The History of Gravity
Durante anos, as pessoas sabiam que quando um objeto é jogado para cima, ele cai de volta à Terra. As pessoas observaram esse fenômeno e puderam prever o efeito dessa força, mas não tinham ideia de como funcionava.
Desde os tempos antigos, há inúmeras teorias e tentativas de explicar essa misteriosa força chamada "gravidade". Durante os primeiros dias, os filósofos pensaram que a queda de objetos em direção à Terra era parte do reino dos deuses e seguiam um movimento natural. Por exemplo, o ar pertencia aos céus, movendo-se para cima, enquanto as rochas pertenciam à Terra, caindo de volta à Terra.
"Tire um momento para experimentar os efeitos da gravidade. Levante o braço e sinta como você é obrigado a derrubá-lo novamente ou usar uma bola ou maçã para jogar em linha re
No século IV, Aristóteles foi o primeiro a tentar uma descrição quantitativa da gravidade. Ele escreveu que um objeto caiu em uma velocidade constante, alcançado pouco depois de ser solto, e coisas mais pesadas caíram mais rápido em proporção à sua massa. Embora essa ideia estivesse errada, ela ficou presa em mente até o século XVI.
Galileo Galilei Explanation of Gravity
Através de seus experimentos, Galileu percebeu que um corpo em queda aumentou a velocidade a uma taxa constante — em outras palavras, ele tinha aceleração constante. Ele também fez a observação significativa de que, se a resistência ao ar pode ser negligenciada, todos os corpos caem com a mesma aceleração, corpos de diferentes pesos caídos juntos chegam ao chão simultaneamente.
Diz-se que Galileu deixou cair bolas da mesma forma. Ainda assim, peso diferente da Torre inclinada de Pisa para demonstrar que os objetos caíram com a mesma aceleração, provando sua previsão ao mesmo tempo refutando a teoria da gravidade de Aristóteles (que afirma que os objetos caem em velocidade proporcional à sua massa).
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"No final da última caminhada lunar da Apollo 15, o Comandante David Scott (foto abaixo) realizou uma demonstração ao vivo para as câmeras de televisão. Ele estendeu um martelo geológico e uma pena e deixou cair ao mesmo tempo. Como eles estavam essencialmente no vácuo, não havia resistência ao ar, e a pena caiu na mesma velocidade que o martelo, como Galileu havia concluído centenas de anos antes – todos os objetos soltos juntos caem na mesma taxa, independentemente da massa. O controlador da missão Joe Allen descreveu a demonstração no "Relatório Preliminar de Ciência da Apollo 15":"
Galileu também realizou outro experimento para provar que a gravidade acelera objetos a uma taxa constante à medida que caía. No entanto, houve um problema no teste dessa hipótese. Galileu não pôde observar o movimento de queda livre do objeto verticalmente. Na época, a tecnologia não conseguia registrar velocidades tão altas (falta de um relógio ou um temporizador que pudesse medir alta velocidade). Como resultado, Galileu tentou desacelerar o movimento substituindo o objeto caindo por uma bola rolando por uma rampa inclinada. Uma vez que a queda livre é equivalente a uma rampa completamente vertical, ele assumiu que uma bola rolando por uma rampa inclinada aceleraria da mesma forma que uma bola caindo.
Através deste experimento, Galileu concluiu que se um objeto é liberado do repouso e ganha velocidade a uma taxa constante, então a distância total percorrida pelo objeto é proporcional ao tempo quadrado necessário para essa viagem. Por exemplo, se um objeto liberado de repouso viajar por dois segundos, ele viajará 2 x 2 ou 4 vezes mais do que viajaria por apenas um segundo depois de ser liberado do repouso.
O vídeo abaixo reproduz o experimento acima realizado por Galileu.
Acredito que temos uma melhor compreensão de como as coisas se movem sob a influência da gravidade aqui na Terra. Mas como estendemos esse entendimento ao movimento de outros objetos fora do planeta Terra? Por exemplo, como a Lua gira em torno da Terra? Por que a Terra orbita ao redor do Sol? Como as estrelas se movem através do universo?
Newton's explanation of gravity
No século XVII, Sir Isaac Newton, um matemático e físico deu uma nova descrição da gravidade. Ele acreditava que vivemos em um mundo onde podemos prever o movimento de qualquer coisa. O trabalho de Newton sobre a gravidade é um dos pontos críticos de transformação na física.
Sempre que falamos de Newton, a primeira coisa que nos vem à mente é a Apple que caiu na cabeça de Newton. Esta história não está totalmente correta.
Um dia Newton sentou-se pensando em seu jardim quando notou que uma maçã caiu nas proximidades. Não foi apenas que a maçã caiu o deixou animado, mas que ele tentou ir para o centro da Terra (direto para baixo) e não em qualquer outra direção. Esse foi o momento vital que Newton percebeu que a Terra tinha atraído a maçã para ela. Ele então percebeu que cada objeto no universo atrai todos os outros objetos em proporção à sua massa. Quanto maior a massa do objeto, sua atração gravitacional será muito maior. Ele estendeu essa ideia à Terra, atraindo a Lua em direção ao seu centro. Levou quase 20 anos a partir deste dia para Newton publicar seu trabalho sobre a gravidade. Embora uma maçã não tenha atingido a cabeça de Sir Isaac Newton como o mito sugere, a queda de uma delas inspirou Newton a uma das grandes descobertas.
A lei universal de gravitação de Newton afirma que a força (F) de atração entre dois objetos é igual ao produto de suas massas (m1 * m2), dividida pelo quadrado da distância entre eles (r). Esta fórmula também indica que a distância entre o objeto aumenta; a força gravitacional fica mais fraca. (Lembre-se do quadrado inverso da distância entre os objetos)
Uma pergunta pode surgir por que a Lua não está caindo direto para a Terra como a maçã fez.
Imagine disparar uma bala de canhão horizontalmente do topo de uma montanha como o Monte Everest na Terra. A bola seguiria uma trajetória curva enquanto avançava e era atraída, pela gravidade, para o chão ao mesmo tempo. Dispare a bola de canhão com mais energia, e ela pousaria mais longe da montanha, mas ainda assim seguiria uma trajetória curva ao fazê-lo.
Newton propôs que se você disparasse a bola de canhão com energia suficiente, ela poderia voar ao redor da Terra e nunca pousar porque a Terra estaria se curvando sob a bola na mesma velocidade que a bola caiu. Em outras palavras, a bola estaria agora em órbita ao redor da Terra.
E isso é o que acontece com a Lua – ela está em queda livre ao redor da Terra, mas se move rápido o suficiente para que a superfície da Terra nunca a "pegue". O mesmo princípio é usado até hoje para lançar satélites em órbita ao redor da Terra.
Newton's Mountain thought experiment simulation - 3D
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Problem with Newton's Gravity
O modelo de gravitação de Newton funcionou muito bem para prever o movimento da maioria dos planetas, bem como objetos na Terra. Na verdade, a lei gravitacional de Newton foi usada para descobrir o planeta Netuno. Mas há um problema que a lei de gravidade de Newtown não poderia prever nem explicar a órbita de Mercúrio ao redor do Sol corretamente. A órbita do planeta mudou mais rápido do que o modelo derivado usando a lei da gravidade de Newton.
Outro problema na teoria de Newton descreve a gravidade como uma força instantânea de atração entre dois objetos maciços. Se um objeto se afastou, o outro objeto sabe sobre o movimento imediatamente devido à mudança na gravitação, independentemente de sua distância.
Por exemplo, a Terra orbita ao redor do Sol, e a distância entre eles é de 91 milhões de milhas. Vamos supor que, de repente, o Sol desaparece. De acordo com a Lei de Gravidade de Newton, a Terra sentirá instantaneamente o impacto do desaparecimento do Sol e perderá sua órbita, e se move em linha reta. Esse comportamento parece irrealista e não explicado bem usando a Lei da Gravitação de Newton.
Mais importante, a lei de gravitação de Newton descreve os efeitos da gravidade, mas não explicou como a gravidade funcionava. Newton estava bem ciente disso e disse:
– Isaac Newton
P
Einstein's explanation of gravity - General Theory of Relativity
Sei que é confuso. Por que a gravidade não é uma força? O que é espaço-tempo, e o que significa a distorção?
Vamos tentar entender o espaço-tempo. O espaço é geralmente definido em três dimensões Comprimento (Dimensão 1), Largura (Dimensão 2) e Altura (Dimensão 3). Todo o trabalho feito por Newton fazia referência apenas às três dimensões do espaço, mas Einstein surgiu com uma Nova Ideia da 4ª dimensão chamada tempo.
Por que o Tempo? Vamos supor que convide seu amigo para um café. O que acontece se você mencionar apenas o lugar para se encontrar sem mencionar a hora ou a hora para se encontrar sem mencionar o lugar. Em ambos os cenários, você não se encontrará com seu amigo, pois não há informações suficientes a menos que você diga tanto o lugar quanto a hora de se encontrar. De acordo com Einstein, o espaço sem tempo não tem sentido. Você não pode descrever movimento sem tempo, por exemplo, medidor por segundo. Einstein define espaço e tempo como um tecido entrelaçado. (Veja abaixo o esboço)
De acordo com Einstein, quando um objeto grande é colocado em um tecido espaço-tempo; o objeto distorce o tecido, criando curvatura proporcional à sua massa. Qualquer outro objeto que entrar na dobra espaço-tempo de um objeto maciço experimentará o fenômeno da gravidade. Por exemplo, o Sol distorce o espaço-tempo ao seu redor, criando curvatura, e todos os outros planetas giram ao redor do Sol não devido a qualquer outra força, mas apenas por causa da curvatura ao seu redor.
De acordo com Einstein, os objetos que se movem ao redor da curvatura ainda estão se movendo ao longo da linha mais reta possível, mas devido a uma distorção no espaço-tempo, a linha mais reta possível está agora ao longo de um caminho esférico.
Por exemplo, imagine uma bola rolando através do trampolim ele simplesmente seguirá a curva. Do ponto de vista da bola, ele estava sempre viajando em linha reta; é a deformação do espaço-tempo que causa sua deflexão.
Além disso, os raios de luz, ao atravessar objetos maciços como o Sol, dobra por causa da curvatura espaço-tempo. Este fenômeno é chamado de lente gravitacional. Este comportamento foi provado certo durante o eclipse solar, medindo a dobra da luz das estrelas ao redor do Sol.
Então, de acordo com Einstein, a gravidade não é uma força. É uma curvatura no espaço-tempo.
Espero que agora, você tenha uma boa compreensão do que é gravidade.