Newton transforma os usos do prisma de vidro

Universidade Federal de Goiás
Mestrado em Educação em Ciências e
Matemática
Disciplina: Sociologia da Ciência e Ensino de Ciências
Prof.: Luiz Gonzaga Genovese
Zara Hoffmann
Seminário: Trabalhos com Vidro (Simon
Schaffer)

 British Academy Fellows
 Record for: SCHAFFER, Professor Simon
 Post: Professor of History of Science, University of
Cambridge
 Specialisms: Social & intellectual history of
experimental philosophy & exact sciences between
the seventeenth & nineteenth centuries;
historiography & sociology of scientific knowledge;
the sciences & European imperialism
 Elected to the Fellowship: 2012 § H10
 Website:
http://www.hps.cam.ac.uk/people/schaffer/

 Selected publications
 Leviathan and the air pump: Hobbes, Boyle and the
experimental life (with Steven Shapin) (Princeton: Princeton
University Press, 1985)
 The Uses of Experiment: studies in the natural
sciences (Cambridge: Cambridge University Press, 1989), coeditor
and contributor of 'Glass works: Newton's prisms and the uses
of experiment', 67-104
 William Whewell: a composite portrait (Oxford: Oxford University
Press, 1991), coeditor and contributor of 'The history and
geography of the intellectual world: Whewell's politics of
language', 201-31
 'Babbage's intelligence: calculating engines and the factory
system', Critical Inquiry 21 (1994), 203-27
 'The Leviathan of Parsonstown: literary technology and
scientific representation', in Timothy Lenoir, ed., Inscribing
science: scientific texts and the materiality of
communication (Stanford: Stanford University Press, 1998), 182-
222
 The sciences in enlightened Europe (Chicago: Chicago University
Press, 1999), coeditor and contributor of 'Enlightened automata',
126-65

Newton, Boyle, Hooke e outros
 Boyle – Irlandês, rico - 1627/1691 -inicia estudos
aos 12 anos: matemática, química, medicina, física,
astronomia etc etc – fundou a Royal Society of
London – Natureza da Luz como ação das
partículas sobre os corpos e não a relação da luz
com as cores
 Hooke – 1635/1707 – prof. Geometria Oxford,
assistente de Boyle – grande cientista experimenta:
física, matemática, astronomia, química,
biologia,geologia, arquitetura e tecnologia naval.
Chamado de virtuoso e negligenciado pela história.
Obra mais famosa:Micrografia em 1665 (28 anos) e
contribuições para a teoria ondulatória da luz, foi
secretário (curador) da Royal Society

 Experimentadores Jesuítas de Liége (Bélgica)
 Mariotte: (1620/1684) francês, padre, físico e estudos
em fisiologia vegetal. Iniciador da Física Experimental na
Europa (ótica, cores, previsão do tempo, mecânica dos
sólidos, hidráulica...). Membro da Académie de Sciences
 Henry Oldenburg (16119/1677), 1º. Secretário da Royal
Society, diplomata, editor chefe do Philosophical
Transactions.
 Leibniz: 1646/1716, filosofo, matemático, diplomata,
estudos em leis, política, religião, história, metafísica,
lógica e filosofia . Estudou com Huygens. Desenvolveu o
cálculo, funções.
 Prof. Lucasiano: cátedra matemática de Cambridge,
criada por Henry Lucas em 1663, um dos quesitos para o
cargo era não ter atividades religiosas. Newton, Paul
Dirac, Stephen Hawking.

 Huygens: (1629/1695) Holanda/Haia, física,
astronomia, matemática, ciências jurídicas
(diplomacia), estudos conservação da energia,
astronomia (anéis de saturno), teoria ondulatória da
luz, refração e reflexão, cores, etc.
 Newton: 1642/1727, filho de agricultores, inicia
estudos com 16 anos, matemática, física,
astronomia, alquimia, teologia. Peste 1665, Newton
fica em casa por 2 anos. Inimigo ferrenho de Hooke,
e mais capaz de influenciar a Royal Society e os
cientistas de sua época. Entra para Royal Society
assim que Hooke morre. Obras fundamentais:
Principia (1687) e Óptika (1704).

Alguma definições
 Refrangibilidade: raios mais refrangíveis são raios mais
desviados na refração
 Refração: mudança na direção de um raio de luz ao
atravessar uma fronteira entre dois meios. (Modifica a
velocidade e a direção de propagação e o comprimento
de onda, mas não a frequência da onda.)
 Refringência: termo usado para propriedade das
substâncias transparentes: a mais refringente é a que
produz o maior desvio. (um meio é mais refringente que
o outro quando seu índice de refração é maior que outro
(O etanol é mais refringente que água e a luz se propaga
por ele com menor velocidade)
 Difração: encurvamento que ocorre quando a luz passa
por um orifício ou por um obstáculo, contornando-o

Refração: mudança na direção de um raio de luz
ao atravessar uma fronteira entre dois meios.
Modifica a velocidade e a direção de propagação e o comprimento de onda, mas não a frequência da
onda.

Newton transforma os usos do
“prisma de vidro” (1666-1672)
 1664: Newton procurou imitar alguns testes de Boyle
com a mistura de cores mediante uso dos prismas –
não envolvia nenhuma projeção sobre tela ou
parede – examinou faixas de fios coloridos através
dos prismas – o que estimulava a ideia que os raios
produtores de azul eram mais refratas do que os
produtores de vermelho (diferentes
refrangibilidades). Só veio a registrar uma projeção
no manuscrito “Das cores”em 1666, após a leitura
de Micrografia de Hooke.
 1666: O manuscrito de Newton assinala uma
importante mudança nas técnicas prismáticas,
diferentes de Boyle e de Hooke (usou 3 prismas
diferentes, separados ou em conjunto).

 Também registrou o uso de um prisma perfeitamente
quadrado, de vidro polido, cheio de água, e de um
dispositivo construído com dois prismas amarrados,
base com base. Começa a transformar o prisma
triangular, comercial em instrumento experimental
complexo.

 Dois experimentos com prismas foram particularmente
importantes:
 7º.experimento: projeção prismática num espaço de (+-)
6m num aposento escuro. Imagem prismática era
oblonga (comprida, oval ou elíptica) e não circular. A
causa: diferentes refrangibilidades dos diferentes raios.
 Rigorosamente reescrito, reaparece em 1670 como a
primeira demonstração em Cambridge e em sua carta a
Oldenburg – o “célebre fenômeno das cores”.
 44º experimento: envolveu o uso de um segundo
prisma, para tornar a refratar os raios luminosos depois
de saírem do primeiro, para mostrar as diferentes
refrangibilidades das diferentes cores – mais tarde é
reelaborado e torna-se o Experimentum Crucis.

Experimento do artigo de 1672
Figura extraída do Artigo de Newton, publicado em 1672 – Philosophical
Transactions

Esquema do experimento, não aparece na
publicação de 1672 (7º. Experimento)
Figura extraída de artigo da Cibele Celestino Silva, 1997

Experimentum Crucis (44º. Experimento)

 Para compreender essas transformações na
exposição e no significado, bem como o papel
persuasivo que Newton pretendia que tivessem, é
preciso considerarmos o papel dos prismas nos
experimentos.
 As afirmações de Newton ficam subtendidas no
primeiro artigo em1666. As inovações não
aparecem. E a controvérsia instigou os
protagonistas a expor este conhecimento.
 Newton diz ter comprado um prisma na feira de
1665, e outro em 1666 , e três prismas em 1668.
Portando no Ensaio da Cores de 1666 ele já possuía
os prismas.

 O que isto implica para nós?
 1º. É evidente que os prismas eram comprados em feiras
comerciais, relativamente baratos para o projeto
newtoniano de uma filosofia natural prática.
 2º. Era claro para ele que a qualidade e o preparo dos
prismas era importante, mas ele não deixa isso em
detalhes no seu artigo e para os experimentadores de
Londres
 1672 “quero informar-lhes que, sem maiores cerimônias,
no início de 1666, adquiri um prisma triangular de vidro”.
E mais adiante indica as dimensões e o poder de
refração do vidro (valor que indicava ser incomum e
possuir chumbo), devia ser transparente e incolor, e
nenhuma especificações sobre o segundo prisma.

 Nos experimentos destinados a demonstrar que os
raios não compostos não podiam ser modificados –
Newton não deu nenhuma “receita”de como
proceder.
 As técnicas eram especiais e diferenciadas no
manejo dos prismas.
 “A maneira de fazer estas novas separações (dos
raios coloridos por um segundo prisma) não há de
ser difícil para quem considerar as leis das
refrações”- exatamente o objeto da disputa!

 A carreira posterior do experimentum crucis de
Newton e as interpretações detalhadas de seu autor
e seus críticos mostram como era vulnerável a
“obviedade” da exposição de Newton e como eram
importantes as “dificuldades” de seus instrumentos.

Os prismas de Newton e suas plateias
(1670-1672)
 1672 – Nas suas primeiras publicações escritas,
serviu-se de seus experimentos prismáticos
descritos em suas aulas lucasianas em Cambridge.
O contraste entre estas aulas e a versão que
Newton liberou para seu público ajuda a revelar
como ele procurou convencer a plateia.
 Pouquíssimos destes experimento foram resumidos
para a Royal Society na década de 1670. Nas aulas,
nenhum experimento parecia ser significativo e
pareciam precisar de equipamentos e técnicas
especiais.
 Mas nas comunicações com seus colegas
experimentadores, fez o experimentum crucis e
eliminou a maioria dos detalhes sobre seus
métodos.

(1670-1672)
 Em parte alguma nas versões anteriores de sua
palestras, Newton forneceu uma demonstração clara
de sua doutrina da imutabilidade da cor exibida
pelos raios “primários”.
 Não houve nenhum experimento crucial nas suas
palestras.
 Enquanto enriquecia as possíveis táticas dos
experimentos prismáticos, também abordou o
problema da qualidade e do modelos dos prismas.
 Estes instrumentos deveriam demonstrar uma teoria
nova e complexa sobre a origem da cor.

(1670-1672)
 As cores não eram geradas no interior do prisma, as
refrações decompunham a luz. Esta lei não poderia
ser sustentada se os prismas apresentassem
impurezas ou defeitos e fossem a causa da
dispersão. E tinham de ser capazes de separar os
raios “primários”.
 Ele identificou três dificuldades nos prismas comuns:
seus ângulos reduzidos, sua capacidade refrangente
e, o mais importante, o fato de muitos conterem
bolhas e riscos – por isso dizia que fazia seus
próprios prismas com pedaços de espelhos, ou
lâminas de vidro polido de ambos os lados, enchidos
com água límpida (os vidros tinham um toque de cor
– verde ou amarelo).

(1670-1672)
 Repetiu suas recomendações na 6ª. aula, ao discutir
reflexão interna total. Parte de seu trabalho centrou-
se na maneiras de determinar se os prismas
funcionavam adequadamente. Somente assim
poderiam confirmar sua nova doutrina. Para
convencer o público, deveria primeiro convencê-los
a usar os prismas corretamente.
 Tarefa problemática na década de 1670. Havia
ambiguidades nas lições que Newton tirava de
seus experimentos.
 No 44º experimento (1666) havia deduzido duas
consequências importantes:

(1670-1672)
 Primeiro: que os raios produtores de azul eram mais
refratados que os raios produtores de vermelho.
 Segundo: que esses raios não podiam ser divididos
em outras cores.
 Mas na década de 1670, essas duas consequências
foram separadas. Especialmente a segunda não era
fácil de reproduzir, até mesmo na sua 6ª aula não
demonstrou isso (1666), só o fazendo em 1674,
numa edição revista.
 Escrevendo em meio a suas disputas com seus
críticos, ele admitiu que “o experimento com dois
prismas ainda não está perfeito sob todos os
aspectos”.

(1670-1672)
 Nesse experimento, um raio produtor de vermelho,
não refrata se o segundo prisma estiver transversal
ao primeiro, só refrata se o segundo prisma estiver
paralelo ao primeiro (tons de amarelo). Isto parece
contestar a
doutrina fundamental da imutabilidade das cores de
Newton.
 Para evitar as críticas, mudou o protocolo do
experimento – sugeriu um orifício menor possível, e
várias refrações seguidas e não apenas duas.
 Esta foi a estratégia usada por Newton na
publicação do Óptica anos depois (1704).

(1670-1672)
 As diferenças de apresentação fomentaram disputas
entre Newton e suas plateias.
 No artigo a Oldenburg (1672), escolheu alguns de
seus primeiros experimentos, escreveu sua
biografia, omitiu detalhes importantes.
 O Experimentum Crucis foi uma forma simplificada e
resumida de um grande número de experimentos
expostos na 3ª. e na 6ª aulas de Cambridge – onde
Newton extrai as refrangibilidades diferentes,e não a
imutabilidade da cor.
 Mas em outras partes do artigo defende a
imutabilidade.

(1670-1672)
 1673 –Em maio disse a Huygens (por carta ou
artigo) que havia fornecido detalhes suficientes
“àqueles que sabem examinar se uma cor é simples
ou composta” e em junho disse que a proposição
da imutabilidade “poderia ainda ser demonstrada por
experimentos demasiadamente longos para serem
descritos.”
 Isso fazia parte de seu esforço de ganhar aceitação
para sua nova doutrina. Portanto se os
experimentos pudessem mostrar que a
imutabilidade da cor era falsa, afirmavam eles (os
críticos) que a sua doutrina cairia por terra.
 Os prismas e os detalhes dos experimentos eram
elementos fundamentais nessa disputa.

Os experimentadores debatem “as
instruções do Sr. Newton” (1672-1678)
 Reações variadas ao primeiro artigo de Newton: uns
consideravam seu trabalho “dramático e
convincente”.
 Mas nem todos se convenceram.
 Essas diferenças evidenciam tecnologias e filosofias
experimentais contrastantes.
 Hooke reproduziu tretes com dois prismas, mas
negou seu papel decisivo.
 Newton também foi contestado por um grupo de
Jesuítas ingleses de Liége (Bélgica) – contestaram
os pressupostos dos testes newtonianos e alguns de
seus próprios experimentos

 Os Jesuítas relataram que não haviam conseguido
reproduzir o pretenso resultado do experimentum
crucis, não houve acordo sobre como deveria ser o
uso apropriado dos prismas.
 Tampouco quanto à autoridade e ao significado do
mesmo experimento.
 Os críticos também contestaram o fato de que
Newton afirmava que o experimentum crucis
dispensava a realização de uma série de outros
testes.
 “Não é o número, mas o peso dos experimentos que
se deve levar em consideração”.

 Em 1677, Newton negou “haver usado o
experimentum crucis para provar tudo”.
 Hooke negou que este experimento provasse algo
de decisivo: “não é o que ele assim denomina que
resolverá a questão, pois o mesmo fenômeno é
resolvido tanto por minha hipótese quanto pela
dele”.
 Na verdade Hooke deixou implícito que uma das
falhas de Newton, era o número reduzido de
experimentos relatados por ele em contrate com “as
muitas centenas” de testes executados e descritos
por ele mesmo (Hooke): não construiu uma hipótese
“sem primeiro tentar algumas centenas de vezes.”

 Hooke, Boyle e Seth Ward foram designados pela
Royal Society para comentar o artigo de Newton em
1672.
 Hooke também realizara um experimentum crucis
em 1665, sem utilizar prismas, que a seu ver
comprovava sua hipótese da cor. E os usou contra
Descartes. Envolviam mica, películas finas e vidros
cheios de líquidos de diversas cores.
 Hooke e Newton usavam tecnologia experimentais
diferentes e extraíam conclusões diferentes.

 Hooke dizia que estes testes só podiam provar as
diferentes refrangibilidades, mas não que haviam
diferentes raios (cores) antes da luz branca passar
pelo prisma.
 Em 1675 Hooke fala que reproduziu os
experimentos de Newton, mas nega que eram
convincentes, e propõe sua teoria vibratória sobre a
luz e a cor.
 Ao final de 1675 Newton afirma que Hooke havia
“acomodado sua hipótese a essa minha sugestão”
da origem das cores. Por sua vez, Hooke acusa
Newton de plagiar sua sugestão já feita no
Micrografia.

 Em 1672 – os críticos jesuítas também debatem
técnicas rivais e Newton se sente obrigado a
fornecer mais detalhes do que seu artigo inicial e
envia uma retificação à Oldenburg.
 Em 1674 – Line e outros jesuítas mostraram como
era difícil para Newton ganhar autoridade perante o
público.
 Em 1675 Newton recorre à Royal Society para que
retificasse sua afirmação de que o Exp. C. fora
replicado em Londres e que seria fácil de executar
em qualquer lugar.
 Em 1676 os Jesuítas conduziram seus próprios
experimentos, perante testemunhas e que o
resultado era conflitante – apenas uma diferença na
posição do prisma poderia explicar (não relatada por
Newton).

 Em 1676 Newton dá mais detalhes, devido à estas
discussões mais acirradas com os jesuítas, para que
o experimento fosse reduplicado, em público,
deixando implícito que os jesuítas eram
deliberadamente incompetentes.
 O experimento foi apresentado á Royal Society em
abril de 1676, mas só convenceu Oldemburg. Os
filósofos de Liége reagiram, não convencidos,
menos Lucas que, escreve a Oldemburg que os
experimentos de ambos (Liége e Royal Society)
concordam, mas que diferem um pouco dos de
Newton.
 Continuando a refutar a doutrina de Newton, que
ficou perplexo. Retirou-se da discussão em 1678
(p.12)

 A controvérsia (p.13)
 Em 1676 – Lucas realiza o experimentum crucis e
obtém um resultado diferente de Newton, constata
que os raios violetas depois da 2ª refração, exibiam
raios vermelhos. Newton diz que não havia feito este
experimento para provar as diferentes
refrangibilidades de diferentes cores (mas em junho
e 1672 havia afirmado isso), mas para provar que a
luz era composta de raios diferentemente
refrangíveis (sem considerar as cores).
 Esta controvérsia demonstra um problema central
da replicação e da instrumentação.

 Estas discussões demonstram que o Status do
Exp.C. era difícil de estabelecer.
 A replicabilidade e o significado dependiam do
estabelecimento deste emblema.
 Os argumentos de Newton diante de Lucas e de
Hooke eram: ou o experimento não era adequado
ou os prismas não tinham boa qualidade.
 Em 1676 Newton dá mais detalhes sobre como
realizar o experimentum crucis: ângulos dos
prismas, lados planos, diferenças no vidros, para
tentar convencer Lucas (e outros) de que isso
influenciava nas diferentes conclusões.

 E em 1720 o status é estabelecido finalmente – a
qualidade e o posicionamento dos prismas e a “luz
refratada não muda de cor”. (p.15)
 Em 1722, Newton preparou imagens para a edição
francesa do Óptica, onde dava um lugar de honra
aos prismas, que atestam a veracidade do fato
incontestável da imutabilidade da cor.

Uma escolha infeliz de prismas”a conquista
da transparência (1704 – 1722)
 Duas versões da história (p.15):
 1 – Dos que aceitaram o caráter emblemático do
Exp.C. e dos prismas – produziram uma história que
explica pq. o experimento e os instrumentos não
convenciam os críticos
 2 – Dos textos populares (Voltaire, Algarotti) –
afirmam que quem não conseguia reproduzir o
Exp.C. não foram felizes na escolha dos prismas, e
desconsideraram os ensaios divergentes.

 Em 1703 – Hooke morre e Newton assume a
presidência da Royal Society e produz o
Óptica(1704) e afirma que qqr. experimento de ótica,
se executado com os prismas certos, garantiria a
veracidade de sua doutrina.
 Em Londres o prisma havia se tornado um
instrumento “transparente”. Uma conquista dele e
seus aliados.
 Exige uma reconstrução pública dos registros das
controvérsias da óptica – que implicou a exposição
pública de novas técnicas e uma reinterpretação das
falhas anteriores na reprodução de suas afirmações.

 Á medida que Newton domina os recursos
fundamentais da filosofia experimental, a óptica
newtoniana adquire uma história disciplinar e uma
tecnologia padronizada.
 A publicação do Óptica(1704) foi um evento chave
neste processo (foi composto durante a década de
1690).
 O exame de suas partes iniciais mostra como o
autor reconstruiu seus experimentos de modo a
impor sua autoridade na comunidade experimental.

 Mariotte – década de 1670 – desenvolve uma teoria
da luz presumindo que a cor dos raios luminosos
poderiam ser alteradas na refração, refutando a
teoria de Newton.
 Era citado por Leibnitz como tento feito uma
contestação importante da teoria de Newton.
 Nem Mariotte nem Lucas foram mencionados no
Óptica, apenas uma leve menção de Hooke, nem
usou o termo experimentum crucis.
 Newton desloca o peso de sua argumentação para a
constância da cor e para a descrição e colocação
dos instrumentos utilizados.

 Posicionamento de uma lente á frente do primeiro
prisma, tipos de vidros – livres de bolhas e veias –
planos e não convexos, polidos criteriosamente (não
utilizar potéia), as bordas deveriam ser cobertas
com papel preto, disse que fazia seus primas com
espelho cheios de água da chuva com sais de
chumbo para aumentar a refração, não usar vidros
coloridos, só os transparentes.
 Detalhes nos ângulos dos prismas e sobre os
líquidos só foram anotados em seu exemplar – mais
uma vez alterações na forma de manejar os
instrumentos.
 Estava preparado o terreno para firmar que os
experimentos que não desses certo é pq não
usavam prismas corretos, indicados por ele.

 Newton valeu-se de seu poder na Royal Society
contra seus críticos e faz uma campanha a favor dos
prismas ingleses, que supostamente eram de
melhor qualidade.
 Como afirmou Steven Shapin, foi uma campanha de
repercussões políticas importantíssima.
 Afirmação dos experimentos de Londres
 1707 – Leibniz soube do interesse francês pelo
Óptica e aconselha os mesmos a reproduzirem os
experimentos do relatório de Mariotte.
 No mesmo instante, Newton manda reproduzir os
experimentos do Óptica, publicamente.

 A guerra recomeça agora com Leibnitz, que resolve
publicar sua idéias sobre Mariotte no Jornal de
Leipzig.
 1714 – Newton orienta o experimentador oficial da
RS a mostrar que as cores não compostas podiam
ser reproduzidas, que os instrumentos de Mariotte
eram falhos e que Leibnitz estava errado.
 Desaguilier (o experimentador) teve que abordar o
tema replicabilidade tinha que apresentar
experimentos da década de 1670, e não poderia
usar um número excessivo de experimentos com o
novo protocolo do Óptica. E vai a Newton para pedir
ajuda sobre o que fazer.

 Newton ajuda Desaguilier escrever um artigo que
enfatizou que os relatórios produzidos anteriormente
eram suficientes; que havia seguido as instruções
publicadas por Newton no Óptica. Desaguilier
também admitiu que eram necessárias muitas
informações novas para que os experimentos
fossem replicados com sucesso
 Reconheceu também que a técnica só foi publicada
em 1704, por isso Lucas e Mariotte não obtiveram
sucesso.
 Desaguilier também reconstrói o Exp.C. numa
combinação de outros dois e acrescenta muitos
detalhes novos: vidros verdes e uma lente.

 Após um ensaio em casa, faz o experimento perante a
RS e perante filósofos visitantes (Alemanha, França e
Itália) que os replicaram em outros lugares.
 2 consequências disso:
 1 –Mostrou que Mariotte falhou porque seus
instrumentos eram ruins
 2 – Afirmou que todo experimentador deveria usar
prismas de Londres.
 Quando os filósofos vinham a Londres buscar os
prismas, Newton aproveitava para convencê-los dessa
nova prática.
 Primeiro obteve o consenso sobre a doutrina da
imutabilidade as cores e depois definiu os bons prismas
para obter estes resultados.

Referências
 SCHAFFER, S. Trabalhos com vidros. In: COHEN,
B. & WESTFALL, R. Newton: textos, antecedentes,
comentários. Rio de Janeiro: Contraponto, 2002.
(p.250-269 + ficha catalográfica)

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