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Sugestão de leitura

Sugerimos a leitura do texto a seguir para apresentar aos alunos as forças que regem o Universo, segundo a Física hoje.



Gravidade: Forças da Natureza

O Universo está recoberto por uma densa rede de tráfego pela qual circulam partículas mensageiras de quatro tipos. Cada uma transporta uma força, como a gravidade. Sem elas, nenhum corpo celeste teria condições de existir.

O cientista subiu ao alto da torre e dali atirou um elefante e uma formiga, podendo assim comprovar que ambos chegaram ao solo ao mesmo tempo, ou seja, que a força de atração entre a Terra e a formiga, de um lado, e entre a Terra e o elefante, de outro, produziu o mesmo resultado. É evidente que essa experiência jamais pôde realizar-se, por seus óbvios inconvenientes. Mas é certo que muitos cientistas do passado - Galileu, por exemplo - dedicaram-se a atirar bolas do alto de torres para estudar a atração terrestre.

Foi Isaac Newton (1643-1727) quem há três séculos explicou o fenômeno com sua teoria da gravitação - a primeira teoria matemática sobre uma força da natureza. Até então, as ideias sobre o assunto se baseavam na experiência comum: a ação por contato, como um empurrão; ou, se uma pessoa chuta uma bola, esta se acelera. Mas onde estaria, por exemplo, o contato entre a Lua e os oceanos, capaz de explicar o movimento das marés? Newton ocupou-se seriamente desse problema e propôs o conceito de efeito a distância. Segundo ele, dois corpos separados por um espaço intermediário mais ou menos grande exercem mutuamente uma força de atração. O valor da força é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles; quanto maior a distância, menor a força.

Dado esse primeiro passo, surgiram teorias similares sobre as demais forças da natureza. É possível demonstrar facilmente que também os ímãs exercem sua força de atração até uma certa distância, bastando aproximá-los pouco a pouco. Da mesma forma pode-se observar as forças eletrostáticas, como as que erguem os pelos quando se encosta o braço num tecido sintético. Também no interior do núcleo de um átomo atuam forças entre seus componentes, embora a distâncias ínfimas.

No século XIX, Michael Faraday (1791-1867) e James Clerk Maxwell (1831-1879) desenvolveram novas ideias sobre o efeito a distância e inventaram o conceito de campo de forças.



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Segundo essa teoria, uma carga elétrica cria um campo elétrico invisível no espaço à sua volta. Se nesse campo já existir outra carga elétrica, ela sofrerá o efeito de uma força. Essa ideia era efetivamente nova. Partindo do efeito que exercem mutuamente dois corpos ou partículas afastadas, concebeu-se que existe uma força por meio do contato entre uma partícula e o campo de outra partícula. Hoje, teorias de campo se aplicam a todas as forças da natureza.

Albert Einstein formulou em 1913 uma teoria do campo de gravitação para substituir a primitiva teoria de Isaac Newton. No entanto, continua sendo um mistério como uma força (melhor dizendo, uma interação) pode atravessar o espaço vazio. Afinal, o próprio campo é invisível e só denuncia sua existência mediante o efeito que exerce sobre a matéria ou as cargas elétricas. Felizmente, a moderna formulação da teoria do campo proporciona um indício para a solução do enigma. Pois ela se inclui na teoria dos quanta (em latim, porções, quantidades). Sua história teve início no ano de 1900, quando o físico alemão Max Planck (1858-1947) observou que a radiação eletromagnética (por exemplo, a luz) se propagava em pacotes ou quanta. Antes, acreditava-se que a radiação eletromagnética consistia em ondas. Agora é reconhecido que ela pode tomar a forma de onda ou de partícula; às vezes se comporta como onda; outras, como partícula [...].

Quando se trata da interação entre partículas carregadas eletricamente (através de seus campos eletromagnéticos), o próprio campo também possui qualidades similares às das partículas. Por isso os físicos imaginam da seguinte forma o efeito de um elétron sobre outro: o elétron A envia um fóton (partícula), que avança vertiginosamente pelo espaço até o elétron B e é absorvido por este. O fóton se comporta como um mensageiro, que transmite a força eletromagnética de um elétron a outro. Além da gravitação e do eletromagnetismo existem duas outras forças que agem dentro do núcleo do átomo. Uma é a força forte, que mantém unidos os prótons e nêutrons. A outra é a força fraca, que atua entre partículas menores, como os pósitrons e neutrinos.

A cada uma das forças corresponde uma classe especial de partículas mensageiras. Para a gravitação estão os grávitons (cuja existência, no entanto, ainda não foi demonstrada experimentalmente). No eletromagnetismo existem os fótons. No caso da força forte, são os oito glúons (do inglês glue, cola). Já no caso da força nuclear fraca são os bósons W e Z, descobertos há poucos anos. Todos esses mensageiros viajam constantemente a grandes velocidades. O que se denomina espaço vazio é na realidade uma espécie de malha de tráfego percorrida incessantemente por partículas mensageiras.

[...]


GRAVIDADE: forças da natureza. Superinteressante, São Paulo, n. 13, ago. 1988. Disponível em: http://super.abril.com.br/ciencia/gbravidade-forcasnatureza-438776.shtml.Acesso em: 26 abr. 2016.


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