História e epistemologia da Física/A Ciência do século XVII: diferenças entre revisões
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Revisão das 19h54min de 17 de abril de 2008
A “Revolução Científica”
Revolução Científica
termo cunhado pelo historiador da Ciência Alexandre Koyré em 1939
contestado pelos historiadores continuístas, este período se caracterizava pela nova visão de universo, com o sol sendo o centro e o atomismo tomando o lugar do continuismo da matéria.
Principais mudanças
- do Geocentrismo, onde a terra é imóvel e seria o centro do universo, para o Heliocentrismo, onde o sol seria o centro do universo (Copérnico, Kepler, Galileu)
- do continuísmo da matéria e 4 elementos (Aristóteles) para o Atomismo (Boscovich)
- da teoria dos graves, imponderáveis, causas finais e lugares naturais (Aristóteles) para a Filosofia Mecanicista (Descartes, Galileu, Newton)
- da teoria dos ‘motores’ (Aristóteles) como causa do movimento para o conceito de inércia (Newton)
- de uma argumentação filosófica para uma descrição matemática (Galileu)
- da noção de sistemas venoso e arterial separados (Galeno) para a noção de sistema circulatório único, impulsionado pelo coração (Harvey).
Revolução Científica Européia ou mera ‘migração cultural’?
Continuísmo
- realismo matemático: já presente no De Aspectibus de Alhazen (islâmico do séc. X)
- Mecanicismo: influenciado pela tecnologia chinesa (séc. I a X)
- Atomismo: matemática e atomismo indianos (sec. VII a.C.)
- Heliocentrismo: vedas indianos (séc. X a.C.)
Artífices da Revolução
René Descartes (1596-1650)
Dados biográficos
filósofo, físico e matemático francês
também conhecido na forma latina Renatus Cartesius
contemporâneo de Galileu
uma das figuras chave da “Revolução Científica”
figura central do Racionalismo, forma de pensamento herdada dos Gregos confrontando o empirismo.
A lei é eficaz por si mesmo, critica a visão personalizada que Deus intervem em tudo
pai: juiz da Alta Corte de Justiça
mãe: morre de tuberculose
estuda no mais prestigioso colégio jesuíta da França e Direito na Universidade de Poitiers
1618: entra a serviço de Maurício de Nassau durante a Guerra dos Trinta Anos para conhecer o mundo e a verdade
1619: visão mística novo sistema matemático e científico publica suas obras na Holanda, mais aberta, enquanto Galileu é processado pela Inquisição
1633: seus livros entram para o Index Librorum Prohibitorum
Matemática
sistema de coordenadas cartesiano (de Cartesius), que influenciou o cálculo diferencial
levou à Geometria Analítica
Física
com Descartes, surge a noção de Lei física, sem o cunho teológico
a lei é eficaz por si mesma, e não mais acontece por intervenção divina.
está de acordo com o agnosticismo de sua época
Pierre de Fermat (1601-1665)
Dados biográficos
advogado e matemático francês
pai: rico mercador de peles
1652: Juiz Supremo na Corte Criminal Soberana do Parlamento de Toulouse
Matemática
Matemática só como lazer
denominado o “Príncipe dos amadores”
com Descartes, os maiores matemáticos franceses do século
seguidor de Diofanto
seu trabalho contribuiu para o Cálculo Diferencial
contribuiu para Geometria Analítica e Probabilidades
O Último Teorema de Fermat
Fermat, apesar do pouco tempo de dedicação a matemática fez contribuições importantes para a geometria analítica e para o cálculo diferencial, contibuiu para a teoria dos números e junto com Pascoal deu origem ao cálculo das probabilidades.
Fenômenos mecânicos ocorrem de maneira mais rápida, isso significa que a natureza age de maneira econômica em suas ações [distância, tempo e energia, por exemplo].
lembra o Teorema de Pitágoras
“Não há solução para x, y, z naturais e n natural, n>2”
“falta de espaço para a demonstração”
demonstrado só em 1995 por Andrew Wiles
Lei da Refração
1662: demonstra a lei da refração, que é corrigida em 1774 por Maupertius
baseou-se no seu Princípio do Menor Tempo, que generalizava o Princípio de Menor Percurso de Herão de Alexandria (60 d.C.)
Christiaan Huygens (1629-1697)
Dados biográficos
matemático, astrônomo e físico neerlandês
filho de Constantijn Huygens, um dos mais prolíficos poetas e compositores neerlandêses, secretário a dois Príncipes e amigo de Descartes, Huygens trabalhou na mecânica, desenvolvimento de modelos cartesianos e estudo da ótica, aperfeiçoando lentes.
1655: descobriu Titã, lua de Saturno
1656: descreveu os anéis de Saturno (Galileu observou primeiro mas pensou que eram satélites)
1656: nebulosa de Órion é formada por estrelas
1657: inventou o relógio de pêndulo
1663: membro da Royal Society
1666: Academia Francesa de Ciências
Física
físico da geração intermediária entre Descartes e Newton
foi um dos maiores teóricos e experimentadores do seu tempo
contribuiu para o aperfeiçoamento dos instrumentos de laboratório
A virada do Século XVII para o XVIII
Isaac Newton (1643-1727)
Buscava a explicação da natureza pela mecânica, influenciado pela alquimia mas principalmente pela religião.
Dados biográficos
nasceu em Woolsthorpe, próxima de Grantham, em Lincolnshire, Inglaterra
prematuro e pequeno, o médico não deu esperança de vida
a mãe, Hannah Ayscough Newton, administrava a propriedade rural da família
seu pai havia morrido algumas semanas antes
sua mãe casou-se novamente, com o pastor Barnabas Smith, quando Isaac tinha três anos e foi viver em North Witham, deixando-o em Woolsthorpe para ser criado pelos avó - este abandono marcou a vida de Newton que seguiu sua vida com desconfiança em suas relações pessoais.
Momento histórico
Até o presente momento a ciência era feita por pensadores isolados que estudavam sem vínculo profissional, apenas porque se interessavam pelo assunto. A partir do sec. XVII surgem as primeiras academias de ciências (Royal Society de Londres, Circulo Pinelli de Pádua, etc.). Essas academias na verdade eram clubes frequentados por pessoas de posse que se reuniam para discutir ciência, geralmente nos moldes aristotélicos, embora nem sempre os assuntos abordados fossem relacionados à ciência (até Newton assumir a Royal Society de Londres). A maior parte da população da época era rural, dificultando a participação nos clubes que possuiam sedes urbanas. Como havia a necessidade de arrecadar sócios com condições de pagarem mensalidade foram criados os periódicos científicos (Philosophical Transactions of the Royal Society, p.ex.).
Descendência filosófica
sábios antigos (!?): Pitágoras, Tales, Virgílio, Moisés, Salomão, etc.
retorno às ‘causas finais’: Deus
Newton, o místico
interessado em Alquimia, em profecias das Escrituras e na ‘cronologia dos antigos reis de Israel’
“o último dos mágicos” (Keynes)
1.200.000 palavras sobre Alquimia (!)
Universo como um enigma a ser decifrado através de ‘chaves místicas’, espalhadas por livros importantes.
Alquimia
Templo de Salomão
Loucura
intoxicado por mercúrio, devido aos experimentos alquímicos, mas também suposta depressão por achar que depois de publicar sua grande obra "Principia" seu ápice havia passado.
‘doença do chapeleiro’ (chapeleiro maluco da história da Alice)
A Física Newtoniana
Força e o Sistema Newtoniano
“O conceito central da Mecânica Newtoniana é força.”[1]
Força como interação
“Uma força é uma extremidade de uma interação; a interação acontece entre dois corpos, atuando com a mesma intensidade em direções opostas.” [2]
Lei da Gravitação Universal
F = GmM/r2
explica as órbitas
dela deduz-se as Leis de Kepler
Máquina Universo
Universo físico Universo vivo
Mecânica Newtoniana
é a característica mais marcante da Revolução científica.
queda livre: diferenças das massas compensam as dos pesos
- F=P
- ma=mg
- ma=mg
- a=g (independentemente da massa)
Leis de Newton
- 1ª Lei: se não há força resultante a velocidade mantém-se constante (inércia )
- 3ª Lei: as forças entre dois corpos em interação são iguais e opostas
- 2ª Lei: uma força atua sobre um corpo variando sua quantidade de movimento
Corolários da 3ª Lei de Newton
- um corpo isolado não pode sofrer força
- um corpo isolado não pode realizar força
- em todos os momentos, a força que um corpo A exerce sobre o corpo B tem magnitude exatamente igual à da força que B exerce sobre A
- ambas as forças acontecem simultaneamente
- a força que A exerce sobre B está no sentido exatamente oposto ao da força que B exerce sobre A
Sucessos
- sistema nocional: força, massa, aceleração
- Leis do movimento
- Lei da Gravitação
- explicação e previsão das marés
- explicação das órbitas planetárias e cometárias
Mecânica
Misticismos
“pertence à Filosofia Natural discorrer sobre Deus a partir das aparências das coisas”(!)
“um espírito sutil permeia e se esconde em todos os corpos materiais; pela sua ação, as partículas se atraem, a luz é emitida, os sentidos são excitados e os músculos se movem”
Óptica
Cálculo
Túmulo de Newton
A Bolha das Tulipas
“Eu posso calcular o movimento dos corpos celestes mas não a loucura das pessoas.” após perder uma fortuna na especulação da South Sea Company (1720)
Sucessos
- construção geométrica (Euclides)
- articulação das conquistas anteriores num sistema
- Mecânica Racional
- paradigma da Ciência por séculos!
Gottfried Wilhelm von Leibniz (1676-1716)
Dados biográficos
polimata alemão
filho de um professor de Filosofia Moral em Leipzig
estudou em sua biblioteca a partir dos 7 anos
aprendeu sozinho Latim aos 12 anos
entrou na Universidade aos 14 anos
Universidade recusou sua monografia Ars Combinatoria mas Altdorf concedeu-lhe o doutorado
foi um faz-tudo para as casas de Brunswick e de Hanover
ajudou à Lei do Estabelecimento de 1701 que levou Georg Ludwig ao trono de Inglaterra como Jorge I
foi impedido de acompanhar Georg a Londres por causa de Newton
ligado à postura filosófica Otimismo
concluiu que, se Deus é onipotente e onisciente, o mundo que ele criou deve ser “o melhor dos mundos possíveis”
foi ridicularizado por Voltaire em Cândido
abandonada após o Terremoto de Lisboa de 1755
Matemática
autodidata em Matemática e Física com Huygens como mentor
inventou o sistema binário de numeração
introduziu símbolos:
- ∫ p/ integral e
- d p/ diferencial
Cálculo
1674: começa a trabalhar
1675/6: utiliza p/ área sob y=x
1675/6: visita a Londres (teria visto trabalhos de Newton?)
1677: carta a Newton
1676: Newton emprega fluxões
Física
introduz o conceito de ‘força viva’ (energia cinética)
também estabelece laços entre a estática e a dinâmica
assim fica estabelecida a continuidade entre causa e efeito.
Pierre-Louis Moreau de Maupertuis (1698-1759)
Dados biográficos
matemático, filósofo e escritor francês
família de mercadores-corsários
Física
estendeu e desenvolveu trabalho de Newton
envolveu-se na controvérsia vis viva (Leibniz) quantidade de movimento (Newton & Descartes)
Terra oblata prolata (Cassini)
expedição à Lapônia
Princípio da Mínima Ação: minimiza
inicialmente proposto por Fermat
princípio de economia da Natureza
metafísico
prova da existência de Deus(!)
Daniel Bernoulli (1700-1782)
Dados biográficos
matemático neerlandês
filho de Johann Bernoulli
família de comerciantes e acadêmicos
família teve muitos artistas e cientistas, especialmente matemáticos
passou a maior parte da vida em Basel (Suíça)
manteve cadeiras de Medicina, Metafísica e Filosofia Natural
seu pai achava que Matemática não dava dinheiro
teve mau relacionamento com pai invejoso (Johann)
ganhou concurso científico em que o pai também concorreu banido de casa!
pai tentou roubar seu livro Hidrodinâmica
Matemática
Exposição de uma nova Teoria da Medição do Risco: baseada no ‘Paradoxo de S. Petersburgo
trabalhou com Euler
Física
primeiro a formular uma teoria cinética dos gases, que aplicou às leis de Boyle-Mariotte
Hidrodinâmica (1738): todos resultados como conseqüência de um único princípio - a conservação da energia
indicou a vantagem de resolver um movimento em composição de translações e rotações
Teoria das marés
problemas de mecânica, especialmente os relacionados às cordas vibrantes
Leonhard Paul Euler (1707-1783)
Dados biográficos
matemático e físico suíço
filho de pastor e de filha de pastor
passou a maior parte da vida na Rússia e na Alemanha
discípulo e amigo de Johann Bernoulli, que interveio p/ que estudasse Matemática em vez de p/ pastor comemorado no Calendário dos Santos Luterano em 24 de maio, juntamente com Copérnico
ocupou cátedra de Fisiologia de Daniel Bernoulli na Academia Imperial Russa de Ciências
D. Bernoulli cansou-se da hostilidade e deixou cátedra de Matemática p/ Euler
mudou-se p/ a Academia de Berlim, a convite de Frederico da Prússia:
indispôs-se com Frederico:
- discriminado por não ser cortesão
- fraco em Retórica: alvo de Voltaire
- problemas de visão: apelidado de ‘Cíclope’
Matemática
publicou mais artigos do que qualquer matemático na História
ganhou 12 vezes a competição do Problema da Academia de Ciências de Paris
doutorado: propagação do som
importantes descobertas do Cálculo à Topologia, bem como Mecânica, Óptica e Astronomia
introduziu a maior parte da notação e nomenclatura matemática atual:
- função
- (somatório)
-
- e (base dos logaritmos naturais)
- seno, co-seno, tangente, etc.
- a+bi: números complexos
- ei = -1
Idéias Religiosas
oponente (c/ Bernoulli) ao Monadismo de Leibniz
crença em leis quantitativas
Cristão e literalista da Bíblia
Anedota
p/ Diderot (ateísta): “(a+bn)/n=x e, portanto, Deus existe”
segundo a lenda, Diderot, embaraçado, deixou a corte russa
na verdade, Diderot era bom matemático
Física
determinou com grande precisão a órbita de cometas e outros astros,
esclareceu a natureza dos cometas
calculou a paralaxe do Sol
contribuiu para o desenvolvimento de tabelas de longitude precisas
Joseph-Louis Lagrange (1736-1810)
Dados biográficos
matemático e astrônomo ítalo-francês
o maior matemático do séc. 18
foi Senador e Conde
Matemática
trabalhou na teoria das equações diferenciais criou o Cálculo das Variações aplicou o cálculo diferencial à teoria das probabilidades
Física
estudou o problema dos três corpos p/ Terra, Sol e Lua (1764) e o movimento dos satélites de Júpiter (1766)
encontrou (1772) os pontos de Lagrange (soluções especiais)
asteróides troianos
Jean le Rond d'Alembert (1717-1783)
matemático, físico e filósofo francês
filho ilegítimo do Cavaleiro Louis-Camus Destouches com a escritora Claudine Guérin de Tencin
foi criado como órfão e adotado pela mulher de um vidraceiro
Destouches pagou secretamente sua educação pois não queria que sua filiação fosse conhecida
Física
introduziu (1747) na Física as equações com derivadas parciais
Mikhail Vasilyevich Lomonosov (1711-1765)
Dados biográficos
cientista, escritor e polimata russo
filho de pescador
completou, em primeiro lugar, em 5 anos o curso de 12 anos da Academia Eslávica de Grego e Latim
foi professor de química e reitor da Universidade de São Petersburgo
demonstrou a origem orgânica do solo, da turfa, do carvão, do âmbar e do petróleo
chegou perto da teoria da deriva continental
previu teoricamente a existência da Antártida, argumentando que icebergs só podem ser formados em terra seca coberta com gelo
Física
1761: primeiro a conseguir o congelamento do mercúrio
1761: propôs a existência de atmosfera em Venus por observação de um trânsito de Venus
replicou as experiências de Boyle
antecipou Lavoisier
sugeriu uma teoria ondulatória da luz
contribuiu para a formulação da Teoria Cinética dos Gases
formulou a idéia da conservação da matéria
Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794)
Momento histórico
séc. XVIII
Luís XV: povo c/ fome (Maria Antonieta)
Física integrava a Matemática
Química permanecia no Mito
Resquícios da Alquimia: qualidades, quatro elementos, etc.
velha máxima dos químicos: “lege, lege, lege, labora, ora, et relege”.
Momento científico
Galileu demonstrara a existência do vácuo
Boyle criara teoria corpuscular da matéria
descobrindo os gases (van Helmont)
estudando a combustão e a respiração
Stahl: teoria do flogisto
Flogisto: princípio adormecido nos combustíveis
‘Explicava’: combustão, calcinação, ustulação
Ensino de Química
o professor ensinava a teoria
o experimentador comprovava a verdade estabelecida
substâncias (milhares) eram ensinadas uma a uma, pelas suas propriedades:
- água régia (mistura de ácidos nítrico e clorídrico)
- espírito do vinho (álcool)
- espírito do vinagre (ácido acético)
- óleo de vitríolo (ácido sulfúrico)
- flores de benzoína (ácido benzóico)
- ar desflogisticado (oxigênio)
- etc.
Dados Biográficos
nasceu em berço de ouro (não nobre)
foi membro da Académie des Sciences aos 25
casou-se c/ Marie-Anne Pierette Paulze: parceira (traduziu do inglês, ilustrou obras)
Introdução da Balança
Balança: medidas precisas
acrescenta precisão ao método experimental
Leis químicas quantitativas
resíduo na fervura da água: terra?
Lei de conservação da massa
Descoberta do Oxigênio
desvendou mecanismo da respiração
desvendou mecanismo da oxidação
fim do flogisto
fogo deixou de ser ‘elemento’
ar deixou de ser ‘elemento’
água deixou de ser ‘elemento’
abriu campo para estudo das combinações químicas
estabeleceu conceito moderno de elemento
Comparação de Teorias
Elementos
conceito: substâncias que não conseguimos decompor
Tabela dos elementos (1789): 33
mas ainda inclui luz, calórico, cal, magnésia, barita, alumina e sílica
nomes sistematizados, indicando a composição da substância
Experiências
aqueceu mercúrio em vaso selado
grânulos avermelhados e redução de volume em 20%
aqueceu grânulos
obteve ‘ar respirável’ (Oxigênio)
pardal sobreviveu 55 minutos
obteve CO2 (precipitava água de cal)
desenvolveu calorímetro de gelo
estudou calorimetria animal
introduziu o termo ‘caloria’
estudou fisiologia animal:
destrinçou transpiração e digestão,
correlacionou respiração e circulação
Dois Grandes Erros
membro da Ferme Général (Receita)
rejeitou mau trabalho científico de Marat
guilhotinado na Revolução por ser coletor de impostos, acusado por Marat
Pierre-Simon, marquis de Laplace (1749-1827)
Dados Biográficos
matemático e astrônomo francês
filho de um pequeno produtor rural
recomendado por d’Alembert p/ escola militar
Conde (1806)
Marquês (1817)
chamado de Newton francês
Matemática
contribuiu para a Teoria das Probabilidades
desenvolveu
- o Laplaciano
- transformada de Laplace
Mécanique celeste = tradução p/ o Cálculo do Principia de Newton (geométrico)
considerava-se o melhor matemático da França
tolerado porque era mesmo!
considerava a Matemática mera ferramenta
dedicou-se à Astronomia Matemática
Física
formulou a hipótese nebular (formação a partir de nuvem de gás
um dos primeiros cientistas a postular a existência de buracos negros e a noção do colapso gravitacional
‘demonstrou’ a estabilidade do Sistema Solar
Demônio de Laplace
uma mente que soubesse exatamente o estado atual do Universo (posições, forças, velocidades, etc.) poderia conceber todo o Universo, dos átomos aos astros em uma única fórmula
Determinismo
Laplace e Napoleão
- Napoleão: “como escreveu tudo isto sem mencionar o Criador?”
- Laplace: “não precisei dessa hipótese!”
- Lagrange: “mas ela explica muita coisa!”
- Laplace: “Sim, mas não permite previsões!”
Referências
- ↑ HESTENES, David; WELLS, Malcolm; SWACKHAMER, Gregg, Force Concept Inventory, The Physics Teacher 30(3):141-158, 03/1992, p. 142.
- ↑ HELLINGMAN, Cornelis, Newton’s Third Law Revisited, Phys. Educ. 27(2):112-115, 03/1992, p. 115.
Ver também
- GOTTSCHALL, Carlos Antonio Mascia. Do mito ao pensamento científico: A busca da realidade, de Tales a Einstein. São Paulo : Atheneu, 2004.
- QUEIROZ, et al. Luz: Ciência, Arte e Ensino de Física. (disponível em http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/epef/x/sys/resumos/T0164-2.pdf)
- REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis? História, Ciências, Saúde - Manguinhos, out./2006.Disponível em http://www.scielo.br/pdf/hcsm/v13s0/04.pdf
- Física do século XVII
- Galileu
- Newton