Livros - Beautiful Experiments

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A sabedoria convencional ao longo dos séculos tinha sido que os objectos mais pesados caíam mais depressa do que os mais leves, uma afirmação que tinha sido feita por ninguém menos do que Aristóteles.

Uma vez que era quase impossível avaliar isto a olho nu e que os instrumentos de medição dos anos 1600 não eram suficientemente precisos, seria necessária uma grande criatividade para conceber uma experiência que permitisse medir qualquer diferença na velocidade de queda. O génio que concebeu essa experiência foi o próprio Galileu, sempre curioso.

"Uma coisa é saber que todos os objectos demoram o mesmo tempo a cair com a gravidade (se não forem significativamente perturbados pela resistência do ar). Mas como é que eles caíam exactamente? Aparentemente com base em observações de corpos a cair na água, Aristóteles afirmava que eles caíam a uma velocidade constante que dependia do seu peso. Mas a descida no ar era demasiado rápida para se poder avaliar isso a olho nu. Se ao menos houvesse uma forma de a abrandar...

"No início de 1600, Galileu viu como isso poderia ser feito de forma simples. Uma bola lisa colocada sobre uma mesa ligeiramente inclinada começa a rolar. Se a inclinação for mais acentuada, a bola ganha velocidade mais rapidamente. Aumentando a inclinação até à vertical, o movimento aproxima-se cada vez mais da queda livre perfeita. Assim, Galileu raciocinou que uma bola a rolar por um “plano inclinado” era uma versão mais lenta da queda livre que lhe permitiria efetuar medições.

"A questão era saber como é que a distância percorrida -chamemos-lhe (s)- depende do tempo decorrido (t). Se a bola rolar a uma velocidade constante, as duas são proporcionais: a velocidade é então apenas o rácio entre a distância e o tempo. 

Galileu começou a fazer experiências com planos inclinados em 1602 e, dois anos mais tarde, tinha melhorado o método o suficiente para deduzir a relação matemática entre s e t. Descreve o aparelho nas Duas Novas Ciências de 1638. Numa viga de madeira com cerca de 28 pés de comprimento, foi cortada uma ranhura na extremidade e coberta com velino liso, pela qual rolava uma bola de bronze quando a viga era inclinada num ângulo. Para medir o tempo que a bola demorava a chegar ao fundo, depois de ter sido libertada de vários pontos da viga, Galileu utilizou um relógio de água no qual a água corria a um ritmo constante através de um tubo. Se o tubo pudesse ser aberto e fechado com precisão suficiente, a quantidade de água acumulada era proporcional ao tempo decorrido. Reconhecendo a possibilidade de erro desta técnica. Galileu repetiu cada experiência muitas vezes - “uma centena”, afirmou.

"Deste modo, deduziu que a bola não rolava a uma velocidade constante, como afirmava Aristóteles, mas que aumentava gradualmente de velocidade: acelerava. Assim, a relação entre s e t não era de simples proporcionalidade; em vez disso, s aumentava em proporção ao quadrado do tempo decorrido. 

Como os alunos aprendem a escrever atualmente: s = ½at2, em que 'a' é a aceleração. Assim, o movimento e a mecânica eram melhor descritos não em linguagem qualitativa mas em matemática, que Galileu declarou ser a verdadeira linguagem da natureza.

"Galileu foi o primeiro a identificar a aceleração como uma grandeza na teoria da mecânica. Um corpo acelera se uma força actuar sobre ele - neste caso, a força da gravidade (e também a força de atrito, mais pequena e retardadora, à medida que a bola rola). Galileu deduziu que um corpo sobre o qual não actuam quaisquer forças não muda de velocidade: se já estiver em movimento, continua a fazê-lo à mesma velocidade, mas se estiver em repouso (velocidade zero), permanece assim. 

Isaac Newton exprimiu mais tarde esta ideia como a sua primeira lei do movimento e acrescentou-lhe uma segunda lei que relaciona a aceleração com a força que a produz: a força é igual à massa do corpo multiplicada pela sua aceleração 'a'.

"O plano inclinado de Galileu é um dos primeiros instrumentos concebidos exclusivamente para a ciência experimental quantitativa. Anteriormente, os filósofos naturais tendiam a utilizar os recursos que tinham à mão - paus e varas, salas escuras, prismas e frascos - para investigar o funcionamento da natureza. 

No entanto, o instrumento de Galileu era um verdadeiro instrumento científico, construído com um objetivo específico em mente. Esta experiência marcou o início de um século em que os instrumentos científicos especializados (muitas vezes dispendiosos) se tornaram comuns. A sua utilização distinguia cada vez mais o “perito” (mais tarde designado por virtuoso) do mero amador.

"No entanto, não devemos supor que Galileu estava a fazer ciência no mesmo sentido que os cientistas de hoje. O seu método situava-se entre a prática mais antiga de partir de axiomas e fazer deduções lógicas e a forma moderna de formular e testar hipóteses. Como diz o historiador da ciência Domenico Bertoloni Meli, “Galileu formulou a ciência do movimento como uma construção matemática e só numa fase posterior utilizou a experiência para mostrar que a ciência que tinha formulado correspondia ao comportamento da natureza”. Mesmo que não correspondesse, Galileu defenderia que a ciência continuava a ser válida enquanto exercício matemático.

"Devido à sua importância na história da ciência experimental, a experiência do plano inclinado tem sido objeto de uma análise intensa. Uma das preocupações era saber se Galileu poderia realmente ter obtido resultados fiáveis com os métodos bastante rudimentares de que dispunha para medir o tempo. A bola demora apenas alguns segundos a descer, pelo que há margem para erros significativos na determinação exacta do momento em que começa e acaba. 

Tendo isto em conta, o filósofo francês da ciência Alexander Koyre desvalorizou mordazmente toda a história, afirmando em 1953 que “é óbvio que as experiências de Galileu são completamente inúteis: a própria perfeição dos seus resultados é uma prova rigorosa da sua incorreção”. Mas as dúvidas de Koyre foram postas em causa em 1961, quando Thomas Settle, um estudante de história da ciência na Universidade de Cornell, demonstrou, utilizando equipamento caseiro barato, que, com a prática, podia obter dados suficientemente bons para verificar a lei da aceleração de Galileu. O argumento da incredulidade pessoal de Koyre não foi suficiente; hoje em dia é comum os historiadores da ciência fazerem reconstruções históricas de experiências com os recursos disponíveis na altura para ver se os resultados são plausíveis. O trabalho de Settle mostrou também a importância de se conhecer o aparelho antes de o utilizar com confiança.

Além disso, em 1972, o historiador Stillman Drake concluiu, a partir de uma inspeção minuciosa das anotações do “livro de laboratório” de Galileu, que este poderia também ter utilizado um outro método de cronometragem, que consistia em inserir trastes móveis no plano inclinado, de modo a que a bola rolante criasse um estalido audível ao passar por ele. Confiando no bom senso de um ritmo constante que a sua formação musical lhe teria incutido, Galileu poderia então ter movido os trastes até que a passagem da bola produzisse uma série regular de cliques, e deduzido a lei da aceleração a partir das distâncias entre os trastes à medida que a bola rolava durante o mesmo tempo. Drake sugeriu que Galileu não registou este método de cronometragem, talvez por receio de que pudesse soar a tolice - exigindo que ele estabelecesse um ritmo regular, por exemplo, cantando uma canção".

  via, galileo vs aristotle in https://www.delanceyplace.com/