Trabalhos Escolares

Física: o efeito doppler explica a expansão do universo

O astrofísico americano Edwin Hubble, em 1929, descobriu que as galáxias distantes estão, quase sem exceção, se afastando muito rapidamente de nós. O espectro da luz dessas galáxias chega até nossos telescópios e espectrômetros apresentando um desvio para o vermelho.

Hubble explicou esse interessante fenômeno utilizando o efeito Doppler. Se a velocidade com que a galáxia se afasta for realmente grande, a luz que ela envia e chega até nós terá um desvio para freqüências mais baixas, do mesmo modo que o som de uma buzina se afastando fica mais grave.

Na verdade, embora algumas pessoas não condordem, não há nada de especialmente repulsivo na Terra para que as galáxias fujam de nós. O que há, segundo Hubble e a grande maioria dos cosmologistas atuais, é que o Universo está se expandindo.

Essa expansão implica em que, em algum tempo distante, o Universo devia ser muito menor do que é agora, praticamente um ponto, com uma densidade próxima de infinita. Por alguma razão, nesse tempo, ocorreu uma gigantesca explosão, o Big Bang, e a partir daí o Universo vem se expandindo cada vez mais.

A teoria do Big Bang tem inúmeras implicações cosmológicas. Até alguns anos atrás, era considerada por muitos como mera especulação. Hoje, porém, já são conhecidas várias comprovações experimentais que concordam com ela. Uma das mais festejadas foi a descoberta, em 1965, por Arno Penzias e Robert Wilson, da chamada radiação de fundo, que ocupa todo o espaço e é exatamente o que os modelos e os cálculos dos cosmologistas previam como decorrente do Big Bang.

Hubble foi homenageado quando teve seu nome usado para o telescópio espacial que hoje está em órbita. As observações desse telescópio confirmam a hipótese do Universo em expansão.

Física: a história do estudo da física no Brasil

A física foi introduzida no Brasil primeiramente como matéria necessária à formação de engenheiros civis e militares e de médicos. O primeiro laboratório para o ensino da física, utilizado pelos alunos das escolas militares e de medicina foi criado, em 1823, no Museu Nacional do Rio de Janeiro.

À medida que o ensino de engenharia tomava vulto, novos laboratórios didáticos foram equipados. A Escola Politécnica, hoje Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro, teve em Henrique Morize um organizador exemplar, que equipou o laboratório de física, coordenou um bom programa de ensino teórico e experimental e conduziu pesquisas.

O desenvolvimento da pesquisa física no Brasil, iniciado no fim do século XIX, está ligado aos nomes de alguns brasileiros que tiveram sua formação científica fora do país e dedicaram seus talentos à matemática e à física. Entre os que publicaram memórias e fizeram palestras sobre aspectos novos da física na época e estimularam o estudo da ciência no país cabe citar os nomes de Joaquim Gomes de Sousa, Oto de Alencar, Manuel Amoroso Costa e Teodoro Ramos.

Em 1934, foi fundada a Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da Universidade de São Paulo (USP). Gleb Wataghin, que chefiou o departamento de física, conseguiu atrair talentos e constituir uma equipe inicial de pesquisadores de grande mérito, pelo que seu trabalho pode ser considerado o mais importante para a implantação da física como ciência no Brasil. Já em 1936 e 1937, foram publicados os primeiros trabalhos sobre física teórica, de Mário Schemberg, e experimental, de Marcelo Damy de Sousa Santos.

O sucesso da Faculdade de Filosofia de São Paulo estimulou a fundação, em 1939, da Faculdade Nacional de Filosofia, no Rio de Janeiro, cujo departamento de física teve como organizador Joaquim da Costa Ribeiro. Mesmo sem contar com os recursos e facilidades de sua congênere de São Paulo, o departamento de física da nova faculdade promoveu cursos de formação e trabalhos de pesquisa, entre os quais os importantes estudos sobre dielétricos de Bernardo Gross, Costa Ribeiro e colaboradores.

César Lattes, que fizera seus estudos iniciais na Faculdade de Filosofia de São Paulo, realizou no Reino Unido e nos Estados Unidos pesquisas sobre raios cósmicos e sobre mésons. Sob sua influência foi organizado, em 1949, o Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), que contou de início com sua orientação científica na parte experimental e a de José Leite Lopes no campo teórico. Em poucos anos a instituição adquiriu renome internacional e sua coleção de trabalhos sob o título Notas de física constitui repositório essencial de informações sobre a história da pesquisa física no Brasil. Além de sua tarefa fundamental de pesquisa, o CBPF colaborou na formação de pessoal científico, e tomou também a seu cargo cursos de pós-graduação.

Várias instituições têm-se aparelhado para o trabalho de ensino e pesquisa no campo da física, especialmente institutos e departamentos ligados a universidades. Destacaram-se por seus trabalhos no campo da pesquisa o departamento de física do Centro Aeroespacial de São José dos Campos SP; o Centro de Tecnologia Nuclear, na Universidade de Minas Gerais, em Belo Horizonte; o Instituto de Física da Universidade do Rio Grande do Sul, em Porto Alegre; o Instituto de Física da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro; os departamentos de física das universidades da Bahia, de Pernambuco, de Campinas SP e de São Carlos SP.

A Sociedade Brasileira de Física, fundada na década de 1960, tem por finalidade promover a pesquisa e o ensino da física no país, bem como defender os interesses profissionais dos físicos. Pouco depois de fundada, congregava mais de mil associados.

Física: a metodologia experimental e a teórica

Segundo o método de abordagem, a física subdivide-se na metodologia experimental e na metodologia teórica.

A primeira é uma sondagem das propriedades da matéria, seu movimento e transformações, através de observações e medidas dos aspectos quantitativos relevantes. A física teórica visa a incorporação dos resultados experimentais em teorias consistentes, capazes de articular elementos novos com aqueles já conhecidos, representando-os segundo estruturas lógicas abrangentes que recorrem a um conjunto mínimo de postulados e princípios gerais. Enseja também a previsão de fenômenos ou comportamentos novos e a formulação da teoria dos instrumentos de medida, essencial para o desenvolvimento do método experimental. Os dois tipos de abordagem se acham em todos os campos e divisões da física.

A física teórica requer grande imaginação e domínio do instrumento matemático, enquanto a física (e a matemática) experimental exige alta engenhosidade, conhecimento de técnicas variadas, habilidade de planejamento experimental e perseverança na superação de dificuldades. Para responder às questões que são apresentadas, a física requer inicialmente uma observação cuidadosa dos fenômenos, bem como a análise dos fatores que podem influir sobre eles. Após a consideração de um fato concreto, chega-se a um raciocínio e se enuncia uma hipótese de trabalho capaz de explicar o fenômeno observado e à qual se possa chegar de uma maneira indutiva ou dedutiva.

O passo seguinte é a experimentação, ou seja, a reprodução do fenômeno sob condições previamente preparadas e cuidadosamente controladas. Desse modo, podem-se alterar as variáveis que atuam sobre o objeto de estudo e registrar a reação dessa mudança sobre o fenômeno observado.

No método científico, a comprovação de todo conhecimento é o experimento. Postulam-se assim leis cuja validez ou falsidade se avaliam segundo o êxito ou o fracasso diante dos fatos experimentais. Finalmente, chega-se à formulação de uma teoria e a sua expressão matemática. Se a hipótese conseguir explicar grande número de dados experimentais, terá a categoria de lei natural.

A partir dos dados conhecidos, podem-se deduzir novas leis, de forma teórica, que logo deverão ser comprovadas experimentalmente. A expressão matemática deve ser capaz de explicar os fenômenos não observados, assim como justificar qualitativa e quantitativamente as medidas realizadas.

Os resultados de uma experiência física podem ser descritos por meio de tabelas, gráficos e equações. As duas primeiras mostram os dados obtidos no experimento e a relação entre eles; as equações permitem generalizar os conhecimentos obtidos ao estudar o fenômeno.

De modo geral, as leis da natureza têm expressão matemática simples. As expressões mais complicadas aparecem quando o fenômeno estudado envolve fatores não conhecidos perfeitamente.