Prof. Roberto de A. Martins

Do Céu à Terra:

A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1)

21/03/2001

http://ghtc.ifi.unicamp.br/Astron-Fis.htm

Astronomia antiga

A astronomia surgiu na Mesopotâmia, Índia, Egito e outras civilizações antigas

Objetivo principal: religioso (mitos, rituais, astrologia)

Astronomia antiga

Antes que se soubesse que a Terra é redonda, já se estudavam as constelações e se conheciam os movimentos dos astros

Fenômenos astronômicos

Quais eram os fenômenos astronômicos conhecidos?

Os corpos celestes parecem girar em torno da Terra

Fenômenos: estrelas

As estrelas possuem os movimentos mais simples e regulares

Parecem descrever movimentos circulares, cada noite

Fenômenos: estrelas

As estrelas estão sempre nas mesmas posições, umas em relação às outras

Fenômenos: estrelas

Por isso podemos descrever constelações que não mudam com o tempo

Fenômenos: estrelas

As estrelas podem ser imaginadas como se estivessem fixas sobre uma esfera que gira em torno de um “eixo celeste” que passa pela Terra

Fenômenos: Sol

O Sol também parece descrever um movimento circular em torno da Terra, em cada dia.

No entanto, durante o ano, o Sol não nasce sempre na mesma posição

Fenômenos: Sol

O Sol não nasce sempre a leste nem se põe sempre a oeste.

Nascimento do Sol

Por do SolN

S

LO

Fenômenos: Sol

Durante o ano, a direção em que o Sol nasce e se põe vai mudando, e a duração do dia e da noite também muda

Fenômenos: Sol

O movimento do Sol era estudado através de instrumentos de sombra (“gnomon”), dos quais se originaram os relógios solares

Fenômenos: Sol

O Sol ilumina a Terra de ângulos diferentes e isso produz as estações do ano

Fenômenos: Sol

Aparentemente o Sol descreve círculos em torno da Terra, mas esses círculos oscilam para o Norte e para o Sul durante o ano

Fenômenos: Sol

O movimento anual do Sol em torno da Terra seria, portanto, uma trajetória espiralada

Fenômenos: Sol

Ao mesmo tempo que realiza esses movimentos, o Sol vai percorrendo, durante cada ano, as constelações do Zodíaco

Fenômenos: Sol

Tudo isso pode ser explicado supondo-se que o Sol se move em um círculo inclinado em relação ao eixo celeste, passando pelo centro do Zodíaco, completando uma volta por ano, ao mesmo tempo em que gira em torno da Terra.

Esfera armilar A “esfera armilar”

representa a Terra, o zodíaco e os círculos celestes principais.

Fenômenos: Sol

A esfera armilar não descreve o que se vê.

Ela é um modelo para explicar o que é observado.

É um modelo bastante sofisticado, capaz de explicar muitos aspectos do movimento do Sol

Movimento do Sol

O círculo em que o Sol se move (“eclíptica”) está inclinado cerca de 1/4 de ângulo reto em relação ao equador celeste [valor mais correto: 23° 30’]

Fenômenos: Sol

Utilizando-se esse tipo de análise do movimento do Sol é possível calcular como varia a duração do dia e da noite ao longo do ano.

É possível relacionar a duração dos dias com a posição do Sol no zodíaco.

Fenômenos: Lua

A Lua também parecia girar em torno da Terra, e suas fases já eram interpretadas supondo-se que ela é iluminada pelo Sol

Fenômenos: Lua

Fenômenos: Lua

A explicação das fases da Lua pode parecer muito simples, mas é um modelo, e não uma descrição daquilo que se vê.

Esse modelo permite compreender muitas relações entre a Terra, Sol e Lua, incluindo eclipses

Fenômenos: eclipses

Eclipses da Lua só podem ocorrer durante a fase de Lua cheia

Eclipses do Sol só podem ocorrer em fase de Lua nova

Fenômenos: eclipses

Os Mesopotâmios e Egípcios já sabiam prever eclipses. Conta-se que Tales de Mileto foi o primeiro grego a prever um eclipse.

Movimentos do Sol e da Lua

O Sol demora cerca de 365 dias para retornar à mesma posição em relação ao zodíaco.

A Lua demora cerca de 27 1/3 dias para retornar à mesma posição em relação ao zodíaco e cerca de 29 1/2 dias para retornar à mesma posição em relação ao Sol.

Conhecimento da época de Tales

Na época de Tales (~600 a.C.) já se sabia que a Lua era iluminada pelo Sol (fases).

Sabia-se como os eclipses são produzidos e que os ciclos de eclipses se repetem a cada 223 ciclos lunares

Planetas

Eram conhecidos cinco planetas (estrelas que vagueiam): Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter, Saturno.

Planetas: períodosPeríodos aproximados

para percorrer o zodíaco (visto da Terra):

Lua: 1 mês

Sol, Vênus e Mercúrio: 1 ano

Marte: 2 anos

Júpiter: 12 anos

Saturno: 30 anos

PlanetasOs planetas normalmente se movem em na faixa do

zodíaco (8° acima e abaixo da eclíptica).

Os planetas possuem movimentos complicados, em relação às estrelas.

Suas trajetórias são complicadas, eles vão e voltam e dão “laçadas”.

Planetas

Em cada “laçada” o planeta primeiro diminui seu movimento em relação às estrelas, depois se move para trás (movimento retrógrado), depois pára e por fim volta a se mover no sentido “normal” (direto).

Planetas

Intervalo de tempo entre duas “voltas” sucessivas:

Sol e Lua: não têmMercúrio: 4 mesesVênus: 1 ano e 7 mesesMarte: 2 anos e 2 mesesJúpiter: 1 ano e 1 mêsSaturno: 1 ano e 2 semanas

Estudos astronômicos

Esses conhecimentos foram se acumulando ao longo de séculos de medidas e observações cuidadosas sobre o céu, feitas principalmente por sacerdotes (Mesopotâmia, Egito, Índia)

Motivação dos estudos

O que levava essas pessoas a estudarem o céu tão atentamente?

O principal motivo inicial era a astrologia: tentar compreender os fenômenos terrestres pelo estudo dos céus.

Motivação dos estudosAo contrário do mundo terrestre, o mundo celeste

parecia regular, os movimentos dos astros se repetiam ciclicamente e portanto obedeciam a leis.

Nenhum fenômeno terrestre era tão regular quanto a sucessão dos dias e noites, das fases da Lua, da sucessão das estações, etc.

Os céus se tornaram um modelo de regularidade.

A matemática e o universoO estudo da astronomia só foi possível pelo

desenvolvimento da matemática

A matemática e o universo

No mundo grego, Pitágoras supôs que não apenas os astros, mas tudo obedece a leis matemáticas.

Mas havia alguma outra coisa conhecida que de fato obedecesse a leis matemáticas?

A matemática e o universoPara produzir sons harmoniosos,

os instrumentos devem respeitar certas leis matemáticas.

Pitágoras:

• música harmonias

• sons harmoniosos: relações matemáticas simples

1/2, 2/3, 3/4, 1/3 ...

A matemática e o universo

Os comprimentos das cordas, ou pesos dos sinos, ou distâncias entre os furos em uma flauta, devem obedecer a relações matemáticas simples para que os sons sejam agradáveis.

A matemática e o universo

Pitágoras (ou algum de seus discípulos) chegou a sugerir que os movimentos celestes também eram regidos por relações numéricas simples e que os astros produziam uma música celestial, harmoniosa

A astronomia de Ptolomeu Gradualmente, os astrônomos gregos desenvolveram

teorias matemáticas dos movimentos dos planetas. Esse trabalho

culminou com a teoria de Ptolomeu, que permitia previsões detalhadas e corretas de todos os fenômenos conhecidos.

Outros estudos Os únicos outros estudos científicos quantitativos da

Antigüidade foram a estática, a hidrostática e a óptica. A astronomia, no

entanto, superava todas as outras ciências, por seu nível de complexidade, exatidão e capacidade de fazer previsões de fenômenos futuros.

CONTINUA ...