A Evolução da Física.pdf

Escola Estadual de Educação Básica Comendador Albino Souza Cruz
Prof. Jeferson Albino Fleck - Física 1º Ano - Ensino Médio
A EVOLUÇÃO DA FÍSICA
INTRODUÇÃO
(antes do mecanicismo)
A evolução da Física (Albert Einstein e Leopold Infeld, 1938)
Física Moderna (Ivan S. Oliveira, 2005)
Física Conceitual (Paul G. Hewitt, 2002)
Física 4 (Halliday, Sears, Tipler, etc)
A história da filosofia ()

Física e Filosofia
- Contínua busca de soluções para os mistérios da natureza, não sabemos
nem sequer se tem uma solução final.
- Para melhor compreendermos a evolução da física, não podemos desprezar
os conhecimentos dos povos antigos.
- E no ocidente, não podemos deixar de falar dos gregos e da idade média,
antes de falarmos dos avanços conhecidos da idade moderna.
¨Toda ciência não é senão um refinamento do senso comum. É por este motivo
que o senso crítico do físico não pode se restringir à sua ciência em particular, não
devendo ele passar ao largo de uma reflexão crítica do senso comum, de muito
mais difícil análise¨ (Einstein, 1936. traduzido para RBEF, vol 28, no 1, 2006).

Ciência, Arte e Religião
(Paul Hewit: Física conceitual, 9ª edição, 2002)
- Os domínios da ciência (descobrir e registrar fenômenos naturais),
da arte (interpretação pessoal) e da religião (origem, propósito e
significado de tudo) são diferentes, embora elas com frequência se
superponham.
- A ciência pergunta como; a religião, por quê.
- Os cientistas experimentam para descobrir os segredos da natureza,
religiosos adoram Deus e trabalham para edificar a comunidade
humana.
- A ciência sabe sobre onde estamos, mas nada realmente sobre por que
estamos. Em geral, os cientistas sentem-se confortáveis em não saber...o
importante é manter a mente aberta e a coragem de continuar explorando.

Pseudociência
(Paul Hewit: Física conceitual, 9ª edição, 2002)
- Nos tempos pré-científicos...a natureza tinha que ser subjugada,
geralmente com algum tipo de magia ou por meio do que estivesse acima
da natureza – o sobrenatural.
- Os caminhos antigos persistem e sobrevivem em culturas
tecnologicamente avançadas...é a pseudociência.
- O notável de uma pseudociência é a falta dos ingredientes-chave da
evidência e de um teste para sua falsidade.
- Exemplos: misticismo, astrologia, rabdomante (o verdadeiro teste seria
apontar um lugar onde não se encontrasse água!),
- Martim Gardner registra que a percentagem de americanos
contemporâneos que acredita em astrologia e fenômenos ocultos é maior
do que entre os europeus medievais.

Contrariamente à Psicologia, a Física ocupa-se (diretamente) apenas com
as experiências sensíveis e com a "compreensão" das relações entre elas.
Mas o conceito de "mundo externo real" do senso comum também se
apoia exclusivamente sobre as impressões sensíveis. (Einstein, 1936:
Física e realidade)
Só nos resta admirar, conquanto nunca lograremos compreender, o fato que
a totalidade das experiências sensíveis seja tal que possa ser hierarquizada
através do pensamento (o operar com conceitos e a criação e aplicação de
certas associações funcionais entre eles, bem como a ordenação das
experiências sensíveis a conceitos). Podemos afirmar: o eternamente
incompreensível no universo é o fato de ele ser compreensível. (Einstein,
1936: Física e realidade)
Física e Realidade

Física e Realidade
Os conceitos direta e intuitivamente associados aos complexos de
experiências sensíveis típicos serão por nós denominados "conceitos
primários". Do ponto de vista físico todos os outros conceitos apenas
têm sentido na medida em que os fizermos associar, através de leis,
aos "conceitos primários". (Einstein, 1936: Física e realidade).
Estas leis são em parte definições de conceitos (e proposições daí
logicamente dedutíveis) e em parte leis que não seguem das
definições mas que dizem, ao menos indiretamente, algo a respeito
das relações entre "conceitos primários" e com isto entre
experiências sensíveis.(Einstein, 1936: Física e realidade).

O objetivo da Ciência é, em primeiro lugar, a
mais completa compreensão conceitual de experiências sensíveis em
toda sua variedade e sua interconexão lógica. (Einstein, 1936:
Física e realidade).
Em segundo lugar porém, atingir este objetivo através do uso de um
mínimo de conceitos e relações primárias (aspiração por uma visão
de mundo unificada mais lógica possível ou simplicidade lógica de
seus fundamentos).(Einstein, 1936: Física e realidade).
Objetivos da Ciência

A Ciência necessita de toda a multiplicidade dos conceitos primários, ou
seja, daqueles diretamente ligados às experiências sensíveis bem como as
leis que os relacionam. Porém isto não basta, pois a totalidade de
conceitos e relações assim haurida carece de qualquer unidade lógica. A
fim de suprir esta falta, cria-se um sistema mais pobre em conceitos e
relações que contenha, como quantidades logicamente dele dedutíveis, os
conceitos primários e relações do "primeiro estrato" (Einstein, 1936: Física
e realidade).
Este novo "sistema secundário" adquire uma maior unidade lógica às
custas da situação na qual seus conceitos iniciais (conceitos do segundo
estrato) não mais se encontram em relação direta com complexos de
experiências sensíveis. (Einstein, 1936: Física e realidade).

Posteriormente, a aspiração por uma unidade lógica ainda maior leva à
criação de um sistema terciário de conceitos e relações ainda mais
pobre, para obtenção dos conceitos e relações do estrato secundário (e
assim indiretamente do primário)" (Einstein, 1936: Física e realidade).
E assim sucessivamente, até que cheguemos a um sistema de maior
unidade concebível e pobreza conceitual dos fundamentos lógicos, mas
que ainda seja compatível com as propriedades obtidas através dos
sentidos (Einstein, 1936: Física e realidade).

Resumo compacto da filosofia clássica
Heráclito (545-485 a.C): O que existe é o devir (movimento): ¨ninguém
se banha duas vezes no mesmo rio¨.
Parmênides (540-470 a.C): Nega o devir (movimento) e afirma o ser (o
ser é). Enuncia o princípio da não contradição: ¨uma coisa não pode ser e
não ser ao mesmo tempo¨.
Platão (427-347 a.C): O único mundo verdadeiro é o das idéias, que
contém os arquétipos das coisas visíveis. O conhecimento da ciência
(epistéme) seria a captação do inteligível supra-sensível.

Aristóteles (384-322 a.C): O que existe são os seres singulares (ente é
aquilo que é) e não as idéias. Distingue a física (material) da
metafísica(transcende o material). Elabora uma teoria para superar a
controvérsia entre ser e movimento.
Ato (energeia): o que a coisa é no momento.
Potência (dynamis): o que a coisa pode vir a ser.
Resumo compacto da filosofia clássica: Aristóteles
A semente é semente em ato e árvore em potência; a árvore é árvore em
ato e carvão em potência.
Movimento: passagem do ser em potência para o ser em ato.
Tempo: medida do movimento segundo um antes e um depois (lembrar
também Agostinho, Newton e Hawking).

Resumo compacto da filosofia clássica: Aristóteles
Conceito : discurso que expressa a essência (natureza ou substância) das
coisas, através do gênero próximo e da diferença específica.
Juízo: proposição em que se estabelece um nexo entre sujeito e predicado
(pode ser falso ou verdadeiro).
Silogismo: sequência de juízos conexos, que levam a uma conclusão.
Dedução: sequência de silogismos em que se parte do universal ao
particular.
Indução: procedimento através do qual se extrai do particular o universal
(intuição dos primeiros princípios).

A realidade física é descrita com a ajuda de seres matemáticos escalares,
vetoriais ou tensoriais (L. de Broglie).
A física moderna é um conhecimento verdadeiro limitado ao quantitativo.
Física e filosofia clássica contemporânea (J. Daujat)
Mesmo assim, ela ultrapassa o quantitativo, atinge o próprio ser do
mundo corporal.
A matematização da física, chave do êxito da ciência moderna, não
esgota a inteligibilidade do mundo.

Física e filosofia clássica contemporânea (J. Daujat)
Na visão da filosofia clássica de Tomás de Aquino (1221-1274), o espaço
real se identifica com a mesma extensão corpórea considerando suas
relações de distância entre diversos lugares....
...enquanto que nas ideias de Newton e Galileu, o quadro geométrico do
espaço com três dimensões é dado a priori e é, ao mesmo tempo,
independente do seu conteúdo físico...
..fato que Tomás de Aquino já tinha considerado o espaço tridimensional
como ente da imaginação ou da representação matemática....
...e se pode dizer que tanto na teoria quântica ou na teoria relatividade
geral, o espaço já não é definível independentemente do seu conteúdo.

ALGUMAS MEDIÇÕES ANTIGAS
Eratóstenes (250
a.C) e o raio da
Terra (6,37x106m)

Os princípios revelam o que há de mais objetivo em toda construção científica, e a
posse do seu conhecimento traz ao seu possuidor a noção clara e segura dos
fundamentos da ciência.
Os princípios fundamentais (Baptista, J.P., RBEF,28, 2006)
Princípio da impenetrabilidade da matéria: ¨dois corpos distintos não podem
ocupar o mesmo lugar no espaço e ao mesmo tempo¨ (exemplo de um princípio simples).
Um princípio em Física, decorre na maior parte dos casos, da observação direta
do que ocorre na natureza, ditado pelo encadeamento dos fenômenos e não é
consequência de nenhuma dedução lógica.
Adentramos muito mais profundamente na concepção lógica da natureza
reconhecendo a existência de um princípio do que nos deixando levar por um
arremedo de demonstração (Ernst Mach, 1925).

1. Princípio de conservação dos antigos: “Do nada, nada se tira”.
Na linguagem matemática moderna:
    0
0 








S
S
d
v
dt
dM
ou
v
t







A equação de continuidade diz que a variação por unidade de tempo da
quantidade de matéria no interior da esfera é igual à quantidade de matéria que,
no mesmo intervalo de tempo, atravessa a superfície da esfera.
Sua validade perdura no espírito humano, mesmo nos tempos atuais em que a
ciência atinge um alto grau de sofisticação.

2. Deus, quando criou o universo de extensão inﬁnita lhe conferiu também
um movimento. A quantidade de movimento total criada é imutável, não
podendo aumentar nem diminuir; porém, localmente, o movimento de um
corpo pode ser alterado pela troca com outro e enquanto um deles perde
movimento o outro ganha a mesma quantidade (Descartes).
Na linguagem matemática atual:
0
p
v
m
ptotal 




0
L
w
I
L 



É preciso ter em conta que esse princípio é meio filosófico, ou seja, tema
que já vinha sendo estudado desde a idade média (visão do Alcides).
r
v
w
r
m
I i i
i


 
2

3. Cada corpo permanece em seu estado de movimento retilíneo – que é a
forma geométrica mais simples criada por Deus ao dar partida ao
movimento geral – permanecendo neste estado até que o corpo seja
afetado por uma força externa (Descartes).
É praticamente o princípio da inércia, ou seja, a primeira lei de Newton.
Os físicos atribuem a Descartes, mas na realidade esses princípios foram
estudados desde a Idade Média.
0
0
0
0
: V
V
t
V
a
F
MU 










Na linguagem matemática:

Nos manuais escolares, é sempre expressa na frase: ¨na
natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma¨.
Alguns princípios fundamentais após Newton
(Baptista, J.P., RBEF,28, 2006)
1. Princípio de conservação da massa de Lavoisier (1774): “a massa
total dos componentes em uma reação química é invariável, qualquer que
seja a reação química realizada”.
Quando 2 g de hidrogênio (conhecido como gás inflamável) reagem com 16 g de oxigênio
(gerador de ácidos) verifica-se a formação de 18 g de água.
Lavoisier também se apoiou em pelo menos dois pesquisadores anteriores: J.
Priestley (1733-1804) e H. Cavendish (1731-1810).

Alguns princípios fundamentais após Newton
(Baptista, J.P., RBEF,28, 2006)
Na linguagem atual: ¨a soma total das energias envolvidas
num processo qualquer em um sistema isolado é constante e
igual a zero¨.
2. Princípio universal da conservação da energia (Helmholtz,
1847): ¨a conservação da força viva é um princípio universal da
natureza ¨
Na linguagem matemática:
0
3
2
1 







 cte
Q
W
U
E
E
E
Ei

A primeira pista: pré-mecanicismo
- Um dos problemas mais fundamentais que observamos na natureza é o
do movimento.
- A intuição nos diz que a velocidade está essencialmente ligada à ação
das forças.
- Aristóteles: ¨o corpo em movimento chega à imobilidade quando a
força que o impele não mais pode agir de modo a deslocá-lo¨.
- Frei Jean Buridan (1295-1358) e alguns outros medievais chamavam
de ¨ impetus¨ o produto da quantidade de matéria pela velocidade, mas
não como efeito, mas como causa do movimento (Neves, 2000).
- Bispo Nicolau de Cusa (1401-1454): O Universo não possui qualquer
centro (Porto & Porto, 2008).

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