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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
A lei da gravitação universal. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes A ideia de que os corpos caem no chão como resultado de sua atração pelo globo estava longe de ser nova: os antigos, por exemplo, Platão, sabiam disso. Mas como medir a força dessa atração? É o mesmo em todos os lugares do globo, e até onde se estende? Aqui estão as perguntas que Newton - o autor da lei da gravitação universal, confundiu cientistas e filósofos. Descobrindo sua terceira lei Kepler entrou em tal estado de êxtase que lhe pareceu que estava delirando. Em 1619, Kepler publicou a famosa "Harmonia do Universo", na qual estava a um passo da descoberta de Newton e ainda assim não conseguiu. Kepler não apenas atribuiu os movimentos dos planetas a alguma atração mútua, como também estava pronto para aceitar a lei da "proporção quadrada" (isto é, uma ação inversamente proporcional aos quadrados das distâncias). Infelizmente, ele logo o abandonou e, em vez disso, assumiu que a atração era inversamente proporcional, não aos quadrados das distâncias, mas às próprias distâncias. Kepler falhou em estabelecer os princípios mecânicos das leis do movimento planetário descobertos por ele. Os predecessores imediatos de Newton neste campo foram seus compatriotas Gilbert e especialmente Hooke. Em 1660, Gilbert publicou On the Magnet, no qual comparou a ação da Terra na Lua com a ação de um ímã no ferro. Em outra obra de Gilbert, publicada após sua morte, é dito que a Terra e a Lua se influenciam como dois ímãs e, além disso, na proporção de suas massas. Mas o mais próximo da verdade veio Robert Hooke, um contemporâneo e rival de Newton. Em 21 de março de 1666, ou seja, pouco antes da época em que Newton mergulhou profundamente nos segredos da mecânica celeste, Hooke leu em uma reunião da Royal Society de Londres um relatório sobre seus experimentos sobre a mudança da gravidade dependendo da distância de um corpo em queda em relação ao centro da Terra. Consciente da insatisfação de seus primeiros experimentos, Hooke teve a ideia de medir a força da gravidade balançando um pêndulo - uma ideia do mais alto grau espirituosa e frutífera. Dois meses depois, Hooke relatou na mesma sociedade que a força que mantém os planetas em suas órbitas deve ser semelhante àquela que produz o movimento circular de um pêndulo. Muito mais tarde, quando Newton já preparava sua grande obra para publicação, Hooke, independentemente de Newton, teve a ideia de que "a força que controla o movimento dos planetas" deveria mudar em "alguma dependência das distâncias", e declarou que ele iria "construir todo um sistema do universo" com base neste começo. Mas foi aqui que a diferença entre talento e genialidade foi revelada. Os pensamentos felizes de Hooke permaneceram na infância. Ele não teve forças para lidar com suas hipóteses, e a prioridade da descoberta pertence a Newton. Isaac Newton (1642-1726) nasceu em Woolsthorpe, Lincolnshire. Seu pai morreu antes do nascimento de seu filho. A mãe de Newton, nascida Aiskof, deu à luz prematuramente logo após a morte do marido, e o recém-nascido Isaac era surpreendentemente pequeno e frágil. Eles pensaram que o bebê não sobreviveria. Newton, no entanto, viveu até uma idade avançada e sempre, com exceção de distúrbios de curto prazo e uma doença grave, distinguiu-se pela boa saúde. Em termos de status de propriedade, a família Newton pertencia ao número de agricultores da mão do meio. Quando Isaac cresceu, ele foi colocado em uma escola primária. Ao atingir a idade de doze anos, o menino começou a frequentar uma escola pública em Grantham. Ele foi colocado em um apartamento com o farmacêutico Clark, onde viveu intermitentemente por cerca de seis anos. A vida no farmacêutico despertou nele o desejo de estudar química. Em 5 de junho de 1660, quando Newton ainda não tinha dezoito anos, foi admitido no Trinity College. A Universidade de Cambridge era na época uma das melhores da Europa: as ciências filológicas e matemáticas também floresciam aqui. Newton voltou sua atenção principal para a matemática. Mas, ao mesmo tempo, em 1665, ele recebeu um Bacharel em Belas Artes (ciências verbais). Seus primeiros experimentos científicos estão relacionados ao estudo da luz. O cientista provou que, com a ajuda de um prisma, a cor branca pode ser decomposta em suas cores constituintes. Estudando a refração da luz em filmes finos, Newton observou um padrão de difração, que foi chamado de "anéis de Newton". Em 1666, uma epidemia eclodiu em Cambridge, que, segundo o costume da época, era considerada uma praga, e Newton retirou-se para sua Woolsthorpe. Aqui, no silêncio da aldeia, sem livros ou instrumentos à mão, vivendo uma vida quase reclusa, Newton, de XNUMX anos, entregava-se a profundas reflexões filosóficas. O fruto deles foi a mais brilhante de suas descobertas - a doutrina da gravitação universal. Era um dia de verão. Newton gostava de meditar, sentado no jardim, ao ar livre. A tradição relata que os pensamentos de Newton foram interrompidos pela queda de uma maçã transbordante. A famosa macieira foi guardada por muito tempo como um aviso para a posteridade. E depois que secou, foi derrubado e transformado em monumento histórico em forma de banco. Há muito tempo Newton pensava nas leis da queda dos corpos, e é bem possível que, em particular, a queda de uma maçã o tenha levado novamente a esses pensamentos, dos quais passou à questão: a queda de uma maçã corpos ocorrem da mesma forma em todo o globo? Então, por exemplo, é possível afirmar que nas altas montanhas os corpos caem com a mesma velocidade que nas minas profundas? Mas como Newton descobriu essa lei, para a qual a analogia com a queda de uma maçã não poderia mais ter sentido? O próprio Newton escreveu muitos anos depois que derivou a fórmula matemática que expressa a lei da gravitação universal do estudo das famosas leis de Kepler. É possível, porém, que seu trabalho nessa direção tenha sido muito acelerado por suas pesquisas no campo da ótica. A lei que determina a "intensidade da luz" ou "grau de iluminação" de uma determinada superfície é muito semelhante à fórmula matemática para gravidade. Considerações geométricas simples e experiência direta mostram que, quando, por exemplo, uma folha de papel é removida de uma vela a uma distância dupla, o grau de iluminação da superfície do papel diminui, e não pela metade, mas quatro vezes, em uma distância tripla - por nove vezes, e assim por diante. Esta é a lei que na época de Newton foi chamada brevemente de lei da "proporção quadrada". Mais precisamente, "a intensidade da luz é inversamente proporcional aos quadrados das distâncias". Era bastante natural para uma mente como Newton tentar aplicar essa lei à teoria da gravitação. Tendo chegado à conclusão de que a atração da Lua pela Terra determina o movimento do satélite da Terra, Newton inevitavelmente chegou a uma hipótese semelhante sobre o movimento dos planetas ao redor do Sol. Mas sua mente não se contentava com hipóteses não testadas. Ele começou a calcular e levou décadas para que suas suposições se transformassem no maior sistema do universo. Ao mesmo tempo, Newton nunca poderia ter desenvolvido e provado sua brilhante ideia se não tivesse dominado o poderoso método matemático conhecido hoje sob o nome de cálculo diferencial e integral. A justiça exige observar a contribuição de Robert Hooke. Assim, o astuto Hooke corrigiu a conclusão de Newton e escreveu a este último que os corpos em queda não deveriam se desviar exatamente para leste, mas para sudeste. Ele concordou com os argumentos de Hooke, e os experimentos realizados por este confirmaram plenamente a teoria. Hooke corrigiu outro erro de Newton. Isaac acreditava que um corpo em queda, devido à conexão de seu movimento com o movimento da Terra, descreveria uma linha helicoidal. Hooke mostrou que uma linha helicoidal é obtida apenas se a resistência do ar for levada em conta e que no vácuo o movimento deve ser elíptico - estamos falando de movimento verdadeiro, ou seja, aquele que poderíamos observar se nós mesmos não participássemos do movimento .o globo. Depois de verificar as conclusões de Hooke, Newton se convenceu de que um corpo lançado a uma velocidade suficiente, estando ao mesmo tempo sob a influência da gravidade da Terra, pode de fato descrever uma trajetória elíptica. Refletindo sobre esse assunto, Newton descobriu o famoso teorema, segundo o qual um corpo sob a influência de uma força atrativa, semelhante à força da gravidade, descreve sempre uma seção cônica, ou seja, uma das curvas obtidas quando um cone é intersectado por um plano (elipse, hipérbole, parábola e em casos especiais um círculo e uma linha reta). Além disso, Newton determinou que o centro de atração, ou seja, o ponto no qual se concentra a ação de todas as forças atrativas que atuam sobre um ponto em movimento, está no foco da curva descrita. Assim, o centro do Sol está (aproximadamente) no foco geral das elipses descritas pelos planetas. Tendo alcançado tais resultados. Newton viu imediatamente que havia deduzido teoricamente, isto é, com base nos princípios da mecânica racional, uma das leis de Kepler, que afirma que os centros dos planetas descrevem elipses e que o centro do Sol está no foco de suas órbitas. Mas Newton não estava satisfeito com esse acordo básico entre teoria e observação. Ele queria ver se era realmente possível com a ajuda da teoria calcular os elementos das órbitas planetárias, ou seja, prever todos os detalhes dos movimentos planetários? No começo ele não teve sorte. John Conduitt escreve sobre isso da seguinte maneira: "Em 1666 ele novamente deixou Cambridge ... para ir para sua mãe em Lincolnshire, e enquanto ele estava meditando no jardim, ocorreu-lhe que a força da gravidade (que faz uma maçã cair na terra) não se limita a uma certa distância da terra, mas que a força deve se estender muito mais longe do que geralmente se pensa. talvez, mantê-lo em órbita, então ele decidiu calcular qual seria o efeito de tal suposição; mas como ele não tinha livros na época, ele usou a proposição comumente usada, comum entre geógrafos e nossos marinheiros antes de Norwood medir a terra , que é que em um grau de latitude na superfície da Terra contém 60 milhas inglesas. uma mistura da força à qual e a Lua, se ela fosse transportada em seu movimento por um redemoinho..." O estudo das leis do movimento elíptico avançou significativamente a pesquisa de Newton. Mas enquanto os cálculos não concordavam com a observação, Newton deve ter suspeitado da existência de alguma fonte de erro ou incompletude da teoria, ainda lhe escapando. Não foi até 1682 que Newton foi capaz de usar os dados de meridianos mais precisos obtidos pelo cientista francês Picard. Conhecendo o comprimento do meridiano, Newton calculou o diâmetro do globo e imediatamente inseriu os novos dados em seus cálculos anteriores. Para sua maior alegria, o cientista estava convencido de que suas antigas visões estavam completamente confirmadas. A força que faz com que os corpos caiam na Terra acabou sendo exatamente igual àquela que controla o movimento da Lua. Essa conclusão foi para Newton o maior triunfo de seu gênio científico. Agora suas palavras eram plenamente justificadas: "Gênio é a paciência do pensamento concentrado em determinada direção". Todas as suas hipóteses profundas, cálculos de longo prazo se mostraram corretos. Agora ele estava completa e finalmente convencido da possibilidade de criar um sistema inteiro do universo baseado em um princípio simples e grande. Todos os movimentos mais complexos da lua, planetas e até cometas vagando pelo céu ficaram bastante claros para ele. Tornou-se possível prever cientificamente os movimentos de todos os corpos do sistema solar, e talvez o próprio sol, e até mesmo estrelas e sistemas estelares. No final de 1683, Newton finalmente comunicou à Royal Society os principais princípios de seu sistema na forma de uma série de teoremas sobre o movimento dos planetas. No entanto, a teoria era brilhante demais para que houvesse pessoas invejosas que tentassem atribuir a si mesmas pelo menos parte da glória dessa descoberta. Sem dúvida, alguns dos cientistas britânicos da época chegaram bem perto das descobertas de Newton, mas entender a dificuldade da questão não significa resolvê-la. O famoso arquiteto e matemático Christopher Wren tentou explicar o movimento dos planetas pela "queda dos corpos no Sol, ligada ao movimento original". O astrônomo Halley assumiu que as leis de Kepler poderiam ser explicadas pela ação de uma força inversamente proporcional aos quadrados das distâncias, mas não conseguiu provar isso. Hooke assegurou aos membros da Royal Society que todas as ideias contidas nos Elementos já lhes haviam sido propostas cem vezes; aqueles que não foram expostos por ele antes são errôneos. Huygens rejeitou completa e categoricamente a ideia de gravitação mútua de partículas, permitindo a presença de gravitação apenas dentro dos corpos. Leibniz continuou a insistir que o movimento dos planetas só poderia ser explicado por meio de algum fluido etéreo rodopiante, tirando os planetas do caminho retilíneo Bernoulli e Cassini também falavam teimosamente sobre vórtices. No entanto, o barulho diminuiu gradualmente, e a glória da descoberta da gravitação universal foi legitimamente para Isaac Newton. Autor: Samin D. K.
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