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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
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Astronomia antiga
A astronomia surgiu na Mesopotâmia, Índia, Egito e outras civilizações antigas
Objetivo principal: religioso (mitos, rituais, astrologia)
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Astronomia antiga
Antes que se soubesse que a Terra é redonda, já se estudavam as constelações e se conheciam os movimentos dos astros
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Fenômenos astronômicos
Quais eram os fenômenos astronômicos conhecidos?
Os corpos celestes parecem girar em torno da Terra
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Fenômenos: estrelas
As estrelas possuem os movimentos mais simples e regulares
Parecem descrever movimentos circulares, cada noite
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Fenômenos: estrelas
As estrelas estão sempre nas mesmas posições, umas em relação às outras
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Fenômenos: estrelas
Por isso podemos descrever constelações que não mudam com o tempo
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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
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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
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Fenômenos: Sol
O Sol não nasce sempre a leste nem se põe sempre a oeste.
Nascimento do Sol
Por do SolN
S
LO
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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
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Fenômenos: Sol
O movimento do Sol era estudado através de instrumentos de sombra (“gnomon”), dos quais se originaram os relógios solares
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Fenômenos: Sol
O Sol ilumina a Terra de ângulos diferentes e isso produz as estações do ano
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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
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Fenômenos: Sol
O movimento anual do Sol em torno da Terra seria, portanto, uma trajetória espiralada
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Fenômenos: Sol
Ao mesmo tempo que realiza esses movimentos, o Sol vai percorrendo, durante cada ano, as constelações do Zodíaco
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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.
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Esfera armilar A “esfera armilar”
representa a Terra, o zodíaco e os círculos celestes principais.
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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
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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’]
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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.
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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
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Fenômenos: Lua
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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
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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
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Fenômenos: eclipses
Os Mesopotâmios e Egípcios já sabiam prever eclipses. Conta-se que Tales de Mileto foi o primeiro grego a prever um eclipse.
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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.
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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
![Page 29: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/29.jpg)
Planetas
Eram conhecidos cinco planetas (estrelas que vagueiam): Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter, Saturno.
![Page 30: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/30.jpg)
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
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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”.
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![Page 33: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/33.jpg)
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).
![Page 34: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/34.jpg)
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
![Page 35: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/35.jpg)
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)
![Page 36: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/36.jpg)
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.
![Page 37: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/37.jpg)
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.
![Page 38: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/38.jpg)
A matemática e o universoO estudo da astronomia só foi possível pelo
desenvolvimento da matemática
![Page 39: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/39.jpg)
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?
![Page 40: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/40.jpg)
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 ...
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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.
![Page 42: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/42.jpg)
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
![Page 43: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/43.jpg)
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.
![Page 44: Prof. Roberto de A. Martins Do Céu à Terra: A influência da astronomia no desenvolvimento da física clássica (1) 21/03/2001](https://reader036.vdocuments.com.br/reader036/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8d9ced/html5/thumbnails/44.jpg)
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.
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