Coulomb e a tradição científica (2015)

Universidade Federal do Rio Grande

Coulomb e a tradição científica Seminário de Física III Angelo E. S. Hartmann

8 de abril de 2015

Em toda a história da ciência, desde a Filosofia grega até a Física moderna, constatam-se tentativas sistemáticas de reduzir a aparente complexidade dos fenômenos naturais a algumas ideias e relações fundamentais simples. Esse é o princípio subjacente de toda Filosofia Natural. Einstein & Infeld, A evolução da física, p.53.

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O que nos liga aos gregos, a Galileu, Newton, Maxwell, Einstein? Tradição crítica

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(antes de Galileu)

(a partir de Galileu)

Lógica

i. Lógica ii. Experiência Seminário de Física III

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Lógica: o legado dos gregos Nós reverenciamos a Grécia antiga como o berço da ciência moderna. Aqui, pela primeira vez, o mundo presenciou o milagre de um sistema lógico que procede passo a passo com tal precisão que cada objeto singular de suas proposições é absolutamente indubitável – eu me refiro à geometria de Euclides. Este triunfo admirável da razão deu ao intelecto humano a autoconfiança necessária para façanhas subsequentes. Einstein, On the method of theoretical physics, 1933.

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O passo dado por Galileo Mas antes de a humanidade conseguir amadurecer para a ciência que entende a realidade como um todo, uma segunda verdade fundamental era necessária, que apenas se tornou ordinária entre os filósofos com o advento de Kepler e Galileo. O puro pensamento lógico não pode produzir qualquer conhecimento do mundo empírico: todo conhecimento da realidade parte da experiência e nela termina. Einstein, 1933. 20/03/16

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Matemática: a linguagem da natureza A filosofia encontra-se escrita neste grande livro que continuamente se abre perante nossos olhos (isto é, o universo), que não se pode compreender antes de entender a língua e conhecer os caracteres com os quais está escrito. Ele está escrito em língua matemática, os caracteres são triângulos, circunferências e outras figuras geométricas, sem cujos meios é impossível entender humanamente as palavras; sem ele nós vagamos perdidos dentro de um obscuro labirinto. Galileu, O Ensaiador (1973, p.119). 20/03/16

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O papel da experiência A experiência permanece, é claro, como o único critério da utilidade física de uma construção matemática. Mas o princípio criativo reside na matemática. Em um certo sentido, portanto, sustento que é verdade que o puro pensamento possa captar a realidade, como os antigos sonharam. Einstein, 1933.

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Síntese (i) Sem a experiência, a lógica é vazia e a matemática é cega. (ii) A crítica submete a matemática à lógica e à experiência. Esta é a tradição que nos liga aos gregos, a Galileo, Newton … e a Coulomb!

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Charles Coulomb (1736-1806)

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Principais feitos e eventos 1757

Ingressa na Sociedade das Ciências Montpellier

1760

É admitido na Escola de Engenharia Militar, em Mézières

1764-72

É enviado a Martinica como encarregado da construção do forte Bourbon (custo de 6 milhões de libras)

1774

Torna-se, por um trabalho sobre mecânica, correspondente da Academia de Ciências de Paris.

1777

Um trabalho sobre bússolas magnéticas lhe confere o primeiro prêmio da Academia de Ciências de Paris. Neste trabalho estão os elementos dos seus grandes estudos em física: o estudo quantitativo do magnetismo, a torção e a balança de torção, o atrito e a resistência dos fluidos.

1779-81

É enviado a Rochefort para ajudar o marquês de Montalembert na construção de um forte de madeira na ilha de Aix. Neste período, envolve-se com uma longa série de experimentos sobre o atrito nos estaleiros de Rochefort. Recebeu o primeiro prêmio da Academia de Paris (1781) e foi eleito mécanicien adjunto da Academia.

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1781

Casa-se. Suas obrigações como engenheiro passam a ser apenas de consultoria, permitindo-lhe maior dedicação às pesquisas físicas.

1781-06

Apresenta 25 memórias científicas à Academia (e ao Institut de France). As mais conhecidas são as 7 memórias sobre eletricidade e magnetismo, seguidas daquelas dedicadas à torção e às aplicações da balança de torção. Além das pesquisas, participa de 310 relatórios de comissões à Academia, que se ocupavam com máquinas, instrumentos, canais e projetos de engenharia.

1787

Juntamente com Jacques René Tenon, é enviado a Londres para investigar as condições hospitalares inglesas.

1789

A Revolução Francesa não interrompe as atividades de Coulomb.

1793

A Academia é fechada (8 de agosto). Coulomb retorna às pesquisas em Paris em dez/1795, sendo eleito membro do novo Institut de France para physique expérimentale.

1801

É eleito presidente do Institut de France. Os acadêmicos mais próximos de Coulomb são Bossut, Leroy, Borda, Prony e Laplace.

1802-06

Assume seu último posto público como Inspetor-geral da instrução pública.

20/03/16 1806

Seminário de Física III Falece (23 de agosto).

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Benjamin Franklin (1706-1790) Teoria geral da “ação elétrica”: noções de carga elétrica, transferência de carga elétrica, carregamento por indução eletrostática. Introdução termos 'mais' e 'menos', 'positivo' e 'negativo', 'carga' e 'bateria'. Principal fundador da Sociedade Filosófica Americana. 20/03/16

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Mecânica aplicada Em geral, os estudos de Coulomb em mecânica antecederam suas pesquisas em física. Principais tópicos: ✗

Mecânica estrutural;

✗

Ruptura de vigas e píeres de alvenaria;

✗

Mecânica do solo;

✗

Teoria do atrito;

✗

Ergonomia.

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Memórias sobre eletricidade e magnetismo Memória 1

Determinar a influência do atrito e da coesão em problemas de estática: (i) resistência dos materiais de alvenaria; (ii) projeto de paredes de retenção; (iii) projeto de arcos. Memória 2 1787 Utiliza o método de oscilações dinâmicas para demonstrar a lei do inverso do quadrado Memórias 3- 1787-90 Examina perdas devido ao vazamento de carga 6 elétrica e investiga a distribuição de carga sobre corpos condutores. A condução elétrica pode se dar por condutores perfeitos (certos metais, gases e líquidos) ou por ruptura dielétrica. Memória 7 1791 Desenvolve modelo de polarização molecular: cada partícula magnetizada. 20/03/16

1785

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Medições da lei do inverso do quadrado

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Método de Coulomb (1785) Fig. Balança de torção de Coulomb

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(Coulomb, 1884, p.109.) 16

Balança de torção

Ilustração feita por Rothman, p.174. 20/03/16

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Método de Maxwell 2

Q F= 2±q r

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Plimpton & Lawton (1936)

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Plimpton & Lawton (1936)

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Goldhaber & Nieto (1968)

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Medição da constante k (1676) Ole C. Roemer: a velocidade da luz é finita

e calculou c ~ 225.000 km/s (Newton publicou os Principia onze anos depois). (1856) Kohlrausch e Weber: c ~ 300.000 km/s.

1 c= √ μ ε ̊ ̊ 20/03/16

N μ º =4 π x10 A² −7

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C² εº =8,854 x10 , Nm² −12

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Determinação experimental de e 1909 Experimento de Millikan e Fletcher

e = 1,602 x 10⁻¹⁹ C

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Problema de solução numérica

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Referências Coulomb, August. Collection de Mémoires relatifs a la Physique. Paris, 1884. Dicionario de Biografias Científicas. (Charles Coulston Gillespie, Org.) Rio de Janeiro: Contraponto, 2007. 3v. Einstein, On the method of theoretical physics. Oxford, 1933. (In: Einstein: a centenary volume, Ed. A. P. French, Harvard University Press, 1979). Einstein & Infeld, The evolution of physics. 1967. Galileo, O Ensaiador. Abril Cultural: São Paulo, 1973. (Coleção Os Pensadores) Mendelson. Am. J. Phys., Vol. 74, No. 11, November 2006. Nussenzveig, Curso de Física Básica 3. Plimpton & Lawton, Physical Review, Vol.50, December 1996. Rothman, M. A. Discovering the natural laws: The experimental basis of physics. Dover Publications, 1989. 20/03/16

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