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quinta-feira, 13 de agosto de 2020

Grandes Cientistas II - Sir Isaac Newton

1. - Isaac Newton


Isaac Newton nasceu em Woolsthorpe-by-Colsterworth, Inglaterra, em  4 de janeiro de 1643 , Ele foi um cientista inglês mais reconhecido como físico e matemático tendo também se dedicado a trabalhos de astronomia, filosofia, teologia. 

quadro de Isaac Newton
Sua obra, Princípios Matemáticos da Filosofia Natural  é considerada uma das mais influentes na história da ciência. Publicada em 1687, esta obra descreve a lei da gravitação universal e as três leis de Newton, que fundamentaram a mecânica clássica. 

Ao demonstrar a consistência que havia entre o sistema por si idealizado e as leis de Kepler do movimento dos planetas, foi o primeiro a demonstrar que os movimentos de objetos, tanto na Terra como em outros corpos celestes, são governados pelo mesmo conjunto de leis naturais. 

O poder unificador e profético de suas leis era centrado na revolução científica, no avanço do heliocentrismo e na difundida noção de que a investigação racional pode revelar o funcionamento mais intrínseco da natureza. 

Newton construiu o primeiro telescópio refletor operacional e desenvolveu a teoria das cores baseada na observação que um prisma que decompõe a luz branca em várias cores do espectro visível. 

Ele também formulou uma lei empírica de resfriamento e estudou a velocidade do som. 

Newton desenvolveu um importantíssimo trabalho criando o cálculo infinitesimal (desenvolveu ao mesmo tempo que Leibniz), e também contribuiu para o estudo das séries de potências, generalizou o teorema binomial para expoentes não inteiros, e desenvolveu o método de Newton para a aproximação das raízes de uma função, além de muitas outras contribuições importantes. 

Newton faleceu em Kensington31 de março de 1727  .


2. - Pequena Biografia



Quando Newton nasceu, seu pai, também chamado Isaac Newton, morrera três meses antes.  Quando Newton tinha três anos, sua mãe se casou novamente e foi morar com seu novo marido, o reverendo Barnabas Smith, deixando seu filho aos cuidados de sua avó materna, Margery Ayscough. Newton não gostava de seu padrasto e manteve alguma inimizade com sua mãe por se casar com ele, conforme revelado em uma lista de pecados cometidos até a idade de 19: "Ameaçar meu pai e minha mãe Smith de queimá-los e a casa por causa deles." A mãe de Newton teve três filhos (Mary, Benjamin e Hannah) de seu segundo casamento.

foto da Casa onde Newton nasceu em Woolsthorpe Manor estilo casa rural
Casa onde Newton nasceu em Woolsthorpe Manor


Estudos secundários no King's School (1655 a 1659)
 
Dos doze aos dezessete anos, Newton foi educado na The King's School, Grantham, que ensinava latim e grego e provavelmente transmitiu uma base significativa de matemática. Ele foi retirado da escola e voltou para Woolsthorpe-by-Colsterworth em outubro de 1659. Sua mãe, viúva pela segunda vez, tentou torná-lo um fazendeiro, uma ocupação que ele odiava.

Período de 1661 a 1665 (Estudos em Cambridge)

Em junho de 1661, ele foi admitido no Trinity College, Cambridge, por recomendação de seu tio, o reverendo William Ayscough, que havia estudado lá. Começou como "subsizar" (aluno que recebe auxílio financeiro em troca de prestação de algum serviço) até ganhar uma bolsa em 1664, garantindo-lhe mais quatro anos até conseguir o mestrado . Naquela época, os ensinamentos da faculdade eram baseados nos de Aristóteles , a quem Newton complementou com filósofos modernos como Descartes , e astrônomos como Galileu e Thomas Street , por meio dos quais ele aprendeu sobre o trabalho de Kepler.

foto do Trinity Collegge em Cambridge
Trinity College, Cambridge

Em 1665, ele descobriu o teorema binomial generalizado e começou a desenvolver uma teoria matemática que mais tarde se tornou o  cálculo . Logo depois que Newton obteve seu diploma de bacharelado em agosto de 1665, a universidade fechou temporariamente como precaução contra a Grande Peste 

Período de Trabalho em Casa (1665 a 1666)

Embora ele tivesse sido indistinto como um estudante de Cambridge, os estudos particulares de Newton em sua casa em Woolsthorpe durante os dois anos subsequentes viram o desenvolvimento de suas teorias sobre cálculo , ótica e a lei da gravitação.


Retorno à Universidade de Cambridge (1667 a 1695)

Em 1667 Newton é eleito membro do Trinity College e em 1669 torna-se professor titular de matemática (prof. Lucasiano) da universidade.

Em 1672 Newton entrou para a Royal Society e em 1686 entregou a essa sociedade o seu famoso trabalho "Principia Mathematical ...". O trabalho foi publicado em 1687 e depois mais duas versões em 1713 e 1726.

A partir de 1688 Newton passou a ocupar cargos públicos de relevância .

Vamos dar alguns exemplos de seus trabalhos científicos e depois voltamos com a sua carreira política.

3. Exemplificando o trabalho de Newton


3.1 - Gravitação Universal



A lei da gravitação universal diz que duas partículas quaisquer do Universo se atraem gravitacionalmente por meio de uma força que é diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.

Se os corpos não são de partículas ou não podem ser considerados como pontos materiais, a distância estabelecida entre elas deve ser medida em relação ao centro de massa delas, ou seja pontos onde pode-se supor que está concentrada toda a massa do corpo ou o sistema de corpos.



esquema mostrando as forças de atração gravitacional segundo as leis de Newton

Três Leis de Kepler

Kepler já tinha enunciado entre 1609 e 1619 suas três leis do movimento planetário

  • Os planetas descrevem órbitas elípticas, com o sol num dos focos;
  • O raio vetor que liga um planeta ao Sol descreve áreas iguais em tempos iguais. (lei das áreas);
  • Os quadrados dos períodos de revolução () são proporcionais aos cubos das distâncias médias () do Sol aos planetas. , onde  é uma constante de proporcionalidade.

O que Kepler não sabia e Newton demonstrou, foi que o que causava o movimento ser dessa forma era justamente a Gravidade.


esquema do movimento planetário em torno do sol obedecendo as leis de Newton da Gravitação Universal


Exemplo de movimento orbital

A seguir vemos um exemplo de um movimento orbital, por exemplo da lua em torno da Terra. Existe uma componente tangencial do movimento que é a velocidade V. A força da gravidade (de acordo com Newton) promove uma aceleração centrípeta (dirigida ao centro) que muda a direção do movimento. Com valores específicos, a mudança de direção ou queda do corpo em direção ao centro é exatamente aquela necessária a que o corpo faça o movimento orbital.

esquema com exemplo de movimento orbital

3.2 - Três Leis de Newton


Primeira Lei de Newton

Conhecida como princípio da inércia, a primeira lei de Newton afirma que: 

 "Se a força resultante que age em um objeto é nula, logo a velocidade do objeto é constante.

Consequentemente:
  • Um objeto que está em repouso ficará em repouso a não ser que uma força resultante não nula aja sobre ele.
  • Um objeto que está em movimento retilíneo uniforme não mudará a sua velocidade a não ser que uma força resultante não nula aja sobre ele.
Explicação ilustrada com tradução



Segunda Lei de Newton

Lei II: A mudança de movimento é proporcional à força motora imprimida, e é produzida na direção de linha reta na qual aquela força é aplicada.

Em termos numericos  F = m x a

Nesta expressão, é a força resultante aplicada, é a massa (constante) do corpo e é a aceleração do corpo. A força resultante aplicada a um corpo produz uma aceleração a ela diretamente proporcional.





Terceira Lei de Newton

 A toda ação há sempre uma reação oposta e de igual intensidade: as ações mútuas de dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas em sentidos opostos.

Observa-se que a ação e reação agem em corpos diferentes como exemplifica o quadro dos patinadores:

desenho esquemático mostrando as forças de ação e reação
exemplo ação e reação




3.3 - Composição da Luz branca


Entre 1670 e 1672, Newton trabalhou intensamente em problemas relacionados com a óptica e a natureza da luz. Ele demonstrou, de forma clara e precisa, que a luz branca é formada por uma banda de cores (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta) que podiam separar-se por meio de um prisma. Em 1666 descobriu o espectro de cores contidas na luz solar. A palavra "espectro" foi cunhada por Newton para descrever o fenômeno que ele observou. Ele acabou de usar um prisma triangular e plantou uma semente do novo campo da ciência para estudar a interação entre luz e matéria, chamada espectroscopia.

foto  de  um prisma decompondo a luz branca em vários feixes de luz de cores diferentes


Experiência Univesp



3.4 - Trabalho em Cálculo Diferencial


O cálculo diferencial e integral, ou simplesmente cálculo, é um ramo importante da matemática, desenvolvido a partir da Álgebra e da Geometria, que se dedica ao estudo de taxas de variação de grandezas (como a inclinação de uma reta) e a acumulação de quantidades (como a área debaixo de uma curva ou o volume de um sólido). Onde há movimento ou crescimento em que forças variáveis agem produzindo aceleração, o cálculo é a matemática a ser empregada. Foi criado como uma ferramenta auxiliar em várias áreas das ciências exatas. Desenvolvido simultaneamente por Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) e por Isaac Newton (1643-1727), em trabalhos independentes.

esquema monstrando o conceito de cáluclo / integração de área sob uma curva

A maioria dos historiadores modernos acreditam que Newton e Leibniz desenvolveram cálculo infinitesimal de forma independente, embora com diferentes notações. Ocasionalmente, tem sido sugerido que Newton publicou quase nada sobre isso até 1693, e não deu um relato completo até 1704, enquanto Leibniz começou a publicar um relato completo de seus métodos em 1684. A Notação de Leibniz e o "Método diferencial", hoje reconhecidos como notações muito mais convenientes, foram adotados por matemáticos da Europa continental, e depois de 1820, também por matemáticos britânicos.


4. - A vida política e social de Newton após ficar famoso



Na década de 1690, Newton escreveu vários tratados religiosos lidando com a interpretação literal e simbólica da Bíblia. 

Newton também foi membro do Parlamento da Inglaterra pela Universidade de Cambridge em 1689 e 1701, mas de acordo com alguns relatos, seus únicos comentários foram reclamar de uma corrente de ar frio na câmara e solicitar que a janela fosse fechada. 

Newton mudou-se para Londres para assumir o cargo de diretor da Casa da Moeda Real em 1696, cargo que obteve com o patrocínio de Charles Montagu, 1º Conde de Halifax , então Chanceler do Tesouro .

quadro de Newton de toga sentado em uma escrivaninha com um livro aberto
Sir Isaac Newton, by studio of Enoch Seeman,
 1726 a 1730, British Museum

Em 1703 tornou-se presidente da Royal Society.

  • 1688 - Se torna deputado na Convenção Nacional
  • 1691 - Se torna deputado no Parlamento
  • 1695 - Se muda para Londres
  • 1696 - Se torna diretor da Casa da Moeda
  • 1703 - Se torna presidente da Royal Society
  • 1704 - Finalmente publica sua obra sobre óptica, o Opticks
  • 1707 - Se torna Sir através da rainha Ana da Inglaterra
  • 1726 - Morre no dia 20 de março


Sir Isaac Newton faleceu no dia 20 de março de 1726, deixando uma das maiores contribuições dadas na história da Ciência.


5. - Referências

 

Isaac Newton - WIkipédia ingles / portugues