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O nascimento da ciencia experimental

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  • 1. O nascimento da Ciência Experimental: A nova Física Se pude subir tão alto, é que me apoiei nos ombros de gigantes que me precederam (Sir Isaac Newton) Prof. Raul Pessolani – Depto Eng. Mecânica – UFF email: raul@vm.uff.br
  • 2. Fisica Antiga • A física é tratada como a filosofia. • Aristóteles – Física é o estudo do corpo, suas tendências e seus princípios. • Corpos celestes: perfeitos, inalteráveis • Corpos terrestres: sujeitos a movimentos, transformações – O movimento necessita sempre de um motor Tudo o que se move é movido por outro
  • 3. Ótica Sécs XIII-XIV • Lentes, ótica, reflexão e refração. • Quadro de Jan Van Eyck (1390-1441) – Retrato de Giovanni Arnolfini e sua mulher. • Relógio mecânico • Instrumentos de medida: astrolábio e quadrante • Antecedentes do Telescópio e do microscópio
  • 4. Estudo do Movimento • Conceito difuso • Causa dos movimentos: – Naturais. Princípio intrinseco: • Seres animados: alma • Seres inanimados: tendência a voltar aonde foram forjados. a água que cai na terra durante a chuva. – Forjados. Motor extrínseco • O efeito dura enquanto está em contato com o movido.
  • 5. Aristotélicos: • Interpretação equivocada do conceito de inércia: Cessada a força: acaba o movimento. • Rotação da Terra ???
  • 6. Universidade de Paris: Dinâmica • Jean Buridan (1295-1385) – Teoria do Impetus: • O motor imprime ao objeto uma força, que funciona como motor intrínseco e que dura até que a resistência passe a predominar. • O impetus está função da velocidade e da quantidade de materia. – Movimento dos planetas • Deus deu um impulso inicial aos corpos, que, “por não encontrar resistência, não podia ser enfraquecido nem destruído com o tempo” Primeiros rudimentos da Inércia!
  • 7. Nicole Oresme (1380-1382) • Movimento relativo. • O homem no navio acredita que ele está parado e tudo está se movendo e é ao contrário. • Estende à Terra: um observador na Terra não dispõe de qualquer meio para saber se o alvorecer e o pôr do sol são resultantes da rotação do sol ou da terra. – Pergunta-se: • Não será que a terra é que está girando? Antecessor de Copérnico!
  • 8. Os calculadores (Merton College) • Incorporação da matemática à Física. – A realidade empírica deve ser analisada com o auxílio de métodos quantitativos, ou, conforme a terminologia da época, deve ser “calculada”. • Thomas Bradwardine (1328) – Há uma proporção entre Força, resistência e velocidade. • Se a velocidade aumenta aritmeticamente, a relação entre F e R aumenta geometricamente. Pela primeira vez, aplica-se a algebra à Física.
  • 9. Regra da Velocidade média • William Heytersbury, John Dumbleton e Richard Swineshead (1330) – Estudos em cinemática. Um móbil animado com um movimento uniformemente acelerado percorre, num tempo dado, a mesma distância que ele percorreria se tivesse se deslocado a uma velocidade constante igual à média de sua velocidade inicial e final.
  • 10. Renê Descartes (1596-1650) • Dúvida universal – Devemos procurar idéias “claras e distintas” – Metodologia => a análise cartesiana, matemática • A única certeza vem da Matemática – Geometria + Álgebra = Geometria Analítica • Tenta aplicar a matemática para tudo – Demonstração Geométrica da Existência de Deus – Polêmica com William Harvey Nunca um método tão cegamente seguido, levou a conclusões tão claramente errôneas
  • 11. -Dificuldades: Falta de um simbolismo adequado. -Exemplo: x2 + 2.x = 18 census plus 2 R aequais 18 Q + 2 N aeq 18 (Viete) x2 + 2 x * Oo 18 (Descartes & Fermat)
  • 12. Calculo Diferencial e Integral • Necessidade de se calcular o valor instantâneo de grandezas físicas. • A descrição de fenômenos por meio de equações diferenciais, que indicam instantâneamente as propriedades. • Dois conceitos: – 1) Diferenciação: • Surgiu do conceito de limite. – 2) Integração: calculo de áreas, volumes. • Determinação de áreas: quadraturas • Descobrir o quadrado que tem área igual ao circulo.
  • 13. Fisica do Renascimento • Domingo de Souto (1494-1570) – Aplica a regra do MUV para a queda livre dos corpos (1522) • Simon Stevin (1548-1620) – Adota a tática de analisar um mecanismo no caso "ideal".
  • 14. Galileu Galilei (1564-1642) • Artesão. • Constrói um Telescópio: – Descobre que a superfície da Lua não é perfeitamente lisa contrariando a Física antiga. – Descobre as Luas de Jupiter, e acaba com um dos argumentos da Fisica de Aristóteles que dizia que se a Terra se movimentasse a Lua seria deixada para trás. – Descobre as Fases de Venus – Entra em contato com a cinemática dos calculadores. • Realiza experimentos controlados
  • 15. Descrição matemática da queda dos Corpos. Os objetos em queda livre, a partir do repouso, apresentam deslocamentos sucessivos (em intervalos de tempo iguais) diretamente proporcionais aos números ímpares.   t ⇒ h = g/2 . t2 = d 2t ⇒ h = g/2 . 4 t2 = 4. d 3d 3t ⇒ h = g/2 . 9 t2 = 9. d 5d 4t ⇒ h = g/2 . 16 t2 = 16. d 7 d
  • 16. - Galileo e a Matematização da ciência A filosofia (= ciência) está escrita neste grandíssimo livro que continuamente está aberto diante de nosso olhos (eu quero dizer o universo), mas que não se pode entender se antes não se aprende a entender a língua, e a conhecer os caracteres, nos quais está escrito. Ele é escrito em língua matemática, e os caracteres são os triângulos, círculos, e outras figuras geométricas, sem cujos meios é humanamente impossível entender uma só palavra; sem isto como um vão caminhar por um obscuro labirinto.
  • 17. Séc XVII: A nova Física • Observações contestam que os corpos celestes sejam diferentes dos terrestres – Copérnico: teoria Heliocêntrica – Kepler: explicação simples para a órbita planetária • Galileu – Descobertas que minam a Física de Aristóteles: • Luas de Júpiter, crateras da Lua, Fases de Vênus – Experimentos controlados • A queda dos corpos • Plano inclinado
  • 18. Isaac Newton (1642-1727) • Realizações: – Matematização da Física: Calculo Diferencial e Integral – Ótica: desmembramento da Luz Branca, teoria do Calor e da Luz, Desenho de instrumentos científicos – Influência da lua sobre as marés – Conceito de massa inercial, codificação da dinâmica, Lei da gravitação universal • Apoiou-se nos predecessores mas os superou em extensão e profundidade. • Princípios de Filosofia Natural (1683)
  • 19. As 3 Leis do movimento • Principia Mathematica (1683) – 1a Lei: Conceito de Inércia – 2a Lei: A relação entre massa e aceleração – 3a Lei: Princípio da Ação e Reação • Lei da Gravitação universal (atração dos corpos) m1m2 F =G 2 r
  • 20. Repercussões • Com a 2a Lei é possível calcular a posição, velocidade e aceleração de qualquer corpo, ainda que haja uma alteração da força em intensidade ou direção. • A Lei da gravitação explica uma grande quantidade de fenômenos físicos e astronômicos: – O movimento dos planetas e dos cometas, a variação das marés
  • 21. O método de Newton • Desmembrar o problema em 3 fases: – 1) Construção de um sistema hipotético • Isolam-se alguns aspectos e ignoram-se outros – Ex: O Sol e os planetas são pontuais e sem brilho ou calor. • Estudam-se os aspectos matemáticos e fazem-se as deduções. – 2) Verificação das construções teóricas com resultados experimentais • Verifica-se se o modelo deduzido funciona corretamente – 3) Estudo das causas dos fenômenos • Newton era também alquimista.
  • 22. Metodologia da Ciência Experimental • 1) Observação dos fenômenos • 2) Simplificação de aspectos da realidade • 3) Construção de um modelo • 4) Descrição Matemática do fenômeno • 5) Comparação com o real
  • 23. Uma nova abordagem: A Ciência Experimental • Física Medieval: • Física Moderna – Especulativa – Prática. – Filosófica – Voltada para resolver – Metodologia: debates problemas. – Metodologia: Experimental e matemático
  • 24. Newton acreditava ver, na perfeição com que funcionava o “relógio da natureza”, a ação de Deus. A mecanização progressiva da concepção de mundo levou à separação entre Ciência e Religião.
  • 25. Mecanicismo • Junção entre física e matemática: – Novo modo de compreender a Natureza – Tudo está perfeitamente previsto, controlado. – Métodos Matemáticos para descrever trajetórias ou construir máquinas • A Terra, o homem, a história tudo se comporta como uma máquina, um relógio.
  • 26. Aplicação do Método Experimental • Aplicação das 3 leis aos fenômenos – Resistência dos Materiais • Relação entre forças e deslocamentos. – Mecânica dos Fluidos • Descrição das propriedades e do escoamento dos fluidos – Eletricidade • Descoberta e estudo das leis, das grandezas e da relação entre elas
  • 27. Sécs XVIII e XIX O surgimento das ciências particulares • Fundação da Royal Society (1717) • Aplicação da Metodologia a outras áreas: – Eletricidade – Resistência dos Materiais – Mecânica dos Fluidos
  • 28. Mecanicismo • Junção entre física e matemática: – Novo modo de compreender a Natureza – Tudo está perfeitamente previsto, controlado. – Métodos Matemáticos para descrever trajetórias ou construir máquinas • A Terra, o homem, a história tudo se comporta como um relógio.
  • 29. Extrapolações • Reduz o verdadeiro à Ciência Experimental Todo o conhecimento que não pode ser expresso em números é de qualidade pobre e insatisfatório Está certo, desde que se trate de fenômenos mensuráveis!!! • Racionalismo – Razão => Senhora Suprema do universo – “Os iluminados” =Iluminismo
  • 30. É o Racionalismo • É um Reducionismo • Reduz a realidade a quantidade O último passo que pode dar a razão é reconhecer que existem uma infinidade de realidades que a superam Blaise Pascal • Suas consequências aparecerão ao longo dos séculos IX e início do séc XX.
  • 31. “Observei que o racionalista, como o louco, está numa prisão; na prisão do seu pensamento. E essa gente parece achá-la especialmente inspiradora, já que insiste em que a prisão é muito ampla. A amplitude desse mundo científico, não nos oferece nenhuma novidade, nenhum alivio. Seu cosmos sempre seguia sua marcha, mas nem na constelação mais estranha havia nada realmente interessante; nada de perdão; nada de livre arbítrio. “ G.K. Chesterton

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