13.772 – Como Surgiu a Força de Gravidade?


gravitons
De todas as forças do universo, a gravidade é aquela que se estuda há mais tempo e, paradoxalmente, a menos conhecida. Qualquer aluno que tenha estudado um pouco de física lembra-se da história de Galileu soltando bolas de chumbo, madeira e papel do alto da torre de Pisa, na Itália, na tentativa de entender como agia essa força estranha que atrai as coisas em direção ao centro da Terra. Bem antes, Aristóteles havia proposto que isso ocorria por nosso planeta ser o centro do universo, o lugar onde, pela própria natureza, as coisas deveriam estar. Quando surgiu o heliocentrismo, com Copérnico, o enfoque mudou e tornou-se necessária a revisão das leis sobre a queda dos corpos. Mais tarde, novas observações e teorias levaram à lei da gravitação universal formulada por Isaac Newton.
O grande passo seguinte só foi dado quase três séculos depois, graças a Albert Einstein, com sua Teoria Geral da Relatividade, de 1916 – trabalho pelo qual recebeu o Nobel de Física em 1921. As ondas gravitacionais são filhas naturais da teoria da gravitação proposta por Einstein, mas só existem no papel. De onde vêm e qual é sua importância são perguntas ainda sem resposta comprovada, já que nunca foram detectadas.
Segundo Einstein, planetas e estrelas curvam o espaço à sua volta pelo simples fato de estarem ali presentes – por seguirem a curvatura do espaço é que corpos celestes giram, gravitam em torno uns dos outros, como a Terra ao redor do Sol e a Lua em volta da Terra. Imagine então a ocorrência de um evento violento, como a explosão de uma estrela massiva que chegou ao fim da vida – uma supernova. Ou a fusão de duas estrelas de nêutrons, astros particularmente densos, ou de dois buracos negros com seu poder esmagador. Acontecimentos dessa magnitude provocam poderosas acelerações da matéria que interferem no campo gravitacional em volta. São como uma pedra jogada na água: formam ondulações, deformando o espaço. Se o pensamento é correto, poderemos detectar essas ondas no momento em que atingem a Terra após terem viajado até nós à velocidade da luz.
Durante muito tempo astrônomos duvidaram da existência das ondas gravitacionais. Desde a década de 1960, porém, físicos se empenham em provar que elas existem, confiando em que a Teoria Geral da Relatividade esteja correta, já que só tem colecionado acertos. Sua comprovação seria como abrir uma porta especial para o conhecimento do universo, que tem sido estudado por radiações eletromagnéticas, ou luz, com bandas de radiação diferentes, como de rádio, raios gama, raios X, ultravioleta e infravermelhos. Ocorre que radiações eletromagnéticas não são suficientemente seguras para nos dar determinadas informações. É o caso de eventos em buracos negros, pois eles não deixam a luz escapar. Já as ondas gravitacionais cruzam o espaço sem sofrer alterações e podem chegar até nós com dados desconhecidos sobre fenômenos do universo. Os mais otimistas anteveem até a possibilidade de observar um “fóssil”, a desconhecida radiação gravitacional gerada pelo Big Bang. Estaríamos inaugurando um novo tipo de astronomia, como nunca antes se imaginou.
As ondas gravitacionais, muito mais fracas que as eletromagnéticas, são dificílimas de detectar. O instrumental utilizado para isso é de extrema sensibilidade e qualquer evento, como o som de um avião nos arredores, pode produzir sinais capazes de confundir os pesquisadores. O problema é que tudo, ou quase, é mais forte que uma onda gravitacional. Em 2007, o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (Ligo), aparelho norte-americano de captação de ondas gravitacionais, juntou-se aos europeus Virgo (franco-italiano) e Geo (alemão), bem como aos observatórios espaciais Lisa e Lagos, num esforço de observação. Espera-se ampliar a chance de detecção, que hoje não passa de apenas uma por ano.
Virgo, construído na cidade italiana de Cascina, na Toscana, perto de Pisa, onde Galileu fez suas experiências sobre gravidade, é um imenso interferômetro de ondas gravitacionais. Tem produzido dados de qualidade comparável aos de Ligo e Geo. O observatório é formado por um laser cujo facho de luz se divide e percorre os dois gigantescos braços de Virgo, de 3 quilômetros de comprimento, colocados em ângulo reto.
No interior dos túneis abrigados nos braços de Virgo, em um ambiente próximo ao vácuo, os raios lasers alinhados, de alta potência, são refletidos por múltiplos espelhos e percorrem incessantemente os espaços, indo e voltando.
O objetivo dos físicos é detectar uma ínfima defasagem entre os lasers, o que indicaria uma variação no comprimento dos braços, já que, teoricamente, a passagem de ondas gravitacionais deve alongar um dos braços e contrair o outro. Tal acontecimento indicaria que alguma onda gravitacional estaria atravessando o dispositivo. Espera-se que o sistema acuse o evento com uma precisão de um bilionésimo de átomo.

Um longo caminho
A construção de Virgo exigiu cuidados especiais. É uma das áreas mais planas da Itália, o que é bom. Mas há o inconveniente da instabilidade do solo, como resultado da retirada constante de água destinada à agricultura. Basta lembrar a torre de Pisa para ter uma ideia do problema.
Os túneis de Virgo deslocam-se até um milímetro por mês em alguns pontos, exigindo fiscalização regular e a compensação imediata de qualquer desvio. Os espelhos foram fabricados em Lyon (França), num laboratório especialmente criado para isso, e sua refletividade é das maiores do mundo – aproximadamente 99,995%. Cada túnel é protegido por um sistema de isolamento sísmico superespecial, que preserva os espelhos dos movimentos do solo e de grande parte das vibrações ambientais. A aparelhagem é tão sensível que pode até mesmo parar de funcionar se houver fortes vibrações. É tão complicado que os dirigentes até pensam em suspender a vigilância noturna, feita de carro, para não perturbar o sistema. Ruídos e vibrações afetam a pesquisa e torna-se muito difícil isolar um sinal possivelmente significativo da grande quantidade de sinais parasitas. Seria como tentar ouvir um sussurro perto de uma banda de rock estridente.
Na sala de controle, técnicos monitoram os acontecimentos nas telas dos computadores. Atualmente, a chance de detectar uma onda gravitacional é rara: apenas uma por ano. E detectar algo que possivelmente seja um evento dessa natureza deve ser confirmado com análises do CD de dados, cujos resultados poderão demorar meses a sair. Acontecimentos de vulto podem ser mais fáceis de registrar. O jeito é esperar pela oportunidade de ocorrer uma fusão de estrelas de nêutrons bem próxima da Terra, com sinal muito forte, e avaliar o que será registrado nas horas seguintes. Tudo fica ainda mais difícil, como os físicos já observaram, aperfeiçoando seus modelos teóricos, porque estrelas agonizantes enviam bem menos ondas gravitacionais do que se pensava. Eles reconhecem que estão longe de surpreender uma supernova em vias de explodir, perto ou longe da Via Láctea.
É de se louvar esse esforço técnico-científico, diante da possibilidade de ampliar e modificar o conhecimento atual muito além do sonhado. Trata-se não apenas de ver os astros, como na astronomia ótica, ou de entendê-los, como na radioastronomia. A astronomia gravitacional colocará em nossas mãos a inimaginável beleza de “sentir” os astros, como se ganhássemos, assim, uma percepção extra. É esperar para ver.

Glossário da pesquisa gravitacional
Lei da gravitação universal – Diz que dois objetos se atraem gravitacionalmente por meio de uma força que é proporcional à massa de cada um deles e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa.

Teoria Geral da Relatividade – É a teoria do espaço-tempo. Diz que as forças gravitacionais decorrem da curvatura do espaço-tempo ocasionada pela presença de massas. O espaço-tempo é plano onde não há forças gravitacionais e nele os corpos se movem em linha reta.

Espaço-tempo – Conceito elaborado por Einstein dentro da Teoria Geral da Relatividade. É o tecido do universo, em que o espaço tridimensional e o tempo formam um todo de quatro dimensões. O tempo não flui sempre de modo uniforme, como se imaginava. A matéria pode atuar sobre ele.
Onda gravitacional – É a que transmite energia por meio de deformações no espaço-tempo. A Teoria Geral da Relatividade diz que corpos massivos em aceleração podem causar o fenômeno, que se propaga à velocidade da luz.
Ano-luz – É a unidade de distância igual a 9,467305 x 10¹² km, que corresponde à distância percorrida pela luz, no vácuo, durante um ano.
Sinais – Joseph Taylor e Russell Hulse, astrofísicos norte-americanos, observaram indícios da existência de ondas gravitacionais ao estudar a movimentação de duas estrelas de nêutrons que apresentavam desaceleração correspondente à energia que, em tese, deviam perder com a emissão de ondas gravitacionais. Receberam o Nobel de Física em 1993.
Interferometria – Ciência e técnica da sobreposição de duas ou mais ondas, cujo resultado é uma nova e diferente onda. É usada em diferentes campos, como astronomia, oceanografia, sismologia, metrologia óptica, fibras ópticas e mecânica quântica.

13.543 – Antigravidade – Como se consegue anular a gravidade nos laboratórios da Nasa?


antigravidade

Não se pode simplesmente “desligar” a gravidade. Cintos antigravitacionais só existem no cinema ou nas histórias em quadrinhos. A Nasa e outras agências espaciais utilizam um artifício que permite simular a ausência de gravidade: a queda livre. Imagine-se dentro de um elevador, carregando alguns livros na mão. Quando o elevador chega ao último andar, alguém corta os cabos e ele despenca. De repente, a sensação será de ausência de peso, os pés perderão o contato com o chão e os livros flutuarão no ar. Como o elevador está fechado, você irá flutuar sem sentir a resistência do ar, como em um ambiente sem gravidade. Nos experimentos das agências espaciais, um avião a jato sobe até determinada altitude e, em seguida, é posto em queda livre durante certo tempo – não mais que 30 segundos. Na acolchoada cabine de passageiros, os futuros astronautas sentem a ausência de peso, até que o piloto retome o curso da aeronave.
Os testes não são utilizados apenas como “curso preparatório” para viagens espaciais. Dentro dos aviões, pesquisadores submetem equipamentos, procedimentos médicos e substâncias químicas, por exemplo, às mesmas condições encontradas no espaço. O que passar no teste pode entrar na nave.

Queda livre simula ausência de peso 11 000 metros (início da descida)
Gravidade = 1 G (normal)

1. Na simulação de gravidade zero, o piloto sobe até uma determinada altitude – de 10 000 a 12 000 metros – e abaixa o nariz do avião em 45 graus. Se a inclinação for menor que isso, a ausência de peso não é total

11 000 a 8 000 metros (descida)

Gravidade = Zero

2. Na descida, que dura entre 20 e 25 segundos, os ocupantes da cabine de passageiros flutuam no ar. Nessa mínima fração de tempo, são realizados os testes médicos que avaliam os efeitos da ausência de gravidade no organismo humano

8 000 metros (final da descida)

Gravidade = 1 G (normal)

4. A sequência de descidas e subidas é repetida de 30 a 40 vezes pelo piloto, até completar um total de três horas de voo

5. Quando alcança a marca de 8 000 metros de altitude, o piloto retoma a subida. Nessa etapa do voo, a gravidade, em vez de diminuir, aumenta para 1,8 G (1 G equivale à força gravitacional ao nível do mar)

12.711- Peso Pesado no Sistema Solar – Se a gravidade da Terra fosse igual à de Júpiter…


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Para ter muita gravidade, tio Newton ensinou, você precisa de muita massa. Nesse caso, 15,6 mais massa, com a Terra passando das esbeltas 6 sextilhões de toneladas que tem hoje para as jovianas 90 sextilhões de toneladas. Mas isso não deixaria a circunferência do nosso planeta tão grande assim – ela seria só 2,5 vezes maior. A circunferência de Júpiter, para comparar, é 11 vezes maior que a nossa. A rochosa Terra não precisaria crescer tanto, enfim, porque é mais densa: cada metro cúbico da Terra tem bem mais massa que cada um do planeta gasoso.
A mudança mais óbvia é tão óbvia que não precisamos nem mencionar (mencionando: você seria 15 vezes mais pesado). Agora vamos às mudanças mais inusitadas. Uma delas é que o ano teria 52 meses, com sete dias cada um. É que a gravidade extra aceleraria a Lua. O satélite iria girar quatro vezes mais rápido, completando uma volta a cada sete dias. Como a idéia de mês é baseada no tempo entre duas luas novas, as primeiras civilizações da Terra instituiriam que um anos tem 52 meses.
O clima mudaria bastante também. A gravidade extra achataria a atmosfera a ponto de ela ficar com só 30% da espessura que tem hoje. Na prática, isso traria um frio montanhoso para lugares que hoje são relativamente quentes. Uma cidade como São Paulo, que fica a 760 metros de altitude, teria o clima equivalente ao de lugares que ficam a quase 2 mil metros, como Campos do Jordão (SP), onde há temperaturas negativas no inverno. Já as montanhas com mais de 5 mil metros ficariam na estratosfera, onde a temperatura para de diminuir com a altitude, estabilizando-se por volta de 60 graus negativos. O pico do Everest, aliás, roçaria na camada de ozônio.
A atmosfera mais curta também seria mais seca. As nuvens não teriam espaço para crescer a ponto de formar chuva. Pelo menos não na quantidade de hoje. A evaporação da água do mar geraria nevoeiros, e as gotículas que eles formam seriam nossa única fonte de água doce. Sem água o bastante, é provável que as espécies mais complexas de vida terrestre jamais tivessem surgido – a começar pela nossa. Mas essa é a melhor das hipóteses. Nas pior, nos adaptaríamos a viver com água de nevoeiro, mas sob a pena de nunca, jamais, se dar ao luxo de ficar de ressaca. Melhor deixar a gravidade de Júpiter por lá mesmo.

12.238 – Astrofísica – Detectada as Ondas Gravitacionais


onda gravitacional
Com estardalhaço na mídia foi confirmada a primeira detecção irrefutável de ondas gravitacionais – um fenômeno que predito pela teoria da relatividade geral, publicada por Einstein cem anos atrás, mas que ainda não havia sido confirmado.
Para entender o que aconteceu, basta imaginar que o espaço, em vez de ser um vazio padronizado, é como a superfície de um lago – ele pode flutuar, se esticar, se encolher. Se você atira uma pedra no meio do lago, uma série de ondas emanam a partir do ponto de impacto.
A pedra em questão foi a colisão entre dois buracos negros, cada um com massa cerca de 30 vezes maior que a do Sol, a mais de 1 bilhão de anos-luz de distância.
Com a detecção, os cientistas puderam determinar com exatidão o que produziu as ondas gravitacionais (a colisão de buracos negros), e o padrão de ondas se encaixou com incrível precisão ao previsto pela teoria da relatividade.
Antes, estávamos limitados a estudar o cosmos com o que se pode ver. Agora, poderemos também ouvi-lo. Na apresentação, os cientistas converteram o sinal das ondas gravitacionais em vibrações sonoras, só para que pudéssemos escutá-las.

12.237 – Planeta Terra – Fases da Lua influenciam as probabilidades de chuva


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Cientistas da Universidade de Washington analisaram 15 anos de dados divulgados pela Nasa e concluíram: a Lua tem influência sobre as chuvas na Terra. Segundo os pesquisadores, o satélite cria “protuberâncias” em nossa atmosfera, aumentando a precipitação, e definem a quantidade de água que vai cair do céu.
Segundo os dados coletados pelos cientistas, a Lua pressiona a atmosfera terrestre quando está acima de uma região específica. A pressão atmosférica elevada aumenta a temperatura, sugando mais umidade. “É como se um container ficasse mais largo com uma pressão mais alta”, afirma Tsubasa Kohyama, doutor que conduziu o estudo. “Menos umidade significa um clima menos propício à chuva”, conclui o pesquisador.
Isso não significa que você deve saber a posição da Lua para saber se leva o guarda-chuva. Nosso satélite causa apenas 1% de diferença em relação ao volume de chuva registrado aqui na Terra. Os dados garimpados por Kohyama e sua equipe serão usados para estudos que avaliarão como as fases lunares influenciam outros tipos de fenômenos climáticos. Até o momento, é sabido que a Lua possui impacto no comportamento das marés oceânicas.

10.983 – Física – Como um satélite fica em órbita?


satelite gaia

O segredo para que esses objetos permaneçam no espaço, girando ao redor da Terra, é o “empurrão” dado pelos foguetes que colocam os satélites em órbita. Depois de subir ao espaço, um estágio propulsor acelera o satélite a uma velocidade que não seja tão pequena para que ele caia na Terra nem tão grande para que ele escape da gravidade do planeta. “Se a velocidade for aplicada corretamente, o satélite tenta se afastar continuamente da Terra em direção ao espaço, mas ao mesmo tempo é puxado de volta pela gravidade. O resultado é como se ele estivesse sempre caindo, mas sem tocar a superfície do planeta, descrevendo uma trajetória circular ao redor do globo”, afirmou um engenheiro do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE).
A velocidade é o elemento-chave para pôr um satélite em órbita. Se for impulsionado a uma velocidade muito baixa, ele cai logo, “puxado” pela gravidade da Terra.
EXEMPLO – Se a velocidade de impulso for de, digamos, 10 km/h, ele cai depois de percorrer apenas 687 metros no espaço
Se a velocidade com que se atira o objeto for maior, ele irá cair cada vez mais longe. Mas, se o impulso não for suficiente para o satélite dar uma volta na Terra, ele não estará em órbita
EXEMPLO – Se a velocidade de impulso for de 10 000 km/h, ele se choca com a superfície depois de percorrer 754 quilômetros no espaço.
Agora, sim, nosso satélite entrou em órbita. No nosso exemplo, ele está a 300 km da superfície. Se for menos do que isso, a atmosfera é mais densa e a resistência do ar “breca” o movimento do satélite.

EXEMPLO – O impulso ideal para o satélite entrar em órbita a 300 km de altitude é de 27 800 km/h.

7896 – Por que os balões têm formato de… Balão?


Poolbalão

Os balões têm esse formato característico (que lembra uma gota invertida) porque ele é ideal para a distribuição da pressão interna, segundo um físico fabricante de balões. Mesmo naqueles com formatos mais inusitados – como os que imitam o contorno de objetos ou animais, por exemplo -, na parte interna da “carcaça” há painéis de náilon que assumem a forma esférica. “A esfera na parte superior proporciona uma perfeita distribuição de força”.
O formato redondo e afilado da gota funciona como um peixe na água: o ar desliza com menor resistência. “É uma questão de aerodinâmica. A forma redonda diminui o atrito”, um professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP).
Outro físico da USP, acrescenta que a forma esférica é a mais estável da natureza, por haver proporção entre área e volume – o que é importante, no caso do balão, para a superfície aguentar a pressão exercida pelo ar quente. Com a temperatura alta, as moléculas se movimentam e fazem pressão na parede do balão. O ar quente sobe e se concentra na parte superior do balão, dando-lhe naturalmente o formato que todos conhecem.

7892 – O que é gravidade?


Vamos começar com a definição que se tornou clássica desde Einstein: a gravidade é um efeito dos corpos com muita massa (ou “peso”, como dizemos na nossa linguagem cotidiana) sobre a própria geometria do espaço e do tempo. Se a idéia parece absurda, pense no espaço-tempo como uma lâmina de borracha – algo plano, mas flexível. Se você põe um objeto muito pesado em cima dela – digamos que seja o Sol – esse trambolho vai afundar a lâmina, criando uma depressão onde ele próprio está mas também influenciando a região em torno dele.
Agora, imagine que outra bola menor – a Terra ou qualquer outro planeta – esteja naquela vizinhança, bem no começo da depressão causada pelo Sol. Seria muito difícil ela escapar de dentro dessa vala; a tendência é que ela se mantenha em torno do objeto mais pesado – criou-se uma órbita. Isso vale não apenas para a matéria, mas também para a energia viajando naquele plano de borracha – se há uma depressão, ela vai ter de continuar seguindo por ela.
Essa visão einsteiniana funciona tremendamente bem para a imensa maioria das situações que costumam aparecer no universo, mas a mecânica quântica (o conjunto de teorias da física moderna que estuda os componentes fundamentais da matéria) já mostrou que diversas forças que pareciam se comportar de modo semelhante à gravidade eram, na verdade, geradas pela interação de partículas, como os elétrons (no caso da eletricidade) e os fótons (no caso do eletromagnetismo, no qual a luz visível é um dos fenômenos mais conhecidos). Por isso, qualquer teoria que queira abranger de forma coerente todos os fenômenos da natureza precisaria achar as partículas gravitacionais – os hipotéticos grávitons, ou as ondas gravitacionais (na mecânica quântica, algo pode se manifestar tanto como onda quanto como partícula).
É sempre mais fácil falar do que fazer: até hoje, ninguém foi capaz de detectar uma onda gravitacional ou um gráviton diretamente. “Os grávitons têm pouca energia e interagem muito pouco com a matéria”, afirma George Matsas, do Instituto de Física Teórica da Unesp (Universidade Estadual Paulista). Contudo, isso não quer dizer que haja, em princípio, algo de errado com essa teoria. “Nossas estimativas indicam que, para que possamos obter os primeiros sinais positivos, teremos de melhorar a sensibilidade de nossos aparelhos.

7221 – De onde vem a força da gravidade?


Não se sabe ao certo. A gravidade é uma das quatro forças fundamentais da natureza (junto com a força forte, eletromagnetismo e força fraca) em que objetos com massa exercem atração uns sobre os outros. Classicamente, é descrita pela lei de Newton da gravitação universal. Foi entendida primeiramente de modo matemático pelo físico inglês Isaac Newton e desenvolvida e estudada ao longo dos anos.
Do ponto de vista prático, a atração gravitacional da Terra confere peso aos objetos e faz com que caiam ao chão quando são soltos no ar (como a atração é mútua, a Terra também se move em direção aos objetos, mas apenas por uma ínfima fração). Ademais, a gravitação é o motivo pelo qual a Terra, o Sol e outros corpos celestiais existem: sem ela, a matéria não se teria aglutinado para formar aqueles corpos e a vida como a entendemos não teria surgido. A gravidade também é responsável por manter a Terra e os outros planetas em suas respectivas órbitas em torno do Sol e a Lua em órbita em volta da Terra, bem como pela formação das marés e por muitos outros fenômenos naturais.
Gravitação é a força de atração que existe entre todas as partículas com massa no universo.
A gravitação é responsável por prender objectos à superfície de planetas e, de acordo com as leis do movimento de Newton, é responsável por manter objectos em órbita em torno uns dos outros.
A gravidade faz muito mais do que simplesmente segurar-nos às nossas cadeiras. Foi Isaac Newton quem a reconheceu. Newton escreveu numa das suas memórias que na altura em que estava a tentar compreender o que mantinha a Lua no céu viu uma maçã cair no seu pomar, e compreendeu que a Lua não estava suspensa no céu mas sim que caía continuamente, como se fosse uma bola de canhão que fosse disparada com tanta velocidade que nunca atinge o chão por este também “cair” devido à curvatura da Terra.
Segundo a terceira lei de Newton, quaisquer dois objectos exercem uma atracção gravitacional um sobre o outro de igual valor e sentido oposto.
Pouco se sabia sobre gravitação até o século XVII, pois acreditava-se que leis diferentes governavam os céus e a Terra. A força que mantinha a Lua pendurada no céu nada tinha a ver com a força que nos mantém presos à Terra. Isaac Newton foi o primeiro a pensar na hipótese das duas forças possuírem as mesmas naturezas; até então, havia apenas a teoria magnetista de Johannes Kepler, que dizia que era o magnetismo que fazia os planetas orbitarem o Sol
Newton explica, “Todos os objectos no Universo atraem todos os outros objectos com uma força direccionada ao longo da linha que passa pelos centros dos dois objectos, e que é proporcional ao produto das suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da separação entre os dois objectos.”
A força de atração entre dois objetos é chamada de peso.
Rigorosamente falando, esta lei aplica-se apenas a objectos semelhantes a pontos. Se os objectos possuírem extensão espacial, a verdadeira força terá de ser encontrada pela integração das forças entre os vários pontos. Por outro lado, pode provar-se que para um objecto com uma distribuição de massa esfericamente simétrica, a integral resulta na mesma atracção gravitacional que teria se fosse uma massa pontual.
Foi este obstáculo que levou Newton a adiar por vários anos a publicação da sua teoria, já que ele não conseguia mostrar que a gravitação exercida pela Terra sobre um corpo à sua superfície era a mesma como se toda a massa da Terra estivesse concentrada em seu centro.

A atração gravitacional dos prótons é aproximadamente um fator 10 36 mais fraco que a repulsão electromagnética. Este fator é independente de distância, porque ambas as forças são inversamente proporcionais ao quadrado da distância. Isso significa que, numa balança atômica, a gravidade mútua é desprezável. Porém, a força principal entre os objetos comuns e a Terra e entre corpos celestiais é a gravidade, quando pelo menos um deles é eletricamente neutro, ou quase. Contudo se em ambos os corpos houvesse um excesso ou déficit de único elétron para cada 10 18 prótons isto já seria suficiente para cancelar a gravidade (ou no caso de um excesso num e um déficit no outro: duplicar a atração).

A relativa fraqueza da gravidade pode ser demonstrada com um pequeno ímã, que vai atraindo para cima pedaços de ferro pousados no chão. O minúsculo ímã consegue anular a força gravitacional da Terra inteira.
A gravidade é pequena, a menos que um dos dois corpos seja grande, mas a pequena força gravitacional exercida por corpos de tamanho ordinário pode ser demonstrada com razoável facilidade por experiências como a da barra de torção de Cavendish.
A formulação da gravidade por Newton é bastante precisa para a maioria dos propósitos práticos. Existem, no entanto, alguns problemas:
Assume que alterações na força gravitacional são transmitidas instantaneamente quando a posição dos corpos gravitantes muda. Porém, isto contradiz o fato que existe uma velocidade limite a que podem ser transmitidos os sinais (velocidade da luz no vácuo).
O pressuposto de espaço e tempo absolutos contradiz a teoria de relatividade especial de Einstein.

6568 – Física – A Lei da Gravidade


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.

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.

O Conceito de Gravitação Através da História
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.

O 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.

5704 – Física – A Gravidade


Foi Isaac Newton (1643-1727) quem há três séculos explicou o fenômeno com sua teoria da gravitação – a primeira teoria matemática sobre uma força da natureza. Até então, as idéias sobre o assunto se baseavam na experiência coinum: a ação por contato, como um empurrão; ou, se uma pessoa chuta uma bola, esta se acelera. Mas onde estaria, por exemplo, o contato entre a Lua e os oceanos, capaz de explicar o movimento das marés? Newton ocupou-se seriamente desse problema e propôs o conceito de efeito a distância. Segundo ele, dois corpos separados por um espaço intermediário mais ou menos grande exercem mutuamente uma força de atração. O valor da força é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles; quanto maior a distância, menor a força.
Dado esse primeiro passo, surgiram teorias similares sobre as demais forças da natureza. É possível demonstrar facilmente que também os ímãs exercem sua força de atração até uma certa distância, bastando aproximá-los pouco a pouco. Da mesma forma pode-se observar as forças eletrostáticas, como as que erguem os pêlos quando se encosta o braço num tecido sintético. Também no interior do núcleo de um átomo atuam forças entre seus componentes, embora a distâncias ínfimas.
No século XIX, Michael Faraday (1791-1867) e James Clerk Maxwell (1831-1879) desenvolveram novas idéias sobre o efeito a distância e inventaram o conceito de campo de forças. Segundo essa teoria, uma carga elétrica cria um campo elétrico invisível no espaço a sua volta. Se nesse campo já existir outra carga elétrica, ela sofrerá o efeito de uma força. Essa idéia era efetivamente nova. Partindo do efeito que exercem mutuamente dois corpos ou partículas afastadas, concebeu-se que existe uma força por meio do contato entre uma partícula e o campo de outra partícula. Hoje, teorias de campo se aplicam a todas as forças da natureza.