Inércia - Inertia

A inércia é a resistência de qualquer objeto físico a qualquer mudança em sua velocidade . Isso inclui mudanças na velocidade do objeto ou direção do movimento. Um aspecto dessa propriedade é a tendência dos objetos de continuarem se movendo em linha reta a uma velocidade constante, quando nenhuma força age sobre eles.

Inércia vem da palavra latina, iners , que significa ocioso, lento. A inércia é uma das manifestações primárias da massa , que é uma propriedade quantitativa dos sistemas físicos . Isaac Newton definiu a inércia como uma força, antes de sua primeira lei no monumental Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica . Lá, lê-se:

DEFINIÇÃO III. O vis insita , ou força inata da matéria, é um poder de resistência pelo qual todo corpo, tanto quanto nele se encontra, se esforça para perseverar em seu estado atual, seja de repouso ou de mover-se uniformemente para a frente em uma linha reta.

Após algumas outras definições, Newton afirma (na página 83) sua primeira lei do movimento:

LEI I. Todo corpo persevera em seu estado de repouso, ou de movimento uniforme em linha reta, a menos que seja compelido a mudar esse estado por forças nele impressas.

Observe que Newton faz uso da forma verbal ativa "perseverar", em vez de outras formas passivas, como "continuar" ou "permanecer", comumente encontradas em livros didáticos modernos. Isso decorre de algumas mudanças na mecânica original de Newton (conforme declarado nos Principia) feitas por Euler, d'Alembert e outros cartesianos.

No uso comum, o termo "inércia" pode se referir à "quantidade de resistência à mudança de velocidade" de um objeto ou, para termos mais simples, "resistência a uma mudança no movimento" (que é quantificada por sua massa) ou, às vezes, ao seu momento , dependendo do contexto. O termo "inércia" é mais apropriadamente entendido como uma abreviação para "o princípio da inércia", conforme descrito por Newton em sua primeira lei do movimento , declarada acima, segundo a qual um objeto continuará se movendo em sua velocidade atual até que alguma força cause sua velocidade ou direção para mudar.

Na superfície da Terra, a inércia costuma ser mascarada pela gravidade e pelos efeitos do atrito e da resistência do ar , que tendem a diminuir a velocidade dos objetos em movimento (comumente até o ponto de repouso). Isso levou o filósofo Aristóteles a acreditar que os objetos só se moveriam enquanto a força fosse aplicada a eles.

O princípio da inércia é um dos princípios fundamentais da física clássica que ainda hoje é usado para descrever o movimento de objetos e como eles são afetados pelas forças aplicadas sobre eles.

História e desenvolvimento do conceito

Compreensão inicial do movimento

O Mozi , que foi um antigo texto filosófico da China durante o período dos Reinos Combatentes , foi o primeiro a descrever a ideia de inércia conforme relatado nas descobertas do sinologista Joseph Needham . No oeste antes da Renascença , a teoria do movimento mais geralmente aceita na filosofia ocidental foi baseada em Aristóteles, que por volta de 335 aC a 322 aC disse que, na ausência de uma força motriz externa, todos os objetos (na Terra) viriam a descanse e que os objetos em movimento só continuem a se mover enquanto houver um poder que os induza a isso. Aristóteles explicou o movimento contínuo dos projéteis, que são separados de seu projetor, pela ação do meio circundante, que continua a mover o projétil de alguma forma. Aristóteles concluiu que tal movimento violento no vazio era impossível.

Apesar de sua aceitação geral, o conceito de movimento de Aristóteles foi contestado em várias ocasiões por filósofos notáveis ​​ao longo de quase dois milênios . Por exemplo, Lucrécio (seguindo, presumivelmente, Epicuro ) afirmou que o "estado padrão" da matéria era o movimento, não a estase. No século 6, John Philoponus criticou a inconsistência entre a discussão de Aristóteles sobre projéteis, onde o meio mantém projéteis indo, e sua discussão sobre o vazio, onde o meio impediria o movimento de um corpo. Filopono propôs que o movimento não era mantido pela ação de um médium circundante, mas por alguma propriedade conferida ao objeto quando ele foi posto em movimento. Embora esse não fosse o conceito moderno de inércia, pois ainda existia a necessidade de uma força para manter um corpo em movimento, mostrou-se um passo fundamental nessa direção. Essa visão foi fortemente contestada por Averróis e por muitos filósofos escolásticos que apoiaram Aristóteles. No entanto, essa visão não deixou de ser contestada no mundo islâmico , onde Filopono teve vários apoiadores que desenvolveram suas idéias.

No século 11, o polímata persa Ibn Sina (Avicena) afirmou que um projétil no vácuo não pararia a menos que atuado.

Teoria do ímpeto

No século 14, Jean Buridan rejeitou a noção de que uma propriedade geradora de movimento, que ele chamou de ímpeto , se dissipou espontaneamente. A posição de Buridan era que um objeto em movimento seria detido pela resistência do ar e pelo peso do corpo que se oporia ao seu ímpeto. Buridan também afirmou que o ímpeto aumentou com velocidade; assim, sua ideia inicial de ímpeto era semelhante em muitos aspectos ao conceito moderno de ímpeto. Apesar das semelhanças óbvias com ideias mais modernas de inércia, Buridan viu sua teoria como apenas uma modificação da filosofia básica de Aristóteles, mantendo muitas outras visões peripatéticas , incluindo a crença de que ainda havia uma diferença fundamental entre um objeto em movimento e um objeto em repouso . Buridan também acreditava que o ímpeto poderia ser não apenas linear, mas também circular por natureza, fazendo com que objetos (como corpos celestes) se movessem em um círculo.

O pensamento de Buridan foi seguido por seu aluno Albert da Saxônia (1316–1390) e os Calculadores de Oxford , que realizaram vários experimentos que minaram ainda mais a visão clássica aristotélica. Seu trabalho, por sua vez, foi elaborado por Nicole Oresme, que foi pioneira na prática de demonstrar as leis do movimento na forma de gráficos.

Pouco antes da teoria da inércia de Galileu, Giambattista Benedetti modificou a crescente teoria do ímpeto para envolver apenas o movimento linear:

"... [Qualquer] porção da matéria corporal que se move por si mesma quando um ímpeto foi impresso nela por qualquer força motriz externa tem uma tendência natural para se mover em um caminho retilíneo, não curvo."

Benedetti cita o movimento de uma pedra em uma tipoia como um exemplo do movimento linear inerente de objetos, forçados ao movimento circular.

Inércia clássica

De acordo com o historiador da ciência Charles Coulston Gillispie , a inércia "entrou na ciência como uma consequência física da geometrização do espaço-matéria de Descartes , combinada com a imutabilidade de Deus".

Galileo Galilei

O princípio da inércia, que se originou com Aristóteles para "movimentos no vazio", afirma que um objeto tende a resistir a uma mudança no movimento. De acordo com Newton, um objeto permanecerá em repouso ou em movimento (isto é, manterá sua velocidade) a menos que seja influenciado por uma força externa líquida, seja ela resultante da gravidade , fricção , contato ou alguma outra força. A divisão aristotélica do movimento em mundano e celestial tornou-se cada vez mais problemática em face das conclusões de Nicolaus Copérnico no século 16, que argumentou que a Terra nunca está em repouso, mas na verdade está em movimento constante ao redor do Sol. Galileu , em seu desenvolvimento posterior do modelo copernicano , reconheceu esses problemas com a natureza então aceita do movimento e, pelo menos parcialmente, como resultado, incluiu uma reformulação da descrição de Aristóteles do movimento em um vazio como um princípio físico básico:

Um corpo se movendo em uma superfície nivelada continuará na mesma direção a uma velocidade constante, a menos que seja perturbado.

Galileu escreve que "removidos todos os impedimentos externos, um corpo pesado em uma superfície esférica concêntrica com a terra se manterá no estado em que se encontra; se colocado em movimento para o oeste (por exemplo), ele se manterá naquele movimento." Essa noção, que é denominada "inércia circular" ou "inércia circular horizontal" pelos historiadores da ciência, é precursora, mas distinta da noção de inércia retilínea de Newton. Para Galileu, um movimento é " horizontal " se não levar o corpo em movimento para perto ou para longe do centro da terra, e para ele, "um navio, por exemplo, tendo uma vez recebido algum impulso através do mar tranquilo, se moveria continuamente ao redor do nosso globo, sem nunca parar. "

É importante notar também que Galileu mais tarde (em 1632) concluiu que, com base nessa premissa inicial de inércia, é impossível dizer a diferença entre um objeto móvel e um estacionário sem alguma referência externa para compará-lo. Essa observação acabou por ser a base para Albert Einstein desenvolver a teoria da relatividade especial .

O primeiro físico a romper completamente com o modelo aristotélico de movimento foi Isaac Beeckman em 1614.

Os conceitos de inércia nos escritos de Galileu viriam mais tarde a ser refinados, modificados e codificados por Isaac Newton como a primeira de suas Leis do Movimento (publicado pela primeira vez na obra de Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , em 1687):

Todo corpo persevera em seu estado de repouso, ou de movimento uniforme em linha reta, a menos que seja compelido a mudar esse estado por forças nele impressas.

Desde a publicação inicial, as Leis do Movimento de Newton (e por inclusão, esta primeira lei) passaram a formar a base para o ramo da física conhecido como mecânica clássica .

O termo "inércia" foi introduzido pela primeira vez por Johannes Kepler em seu Epitome Astronomiae Copernicanae (publicado em três partes de 1617 a 1621); entretanto, o significado do termo de Kepler (que ele derivou da palavra latina para "ociosidade" ou "preguiça") não era exatamente o mesmo que sua interpretação moderna. Kepler definiu a inércia apenas em termos de resistência ao movimento, mais uma vez com base na presunção de que o repouso era um estado natural que não precisava de explicação. Foi somente após o trabalho posterior de Galileu e Newton unificar o repouso e o movimento em um princípio que o termo "inércia" pôde ser aplicado a esses conceitos como são hoje.

No entanto, apesar de definir o conceito de forma tão elegante em suas leis do movimento, mesmo Newton não usou o termo "inércia" para se referir à sua Primeira Lei. Na verdade, Newton originalmente via o fenômeno que ele descreveu em sua Primeira Lei do Movimento como sendo causado por "forças inatas" inerentes à matéria, que resistiam a qualquer aceleração. Dada essa perspectiva, e tomando emprestado de Kepler, Newton atribuiu o termo "inércia" como significando "a força inata possuída por um objeto que resiste a mudanças em movimento"; assim, Newton definiu "inércia" como a causa do fenômeno, ao invés do fenômeno em si. No entanto, as idéias originais de Newton sobre "força resistiva inata" foram, em última análise, problemáticas por uma variedade de razões e, portanto, a maioria dos físicos não pensa mais nesses termos. Como nenhum mecanismo alternativo foi prontamente aceito, e agora é geralmente aceito que pode não haver um que possamos conhecer, o termo "inércia" passou a significar simplesmente o próprio fenômeno, em vez de qualquer mecanismo inerente. Assim, em última análise, "inércia" na física clássica moderna passou a ser um nome para o mesmo fenômeno descrito pela Primeira Lei do Movimento de Newton, e os dois conceitos são agora considerados equivalentes.

Relatividade

A teoria da relatividade especial de Albert Einstein , conforme proposta em seu artigo de 1905 intitulado " On the Electrodynamics of Moving Bodies ", foi construída sobre a compreensão dos referenciais inerciais desenvolvidos por Galileo e Newton. Embora essa teoria revolucionária tenha mudado significativamente o significado de muitos conceitos newtonianos, como massa , energia e distância , o conceito de inércia de Einstein permaneceu inalterado em relação ao significado original de Newton. No entanto, isso resultou em uma limitação inerente à relatividade especial: o princípio da relatividade só poderia ser aplicado a referenciais inerciais. Para lidar com essa limitação, Einstein desenvolveu sua teoria geral da relatividade ("The Foundation of the General Theory of Relativity", 1916), que forneceu uma teoria incluindo referenciais não inerciais (acelerados).

Inércia rotacional

Inércia rotacional

Uma quantidade relacionada à inércia é a inércia rotacional (→ momento de inércia ), a propriedade de que um corpo rígido em rotação mantém seu estado de movimento rotacional uniforme . Seu momento angular permanece inalterado, a menos que um torque externo seja aplicado; isso também é chamado de conservação do momento angular. A inércia rotacional é freqüentemente considerada em relação a um corpo rígido. Por exemplo, um giroscópio usa a propriedade de resistir a qualquer mudança no eixo de rotação.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos