O que é a Mecânica Clássica?

Usando apenas algumas equações, os cientistas podem descrever o movimento de uma bola voando pelo ar e a atração de um ímã, além de conseguirem prever eclipses da lua.

O estudo matemático do movimento dos objetos do cotidiano e as forças que os afetam é chamado de mecânica clássica. Saiba tudo sobre esta ciência.

A mecânica clássica é muitas vezes chamado de mecânica newtoniana, porque quase todo o estudo se baseia na obra de Isaac Newton. Algumas leis e princípios matemáticos no núcleo da mecânica clássica incluem o seguinte:

• Primeira Lei de Newton: Um corpo em repouso permanecerá em repouso, e um corpo em movimento permanecerá em movimento a menos que seja influenciado por uma força externa.
• Segunda Lei de Newton: A força resultante agindo sobre um objeto é igual à massa do objeto vezes a sua aceleração.
• Terceira Lei de Newton: Para cada ação há uma reação igual e oposta.
• Lei de Newton da Gravitação Universal: A força da gravidade entre dois objetos será proporcional às massas dos objetos e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre os seus centros de massa.
• Lei da Conservação da Energia: A energia não pode ser criada nem destruída, e muda de uma forma para outra; por exemplo, transformando energia mecânica em energia térmica.
• Lei de Conservação do Movimento: Na ausência de forças externas, tais como a fricção, quando objectos colidem, a quantidade de movimento total antes da colisão é a mesma que a quantidade de movimento total após a colisão.
• Princípio de Bernoulli: Dentro de uma linha de corrente contínua de fluxo de fluido, a pressão hidrostática de um fluido irá equilibrar em contraste com a sua velocidade e altitude.

A mecânica clássica descreve com precisão o comportamento da maioria dos objetos "normais". Para serem considerados "normais", os objetos devem ser maiores do que uma molécula e menores do que um planeta, estarem próximos à temperatura ambiente e moverem-se a velocidades significativamente mais lentas do que a velocidade da luz.

Ciência velha com um novo nome

Embora seja o mais antigo ramo da física, o termo "mecânica clássica" é relativamente novo. Logo depois de 1900, uma série de revoluções no pensamento matemático deu à luz novos campos de investigação: mecânica relativista para os fenômenos relacionados com a mecânica rápida, e mecânica quântica para os fenômenos relacionados com fenómenos pequenos.

As equações desenvolvidas antes de 1900 ainda estavam perfeitamente adequado para descrever objetos de tamanhos e velocidades cotidianas. No entanto, uma vez que este ramo mais antigo da física existia ao lado de dois novos, precisava de um novo nome. O termo "mecânica clássica" foi cunhado para rotular vagamente o conjunto de equações que descrevem a realidade em escalas onde o quântico e os feitos relativísticos são desprezíveis.

Em 1687, Newton publicou "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" (Princípios Matemáticos da Filosofia Natural), onde descreveu como os corpos se movem sob a influência de forças externas. Este trabalho unificou o raciocínio matemático com idéias relativamente novas sobre o movimento na superfície da Terra e o mais antigo de todos os campos da pesquisa científica: a astronomia.

Antiga através de tempos medievais

As antigas civilizações da Mesopotâmia, Egito e vale do Indo demonstraram uma compreensão do movimento do sol, da lua e das estrelas. Eles podiam até prever as datas de eclipses. As estrelas e os planetas eram frequentemente alvo de culto.

Tais explicações sobrenaturais, por definição, não tinham provas, mas os registros de observação lançaram as bases para gerações de observadores. A mecânica celeste tornou-se desta forma o estudo de como as coisas se movem nos céus.

Os antigos gregos foram os primeiros a procurar constantemente explicações naturais (em oposição a sobrenaturais). Filósofos como Thales (624-545 aC) rejeitaram as explicações não-naturalistas para os fenômenos naturais e proclamaram que cada evento tinha um talento natural causal.

Um conjunto particularmente tenaz de idéias erradas centrou-se no movimento, que durante quase 2000 anos girou em torno da obra de Aristóteles (384-322 aC). Este trabalho, apelidado de "A teoria do impulso", passaria por grandes revisões nos séculos 6, 12 e 14 tornando-se no estudo de como as coisas se movem e interagem na superfície da Terra.

A Renascença

Por volta do século 16, os estudiosos começaram a perceber que a teoria do impulso não era adequada para descrever muitos fenômenos - em particular, projéteis arremessados de catapultas e canhões. Segundo a teoria, um projétil deve voar através do ar até que se esgote o impulso, devendo então cair direto no chão.

Na realidade, o caminho de um projéctil é uma curva muito específica. Para dar sentido a essas observações, os cientistas começaram a pensar sobre a gravidade, puxando objetos com aceleração uniforme.

Em sua publicação de 1638, "Diálogos sobre Duas Novas Ciências", Galileu Galilei (1564-1642) publicou a primeira prova matemática de que a aceleração uniforme faria os projéteis se moverem em trajetórias parabólicas, mostrando assim que a mecânica terrestre é regida pela matemática.

Da mesma forma, e também no século 16, a mecânica celeste mostrou ter extremamente fortes laços com a matemática. Tycho Brahe (1546-1601) foi um dos primeiros astrônomos a usar relógios capazes de contar minutos e segundos, juntamente com os quadrantes e sextantes, para acompanhar o movimentos dos corpos celestes.

Johannes Kepler (1571-1630) baseou as suas três leis do movimento planetário nos dados de Brahe para o movimento de Marte. A primeira dessas leis, publicado em 1609 no seu trabalho "Astronomia Nova", mostrou que os planetas se movem em trajetórias elípticas ao redor do sol.

A grande unificação

Setenta anos depois, Newton ampliou o trabalho de Galileu e Kepler para mostrar que os movimentos elípticos do reino celestial e os movimentos parabólicos do reino terrestre poderiam ser explicados por uma lei matemática elegante, a sua Lei da Gravitação Universal.

Além disso, ele formalizou as leis do movimento, descrevendo-os na linguagem da matemática. Usando as leis de Newton, os cientistas poderiam manipular a matemática simbólica com álgebra e cálculo (também co-inventado por Newton) para aprender sobre fenômenos ainda não observados.

A mecânica clássica cresceu ao longo dos séculos 18 e 19 para descrever tudo, desde a óptica, fluidos e calor até à pressão, eletricidade e magnetismo que existe em todo o universo. [Livescience]