O que é a Força da Gravidade?

O que é a força da Gravidade? – Gravidade, também chamada de gravitação, na mecânica, a força universal de atração que age entre toda a matéria. É de longe a mais fraca força conhecida na natureza e, portanto, não desempenha nenhum papel na determinação das propriedades internas da matéria cotidiana. Por outro lado, através de seu longo alcance e ação universal, ele controla as trajetórias de corpos no sistema solar e em outras partes do universo e as estruturas e evolução de estrelas, galáxias e todo o cosmos.

Na Terra todos os corpos têm um peso, ou força de gravidade descendente, proporcional à sua massa, que a massa da Terra exerce sobre eles. A gravidade é medida pela aceleração que dá aos objetos em queda livre. Na superfície da Terra, a aceleração da gravidade é de cerca de 9,8 metros (32 pés) por segundo por segundo. Assim, para cada segundo que um objeto está em queda livre, sua velocidade aumenta em cerca de 9,8 metros por segundo. Na superfície da Lua, a aceleração de um corpo em queda livre é de cerca de 1,6 metros por segundo por segundo.

As obras de Isaac Newton e Albert Einstein dominam o desenvolvimento da teoria gravitacional. A teoria clássica da força gravitacional de Newton dominou seu Principia, publicado em 1687, até a obra de Einstein no início do século XX. A teoria de Newton é suficiente até hoje para todas as aplicações, menos as mais precisas.

A teoria da relatividade geral de Einstein prevê apenas pequenas diferenças quantitativas da teoria newtoniana, exceto em alguns casos especiais. O principal significado da teoria de Einstein é o seu radical afastamento conceitual da teoria clássica e suas implicações para um maior crescimento do pensamento físico.

O lançamento de veículos espaciais e o desenvolvimento de pesquisas a partir deles levaram a grandes melhorias nas medições da gravidade em torno da Terra, outros planetas e da Lua e em experimentos sobre a natureza da gravitação.

O que é a Força da Gravidade?

Conceitos iniciais – O que é a Força da Gravidade?

Newton argumentou que os movimentos dos corpos celestes e a queda livre dos objetos na Terra são determinados pela mesma força. Os filósofos gregos clássicos, por outro lado, não consideravam os corpos celestes afetados pela gravidade, porque os corpos observavam seguir perpetuamente trajetórias não descendentes no céu.

Assim, Aristóteles considerou que cada corpo celeste seguia um movimento “natural” particular, não afetado por causas ou agentes externos. Aristóteles também acreditava que os objetos terrestres maciços possuem uma tendência natural de se mover em direção ao centro da Terra.

Esses conceitos aristotélicos prevaleceram por séculos, juntamente com dois outros: que um corpo movendo-se a uma velocidade constante requer uma força contínua atuando sobre ele e que a força deve ser aplicada pelo contato e não pela interação à distância. Essas idéias foram geralmente mantidas até o século XVI e início do século XVII, impedindo assim a compreensão dos verdadeiros princípios do movimento e impedindo o desenvolvimento de idéias sobre a gravitação universal.

Esse impasse começou a mudar com várias contribuições científicas para o problema do movimento terrestre e celeste, que por sua vez preparou o terreno para a posterior teoria gravitacional de Newton.

O astrônomo alemão do século XVII Johannes Kepler aceitou o argumento de Nicolau Copérnico (que remonta a Aristarco de Samos) de que os planetas orbitam o Sol, não a Terra. Usando as medidas melhoradas dos movimentos planetários feitas pelo astrônomo dinamarquês Tycho Brahe durante o século 16, Kepler descreveu as órbitas planetárias com simples relações geométricas e aritméticas. As três leis quantitativas do movimento planetário de Kepler são:

  • Os planetas descrevem órbitas elípticas, das quais o Sol ocupa um foco (um foco é um dos dois pontos dentro de uma elipse; qualquer raio vindo de um deles é refletido por um lado da elipse e passa pelo outro foco).
  • A linha que une um planeta ao Sol varre áreas iguais em tempos iguais.
  • O quadrado do período de revolução de um planeta é proporcional ao cubo de sua distância média do Sol.

Durante esse mesmo período, o astrônomo e filósofo natural italiano Galileo Galilei progrediu na compreensão do movimento “natural” e do simples movimento acelerado dos objetos terrestres. Ele percebeu que corpos que não são influenciados por forças continuam indefinidamente a se mover e que a força é necessária para mudar o movimento, não para manter o movimento constante.

Ao estudar como os objetos caem em direção à Terra, Galileu descobriu que o movimento é de aceleração constante. Ele demonstrou que a distância que um corpo em queda viaja do repouso varia assim como o quadrado do tempo. Como observado acima, a aceleração devido à gravidade na superfície da Terra é de cerca de 9,8 metros por segundo por segundo.

Galileu foi também o primeiro a mostrar, por experiência, que os corpos caem com a mesma aceleração, qualquer que seja sua composição (o princípio fraco da equivalência).

Lei da Gravidade de Newton – O que é a Força da Gravidade?

O que é a força da gravidade
O que é a força da gravidade

Newton descobriu a relação entre o movimento da Lua e o movimento de um corpo caindo livremente na Terra. Por suas teorias dinâmicas e gravitacionais, ele explicou as leis de Kepler e estabeleceu a moderna ciência quantitativa da gravitação. Newton assumiu a existência de uma força atrativa entre todos os corpos massivos, um que não requer contato corporal e que atua à distância. Ao invocar sua lei de inércia (corpos não manipulados por uma força se movem em velocidade constante em linha reta), Newton concluiu que uma força exercida pela Terra na Lua é necessária para mantê-la em um movimento circular sobre a Terra, em vez de se mover uma linha reta. Ele percebeu que essa força poderia ser, a longo alcance, igual à força com a qual a Terra puxa os objetos em sua superfície para baixo.

Quando Newton descobriu que a aceleração da Lua é 1 / 3.600 menor que a aceleração na superfície da Terra, ele relacionou o número 3.600 com o quadrado do raio da Terra. Ele calculou que o movimento orbital circular do raio R e do período T requer uma aceleração interna constante A igual ao produto de 4π2 e a razão entre o raio e o quadrado do tempo. (O que é a força da Gravidade?)