História da Física

1. História da Física Prof. Roberto de A. Martins A revolução copernicana (2) http://ghtc.ifi.unicamp.br/hf.htm

2. Astronomia medieval Antes de Copernico: • A possibilidade de movimento da Terra era discutida como uma hipótese • Eram conhecidas idéias de pensadores gregos • Aristóteles e Ptolomeu discutiram essa hipótese

3. Terra Astronomia medieval Livro medieval de Martianus Capella se referia à idéia de que a Terra poderia girar no centro do universo, e à idéia de que Mercúrio e Vênus poderiam girar em torno do Sol (Herakleides)

4. Cronologia Antes de discutir a obra de Copérnico vamos citar dois autores anteriores a ele: • Nicole Oresme 1320-1382 • Nicolaus de Cusa 1401-1464 • Nicolaus Copernicus 1473-1543

5. Astronomia medieval Em 1377, Nicole Oresme, professor de Paris, comentando o tratado “Sobre os céus” de Aristóteles, discutiu alguns argumentos contra o movimento da Terra e procurou mostrar que eles não eram conclusivos

6. Oresme (1) Contra o movimento da Terra: Vemos o céu, as estrelas, o Sol, a Lua e as estrelas girarem em torno da Terra Resposta de Oresme: Apenas podemos notar que uma coisa se move comparando-a com outras coisas, e podemos nos enganar

7. Oresme • Dois navios movendo-se da mesma forma parecem parados, para quem está neles.

8. Oresme • Se um navio se move em direção a um outro que está parado, os tripulantes dos dois navios pensam que estão parados e que o outro navio se move

9. Oresme • Da mesma forma, pensamos que a Terra está parada e o céu se move, mas pensaríamos a mesma coisa se a Terra girasse e o céu estivesse parado. Terra Terra

10. Oresme (2) Contra o movimento da Terra: Se a Terra girasse para leste, as nuvens e aves passariam sobre nós para oeste. Resposta de Oresme: O ar e a água se movem com a Terra. Tudo se passa como dentro de um navio, onde o ar é transportado com ele.

11. Oresme (3a) Contra o movimento da Terra: Se uma pessoa estiver em um navio em movimento rápido e lançar uma seta para o alto, ela não cairá no navio, mas fora.

12. Oresme (3b) Contra o movimento da Terra: Da mesma forma, se a Terra girasse (para leste), quando lançássemos uma pedra para o alto ela não cairia no mesmo lugar e sim para oeste.

13. Oresme Resposta de Oresme: A flecha também se move para leste, junto com a Terra e o ar, e por isso recai na Terra no lugar de onde partiu.

14. Oresme Resposta de Oresme: Da mesma forma, dentro de um navio em movimento, apenas percebemos os movimentos em relação ao navio. Se movermos a mão para cima e para o algo ao longo do mastro, parecerá que a mão se move apenas verticalmente

15. Oresme Oresme discutiu também se a rotação da Terra contrariava a Bíblia, e concluiu que não havia conflito. Oresme concluiu que não existem objeções fortes contra o movimento de rotação da Terra. No entanto, declarou que acreditava que a Terra está imóvel.

16. Oresme Problemas da resposta de Oresme ao argumento da flecha: • Motivo para que a flecha acompanhe a Terra ? O ar não conseguiria arrastar uma coisa pesada ou rápida • Composição de movimentos não existe na física aristotélica

17. Nicolau de Cusa Outro filósofo importante, antes de Copérnico: Nicolaus Cusanus (1401-1464) • Defendeu idéia de um universo infinito: Circunferência não está em nenhuma parte, e centro está em todas as partes

18. Nicolau de Cusa Nicolau de Cusa “De docta ignorantia” (1440) • Terra não está no centro do universo, pois ele não tem um centro • Argumento do navio: só podemos perceber movimentos relativos • Rotação da Terra, e não do céu • Sol é maior do que a Terra; por que gira em torno da Terra?

19. Antes de Copérnico Apesar de haver autores que defendiam a rotação da Terra, praticamente todos aceitavam que ela estava imóvel no centro do universo Principais astrônomos-matemáticos antes de Copérnico: • Georg Peurbach (1423-1461) • Johann Müller of Königsberg = Johannes Regiomontanus (1436-1476)

20. Copérnico Niklas Koppernigk = Nicolaus Copernicus (1473-1543) Estudou astronomia em Krakow na Polônia (prof. Albert Brudzewski) e em Bolonha (prof. Domenico Maria de Novarra) Observações entre 1497 e 1529

21. O quadro de Copérnico (1) No Museu Nacional de Krakow (Polônia) há um quadro do pintor Jan Matejko (1838-1893) representando Copérnico observando as estrelas e elaborando seu sistema planetário

22. O quadro de Copérnico (2)

23. O quadro de Copérnico (3) Podemos supor que este quadro é fiel à realidade? O autor do quadro é polonês (como Copérnico) e deveria saber o que estava fazendo

24. O quadro de Copérnico (4) O rosto mostrado no quadro é semelhante ao rosto que aparece nas figuras mais antigas de Copérnico

25. O quadro de Copérnico (5) A arquitetura do prédio mostrado no quadro é semelhante à arquitetura de um dos prédios mais antigos da Universidade de Krakow (Collegium Majus), onde Copérnico estudou

26. Mas... embora o rosto de Copérnico no quadro seja igual ao de desenhos antigos, não existem desenhos do rosto de Copérnico feitos durante sua vida. Os desenhos, pinturas e esculturas de Copérnico não se baseiam na realidade histórica O quadro de Copérnico (6)

27. O quadro de Copérnico (7) Além disso, a luneta que está apoiada na perna de Copérnico só foi inventada meio século depois da morte de Copérnico

28. O quadro de Copérnico (8) Alguém deve ter avisado o pintor sobre esse “pequeno detalhe” do quadro. O artista fez uma outra versão da obra, sem a luneta.

29. O quadro de Copérnico (9)

30. Mesmo deixando de lado os problemas da luneta e do rosto de Copérnico, este quadro transmite uma visão equivocada sobre Copérnico Não foi fazendo observações astronômicas que Copérnico elaborou seu sistema heliocêntrico O quadro de Copérnico (10)

31. O pintor parece interpretar a ciência sob um ponto de vista empirista ingênuo, pensando que a partir de observações se pode chegar a uma teoria Copérnico poderia ter passado a vida toda olhando para o céu sem conseguir propor nenhuma teoria nova O quadro de Copérnico (11)

32. O trabalho de Copérnico consistiu essencialmente em uma proposta teórica, baseada na reinterpretação de dados astronômicos que já eram conhecidos O quadro de Copérnico (12)

33. Copérnico Obras astronômicas de Copérnico: • “Commentariolus” [Pequeno comentário] (1510?) Pequeno trabalho manuscrito, que circulou mas ficou inédito até o século XX • “Narratio prima”, de Georg Joachim Rheticus (1540) Apresentou as principais idéias de Copérnico • “Sobre as revoluções dos corpos celestes” (1543) Obra principal, com todos os detalhes matemáticos

34. Copérnico Rotação da Terra: Copérnico conhecia opiniões antigas de que a Terra girava • Quando várias coisas se movem juntas, esse movimento é imperceptível. • Olhamos os céus a partir da Terra, e se ela se move, vamos “ver” esses movimentos como se ocorressem no céu. • “Velejamos do porto, e a terra e a cidade se afastam de nós” [Virgílio]

35. Copérnico Rotação da Terra: • A forma da Terra é esférica, e o movimento mais adequado a esta forma é o movimento de rotação [Platão] • É mais simples supor que a Terra gira, do que supor que todos os astros giram em torno dela.

36. Rotação da Terra Objeções à rotação da Terra: (1) Se a Terra girasse, ela se romperia e todas as coisas seriam atiradas para fora dela Copérnico: • E por que o céu não se rompe? O movimento dele não é muito mais rápido? • Se a Terra girar, esse movimento é natural e não violento, por isso não produz destruição.

37. Rotação da Terra (2) Objeção: Os pássaros e as nuvens seriam vistos movendo-se para oeste. Copérnico: • O ar e as coisas que estão no ar se movem junto com a Terra. • O ar que está mais distante da Terra não está parado em relação à Terra, pois os cometas acompanham o movimento dos astros. • Apenas o ar próximo à superfície da Terra é arrastado e se move com ela.

38. Rotação da Terra (3) Objeção: Movimento naturais dos 4 elementos são retilíneos, radiais em relação ao universo Copérnico: corpos esféricos tendem a girar naturalmente • Movimentos retilíneos não são naturais, só ocorrem para trazer um corpo de volta ao seu lugar natural • Movimentos circulares são os únicos harmoniosos, perfeitos, naturais • Os corpos terrestres acompanham o movimento natural de rotação da Terra, quando caem ou sobem

39. Rotação da Terra Rotação da Terra Para Copérnico, a gravidade não é uma tendência dos corpos pesados para o centro do universo, e sim uma tendência dos corpos semelhantes a se unirem entre si. A Terra tem forma esférica, como os outros corpos celestes, pelo mesmo motivo que torna as gotas de orvalho redondas.

40. Copérnico supunha que os corpos em queda possuem dois movimentos: um natural, de rotação (acompanhando a rotação da Terra) e outro retilíneo, para se unir à Terra. Problema: a queda é natural ou violenta? Não podem existir dois movimentos ao mesmo tempo. Rotação da Terra

41. Movimentos da Terra Copérnico: A Terra não é o centro dos movimentos dos planetas (distâncias e velocidades variam). Poderiam existir outros movimentos da Terra. [Problema: seriam naturais?] Se a Terra possui outros movimentos, eles nos parecem como se fossem movimentos dos astros, como no caso da rotação. Deve-se procurar nos astros algum movimento comum a todos eles, pois ele poderia ser um efeito do movimento da Terra.

42. Terra Movimentos da Terra No modelo de Ptolomeu, os períodos dos movimentos dos deferentes de Vênus e Mercúrio são de um ano (iguais ao do Sol), e os períodos dos epiciclos de Marte, Júpiter e Saturno são também de aproximadamente um ano. Copérnico vai reinterpretar todos esses movimentos como sendo devidos ao movimento da Terra.

43. Movimentos da Terra Vênus e Mercúrio: Copérnico sabe que seus movimentos podem ser interpretados como se eles girassem em torno do Sol, e vai trocar as posições da Terra e do Sol. Terra Terra

44. Terra Terra Movimentos da Terra Copérnico: Velocidade angular dos planetas em relação à Terra = velocidade angular do planeta menos velocidade angular da Terra

45. Terra Movimentos da Terra Ptolomeu: Mercúrio tem 145 ciclos de anomalia em 46 anos e 1 dia + 1/30 Vênus tem 5 ciclos de anomalia em 8 anos menos 2 dias + 1/4 + 1/20 Epiciclos de Mercúrio e Vênus possuem períodos de 116 e 584 dias.

46. Terra Movimentos da Terra Copérnico: Movimentos de Mercúrio e Vênus em relação ao Sol possuem períodos de 88 dias e 225 dias. Cálculo atual: Mercúrio: 1/88 = 1/116 + 1/365 Vênus: 1/225 = 1/585 + 1/365

47. Planeta Terra Sol Planeta Sol Terra Movimentos da Terra Planetas “superiores” (Marte, Júpiter, Saturno): O movimento do epiciclo tem um período próximo a um ano, e Copérnico interpreta esse movimento como sendo devido ao movimento da Terra em torno do Sol.

48. Planeta Terra Sol Planeta Sol Terra Movimentos da Terra Planetas “superiores”: O movimento médio do planeta (movimento do deferente) visto da Terra representa, segundo Copérnico, o próprio movimento médio do planeta em relação ao Sol.

49. Planeta Sol Terra Movimentos da Terra Ptolomeu: Períodos dos movimentos médios [deferente] dos planetas superiores em relação à Terra: Marte: 687 dias = 1,88 anos Júpiter: 4.345 dias = 11,86 anos Saturno: 10.750 dias = 29,43 anos Copérnico: Estes são os períodos dos movimentos em torno do Sol

50. Planeta Terra Sol Planeta Sol Terra Movimentos da Terra Há um modo de testar essa conclusão de Copérnico: Para os planetas “superiores” (Marte, Júpiter, Saturno), velocidade angular do planeta em relação à Terra = velocidade angular da Terra menos velocidade angular do planeta [o contrário dos inferiores]