Galileu Galilei foi um dos maiores expoentes da renascença científica. Dentre suas contribuições, iremos destacar aqui o estudo do movimento de objetos próximos da superfície da Terra.
Ele fundamentou seu estudo a partir de algumas premissas básicas que são as mesmas que utilizamos em nosso dia-dia para entender e classificar os movimentos.
O voo de um avião, uma viagem de carro e um navio que cruza um oceano são exemplos do nosso cotidiano, nos quais podemos aplicar os princípios de Galileu para descrever e prever tais movimentos.
Ao estudar o movimento de corpos na superfície da Terra, Galileu tentou mostrar a equivalência entre os diferentes pontos de vista observados pelos que enxergavam o movimento de um corpo.
Comecemos estudando o movimento de um corpo visto a partir de dois referenciais diferentes.
Vamos pensar no seguinte exemplo:
Um homem dentro de um vagão de trem que se move com velocidade constante, arremessa verticalmente para cima uma bola.
A trajetória vista pelo homem para o caminho percorrido pela bola é vertical. Assim, o homem vê a bola subir e descer até retornar à sua mão – algo que podemos visualizar pela figura abaixo:
Uma segunda pessoa localizada na superfície da Terra, observa de seu ponto de vista que a bola realiza um movimento parabólico. A figura a seguir mostra a visão dessa pessoa:
Embora a trajetória observada seja diferente para ambos observadores, eles devem concordar quanto a alguns aspectos do movimento. Dentre eles, o tempo de queda da bola, que não depende do referencial; os relógios de ambos marcam o mesmo intervalo de tempo enquanto a bola está no ar.
Nos dois casos, os pontos de vista são válidos, embora cada observador presencie um caminho diferente para a trajetória da bola; ambas são compatíveis com a visão de mundo de cada um.
Vamos pensar agora no problema inverso: a bola é arremessada verticalmente para o referencial da Terra. Se alguém que estivesse dentro de um vagão de trem e observasse o movimento da bola, veria que ela percorre uma trajetória parabólica. Novamente, os dois observadores reivindicariam como corretos seus pontos de vista e novamente ambos estariam corretos, inclusive quanto a algumas grandezas físicas que medissem.
Esse tipo de análise levou Galileu a pensar que o movimento era algo relativo, e que embora a percepção do fenômeno dependesse do observador, algumas grandezas físicas medidas por diferentes observadores deveriam ser as mesmas, independentemente do referencial escolhido.
Galileu então postulou como princípio que:
Como então alguém poderia afirmar estar em repouso absoluto ou em movimento?
Não poderia, pois estar em repouso ou movimento eram conceitos que dependiam da escolha de um referencial.
Para esclarecimento, por “quaisquer resultados físicos” estamos nos referindo às leis fundamentais da Física. É claro que as velocidades da bola nos dois referencias são diferentes, mas ambos concluem que a força resultante sobre a bola é somente a força gravitacional, na linguagem atual da Física.
Anos mais tarde, Isaac Newton refinou o conceito de referencial e explicou que todos os corpos que se movem com velocidade constante em relação a um referencial, livre da ação de forças, ou em equilíbrio, podem ser usados para se descrever outros movimentos. Ele chamou tais referenciais de referenciais inerciais.
Assim, qualquer observador que se move com velocidade constante em relação a um referencial dito em “repouso”, pode ser considerado também como um referencial inercial.
Um referencial pode ser classificado em dois tipos: inercial e não inercial.
Referencial inercial é uma classe de referenciais nos quais não é necessária a existência de uma força ou forças que justifiquem o movimento observado. Assim, embora a própria Terra esteja em movimento de rotação e translação no Sistema Solar e o próprio Sistema Solar esteja em movimento junto à nossa Galáxia, para a maioria dos “experimentos de laboratório”, a Terra pode ser considerada um referencial inercial. Se lançarmos um disco sobre uma superfície perfeitamente lisa, ou seja, sem atrito, ele executará um movimento retilíneo e uniforme em um trecho relativamente pequeno. Se percorrer milhares de quilômetros, a Terra não poderá mais ser considerada um referencial inercial.
Você deve estar se perguntando: o que seria um referencial não inercial?
Para responder a essa pergunta, vamos recorrer a um outro exemplo.
Imagine que você coloca uma caixa na carroceria da picape, próxima à cabine. Por um descuido, acaba deixando ela solta, mesmo que o atrito entre a caixa e o chão da carroceria fosse desprezível. Terminado o serviço, você permanece parado na calçada, até que de repente, o motorista arranca com tudo. Do seu referencial, a caixa permaneceu em repouso durante o arranque e a superfície da carroceria deslizou por baixo da caixa. Durante esse movimento, você concluir que a força resultante sobre a caixa era nula (admitindo-se que o atrito é desprezível)
Por outro lado, durante o arranque, o motorista verifica pelo retrovisor que a caixa desliza para trás da carroceria. Inicialmente, no referencial do veículo, a caixa estava em repouso. Assim que ele anda, a caixa começa a se afastar do motorista. Ele conclui portanto que a caixa está sob ação de uma força.
Qual é a Natureza dessa força que age sobre o carro, no referencial do motorista? Ela existe de fato?
A força que age sobre a caixa é conhecida como força fictícia ou força inercial. A sua origem se dava a um referencial não inercial, ou seja, um referencial acelerado (em relação a um referencial inercial).
Esta situação, portanto, não pode ser tratada pela relatividade de Galileu. Nas próximas postagens de Física vamos discutir o formalismo matemático, mas antes abordar as três leis de Newton da Mecânica Clássica, ou a chamada Mecânica Newtoniana.
CONTEÚDO EXTRAÍDO NA ÍNTEGRA DO SITE RELATIVIDADE RESTRITA.
O site é um produto educacional do programa de Mestrado Nacional em Ensino de Física (MNPEF) da Sociedade Brasileira de Física (SBF) do polo da Universidade Federal do ABC (UFABC).
A autoria é do Professor de Física Ricardo Vieira Pereira, sob orientação do Doutor José Kenichi Mizukoshi.
LINK DO SITE COM CONTEÚDO COMPLETO: https://propg.ufabc.edu.br/mnpef-sites/relatividade-restrita/
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