De maneira bastante resumida, podemos dizer que a mecânica clássica é o estudo do movimento da matéria tendo por base a experimentação; e a experimentação presta-se não apenas como fonte de informações confiáveis mas, também, como o terreno adequado onde se processam as corroborações ou os falseamentos das hipóteses ou das previsões logicamente concebidas. Via de regra começa-se o estudo da mecânica pela cinemática, mas esta nada mais é senão um capítulo introdutório e destinado a caracterizar o movimento ou a definir as suas propriedades básicas. Conhecidas estas propriedades, vêm-nos à mente questões fundamentais, como aquelas do tipo: Porque em determinadas condições a velocidade de um corpo mantém-se constante no decorrer do tempo enquanto que em outras sua velocidade é variável? Ou, então: Porque os corpos lançados no espaço adquirem, em determinadas condições, uma trajetória curva? Questões como essas são respondidas pela dinâmica e a dinâmica clássica começa pela caracterização do modelo mecânico newtoniano através de três leis do movimento.

A dinâmica, seja relacionada ao movimento ¾dinâmica propriamente dita,¾ seja focalizada a estudar outros fenômenos naturais, como é o caso da termodinâmica ou da eletrodinâmica etc, envolve o estudo de interações. Conseqüentemente, a dinâmica propriamente dita estuda as interações entre os objetos no sentido de explorar as causas ou as conseqüências das possíveis modificações do estado de movimento dos mesmos. Esse estado é avaliado por suas propriedades mecânicas, em geral aquelas estudadas em cinemática ou, então, associações entre as mesmas.

A simples observação dos objetos familiares sugere a existência de dois tipos importantes de interação mecânica: a interação por contato direto e a interação a distância. Ao frearmos um automóvel, por exemplo, iniciamos um processo de interações por contato e em série; por outro lado, ao soltarmos uma pedra no espaço, percebemos que ela cai sob o efeito de uma interação a distância (pedra-Terra). Puxar e empurrar são os vocábulos vulgares associados à interação por contato; atrair e repelir são os seus equivalentes, porém associados ao estudo das interações a distância. Empurrar, puxar, atrair e repelir são termos que associamos, intuitivamente, à noção de força. Com essa idéia intuitiva em mente, podemos falar em força de contato e em força de campo, a caracterizarem respectivamente a interação por contato direto e a interação a distância.

É importante entender que a idéia intuitiva de força, como algo a responder pela interação entre os objetos, precedeu à construção do modelo mecânico. Isso é importante porque a partir dessa idéia intuitiva somos levados a pensar no isolamento de um corpo como algo equivalente à condição em que o mesmo estaria livre da ação de forças. Foi a noção de isolamento, e não a ausência de forças em si, o pré-requisito básico utilizado na dedução da hipótese que levou Newton, após Galileu, a caminhar em direção a sua primeira lei, a lei da inércia. Ou seja, a primeira lei é a porta de entrada para a dinâmica e, como tal, retrata o comportamento a ser observado por um corpo que não esteja em interação com nenhum outro, ou seja, um corpo isolado ou, ainda, um corpo que possamos imaginar como não dotado daquela característica relacionada à interação com outros corpos e que nos leva a intuir o que seja força, mesmo antes de defini-la.

Pode-se também pensar na primeira lei como sendo um caso particular da segunda, ou seja, a primeira lei retrataria a segunda para o caso de força resultante nula. Isso, quando muito, pode ser encarado como uma verdade matemática, mas perde em conteúdo ao verificarmos que as leis de Newton são, na realidade, hipóteses a consubstanciarem um modelo teórico. Ora, hipóteses são deduzidas logicamente e não matematicamente. Como a dedução da segunda lei implicou na interpretação de observações relativas ao comportamento dos corpos, assumindo-se, dentre outros fatores, a veracidade da lei da inércia, percebe-se aqui o caráter essencial desta última e, como tal, necessário ao modelo mecânico da maneira como foi proposto. Digno de nota é o fato de a lei da inércia não se referir a corpos sujeitos a uma força resultante nula, mas a corpos totalmente livres da ação de agentes interativos e, conseqüentemente, de forças. Trata-se, portanto, de uma lei limite. Será tanto mais comprovada experimentalmente, quanto mais nos aproximarmos desse limite, qual seja, do isolamento perfeito.

Porque a Lua não cai? Essa pergunta deve ter ocorrido a Newton quando, de seu pomar, avistou a Lua por detrás de uma macieira. A ser verdadeira essa suposição, teria visualizado maçãs e Lua lado a lado e, aparentemente, em repouso no espaço. Muito provavelmente deve ter se questionado:

¾ A maçã não cai graças ao pedúnculo. Mas... e a Lua? Porque não cai?

De acordo com a inércia de Galileu, acreditava-se, na época, que um corpo livre da ação de forças estaria ou em repouso, ou em movimento de translação circular. Nessas condições, e até prova em contrário, seria de se esperar uma órbita circular para a Lua, ao redor da Terra. Poder-se-ia então pensar que a Lua não cai por estar em movimento inercial e, portanto, livre da ação de forças.

¾ Mas... estaria a Lua livre da ação de forças? E a atração gravitacional? Não seria extensiva à Lua? E, neste caso, não seria de se esperar que ela caísse, a exemplo da maçã quando se corta o pedúnculo? Ou, melhor, como um objeto lançado no espaço que nos rodeia? Mas... e se pensarmos num movimento inercial não circular, mas... retilíneo?!!!

O insight newtoniano muito provavelmente foi algo desse tipo e, nestas condições, é bem possível que a lei da inércia, como a conhecemos hoje, tenha sido enunciada quase que intuitivamente. As outras duas leis, por sua vez, estavam como que "pedindo" para serem deduzidas, dedução esta a guardar íntima relação com uma outra lei, fora do escopo da mecânica, mas que também estava se mostrando intuitivamente, ainda que em forma latente, qual seja, a lei da atração gravitacional, intimamente relacionada à lei da queda livre de Galileu. Visto sob esse aspecto, percebe-se que o modelo mecânico surgiu da observação daquilo que hoje é considerado uma de suas aplicações: o estudo da interação à distância entre objetos, ou seja, uma interação mediada pela ação de "alguma coisa" relacionada ao que chamamos hoje campo de forças. A esse respeito, lê-se o seguinte, em uma das cartas de Newton: "É inconcebível que a matéria bruta inanimada possa, sem a mediação de alguma coisa, que não é material, atuar sobre, e afetar outra matéria sem contato mútuo, como deve ser, se a gravitação no sentido de Epicuro for essencial e inerente a ela.¹²"

A elegância e a simplicidade do modelo clássico é também observada no estudo das colisões entre objetos. Em linhas gerais, o processo pode ser subdividido em três etapas:

1. aproximação;
2. colisão ou choque propriamente dito; e
3. afastamento.

A aproximação pode ocorrer com ou sem uma ação a distância apreciável e/ou mensurável. Num choque entre bolas de bilhar, por exemplo, podemos perfeitamente desprezar a atração gravitacional entre as duas bolas. Estudos mais sofisticados utilizam-se de pucks¾ objetos achatados e discóides¾ que colidem em cima de uma mesa horizontal dotada de um colchão de ar a evitar o contato ¾e daí o atrito¾ da mesa com o puck. Alguns desses pucks são magnetizados, podendo haver uma colisão entre dois deles num processo tal que a ação a distância chega a ser considerável.

A fase de colisão, ou de choque propriamente dito, seria aquela em que os corpos chegam a se tocar no sentido macroscópico que se dá ao termo e isto, como veremos logo mais, deve ser interpretado com muito cuidado.

Quando o campo não é desprezível o resultado pode ser diverso conforme a força de interação a distância seja de atração, como por exemplo, a gravitacional, ou de repulsão, como por exemplo, a força magnética entre pólos semelhantes de imãs.

No caso da atração, se os corpos estiverem em rota de colisão haverá o choque propriamente dito; do contrário, se as trajetórias forem tais a ponto de os corpos se aproximarem sem que se preveja uma colisão propriamente dita, uma dentre duas coisas poderá acontecer: ou os corpos se afastam graças à inércia, tão logo tenham atingido o ponto de máxima aproximação, obviamente com suas trajetórias modificadas pela ação dos campos atrativos; ou eles entram em órbita, um ao redor do outro, constituindo então um conjunto binário. A utilização do modelo mecânico, com suas leis, permite a determinação do que irá acontecer, desde que se conheça as propriedades mecânicas iniciais dos dois corpos.

No caso da repulsão, como aquela observada com pucks magnetizados, se o campo magnético repulsivo for intenso, ou se a velocidade relativa for pequena, percebe-se que este contato íntimo deixa de existir, pois os pucks, após uma aproximação máxima, começam a se afastar sem se tocarem.

Quando o campo é desprezível e os corpos estão em rota de colisão, observa-se o choque propriamente dito ou o contato íntimo da matéria que os constitui. Havendo um contato íntimo, qualquer que seja o caso (com ou sem interação à distância) pode-se observar tanto o afastamento após a colisão, quanto o agrupamento ou a aglutinação dos corpos que se chocam, passando a constituírem um corpo único.

Rigorosamente falando, mesmo esta colisão em que os corpos se tocam no sentido macroscópico do termo, na realidade o que temos é um caso particular de interação à distância, ainda que esta fase, que estamos chamando por fase de contato íntimo, se dê a uma distância bastante pequena. As partículas elementares, que entram na constituição dos objetos macroscópicos, muito provavelmente não se tocam, na verdadeira acepção da palavra. Não obstante, tudo se passa como se houvesse esse contato direto durante um breve intervalo de tempo; intervalo esse tão pequeno a ponto de poder ser considerado nulo (interação instantânea).

Assumindo-se esta simplificação, não há também porque se falar em campo, podendo-se pensar na interação como tendo uma duração instantânea e também na força como sendo devida a uma propriedade pontual e bem localizável no espaço. Esta maneira de interpretar o problema, se bem que retrate uma idealidade, é respaldada pela experimentação.

Aceitando-se ou não esta simplificação, a verdade é que fica muito difícil, se bem que não impossível, raciocinar em termos de força com duração de ação tão pequena. Casos como este justificam a adoção do modelo mecânico em um formalismo a apoiar-se não nas leis de força mas em suas equivalentes leis de conservação, lembrando-se que é sempre possível partir de um dos conjuntos de leis e chegar matematicamente ao outro. Voltaremos a esse assunto ao comentarmos as leis de conservação, em artigos futuros ¾e ainda não escritos,¾ desta série.

Do ponto de vista teórico, além das simplificações assinaladas, de natureza espacial e temporal, costuma-se assumir, nos casos em que se dá o afastamento após a colisão, que o caráter puntiforme e instantâneo da ação acompanhe-se de outra idealização, agora de natureza estrutural, qual seja, uma hipotética e rígida impenetrabilidade da matéria. Deixa-se de se considerar a causa desta suposta impenetrabilidade ou a ocorrência de eventuais deformações ¾sejam estas momentâneas e reversíveis ou, então, permanentes¾ das superfícies dos objetos que se tocam.

Na grande maioria dos casos estudados, qualquer outra força é considerada desprezível. Costuma-se então afirmar que as únicas forças de interação são as forças de contato. As forças de contato, estudadas nas colisões de objetos macroscópicos, seriam aquelas a responderem pela transferência praticamente instantânea de momento (ou movimento, ou ainda, quantidade de movimento), transmissão esta assumida como efetuada de maneira brusca e não contínua.

É importante que se enfatize essas idealizações para que se perceba que não é apenas o modelo mecânico, com suas três leis, que está entrando em jogo. Em outras palavras: O que se observa, no nível macroscópico, nem sempre condiz com o que efetivamente está ocorrendo no microcosmo. Por outro lado, a interpretação de experiências relativas a fenômenos que ocorrem no microcosmo não pode, em hipótese alguma, adotar gratuitamente, ou seja, "a priori", a generalização das idealizações aqui apresentadas, sob o pretexto de que tais idealizações passaram pelo crivo da experimentação. A validade do argumento restringe-se tão somente ao estudo de objetos que nos são familiares pois, via de regra, é aí que temos a garantia da comprovação experimental. Observações de natureza indireta, ainda que bem documentadas, nem sempre nos autorizam a que extrapolemos estas idealizações ¾supostamente válidas¾ de um cenário bem conhecido para outro que pretendemos conhecer. Do contrário poderíamos concluir precipitadamente que o modelo mecânico ¾aqui simplificado por razões de natureza prática¾ nem sempre funciona bem no mundo das partículas elementares, e este é um tema que deve ser abordado com extrema cautela.

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