Mecanica Na Historia

A Mecânica no Século XX

Ao longo dos anos, enquanto a teoria da mecânica clássica acumulava sucessos, chegou-se a pensar que ela descreveria com precisão absoluta o movimento de todos os corpos. Isso mudou, no entanto, a partir do início deste século XX.

Com a evolução das técnicas de observação do universo físico foi possível conhecer novos fenômenos. Ao lado disso, a procura de uma consistência nas bases das duas teorias físicas até então bem estabelecidas, a mecânica clássica que descreve os movimentos e a eletrodinâmica clássica que trata dos fenômenos associados às cargas, levou à necessidade de se investigar algumas ideias bem aceitas na Física. Estes dois tipos de movimento na Física, o avanço experimental e a busca de uma consistência teórica, acabaram por levar a uma revolução no entendimento do universo físico. Na mecânica, esta revolução ocorreu através da teoria da relatividade e da física quântica.

Em particular, três fenômenos observados no final do século XXIX intrigavam a comunidade dos físicos por não serem explicados pelas teorias vigentes: o chamado efeito fotoelétrico, que trata da emissão de elétron por um metal que recebe radiação luminosa; a radiação emitida por átomos de hidrogênio, conhecida como radiação espectral do hidrogênio que continha algumas poucas frequências bem definidas, e a distribuição da quantidade de radiação de diferentes frequências emitida por um corpo em equilíbrio térmico, chamada de radiação de corpo negro.

Por outro lado, o aprofundamento no desenvolvimento das bases da mecânica estabeleceu como um dos seus princípios básicos o chamado princípio da relatividade de Galileu, que diz que as leis físicas valem nas mesmas formas para quaisquer referenciais com velocidade relativa constante, chamados de referenciais inerciais. Isto significa que, por exemplo, se os maquinistas do trem com velocidade constante em relação a uma plataforma e uma pessoa em repouso na plataforma observam o movimento de um pássaro, ambos usarão as mesmas leis de Newton para descrevê-lo. Além disso, estava bem estabelecida na mecânica a maneira de relacionar o espaço e o tempo desses dois referenciais, conhecida como transformação de Galileu (esta transformação foi estabelecida bem depois da época de Galileu, mas recebeu este nome em homenagem ao grande físico da Renascença).

Entretanto, as leis de MAXWELL, estabelecidas em 1865, que são as leis básicas para descrever o comportamento de sistemas com cargas, ou seja, as leis que estão para o eletromagnetismo assim como as leis de Newton estão para a mecânica não poderiam ser as mesmas para dois referenciais inerciais, se adotada a mesma transformação de espaço e tempo usada na mecânica.

Os fatos acima mencionados inicialmente pareciam detalhes de menor importância, que poderiam vir a ser resolvidos com pequenos ajustes nas duas teorias muito bem assentadas do ponto de vista teórico, e com enorme comprovação experimental desde o final do século XIX, que são a mecânica clássica e o eletromagnetismo clássico. Conta-se que, numa reunião científica que congregava os mais ilustres físicos na passagem do século, chegou-se à conclusão de que, resolvidos os "pequenos detalhes" acima citados, nada mais haveria para ser feito na área de Física. Ironicamente, a procura da descrição destes fenômenos acabou gerando uma revolução no entendimento do universo físico neste século, abrindo todo um novo horizonte do universo físico.

 

A mecânica relativística

A primeira grande mudança veio nos trabalhos de EINSTEIN (1879 - 1955) na chamada Teoria da Relatividade. Ela foi motivada na já citada inconsistência teórica nas bases da mecânica clássica e na eletrodinâmica, e utilizou conhecimentos de Lorentz sobre a necessidade de novas regras de transformação do espaço e do tempo. Lorentz havia descoberto que tipo de transformação deveria haver entre o espaço e o tempo de dois referenciais com velocidade relativa constante, que tornava a eletrodinâmica uma teoria válida para quaisquer referenciais inerciais. Essas transformações ficaram conhecidas como transformações de Lorentz, que são diferentes das transformações de Galileu, válidas na mecânica clássica.

Se ambas as teorias, mecânica e eletromagnetismo, descrevem aspectos do mesmo universo físico, só uma das transformações deveria ser correta, já que descrevem o mesmo espaço e tempo e, portanto, uma das teorias estaria incorreta.

Quem resolve esta questão é a Teoria da Relatividade Restrita, proposta por Einstein em 1905. Essa teoria se baseia em dois princípios:

1. Os eventos físicos são os mesmos para quaisquer referenciais com velocidade relativa constante (referenciais inerciais); portanto, as leis físicas que os descrevem são as mesmas nestes referenciais.

2. A velocidade da luz é a mesma para qualquer referencial inercial.

O primeiro princípio já foi mencionado antes como o princípio da relatividade, válido também para a mecânica newtoniana. O segundo princípio, porém, contraria o que se esperaria da mecânica clássica. Voltando ao exemplo da pessoa na plataforma e o maquinista do trem: se a luz tem velocidade c para alguém na plataforma, e esta luz tem velocidade na mesma direção e sentido que o trem, a velocidade da luz para o maquinista deveria ser c-u, onde u é a velocidade do trem, ou seja, jamais poderia ser a mesma para os observadores com velocidade relativa diferente de zero.

Esses princípios implicam, porém, uma nova concepção para o espaço e o tempo. Nela, o espaço e o tempo não são absolutos e há uma inter-relação entre a posição de um evento e o instante em que ele ocorre refletido matematicamente na chamada transformação de Lorentz para o espaço tempo, acima mencionada.

Vários comportamentos impossíveis pela visão clássica da mecânica decorrem desta nova concepção do espaço e do tempo. Um deles é que dois eventos simultâneos para um observador não o são para outro com velocidade relativa