\color{navy}{m = {{36,0}\over{4,0}} = 9,0 kg}$

O corpo tem massa $\color{navy}{m = 9,0 kg}$.

Para exercitar um pouco, podemos deixar uns exemplos.

  •  Um corpo tem movimento retilíneo e uniforme sobre um plano perfeitamente liso. Em dado momento começa a sofrer a ação de uma força contrária ao movimento. Sendo a intensidade da força igual a $\color{brown}{F = 28,0N}$ e a massa do corpo de$\color{brown}{m = 7,0 kg}$, qual é a desaceleração que irá ocorrer?
  • Um corpo está apoiado em um plano horizontal perfeitamente liso, sob a ação de duas forças horizontais, de mesma direção, mas sentidos opostos. A primeira tem intensidade de $\color{navy}{F_1 = 60,0N}$ e a segunda, oposta tem $\color{navy}{F_2 = – 15,0 N}$. A aceleração adquirida pelo corpo é de $\color{navy}{a =  5,0 m/s²}$. Qual é a sua massa?
  • Um corpo de massa $\color{navy}{m = 17,0 kg}$, está apoiado em um plano perfeitamente liso e sofre um aceleração de $\color{navy}{a = 3,2 m/s²}$. Qual é a intensidade da força resultante atuando sobre ele?

Obs.: Você certamente encontrará inúmeros exercícios semelhantes em qualquer local e se quiser entrar em contato comigo para tirar dúvidas, use um dos canais que vou listar abaixo. Estou à disposição para esclarecer o que ficar obscuro.

Algumas imagens de Galileu, Newton e Torricelli. Podem ser encontradas em grande variedade na internet.

Imagens de Galileu 1

Capa de livro escrito por Galileo Galilei

Imagens de Galileu 2

Capa de obra de Galileo Galilei

Imagens de Galileu 6

Imagem representativa das descobertas de Galileu, com o uso da Luneta, transformada em instrumento de observação do espaço.

Imagens de Galileu 5

Frase dita por Gaslileu.

Imagens de Galileu 4

Ilustração do observatório de Galileu, com uso da luneta, transformada em telescópio para observar o céu.

 

 

 

 

 

 

Imagens de Isaac Newton 1

Retrato de Isaac Newton

Imagens de Isaac Newton 2

Retrato de Isaac Newton, em idade mais avançada.

Imagens de Isaac Newton 3

Isaac Newton descobrindo o Arco-íris no laboratório.

Imagens de Isaac Newton 5

Principal obra de Isaac Newton, onde apresenta as suas Leis da Mecânica, que usamos até os dias atuais.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Curitiba, 05 de fevereiro de 2015 (Atualizado em 27 de julho de 2016).

Décio Adams

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Física , a orígem e uma pequena introdução.

 

 

Física

 

A origem da palavra remonta à língua grega, do tempo dos grandes filósofos como Arquimedes, Aristóteles, Sócrates, Tales de Mileto, Sófocles e um bom número de outros. Grafando em letras latinas a palavra que significava “natureza”, ficava escrita assim: Phisys.

Em vista da origem da palavra, por muito tempo costumava-se definir Física como sendo a ciência que estuda os fenômenos físicos. Isso tinha como conotação 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.

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 correlatas.

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. Chegar com a ideia de tratar-se de uma disciplina altamente complexa, inventada por gente que não tinha mais nada que fazer, além de criar entraves à vida dos estudantes futuros. Procurava então 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.

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.

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 segurar 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. 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, um caixões enormes. Se comparados com nossos iPhones, iPads e 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 na prática. Não são fenômenos dissociados, se relacionam constantemente.

Minha intenção é despertar o interesse no estudo e compreensão dos fenômenos físicos. Se olhados com olhos atentos, 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 vem dando passos, inicialmente pequenos e gradualmente avançou mais depressa, na busca de desvendar os fenômenos. Ao atingir um 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.

 

Décio Adams

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