Roteiro da Semana 6

Apresentação da aula

A dança cósmica

As ideias de Kepler sobre as órbitas elípticas e as observações de Galileu sobre os novos fenômenos celestes sustentaram e fortaleceram o modelo heliocêntrico proposto por Copérnico. Isso possibilitou à ciência ocidental elaborar modelos teóricos que explicassem a grande regularidade observada nos fenômenos celestes.

Nesse sentido, o primeiro grande passo foi a construção do modelo de um universo mecânico, regido por forças que orquestravam a impressionante dança cósmica. Nesta aula, discutiremos a origem da Teoria da Gravitação de Isaac Newton e realizaremos simulações para compreender os fenômenos a ela relacionados.

Queremos problematizar o caráter universal dessa teoria, cuja abrangência explica desde fenômenos simples, como a trajetória de uma pedra que cai de nossa mão, as fases da Lua, o sistema solar, até a rotação de uma galáxia. Ela marca um momento importante da complexificação das representações do universo, uma vez que se vale da linguagem matemática para elaborar modelos e prever acontecimentos.

Para trabalhar aspectos quantitativos dessa teoria, utilizaremos applets, ferramentas digitais que simulam os fenômenos físicos e permitem explorar suas particularidades. Com isso poderemos entender o que significa dizer: a força gravitacional é diretamente proporcional às massas que se atraem e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.

Finalizaremos a aula contrapondo o modelo de Newton ao de Einstein. Analisaremos a recriação de um universo diferente, sem forças, mas com a tessitura do espaço-tempo que pode ser distorcida pela gravidade. Esse novo modelo levou a física a produzir objetos teóricos bem estranhos, como os buracos negros e os buracos de minhoca.

Recomendação: Leia todos os textos e assista a todos os vídeos antes da atividade.

Objetivos

Esta aula visa a quatro objetivos:

1 – Trabalhar aspectos da história da ciência e o surgimento da Teoria da Gravitação. Conhecer o pensamento de Aristóteles, Copérnico, Kepler, Galileu e Newton. Conhecer outros modelos para a gravidade: comparar modelos Relativístico, Newtoniano e Aristotélico.

2 – Discutir a abrangência da Teoria da gravitação e seu sucesso preditivo. Analisar experimentos e utilizar algumas equações da queda livre e gravitação. Utilizar o modelo Newtoniano para fazer estimativas e pequenos cálculos sobre o nosso peso em outras gravidades.

3 – Compreender como a gravidade explica a organização da matéria e as regularidades observadas no movimento dos corpos celestes.

4 – Conhecer fenômenos estranhos como buracos negros e buracos de minhoca que são decorrentes da teoria de Einstein.

Materiais

Material para consulta

Texto 1: MARTINS, Roberto de Andrade. O pensamento científico moderno e a origem do mundo (Capítulo 6). In: O universo: teorias sobre sua origem e evolução. São Paulo: Editora Moderna, 1994 (obra esgotada).

Vídeo 1: Universo Elegante – Brian Greene.

Vídeo 2: Universo Elegante – Brian Greene.

Vídeo 3: Cosmo – Buracos Negros, Buracos de minhoca e o espaço-tempo de Einstein.

Applets: Gravity Force Lab e My solar System.

• Laboratório de Força Gravítica (1.01)
• Meu Sistema Solar (2.02)

[Atividade] - Leitura

Leitura: Ler o texto 1 para compreender a gênese da Teoria da Gravitação e sua importância para a Astronomia.

[Atividade] - Vídeos

Assistir ao documentário Brian Green: Universo Elegante (vídeos 1 e 2) sobre o impasse do modelo Newtoniano e a alternativa proposta pelo modelo de Einstein.

Assistir ao vídeo 3 sobre a curvatura espaço-tempo, buracos negros e buracos de minhocas.

[Atividade 1] - Questionário 1

Questionário 1 - Responder ao questionário 1 sobre o texto 1. Neste questionário, pontuaremos as principais contribuições e debates que levaram à Teoria da Gravitação que tinha, na época, um grande poder preditivo.

[Atividade 2] - Questionário 2

Questionário 2 - Após assistir aos vídeos 1 e 2, responda ao questionário proposto, "Modelos e aspectos quantitativos da Teoria da Gravitação".

[Atividade 3] - Envio de arquivo

Atividade 3 - Acesse o site indicado (http://www.ufsm.br/mastr/pesos.htm) e calcule o seu peso em diversos planetas do sistema solar conhecendo as gravidades específicas de cada um desses planetas. Em seguida, realize a atividade.

[Atividades optativas 1 e 2] - Utilização de Applets

Applets são ferramentas digitais, que permitem simular fenômenos físicos com grande realismo. Nesta atividade, vamos utilizar um dos seguintes applets indicados e explorar os efeitos gravitacionais. Entregar a atividade relativa ao applet escolhido.

a) Laboratório de Força Gravítica – neste applet, é possível simular o Experimento de Cavendish. De forma fácil é possível manipular os parâmetros massa e distância entre centros de massa para observar a dependência da força atrativa gravitacional em relação a esses parâmetros.

b) Meu Sistema Solar – neste applet, é possível simular órbitas e observar os efeitos gravitacionais sobre objetos que se movem e se atraem mutuamente. Configurando o vetor velocidade de um corpo, é possível arremessá-lo com certa velocidade para perto de outro corpo que o atrairá. O objeto entrará em órbita, apenas desviará sua trajetória e escapará ou colidirá, dependendo da intensidade, direção e sentido, configurados para o vetor velocidade e da massa responsável pela atração gravitacional. Quando em órbita, é possível observar as três leis de Kepler.

Para saber mais sobre os Applets, acesse o texto, clicando aqui.

Para realizar as tarefas relacionadas com o applet "Laboratório de Força Gravítica", clique aqui.

Para realizar as tarefas relacionadas com o applet "Meu Sistema Solar", clique aqui.

Material Impresso

Semana 6