domingo, 28 de dezembro de 2014

Movimento e repouso

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
Publicada em 19 de dezembro de 2014


No dia a dia, nos deslocamos de casa para o trabalho, para a escola, para o supermercado, entre outros locais (e vice-versa). Isso é feito por meio de transporte coletivo, como ônibus e metrô, ou por meios individuais, como automóvel, bicicleta ou mesmo a pé. Nas grandes cidades, está cada vez mais difícil se deslocar devido aos grandes engarrafamentos. Há muito mais veículos que espaço nas ruas e avenidas. Ficamos mais tempo parados do que em movimento.
No ‘anda-e-para’ do trânsito pesado das grandes cidades, algumas vezes já tivemos a seguinte sensação: nosso veículo está parado, mas o que está ao lado começa a se movimentar, dando a sensação de que nos deslocamos para trás. Quem já esteve em uma grande rodoviária com os ônibus emparelhados também já percebeu isso mais nitidamente. O ônibus ao lado começa a se afastar, mas sentimos que é o nosso que está andando para frente.

Os grandes congestionamentos
Com o olhar um pouco mais atento, quando estamos em uma rodovia reta e plana a uma velocidade constante, a 100 km/h, por exemplo, praticamente não sentimos o movimento do carro. Ao olhar para fora, temos a impressão de que árvores, prédios e demais objetos que estão à margem da rodovia se deslocam no sentido contrário ao do nosso movimento.
Essas observações podem até parecer ingênuas. Afinal, temos certeza de que são os automóveis que se movimentam e não as árvores. Mas, de fato, do ponto de vista estrito da observação, é impossível distinguir quem de fato está em movimento uniforme (em velocidade constante) de quem está em repouso.
Outro fato mais presente e imperceptível para nós são os movimentos da Terra. A cada 23 horas e 56 minutos, a Terra completa uma rotação. Como ela tem cerca de 40 mil km de circunferência no Equador, isso significa que estamos nos movimentando a cerca de 1.700 km/h, ou seja, 40% mais rápido que a velocidade do som.
No caso do movimento de translação ao redor do Sol, que leva 365 dias, a velocidade é ainda mais impressionante: 107 mil km/h, quase 90 vezes a velocidade do som. Não sentimos essas velocidades impressionantes. Para nós a Terra está firme e imóvel. 


Princípio da inércia

Por tais motivos, o homem levou muitos séculos para compreender de fato o movimento. Os antigos filósofos gregos, como Aristóteles (384 a.C-322 a.C), imaginavam que só poderia haver movimento enquanto o objeto estivesse sob a ação de uma força. Para ele, o movimento é uma mudança de lugar e exige sempre uma causa. Sem a ação dessa causa, o movimento cessaria.
A resposta para essa questão talvez tenha levado à maior unificação que ocorreu em toda a ciência: a unificação do movimento com o repouso. A proposição dessa unificação foi feita por Galileu Galilei (1564-1642) e codificada por Isaac Newton (1642-1727) na sua primeira lei do movimento, o princípio da inércia, que pode ser enunciado da seguinte maneira: “Um corpo em repouso ou em movimento uniforme permanece no estado de repouso ou de movimento uniforme a menos que seja perturbado por forças.”
Por movimento uniforme, Newton queria dizer movimento em velocidade constante ao longo de certa direção. Estar em repouso seria apenas um caso especial de um movimento uniforme – é apenas movimento à velocidade zero.
Como é possível diferenciar movimento e repouso? A chave para a resposta a essa pergunta está em perceber que o estado de repouso ou de movimento de um corpo não tem qualquer significado absoluto.
O movimento é apenas definido em relação a um observador, que pode estar em movimento ou não. Se estivermos parados em uma via da rua e outro veículo nos ultrapassar a uma velocidade constante, o volante do nosso carro estará parado para nós, mas para o outro motorista está em movimento em relação a ele.
Existe algum observador que pode saber se está parado ou não? Para Aristóteles, sim; para Galileu e Newton, não. Se a Terra está em movimento e não percebemos, então os observadores em movimento constante não sentem qualquer efeito de seu movimento.
Assim, não podemos dizer se estamos em repouso ou não, e o movimento deve ser considerado puramente relativo. Portanto, quando nos referimos a movimento, devemos sempre esclarecer em relação a que o estamos fazendo. Uma pessoa no interior de um automóvel se move em relação à estrada, mas está em repouso em relação ao banco no qual está sentada.
Há uma ressalva importante a fazer quando nos referimos ao movimento da Terra. A ideia de movimento uniforme e repouso se refere a movimento ao longo de uma linha reta. A Terra, naturalmente, não se move em linha reta, mas os desvios são muito pequenos para ser sentidos diretamente. Se alterarmos o valor da velocidade ou a direção do movimento, podemos senti-lo. Às alterações da velocidade chamamos de aceleração, e essa grandeza pode ter um significado absoluto.


Rotação da Terra

Princípio da relatividade

Quando afirmamos que é a Terra que se move ao redor do Sol e não o contrário, é porque esse movimento só ocorre devido à ação da força da gravidade e, portanto, é acelerado. O movimento elíptico (mas praticamente circular) que a Terra descreve ao redor do Sol acontece em relação ao chamado centro de massa do sistema Sol-Terra. Como a massa do Sol é muito maior que a da Terra (333 mil vezes maior), o centro de massa fica no interior do Sol.
As percepções de Galileu e Newton foram um extraordinário triunfo intelectual. Para os outros, era evidente que o movimento e o repouso eram fenômenos completamente diferentes e facilmente distinguíveis, mas o princípio da inércia os unifica.
Para explicar a aparente diferença entre movimento e repouso, Galileu criou o ‘princípio da relatividade’. Nesse princípio, a distinção entre estar em movimento ou estar em repouso só faz sentido em relação a um observador, uma vez que diferentes observadores se movem de forma diferente; cada um deles distingue de modo diferente os objetos que se movem e os que estão em repouso.
Assim, o fato de cada observador fazer uma distinção se mantém, como deve ser. E o movimento ou o repouso de um corpo deixa, portanto, de ser um fenômeno que exija explicação. Aristóteles afirmava que, se um corpo se move, é porque existe uma força que atua sobre ele. Para Newton, se o movimento for uniforme, este continuará para sempre, não sendo necessária nenhuma força para explicar o fenômeno.
Os movimentos, tão simples e tão presentes em nosso cotidiano, trazem em si conceitos que são fundamentais para o entendimento da natureza. O princípio da relatividade de Galileu foi generalizado por Albert Einstein (1879-1955) na Teoria da Relatividade, que levou a mudanças fundamentais na compreensão da natureza do espaço e do tempo e, como consequência, na própria forma de entender o universo. Mas esse é tema para uma outra coluna.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

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