Gravitação - BioMania
O melhor portal biológico da internet!



176 Slides Power Point grátis

Só baixar, editar e começar a usar.

Gravitação


  Biofísica

Os movimentos dos homens na Lua parecem filmados em câmara lenta e os astronautas flutuam no interior das naves espaciais. Ambos os fenômenos são curiosos exemplos dos efeitos da gravitação universal, cujos princípios foram formulados por Isaac Newton em 1687.
Gravitação é a força pela qual todos os corpos físicos se atraem uns aos outros. Aceleração gravitacional é aquela que a gravitação imprime ao corpo submetido a sua ação. Pelo fato de possuir uma quantidade de matéria, isto é, uma massa, duas partículas de matéria se atraem e adquirem uma aceleração produzida pela força de atração universal. A interação gravitacional é a menos intensa de todas as interações físicas conhecidas. Só quando envolve uma massa de grande volume, como a da Terra, por exemplo, essa força alcança valores mais significativos.


Lei da gravitação universal. A magnitude da atração F é diretamente proporcional ao produto das massas m1 e m2 que se atraem, isto é, cresce na mesma medida em que cresce esse produto, e é inversamente proporcional ao quadrado da distância d entre as massas, ou seja, diminui à medida que aumenta essa distância. O valor fixo pelo qual se multiplica essa relação é a constante universal de gravitação G e seu valor numérico só depende das unidades em que se medem a força, a massa e a distância.
Elaborada com base nos trabalhos de Galileu Galilei e de Johannes Kepler, a primeira formulação quantitativa de Newton, expressa em sua Philosophiae naturalis principia mathematica (1687), ficou representada nos seguintes termos:
 
A determinação do valor da constante de gravitação constituiu um dos principais desafios para os físicos posteriores a Newton. Foi Lord Henry Cavendish quem, em 1798, determinou para ela o valor de 6,754 x 10-11 N.m2/kg2, ao medir o desvio de um raio luminoso refletido num espelho. O valor numérico de F é expresso em newtons, unidade de força do sistema internacional. Na experiência, o espelho encontrava-se apoiado numa barra horizontal, sustentada por um fio que experimentava torsão quando as massas dos extremos da barra eram atraídas por duas massas maiores, postas a pequena distância deles.
Mais recentemente, a constante gravitacional foi determinada com dispositivos de muito maior precisão e o valor encontrado, que registra uma diferença de centésimos em relação ao de Lord Cavendish, é da ordem de 6,670 x 10-11 N.m2/kg2. A fórmula revelou-se de máxima importância para a compreensão dos movimentos dos planetas e fez com que os cientistas da época aumentassem sua confiança na mecânica newtoniana. Essa confiança levou dois astrônomos, o francês Urbain Le Verrier e o inglês John Couch Adams, a explicarem as irregularidades observadas na órbita de Urano. Em 1845, os dois estudiosos defenderam a tese segundo a qual elas eram provocadas pela existência de um outro planeta, com órbita situada além de Urano. No ano seguinte, astrônomos alemães comprovaram a existência do astro, a que deram o nome de Netuno.


Evolução histórica do conceito de gravitação. Os antigos filósofos gregos acreditavam que os movimentos dos corpos celestes e dos objetos situados na Terra eram independentes uns dos outros. Para Aristóteles, os corpos celestes possuíam um movimento natural próprio, enquanto que os corpos da Terra tendiam a mover-se, quando o faziam de forma natural, em direção ao centro da mesma. Essa teoria, somada a duas outras idéias aristotélicas - a que supõe que um corpo com movimento de velocidade constante requer uma força atuante contínua e a que postula que essa força deve atuar por contato - retardou o desenvolvimento da teoria da gravitação universal.
As teorias modernas sobre a gravidade da Terra começaram a ser elaboradas a partir dos trabalhos de Newton. O físico e matemático britânico supôs a existência de uma força de atração entre todos os corpos, que atuava também à distância. Afirmava que a Lua não caía sobre a Terra porque a força despendida em seu movimento circular compensava exatamente a atração da gravidade. Ao generalizar o princípio, considerou que os planetas eram mantidos de maneira análoga na órbita do Sol e que a atração era mútua e se estendia a toda a matéria.
A formulação original da lei de gravitação universal teve de ser modificada com a descoberta, em 1916, da teoria geral da relatividade, por Albert Einstein. Seus princípios sustentavam que o contínuo espaço-tempo de quatro dimensões experimenta uma curvatura em presença de matéria e gera um universo de geometria não-euclidiana. Em tal espaço, as geodésicas (curvas sobre superfícies tais que as perpendiculares a cada ponto coincidem com as normais da superfície) constituem as linhas de deslocamento dos corpos e correspondem às órbitas interpretadas por Newton como resultado de alguma força de atração.
Os princípios relativistas modificam as notações astronômicas registradas segundo a lei de gravitação universal somente em alguns casos, como por exemplo a medição de trajetórias na proximidade de massas de grande volume. Assim, a medição do periélio - o ponto de menor distância entre o Sol e um astro que gira em torno dele - dos planetas mais próximos do Sol, experimenta significativa diferença quando feita de acordo com o método clássico ou com o método relativista.


Campo gravitacional. A exemplo do que ocorre com os campos elétrico e magnético, uma massa grande como a da Terra cria a seu redor um campo gravitacional, estado especial do espaço que se manifesta quando, ao ingressar nele um corpo, este fica submetido a uma força de atração. O módulo e a direção de tal força dependem do ponto em que se encontra o corpo considerado e da massa deste. Diferentemente do que ocorre com as interações elétricas e magnéticas, essa força apresenta sempre um sentido de atração das duas massas - a da Terra e a do corpo - e nunca repulsão.
Um corpo situado num ponto qualquer próximo à superfície de um planeta, ou concentração de massa geradora de campo gravitacional, sofre uma aceleração constante. Tal valor, específico para cada ponto do espaço, corresponde à intensidade do campo ou intensidade de gravidade. No caso da Terra, a gravidade é maior nos pólos e ligeiramente menos intensa em regiões próximas ao equador, sendo o valor médio em torno de 9,8 m/s2. Na superfície da Lua, a gravidade é seis vezes menor que a da Terra, o que se explica pelo fato do satélite possuir uma massa menor que a da Terra.
Segundo as interpretações da física moderna, o campo gravitacional é dinâmico e pode sofrer transformações. Assim, é capaz de transmitir energia de maneira semelhante à radiação eletromagnética. Essa hipótese, relacionada à transmissão da energia gravitacional por uma forma especial de onda, a onda gravitacional, foi defendida pela primeira vez por Einstein na década de 1920. A comprovação prática da existência de tais ondas constitui um desafio e promete inaugurar uma nova área de estudos astronômicos.


Veja também: