O documento descreve a evolução histórica do estudo da física, desde as primeiras observações astronômicas na Antiguidade até as leis de Newton. Aborda os modelos geocêntrico de Aristóteles e Ptolomeu e o modelo heliocêntrico de Copérnico, e como Galileu, Kepler e Newton contribuíram para o desenvolvimento da física moderna com experimentos, leis e a lei da gravitação universal.

1. FÍSICA 1º ANO

2. O estudo da física está relacionado à várias situações da nossa vida. Desde a antiguidade, o
céu vem sendo usado como mapa, calendário e relógio. Os registros astronômicos mais
antigos datam de aproximadamente 3000 a.C. e se devem aos chineses, babilônios, assírios
e egípcios. Naquela época, os astros eram estudados com objetivos práticos, como medir a
passagem do tempo (fazer calendários) para prever a melhor época para o plantio e a
colheita, ou com objetivos mais relacionados à astrologia.
Imagem antiga do deus-Sol Shamash. 870 a C - Babilonia

3. Desenho feito na Pérsia (Irã), séc XVIII -
eclipse lunar

4. Tales de Mileto (~624 - 546 a.C.) introduziu na
Grécia os fundamentos da geometria e da
astronomia, trazidos do Egito. Já convencido
da curvatura da terra, sabia que a lua era
iluminada pelo sol e previu o eclipse solar de
ano 584 a.C. Pensava que a Terra era um disco
plano em uma vasta extensão de água.
Observem que para o estudo da Física é
necessário o uso de desenhos e medidas.
Aristarco de Samos (310-230 a.C.) foi o
primeiro a propor a Terra se move em volta do
Sol, antecipando Copérnico em quase 2000
anos. Entre outras coisas, desenvolveu um
método para determinar as distâncias relativas
do Sol e da Lua à Terra e mediu os tamanhos
relativos da Terra, do Sol e da Lua.

5. O astrolábio é um instrumento antigo, usado
para medir a altura dos astros acima
do horizonte.
Convenciona-se dizer que o surgimento do
astrolábio é o resultado prático de várias
teorias matemáticas desenvolvidas por
célebres estudiosos antigos
Era usado para determinar a posição dos astros
no céu e foi por muito tempo utilizado como
instrumento para a navegação marítima com
base na determinação da posição
das estrelas no céu. Mais tarde, foi simplificado
e substituído pelo sextante (instrumento
astronômico usado para determinar a latitude.
A partir de um sistema de espelhos podia-se
observar, ao mesmo tempo, o horizonte e o
astro, permitindo, então, a determinação da
altura do astro. Com importantes melhorias, o
sextante é usado ainda hoje na navegação,
complementando outros sistemas mais
modernos de navegação.
ALGUNS INSTRUMENTOS ANTIGOS

6. Desde os tempos remotos os
homens egípcios e babilônicos, ao
observar o Sol, perceberam que
este provocava a sombra dos
objetos. Ao fazer estas observações
notaram que ao longo do dia o
tamanho destas sombras variavam.
O homem primitivo,
primeiramente, usou sua própria
sombra para estimar as horas
(sombras moventes). Logo depois
viu que podia, através de uma
vareta fincada no chão na posição
vertical. O mais antigo relógio de
sol conhecido, foi construído por
volta de 1500 a C no Egito.

7. Aristóteles de Estagira (384-322 a.C.).
MODELOS GEOCÊNTRICO / HELIOCÊNTRICO
Aristóteles foi um dos maiores
pensadores da Antiguidade. Ele
considerava que o Universo era uma
esfera com a Terra, fixa, ao centro, e as
estrelas e s demais corpos celestes
girando em torno do nosso Planeta.
Realmente temos a impressão que a
Terra está imóvel e que o Sol que faz
uma trajetória desde que nasce a leste,
até se por, a oeste.
Até que se provasse o contrário, a Terra
seria portanto o centro do Universo. Essa
ideia denomina-se “sistema geocêntrico”,
e foi defendido por Ptolomeu.

8. O universo
aristotélico
simplificado

9. A ESTRUTURA DA MATÉRIA SEGUNDO ARISTÓTELES:
Para Aristóteles, tudo o que é composto de matéria, na Terra, se reduz
em última instância, quanto a seus elementos materiais, a uma
composição de quatro elementos básicos. Estes quatro elementos
são a água, o ar, a terra e o fogo.
Variando as qualidades, passa-se
de uma substância a outra. Por
exemplo, o ar, se for alterado de
quente para frio, passa a ser
água, pois a água é matéria
úmida e fria.
Desse modo Aristóteles pensava
poder explicar as transformações
materiais que ocorrem nos objeto
e tudo que existe na Terra.

10. Para Aristóteles, não seria possível explicar a natureza dos astros recorrendo
aos quatro elementos básicos.
Aristóteles então postula a existência de um novo elemento, o éter, o quinto
elemento que não existe na Terra. Ele constitui a quinta camada material, que
envolve as quatro outras camadas que constituem nosso mundo e nossa
atmosfera (as camadas de terra, água, ar e fogo) e está presente em todo o
espaço, formando o Sol, a Lua, os planetas e as estrelas.
O círculo, na concepção aristotélica, é uma das figuras geométricas
perfeitas, não tem início nem fim, por isso deveria ser o movimento
natural dos corpos celestes, pois é lógico que os corpos perfeitos
movam-se perfeitamente.

11. Claudio
Ptolomeu
90 a 168 dC
AS INCONSISTÊNCIAS DO MODELO ARISTOTÉLICO:
. O movimento retrógrado de alguns planetas; O movimento retrógrado é
o movimento de um planeta em uma direção oposta ao de outros corpos
de seu sistema conforme observado de um ponto de referência particular.
. O aumento do seu brilho durante seus movimentos é uma evidência que
alguma coisa estava sem explicação.
. A não uniformidade da trajetória anual do Sol – O Sol para Aristóteles é
que circulava ao redor da Terra, essa trajetória se mostrou variável.
O sistema de Ptolomeu tinha
origem na física aristotélica,
porém introduziu algumas
novidades ao buscar adequar
seu sistema a fatos como o
movimento retrógado de
alguns planetas.

12. Sistema Ptolomaico
Sistema Ptolomaico
Movimento retrógrado dos planetas

13. Lembrando, ainda na Antiguidade, outro filósofo, Aristarco de Samos,
contestou o sistema Geocêntrico propondo que o Sol seria o centro do
Univerno. Mas a idéia não foi aceita pela maioria dos pensadores
daquela época.
(310 - 230 a.C.)

14. Nicolau Copérnico
(1473-1543)
Copérnico viveu em pleno
Renascimento, período da história
da humanidade em que a cultura e o
saber fizeram avanços
revolucionários. A expansão do
comércio exigiu maior precisão das
cartas celestes para solucionar os
problemas náuticos..
Nicolau Copérnico retomou as idéias
de Aristarco, sobre o heliocentrismo.
O modelo de Copérnico foi
considerado um atentado às teorias
científicas da época. A igreja
considerou absurda a idéia que o
homem, obra prima do criador, não
ocupasse o centro do Universo.

15. Modelo Heliocêntrico

16. A aceitação do heliocentrismo teve que esperar o aparecimento de Johannes
Kepler e e Galileu Galilei.
Na época de Aristóteles era usada a lógica, que era o método de buscar as
respostas sobre a Natureza, com base somente na connstrução do pensamento.
Galileu começava a implementar o método científico onde era necessário realizar
experimentos e observações controladas para descrever as descobertas.
A partir da informação da construção do
primeiro telescópio, na Holanda, ele
construiu a primeira luneta astronômica e,
com ela, pôde observar a composição
estelar da Via Látea, os satélites de
Júpiter, as manchas do Sol e as fases de
Vênus. Foi através da observação das
fases de Vênus, que Galileu passou a
enxergar embasamento na visão de
Copérnico (Heliocêntrico – O Sol como
centro do Universo.

17. A RELATIVIDADE DO MOVIMENTO
O movimento não é absoluto. Portanto movimento e repouso são relativos a um
referencial, consequentemente, ou seja, as leis do movimento são as mesmas em
todos os referenciais inerciais não existindo um referencial privilegiado.
Galileu chegou ao princípio da relatividade ao fazer uma analogia do movimento de
um navio com o movimento da Terra. Suponha um navio que se move com
velocidade constante em relação a uma pessoa imóvel no cais do porto. Se alguém
soltar uma esfera de ferro do alto do mastro, qual será a trajetória da esfera?

18. Galileu Galilei
1564-1642
O Defensor do
modelo
heliocêntrico

19. Em 1642, ele morreu cego e
condenado pela Igreja Católica por
suas convicções científicas. Teve suas
obras censuradas e proibidas.
Contudo, uma de suas obras (sobre
mecânica) foi publicada mesmo com a
proibição da Igreja, pois seu local de
publicação foi em zona protestante,
onde a interferência católica não tinha
influência significativa. A mesma
instituição que o condenou o absolveu
muito tempo após a sua morte, em
1983.

20. AS LEIS DE KEPLER
1ª Lei de Kepler - Lei das Órbitas
Os planetas descrevem órbitas elipticas
em torno do Sol, que ocupa um dos focos
da elipse.
Joahannes Kepler
(1571 – 1630)

21. Uma consequência importante dessa lei é o fato de o planeta não
percorrer a sua órbita com velocidade constante. Observe que A1 e A2
são iguais, mas as os arcos ab e cd não são. Se as áreas são percorridas
em tempos iguais, então a velocidade média com que o planeta
percorre o arco ab será maior que a velocidade média com que ele
percorre o arco cd. Com isso, pode-se concluir que o planeta, quando se
dirige ao periélio, ponto mais próximo do Sol, executa um movimento
acelerado, mas quando se dirige ao afélio, ponto mais afastado do Sol,
executa um movimento retardado.
2ª Lei de Kepler - Lei das Áreas
Um planeta em órbita em torno do Sol não se move com velocidade constante,
mas de tal maneira que uma linha traçada do planeta ao Sol varre áreas iguais
em intervalos de tempo iguais.

22. 3ª Lei de Kepler - Lei dos Períodos
O quociente dos quadrados dos períodos e o cubo de suas
distâncias médias do sol é igual a uma constante k, igual a
todos os planetas.
Tendo em vista que o movimento de translação de
um planeta é equivalente ao tempo que este
demora para percorrer uma volta em torno do Sol,
é fácil concluirmos que, quanto mais longe o
planeta estiver do Sol, mais longo será seu
período de translação e, em consequência disso,
maior será o "seu ano".

23. LEI DA GRAVITAÇÃO UNIVERSAL
Ainda que os efeitos da gravidade sejam fáceis de notar, a busca de uma explicação para a
força gravitacional tem embaraçado o homem durante séculos. O filósofo grego Aristóteles
empreendeu uma das primeiras tentativas de explicar como e por que os objetos caem em
direção à Terra. Entre suas conclusões, estava a ideia de que os objetos pesados caem mais
rápido que os leves. Embora alguns tenham se oposto a essa concepção, ela foi comumente
aceita até o fim do século XVII, quando as descobertas do cientista italiano Galileu
Galilei ganharam aceitação. De acordo com Galileu, todos os objetos caíam com a
mesma aceleração, a menos que a resistência do ar ou alguma outra força os freasse.

24. Galileu, observou que
ambos corpos caem à
mesma velocidade,
independente de sua massa.

25. "Matéria atrai matéria na razão direta do produto
de suas massas e na razão inversa do quadrado
da distância entre elas."
Newton estudou o mecanismo que fazia com que a Lua girasse
em torno da Terra. Estudando os princípios elaborados por Galileu
Galilei e por Johannes Kepler, conseguiu elaborar uma teoria que
dizia que todos os corpos que possuíam massa sofreriam atração
entre si.

26. GRANDEZAS ESCALARES
Tempo = 5 segundos, ficam perfeitamente
definidas quando são especificados o seu
módulo (5) e sua unidade de medida
(segundo).
O Tempo, a temperatura, área, volume, são
grandezas escalares.

27. Grandezas vetoriais
Grandezas que para serem caracterizadas, precisam , além
de um módulo e de uma unidade de medida ainda
necessitam de direção e sentido.
Exemplos: força, aceleração, velocidade, quantidade de
movimento, ...