O que é a Física?

Física vem do termo grego physis, que significa Natureza. A Física é o conhecimento da Natureza, onde se encontra uma grande variedade de fenómenos que obedece a leis com expressão matemática (por exemplo a lei da gravitação universal de Newton, segundo a qual todos os corpos se atraem uns aos outros). Dito de uma maneira geral, os físicos estudam a matéria e a energia que ocupam o espaço e o tempo. Especificando, os físicos estudam o movimento e as forças que o determinam (na mecânica, que pode ser clássica, à maneira de  Newton, ou relativista, à maneira de Einstein), o movimento  dos astros (na astronomia), os fenómenos eléctricos e magnéticos (no electromagnetismo), a luz (na óptica), os corpos à nossa escala (na termodinâmica), os fenómenos às escalas molecular, atómica  e nuclear (na física quântica), etc. Embora o conhecimento da Física derive da curiosidade humana, o certo é que ele tem encontrado numerosas aplicações: se hoje dispomos de satélites, televisões, computadores, raios X, etc. é porque houve avanços substanciais na Física.

Embora o ser humano sempre se tenha interrogado a respeito da natureza de que ele faz parte e tenha encontrado desde a Antiguidade Clássica respostas, ainda que parciais, a algumas dessas questões, só no século XVII, com a chamada Revolução Científica, a  Física se autonomizou como disciplina. O italiano Galileu Galilei  é considerado o “pai da Física” por ter desenvolvido, para conhecer a Natureza, o método científico, baseado na observação, na experiência e no raciocínio lógico. Para ajudar a observação e a experiência usou instrumentos que ampliavam muito o poder dos sentidos – os mais notáveis foram o telescópio para descobrir os céus, e o plano inclinado, para estudar os movimentos de queda dos corpos na Terra. Para apoiar o raciocínio lógico serviu-se da matemática: escreveu que “o livro da Natureza está escrito em caracteres matemáticos”, uma frase que abriu toda uma vida partilhada, que prossegue hoje, entre a Física e a Matemática.

Vale a pena lembrar como Galileu chegou à primeira lei física – a lei da queda dos graves. É sabido, desde tempos imemoriais, que todos os corpos caem para a Terra de uma maneira que achamos rápida. Usando o plano inclinado, pode-se, porém, tornar lenta a queda dos corpos. Galileu mediu as distâncias percorridas por uma bola que rola num plano inclinado. Se essas distâncias eram fáceis de medir com uma régua, já o mesmo não se podia dizer dos tempos, dado não existirem relógios com suficiente precisão. Havia relógios de água, que mediam o tempo pela quantidade de líquido acumulado. Usando-os, Galileu encontrou uma relação entre distância e tempos, traduzida por uma expressão matemática simples: as distâncias são proporcionais aos quadrados dos tempos. Esta lei, que vale para quaisquer objectos, só não é exacta por existirem resistências ao movimento (atrito no contacto com a rampa e resistência do ar). A física cultiva as noções de simplicidade e de universalidade da descrição.

Com o inglês Isaac Newton, surgido logo a seguir a Galileu, a Física deu um “passo de gigante”. Newton compreendeu que o movimento da Lua em volta da Terra e a queda de um corpo na Terra eram regidos pela mesma lei. Começou por concluir que a força mais não é do que o agente que muda a velocidade. Na Terra, a força da gravidade faz aumentar uniformemente a velocidade de um corpo ao longo do tempo, o que leva a que a distância aumente com o quadrado do tempo. No espaço, a força da gravidade também puxa a Lua para a Terra. Então por que razão a Lua não cai sobre a Terra? A Lua está em órbita circular em torno da Terra porque a força da gravidade a impede de seguir em linha recta, quer dizer, a Lua está sempre a ser puxada pela Terra sem nunca cair sobre nós. Podemos colocar um qualquer corpo a imitar a Lua, seguindo uma órbita circular à volta da Terra Se lhe imprimirmos uma certa velocidade, o corpo não cairá de início, nem depois, nem nunca, porque voltará ao ponto de partida com a mesma velocidade que tinha quando partiu. O génio de Newton residiu na sua percepção pioneira de que as leis da Física valem não só na Terra como no céu. O enorme poder da Física assenta precisamente nessa universalidade. Conhecendo a lei de gravitação universal, a indicação das condições iniciais de um projéctil, isto é, a sua posição e velocidade no instante inicial, podemos saber a sua trajectória ao longo do tempo. Os físicos conseguem, assim, adivinhar o futuro, o que, convenhamos, não é coisa pequena!

Carlos Fiolhais (Professor de Física da Universidade de Coimbra)