O livro do Newton

ÓPTICA

ISAAC NEWTON - TRAD. ANDRÉ KOCH TORES ASSIS

Editora Edusp

Área FÍSICA GERAL

Idioma Português

Número de páginas 293

Edição 1ª ED. 2002

ISBN 8531403405

EAN 9788531403408

Essa primeira tradução completa para o português da obra clássica de Newton, realizou-se a partir da quarta e última edição do original inglês, publicada em 1730. Escrito por um dos cientistas que mais influenciaram a ciência moderna, o livro descreve as principais descobertas do autor relacionadas à óptica e às visões corpusculares e ondulatórias da luz. As notas explicativas analisam aspectos específicos que facilitam a compreensão do leitor, situando o texto em sua época e apresentando esclarecimentos adicionais, fornecendo ainda indicações bibliográficas complementares. Em linguagem clara e sugestiva, a obra testemunha os dotes de grande expositor do mestre, que explica com perfeição suas belas experiências e as conclusões a que chegou a partir delas. Por tudo isso, Óptica segue sendo uma indiscutível referência para todas as áreas do conhecimento humano.

Principais contribuições de Isaac Newton para a física:

1 - Óptica
2 - Lei da gravitação universal
3 - As três Leis de Newton
4 - Alquimia

Os Maiores Físicos

Albert Einstein ( 1879 - 1955 ): Com sua Teoria da Relatividade comprova a inexistência do 
espaço e do tempo absolutos. Demonstra que a aceleração damassa altera o tempo, a 
massa é uma forma de energia e vice-versa. Estabelece que a velocidade limite no
Universo é a da luz300.000 Km/Seg.

Alessandro Giuseppe Volta ( 1745 - 1827 ): Físico italiano, foi quem fez a descoberta da 
pinha desenvolvendo assim a eletricidade dinâmica, relevando a correnteelétrica e a resistência
 elétrica, quando decidiu-se definir uma unidade para medir a diferença de potencial elétrico, 
criou-se paraele o nome Volt, em consideração aos trabalhos de Volta.

Anders Celsius ( 1701 - 1744 ): Astrônomo sueco, elaborou uma escala de temperatura que 
hoje é adotada internacionalmente, conhecida como escalaCelsius (°C ). Atribuiu valor 100 para
a fusão do gelo e 0 ( cem ) para a ebulição da água. Estes valores foram revistos mais tarde e
alterados para 0 e 100 respectivamente.

André Marie Ampère ( 1775 - 1836 ): Matemático e físico francês estruturou a teoria 
que possibilitou a construção de um grande número de aparelhoseletromagnéticos, 
descobrindo as leis que regem as atrações e repulsões das correntes elétricas entre si. 
Descobriu também outramaneira de mostrar a atração e repulsão provocada por um fio 
percorrido por corrente.

Aristóteles:  Foi um dos mais importantes filósofos da antiguidade, dedicando-se 
também à política, à crítica literária e à ética.Particularmente na física, sua obra refere-se
ao estudo dos movimentos, incluindo o dos corpos celestes.

Carl Friedrich Gauss ( 1777 - 1855 ):  Astrônomo, matemático e físico alemão, tornou-se 
célebre por seus trabalhos sobre magnetismo, eletromagnetismo eóptica.

Charles de Coulomb ( 1736 - 1806 ):  Físico francês, iniciou suas pesquisas no campo da 
eletricidade e do magnetismo para participar de um concurso aberto pela Academia de 
Ciências sobre fabricação de agulhas imantadas. Estudou o atrito e descobriu a 
eletrização superficial doscondutores entre as cargas elétricas.

Christian Johann Doppler ( 1803 - 1853 ):  Físico e matemático austríaco. Foi 
professor de Física Experimental na Universidade de Viena. Celebrizou-se pelo 
princípio denominado efeito Doppler

Campo Magnetico

Em elétrica cada carga cria em torno de si um campo elétrico, de modo análogo o imã cria um campo magnético, porém num imã não existe um mono-pólo assim sempre o imã tem a carga positiva e a negativa.

Para representarmos o campo magnético usaremos o símbolo , para determinar o sentido de  utilizamos uma bússola ( que só a partir dos estudos do magnetismo pôde ser utilizada para a navegação, com grande importância até nos dias de hoje).

Abaixo representaremos o sentido de um campo magnético.

Assim do real para o esquema à direita temos que o sentido adotado para o campo magnético é sempre do pólo norte do imã para o pólo sul.

Podemos gerar um campo magnético uniforme com o imã abaixo:

Campo magnético por um fio.

, campo magnético (B) é a permeabilidade magnética do vácuo , multiplicado pela corrente elétrica que passa pelo fio dividido pela distância ao fio.

Campo magnético em um solenóide.

, onde B, ,e i são os mesmos da relação para o fio e é o quociente do número de espiras por unidade de comprimento.

Campo Gravitacional

A interação entre dois corpos que possuem massa ocorre devido a um campo que eles geram ao seu redor, esse campo é chamado de campo gravitacional, ou seja, o campo gravitacional é a região de pertubação gravitacional que um corpo gera ao seu redor.

Colocando-se um corpo de massa m na região do campo gravitacional de um corpo com massa M, temos:

A força que a massa M exerce sobre a massa m tem intensidade dada pela Lei Gravitação Universal de Newton e deve ter a mesma intensidade que a força peso, desta maneira:

F = P

G é a constante de gravitação universal (G=6,67 . 10-11Nm²/Kg²).

Esta equação determina a intensidade do campo gravicional, de qualquer corpo em qualquer lugar.

Com esta equação não podemos calcular a acelaração da gravidade da Terra, pois ela possui movimento de rotação, não é totalmente esférica e não é homogênea, tais características faz com que a Terra tenha uma aceleração da gravidade diferente do seu campo gravitacional.

Física Moderna

Física Clássica

Isaac Newton e Galileu Galilei estabeleceram as bases para o estudo da Física. Eles demosntraram que a verdade deve ser alcançada através da lógica e de experiências controladas e não somente através do pensamento como acreditavam os gregos e romanos da antiguidade. Quando Newton formulou a suas teorias estava estabelecendo um programa para a Ciência: Determinar as forças que regem o universo e as suas leis.

Dúvidas

Na época de Newton e após as suas teorias predominava a idéia mecanicista: o universo funcionava de maneira organizada e previsível, como uma máquina. Se alguma inteligência pudesse conhecer a posição e a velocidade de todos os corpos e estivesse informada sobre as forças que agem neles, seria capaz de determinar o passado e futuro de qualquer objeto.

Porém alguns fatos começaram a abalar a simplicidade e previsibilidade destes pensamentos. Alguns surgiram com o estudo da luz. Afinal o que seria a luz? As experiências começaram a mostrar que hora ela se comportava como partícula, hora como onda. Qual a velocidade da luz? Porque essa velocidade é sempre constante?

Outras questões surgiram com o estudo da eletricidade e de outras áreas. Qual a origem deste fenômeno que tem carga positiva ou negativa? E quanto ao magnetismo? De onde vem? Como explicar as reações químicas ou o calor do sol? Algumas dessas questões possuiam respostas e outras só levavam a novas perguntas.

Enquanto isso a matématica desenvolveu novas ferramentas. Avançou o estudo da probablilidade. O estudo da geometria levava a imaginar o espaço de maneira inteiramente nova enquanto certas teorias eram extremamente difíceis de imaginar.

Soluções

Numa época em que a ciência mergulhava em profunda crise e as mentes mais talentosas do mundo duvidavam de suas próprias convicções, um jovem funcionário de uma biblioteca suiça publica várias teorias. Em uma delas explica o Movimento Browniano, a misteriosa trajetória de partículas (pólem, por exemplo) sobre a água parada. Em outra, mostra como ocorre o efeito fotoelétrico, a geração de eletricidade a partir da luz, que varia conforme a sua frequência. Lança também a Teoria da Relatividade, segundo a qual o tempo e o espaço dependem do referencial em que o objeto é observado. O Jovem se chamava Albert Einstein, recém-formado na Escola Politécnica de Zurich. Pouco antes, Max Planck havia solucionado o problema da radiação do corpo negro.

Um corpo que não reflete luz emite radiação de acordo com sua temperatura. Porém essa radiação não variava conforme previam as teorias clássicas. Para explicar essa contradição, Planck supôs que a energia era emitida de maneira quantizada, quer dizer, em quantidades bem definidas, como se fossem pequenos pacotes de energia.

Revolução

As teorias do início do século tiveram grande impacto sobre o desenvolvimento da Física. A partir delas, chegamos a diversas outras conclusões que revolucionaram a Ciência e cujo impacto experiementamos até hoje no desenvolvimento do eletrônica, das telecomunicações, na medicina e em muitas outras áreas. O estudo dessas teorias e suas consequências denominamos Fisica Moderna.

Entre os resultados obtidos com o estudo da Fisica Moderna temos:

Matéria e Energia são equivalentes

A matéria pode ser considereda uma grande quantidade de energia organizada. Algumas das provas de que isso é verdade são as usinas nucleares e as bombas atômicas que utilizam a energia contida em pequenas quantidades de matéria. A fórmula proposta por Einstein que demonstra essa equivalência é:

E = mc²

Onde:

• E = Energia
• m = Massa
• c = Velocidade da Luz

Tempo e Espaço dependem do referencial

As medidas de tempo e espaço não são iguais para todos. Se um observador move-se em velocidade próxima a da luz, o tempo se dilata e o espaço se comprime em relação a um outro observador em repouso. Hoje em dia satélites do sistema GPS possuem correção dos seus relógios devido aos efeitos da relatividade.

Magnetismo

Na Grécia antiga (séc. VI a.C.) em uma região chamada Magnésia observou-se a existência de uma pedra de comportamento estranho, pois foi observado que elas tem a propriedade de atrair materiais como o ferro, hoje sabemos que esta pedra é a magnetita (oxido de ferro Fe₃O₄) , nesta época, referida, a pedra tomou o nome de imã, e o estudo dos imãs chamasse magnetismo.

Para os imãs foram observados três fatos importantes, primeiro a capacidade de atrair objetos de ferro, segundo a capacidade de transmitir esta capacidade para os objetos de ferro, e terceiro que esta capacidade está concentrada principalmente nas regiões extremas do imã.

Essas regiões extremas foram chamadas de pólos devido à interação do imã com a posição da Terra.
Assim

Foi essa característica que possibilitou a construção da bússola que foi tão importante para as navegações.

Inseparabilidade dos pólos

Inicialmente pesquisadores resolveram quebrar um imã ao meio para separar os pólos assim logo perceberam que ao quebrar um imã os pólos iniciais se conservam e no local onde foi quebrado se forma um pólo oposto a esse, isso infinitas vezes, se necessário.

O campo magnético da Terra

Para o campo magnético terrestre vale imaginar que dentro da Terra existe um gigantesco imã, o pólo norte da Terra é o pólo sul magnético e o pólo sul o norte magnético. Sendo que os pólos magnéticos estão deslocados cerca de 11º a partir do eixo de rotação da Terra.

Fonte: infoescola.com

Força Peso

Quando falamos em movimento vertical, introduzimos um conceito de aceleração da gravidade, que sempre atua no sentido a aproximar os corpos em relação à superficie.

Relacionando com a 2ª Lei de Newton, se um corpo de massa m, sofre a aceleração da gravidade, quando aplicada a ele o principio fundamental da dinâmica poderemos dizer que:

A esta força, chamamos Força Peso, e podemos expressá-la como:

ou em módulo: 

O Peso de um corpo é a força com que a Terra o atrai, podendo ser váriável, quando a gravidade variar, ou seja, quando não estamos nas proximidades da Terra.

A massa de um corpo, por sua vez, é constante, ou seja, não varia.

Existe uma unidade muito utilizada pela indústria, principalmente quando tratamos de força peso, que é o kilograma-força, que por definição é:

1kgf é o peso de um corpo de massa 1kg submetido a aceleração da gravidade de 9,8m/s².

A sua relação com o newton é:

As Leis de Newton

Primeira Lei de Newton para o movimento: a Lei da Inércia

A primeira lei de Newton é lei da inércia, que diz:

“Todo o corpo tende a permanecer em estado de repouso ou de movimento em linha reta e com velocidade constante, se nenhuma força atuar sobre ele”.

Uma propriedade intrínseca dos corpos, e fundamental para compreender isto tudo, é a massa. É o valor numérico da inércia de um corpo. A partir da massa e da velocidade de um corpo, podemos determinar uma grandeza física denominada quantidade de movimento linear, ou momento linear.

Ela é dada por:

Q = m.v em kg.m/s

Onde:

Q é a quantidade de movimento linear, m é a massa do corpo e v é a velocidade do corpo.

O impulso de uma força é uma grandeza física responsável pela variação da quantidade de movimento de um corpo. Matematicamente, é dado por:

I = F.Δt em N.s (ou kg.m/s)

Onde
I é o impulso
F é a força, em N (newton)

A variação da quantidade de movimento é dada por:

ΔQ = m.Δv em kg.m/s

Podemos escrever o impulso como:

I = ΔQ em N.s ou kg.m/s

Exercícios:

1) Qual é o impulso de uma força de 5N que age durante 2s sobre um corpo?
2) Qual é a força que atuou sobre um corpo se, durante 2s sua velocidade variou em 20m/s?

A segunda lei de Newton

A segunda lei de Newton diz:

“A mudança do movimento é proporcional à força motriz impressa, e se faz segundo a linha reta pela qual se imprime essa força (NEWTON, 2008, p.54)”.

A equação para a segunda lei de Newton se dá a partir das análises:

I = ΔQ

Ou

F.Δt = m.Δv

Logo

F = ΔQ/Δt

Esta última é a forma matemática da segunda lei de Newton.

Se dividirmos dos dois lados por Δt:

F = m.Δv/Δt

A aceleração média é dada pela expressão:

a = Δv/Δt em m/s²

Desta forma, podemos escrever:

F = m.a em N (newton)

Esta última é na verdade a fórmula de Euler.

Terceira lei de Newton: ação e reação

A terceira lei de Newton diz que para qualquer força aplicada sobre um corpo, este oferece uma reação, ou seja, este corpo reage imprimindo uma força de mesmo módulo, na mesma direção da força aplicada, porém com sentido contrário. Um modo bem simples de se aceitar isto é aplicar uma força em uma parede sólida. A reação oferecida pela parede faz com que o agente recue proporcionalmente à intensidade da força aplicada.

                                          Vídeo original nosso.

Fonte: infoescola.com

Física Nuclear

O que Física Nuclear estuda

Se classificarmos todas as forças que existem, teremos quatro grandes grupos:

• Força Gravitacional – Atração entre corpos responsável pela órbita dos planetas ou pela queda de uma fruta.
• Forças Eletromagnéticas – Dá origem aos imãs, aos fenômenos elétricos, às reações químicas, etc.
• Força Nuclear Fraca – Produz o decaimento  em que um elétron é emitido do núcleo.
• Força Nuclear Forte – Responsável por manter as partículas do núcleo unidas, mesmo com cargas elétricas iguais.

A Física Nuclear estuda as reações que ocorrem nos núcleos dos átomos. Eles não são tão estáveis e indivisíveis quanto os antigos pensavam que um átomo seria. Muitos fenômenos ocorrem produzindo variados efeitos. Alguns elementos da tabela periódica por exemplo só existem durante alguns segundos até que reações nucleares o transformem em outros elementos.

Aplicações

Fissão de um átomo

Entre as aplicações mais conhecidas da Física Nuclear esta geração de energia elétrica em usinas nucleares. Reações nucleares de fissão controladas produzem calor aquecendo água que movimenta turbina para produzir eletricidade. Na medicina os Raios X permitem enxergar os ossos e outras partes do interior do corpo humano; tratamentos de câncer utilizam efeitos nucleares como arma para combater os tumores (radiologia); elementos radioativos (que emitem partículas ou radiações) são usados para estudos do cérebro e outras partes do corpo. A Física Nuclear também pode ser usada para produzir os armamentos mais destrutivos da história, as bombas nucleares

.

Principais teorias

Einstein incorporou a existência do átomo em suas teorias. Até então o átomo era visto como uma suposição teórica sem prova material. O físico alemão também formulou a teoria pela qual matéria e energia são equivalentes. Segundo ele:

E = m . c²

Onde:

E = energia
m = massa
c = velocidade da luz

Através da fórmula podemos calcular quanta energia existe em um objeto de massa m.

Como massa e energia são equivalentes, o Princípio da Conservação da Massa se resume ao Príncípio da Conservação da Energia segundo o qual em um sistema fechado a Energia não pode ser criada nem destruída, ela apenas se transforma.

Usina Nuclear

A quebra de um núcleo atômico resulta em novos núcleos e produz uma grande liberação de energia porque a massa total dos novos elementos é menor que a do núcleo original. A massa que sobra é emitida sob a forma de energia. Isto é chamado de Fissão Nuclear. Essa é a base do funcionamento de Usinas Nucleares, com a fissão controlada para produzir eletricidade, e também é o princípio das primeiras bombas atômicas.

Quando átomos de hidrogênio se juntam para formar um átomo de hélio, existe grande perda de massa que é transformada em energia. Esta é a Fusão Nuclear, processo que gera a luz e calor do Sol e que é usado na mais poderosa arma já criada pelo homem: a bomba de Hidrogênio. Ele só ocorre em locais de altíssima temperatura e pressão. Atualmente pesquisadores estudam formas de utilizar a Fusão para produzir eletricidade.

Ao estudar as partículas que compõe a matéria, a Física Nuclear se aproxima de outra área: a Física de Partículas. Esta investiga quais são e como se comportam as partículas que compõe o Universo mostrando de forma muito clara que o átomo, o seu núcleo ou mesmo prótons ou nêutrons não são indivisíveis.

Fonte: infoescola.com