Mas afinal de contas o que é estudado pela ciência Física? Em um primeiro caminho, pode se dizer que ela se preocupa em entender o que forma e molda o universo. Em outras palavras, o que essencialmente compõe o universo.
O tijolo universal
Para buscarmos algumas respostas vamos fazer o mesmo exercício mental que os gregos atomistas fizeram a centenas de anos antes de Cristo: pegue uma pedra e quebre ela ao meio, as duas metades continuam sendo pedras? Certamente que sim, você deve imaginar que ambas as partes são compostas pelo mesmo material. Agora pegue uma das metades e quebre ao meio novamente, a sua resposta é a mesma que a anterior? Provavelmente sim… Pegue novamente uma metade e repita o processo, faça isso inúmeras vezes, até não conseguir mais dividir a pedra.
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| Modelo atômico do átomo de hidrogênio |
Esse pedaço imaginário foi chamado de átomo, que significa indivisível, ele seria na visão dos gregos o constituinte mais básico de tudo que podemos tocar e ver, do mundo concreto ao nosso redor. Em um modelo mais didático e clássico, o átomo é constituído de partículas ainda menores e carregadas eletricamente (conforme figura ao lado). Ele tem um núcleo que possuí prótons (positivas) e nêutrons (positiva e negativa, de forma que ela na sua totalidade se torna neutra), em volta do núcleo ele tem partículas que ficam orbitando o núcleo , os elétrons (negativas). Evidentemente esse é apenas um modelo.
O átomo seria o equivalente ao tijolo em uma casa, contudo sabemos que hoje o que chamamos de átomo não é indivisível, e ainda é composto por partículas menores que ele próprio. Existem diferentes átomos que podem se combinar das mais variadas formas formando estruturas maiores como, por exemplo, as moléculas.
- Ocupar um lugar no espaço;
- Possuem o que chamamos de massa.
Portanto chamamos de matéria o que ocupa um lugar no espaço e tem massa, ela é o que compõe boa parte de nosso mundo concreto. Note que essas duas propriedades independem se estamos falando de um pedaço de aço (mistura de ferro e carbono) ou de gás oxigênio. Indiferente dos átomos que compõe a matéria ou da forma como se organizam (estudado pela química), eles ocupam lugar no espaço e tem massa. A matéria é um dos componentes que formam o universo da qual a Física se ocupa de estudar, por mais que de nossa percepção pareça existir muita matéria no universo, estima-se que apenas 5% de todo o universo seja construído de matéria.
Massa, que não é de comer...
O caminhão está carregado de chumbo, enquanto o carrinho abaixo tem apenas alguns rolos de papel higiênico, ambos inicialmente parados, você deve escolher um deles para puxar e ganhar um prêmio, qual você escolheria? A menos que você goste de desafios e fortes emoções, provavelmente você escolheria o carrinho.
Note que é “mais fácil” colocar o carrinho em movimento do que o caminhão carregado com chumbo. Isso acontece porque o caminhão tem mais massa que o carrinho, muitas pessoas costumam dizer que ele é “mais pesado”, embora essa afirmação não está fisicamente correta.
A massa está ligado com a resistência dos corpos entrarem em movimento (no nosso exemplo), quanto maior a massa, mais difícil é de movimentar. De maneira semelhante se ambos estiverem em uma ladeira descendo e quisermos segurá-los como objetivo de pará-los é muito mais fácil segurar o carrinho. Em outras palavras, massa é a medida da dificuldade de acelerar ou desacelerar um objeto, quanto mais massa ele possuir maior será a dificuldade em parar ou colocar ele em movimento.
Então, Física é a ciência da matéria
Sim e não! Sim porque realmente ela se dedica ao estudo daquilo que chamamos de matéria, mas não para por aí. Os Físicos também se ocupam de entender como são as interações que estão relacionadas a matéria, sem falar que a noção de matéria foi ampliada, não sendo apenas “algo” que ocupa espaço, a massa passou a ser mais que apenas a dificuldade em acelerar um objeto.
No início do século XX, o notável físico Albert Einstein elaborou a teoria da relatividade e dela chegou a uma conclusão que é muito “badalada”. Ele concluiu que existia relação entre massa e energia através de sua equação para energia de repouso de um objeto:
$E=mc^2.$
Quando eu queimo uma certa quantidade de papel, uma reação química entre o papel e o oxigênio do ar acontece (reação chamada combustão). Uma parte do papel é transformada em gases, e como resultado dessa reação surge o que chamamos de energia (nesse caso na forma de energia térmica). Não é tão difícil imaginar que parte do papel ainda “existe” transformado em outros coisas que não são papel, como a fumaça e as cinzas.
Analisando de outro modo, imagine que conseguíssemos “queimar” tudo do papel, até mesmo as cinzas e os gases liberados pela combustão… Em outras palavras se houvesse uma reação onde tudo que constitui o papel, até mesmo os átomos fossem desintegrados para se transformar em energia. A quantidade liberada seria muito maior (mais combustível, mais energia) pois cada partícula que constitui o papel seria convertida em energia.
Isso significa que tudo que tem massa possui uma energia equivalente, ou em termos mais “técnicos” que um objeto tem energia associada a sua massa de repouso. Ao relacionar massa e energia, Einstein demonstrou que existe uma equivalência entre as duas, de forma que existe uma possibilidade de converter a massa que um objeto tem em repouso em energia.
Energia e matéria
A energia é um conceito muito importante, é ela que basicamente explica como os átomos se combinam para formar a matéria, que coloca um objeto em movimento, que faz uma lâmpada funcionar e que aquece nosso planeta.
Não existe um conceito muito bem definido de energia, contudo sabemos dela pelas suas manifestações (o “calor” do fogo, a luz emitida por um relâmpago, a transformação de um papel em chamas em cinza e fumaça) e pela sua conservação (um ventilador usa energia elétrica e transforma em energia de movimento, chamada energia mecânica). Também conseguimos perceber quando um carro se move, uma pessoa corre ou um gato salta de uma árvore… todos esses processos só são possíveis porque existe energia, é preciso transformar energia química em movimento…
Dessa forma, podemos dizer que Física é a ciência que basicamente estuda a energia (como esse negócio que não sabemos bem ao certo o que é, mas podemos sentir através do farfalhar do fogo, sentir seu calor e ver sua luz), e estuda sua relação com a massa, a propriedade conferida a matéria que representa a dificuldade em acelerar a mesma. Todas as leis de conservação de energia e suas consequências são estudados por ela.
Finalizando, podemos ainda dizer que a Física tem sub áreas que estão ligadas ao tipo de energia envolvida: mecânica (movimentos e astronomia), física térmica (calor, temperatura e trabalho), eletro magnetismo (eletricidade e magnetismo), Física quântica (mecânica a nível subatômico) e relatividade (cosmologia). Em todas essas subáreas temos como estudo central a relação entre energia e massa, como energia elétrica ou térmica se convertem em energia mecânica, a relação da massa e o movimento, como a gravidade molda o universo através de sua energia potencial entre outros.
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