INÉRCIA E GRAVIDADE

POR QUE ÓRBITAS ELÍPTICAS?

Os gregos, tendo à frente Aristóteles, conceberam um universo geocêntrico, com os planetas girando com velocidade constante em torno de uma Terra fixa e descrevendo órbitas circulares. Acima da Lua, tudo o que existe é imutável, perfeito e incorruptível, construído de uma quinta-essência, diferente de terra, água, ar e fogo, que caracterizam nosso imperfeito mundo infralunar.

Estou vendo quatro luas em Júpiter...

Toda essa concepção foi abandonada a partir do século XVI. O sistema heliocêntrico de Copérnico fez ruir a ideia da fixidez e centralidade da Terra; Tycho Brahe, ao descobrir uma supernova, manchou a reputação do céu imutável; e Johannes Kepler, pouco depois, mostrou que as órbitas dos astros, elípticas antes que circulares, são percorridas com velocidades maiores quando mais perto eles estão do Sol, e menores, quando dele se afastam. Complementando a derrocada das ideias de Aristóteles, o professor Galileu Galilei, da Universidade de Pádua, constatou com seu telescópio perspicaz a existência das irregularidades da Lua, das manchas solares, das fases de Vênus e das luas de Júpiter. Posteriormente, com o avanço da Cosmologia no século XX, todo o Sistema Solar foi rebatido para a periferia do Universo, sendo o Sol uma de mais de cem bilhões de estrelas da Via Láctea, que, por sua vez, é uma de mais de cem bilhões de galáxias, dentro de um Universo criado numa explosão que ocorreu há 15 bilhões de anos, evoluindo desde sempre em permanente e decidida expansão.

Órbitas elípticas, por quê?

Para justificar as órbitas elípticas dos planetas, Kepler imaginou que cada planeta deveria seguir a resultante de duas forças, uma das quais situada no próprio planeta, e a outra, proveniente do Sol. Kepler só errou por imaginar que as duas forças teriam natureza magnética. Pois, após os trabalhos de Galileu, Descartes e Newton, foi possível saber que se tratava da inércia e da gravidade.

Inércia

Por causa da inércia, tudo que vemos sobre nosso planeta conserva o movimento da Terra em todas as circunstâncias, pensou Galileu. Uma pedra atirada verticalmente para cima cai no mesmo lugar, e não no quintal do vizinho, porque, subindo ou descendo, a ela a cada instante sempre se adiciona o movimento da Terra. Como também se adiciona quando a pedra está parada, na superfície da Terra.
A ideia de Galileu foi depois aperfeiçoada por René Descartes (1596-1650) , ao intuir que uma partícula, isolada e sem nenhuma interferência, deslocando-se num espaço infinito, permaneceria sempre em linha reta e com a mesma velocidade. Quaisquer desvios das tendências retilíneas dos movimentos naturais deviam ser consequência de ações exteriores, ou seja, as órbitas curvas e fechadas dos planetas eram indício de que uma força exterior adicionava-se à inércia.
Descartes alinhava-se com Kepler, mas, como este, desconhecia a natureza da força que se conjugava com a inércia para dotar os planetas de órbitas elípticas.

Gravidade


Por volta de 1680 três cientistas ingleses, Christopher Wren, Robert Hooke e Edmund Halley comentaram entre si sobre as órbitas elípticas dos planetas, conforme estabelecido pela primeira lei de Kepler. Era o assunto do dia nas rodas científicas. Parece que foi Hooke o primeiro a pensar que, para os planetas permanecerem em órbita, deveria atuar sobre eles uma força, orientada para o Sol, cuja intensidade fosse tanto maior quanto menor fosse a distância entre o planeta e aquela estrela, na razão inversa dos quadrados. O grande desafio era demonstrar, a partir de cálculos rigorosos, que uma força desse tipo levava os planetas a descreverem as órbitas elípticas da lei de Kepler.

- Já comentei essa ideia com Isaac Newton, teria dito Robert Hooke.

Diante disso, Halley procurou Newton e perguntou-lhe sobre como seria a curva descrita pelos planetas, caso houvesse, somando-se à inércia, uma força de atração do Sol inversamente proporcional ao quadrado da distância. Newton teria respondido imediatamente:

- Uma elipse.

- Como você sabe disso?

- Eu fiz os cálculos. A força de atração do Sol sobre um planeta, que se exerce na razão direta das massas e na razão inversa do quadrado das distâncias, combinada com a inércia do planeta, explica as órbitas elípticas, respondeu Newton.

Como era de se esperar, o fato deu lugar a intensa disputa entre Newton e Hooke, pois ambos se atribuíam a primazia de haver descoberto a natureza da gravidade. Seja como for, foi Newton, no seu livro "Philosophiae Naturalis Principia Matematica" ("Princípios Naturais da Filosofia Matemática"), publicado em 1687, quem enunciou a Lei da Gravitação Universal, que alguns chamam de quarta lei de Newton:

"Matéria atrai matéria, na razão direta das massas e na razão inversa do quadrado da sua distância".

- E o que diz a teoria da relatividade geral?

A relatividade geral postula que, em verdade, matéria não “atrai” matéria. O que a matéria faz é deformar o espaço, que, assim deformado, determina o caminho a ser perseguido pela matéria.

- Mas a fórmula de Newton está correta, para todas as finalidades práticas.

Deus e Newton

Isaac Newton

Isaac Newton (1642-1727) costuma ser apontado como o maior de todos os cientistas. Criou o cálculo infinitesimal, introduziu as leis da refração e reflexão da luz, criou o telescópio por reflexão, explicou as marés, contribuiu para o avanço da termodinâmica e da acústica e apresentou uma explicação plausível para a origem das estrelas. Eis os versos do poeta inglês Alexander Pope (1688-1744), gravados no túmulo de Isaac Newton, na Abadia de Westminster, em Londres, Inglaterra:

Nature and Nature's law lay hid in night.
God sad “Let Newton be“ and all was light.

(A natureza e as leis naturais jaziam dentro da noite.

Disse Deus “Que seja Newton”, e a luz se fez.)