Prof. Roberto de A. Martins

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1 Prof. Roberto de A. Martins
Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001

2 Astronomia antiga A astronomia surgiu na Mesopotâmia, Índia, Egito e outras civilizações antigas Objetivo principal: religioso (mitos, rituais, astrologia)

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

4 Fenômenos astronômicos
Quais eram os fenômenos astronômicos conhecidos? Os corpos celestes parecem girar em torno da Terra

5 Fenômenos: estrelas As estrelas possuem os movimentos mais simples e regulares Parecem descrever movimentos circulares, cada noite

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

7 Fenômenos: estrelas Por isso podemos descrever constelações que não mudam com o tempo

8 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

9 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

10 Fenômenos: Sol O Sol não nasce sempre a leste nem se põe sempre a oeste. Nascimento do Sol Por do Sol N S L O a

11 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

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

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

14 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

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

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

17 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.

18 Esfera armilar A “esfera armilar” representa a Terra, o zodíaco e os círculos celestes principais.

19 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

20 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’]

21 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.

22 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

23 Fenômenos: Lua

24 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

25 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

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

27 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.

28 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

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

30 Planetas: períodos Períodos 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

31 Planetas Os 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”.

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33 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).

34 Planetas Intervalo de tempo entre duas “voltas” sucessivas:
Sol e Lua: não têm Mercúrio: 4 meses Vênus: 1 ano e 7 meses Marte: 2 anos e 2 meses Júpiter: 1 ano e 1 mês Saturno: 1 ano e 2 semanas

35 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)

36 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.

37 Motivação dos estudos Ao 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.

38 A matemática e o universo
O estudo da astronomia só foi possível pelo desenvolvimento da matemática

39 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?

40 A matemática e o universo
Para 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 ...

41 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.

42 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

43 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.

44 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.

45 CONTINUA ...