Gravidade: o que é, leis e conceitos!

Em Dicas de ciências por André M. Coelho

Nós mal pensamos sobre isso, mas a gravidade define como nós interagimos com o nosso mundo. Crescemos dentro de suas limitações, e nossos músculos, sistema de equilíbrio, coração e vasos sanguíneos dependem disso. A gravidade está ao redor de nós e nos mantém com os pés no chão. Mas o que exatamente significa a gravidade?

O que é gravidade?

Os físicos vêem a gravidade como uma das quatro forças fundamentais que governam o universo, ao lado do eletromagnetismo e das forças nucleares fortes e fracas. Uma força é definida como uma interação que muda o movimento de um objeto, e assim essas quatro forças sustentam toda a física e definem como tudo no universo interage – desde a vasta interação cósmica das galáxias até os laços estreitos que unem os quarks dentro de um próton ou nêutron. .

Lei de Newton da gravitação universal

Digite Isaac Newton, que percebeu que deve haver uma força atuando entre os planetas e o Sol. Ele também definiu o que é uma força. A equação que ele inventou para descrever o comportamento dessa força foi revolucionária.

F = G.m1.m2 / r²

Essa equação diz que a gravidade é uma força que dois objetos com massa exercem um sobre o outro simplesmente porque eles têm massa. A força da força (F) é proporcional as massas dos dois objetos (m1 e m2) divididos pelo quadrado da distância entre eles (r). O G é uma constante que mede a força básica da força.

Tudo se resume a isto: quanto mais massivos os objetos, maior a força de atração entre eles, mas quanto mais distantes eles estiverem, mais fraca será a atração.

Considere a lenda associada à revelação de Newton sobre a gravidade: uma maçã caindo de uma árvore. A lei da gravitação universal de Newton nos diz que não apenas a Terra puxa a maçã, mas a maçã também puxa a Terra. Mas a enorme massa da Terra significa que é preciso muito mais força para mover uma quantidade apreciável, de modo que a maçã venha caindo enquanto a Terra permanece praticamente imóvel. O mesmo é verdade em um contexto mais amplo. Cada objeto no Universo está atraindo todos os outros objetos, mas quanto mais próximo e massivo ele for, maior será seu poder gravitacional.

Conectando alguns números a essa equação, podemos descrever e prever quase todos os fenômenos gravitacionais na Terra mais os movimentos de planetas, cometas e luas. Isso explica por que as estrelas se juntam em galáxias e por que as galáxias se agrupam para formar aglomerados.

Mas a equação não descreve perfeitamente tudo o que vemos, como por exemplo, o tamanho de certas mudanças graduais na órbita de Mercúrio ao redor do Sol. E como Newton mesmo se perguntava, como uma força poderia funcionar instantaneamente à distância, mesmo através do vácuo do espaço?

A força da gravidade afeta todos os corpos, pois eles se atraem mutuamente pelas leis da gravidade. (Foto: Phys.org)

Teoria da relatividade geral de Einstein

No universo de Newton, o espaço é um lugar plano e vazio pelo qual objetos como estrelas e planetas se movem, mas Einstein adotou uma abordagem diferente.

Em uma das imponentes realizações científicas do século XX, Einstein e seu ex-professor Hermann Minkowski mostraram que o espaço e o tempo não são entidades separadas, mas sim um contínuo quadridimensional único. Eles imaginaram que se estendesse pelo universo como um tecido.

Qualquer objeto com massa, raciocinou Einstein, interagiria com o tecido do espaço-tempo e causaria distorções. Como uma analogia clássica, imagine o espaço-tempo como algo como um trampolim. Uma bola de boliche colocada no meio dobraria o tecido e criaria um poço. Se você, em seguida, pousar uma bola de gude perto da bola de boliche, ela espiralará ao redor do poço como sendo puxada para dentro, da mesma forma como a Terra orbita em torno do Sol.

A teoria da relatividade geral de Einstein, portanto, descreve a gravidade como não apenas uma força, mas a geometria – é uma consequência de como a matéria distorce o espaço-tempo.

Ao contrário da teoria de Newton, a relatividade geral descreve corretamente a mudança da órbita de Mercúrio levando em conta as perturbações do espaço-tempo causadas pela massa do Sol.

Desde que Einstein publicou sua teoria em 1915, adquiriu um corpo robusto de evidências observacionais para apoiá-la. Descreve corretamente a curvatura da luz em torno do Sol e de aglomerados distantes de galáxias – já que as massas curvam o espaço-tempo, à medida que a luz passa, segue um caminho ao longo dos contornos do espaço-tempo. A relatividade geral também é verificada pela medida do desvio gravitacional para o vermelho, prevendo corretamente como a atração gravitacional das estrelas aumenta a freqüência de sua luz.

Mais recentemente e de forma espetacular, as detecções de ondas gravitacionais forneceram evidências sólidas de que objetos massivos não apenas distorcem o espaço-tempo, mas também podem criar ondulações quando dois objetos, como buracos negros, colidem violentamente.

Gravidade como força fundamental

Ainda assim, mistérios permanecem. A gravidade pode ser uma das forças fundamentais do universo, mas atualmente parece fundamentalmente incompatível com as outras.

Mesmo antes de Einstein, os físicos se esforçaram para formular uma teoria única ligando cada aspecto físico do Universo, incluindo todas as forças e partículas fundamentais. Uma “teoria de tudo” seria a conquista final da física. Enquanto a teoria quântica de campo consegue reunir o eletromagnetismo e as forças nucleares fortes e fracas, ele luta com a inclusão da relatividade geral. Einstein passou a segunda metade de sua carreira tentando decifrar como a gravidade se encaixa, mas não foi muito longe. A ligação dessas duas estruturas teóricas é uma área aberta de pesquisa, abrangendo o campo da gravidade quântica, teoria das cordas, teoria M e muito mais.

Ficou alguma dúvida sobre a gravidade? Deixem nos comentários suas perguntas para que possamos ajudar!

Sobre o autor

André é formado em pedagogia, já tendo dado aulas na educação infantil e atuado como professor e coordenador de cursos de inglês. Entendendo como funciona o processo de aprendizagem, decidiu escrever para o blog Múltipla Escolha onde postagens sobre aprendizado, provas, concursos, e muito mais para ajudar seus leitores a aprenderem.

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