1. - ciênciamão - universidade de são paulo · laia estabdecldas pelo ciantiar fowlimdo. o...

r OS CIENTISTAS A GRANDE AVENTURA DA DESÇQBERTA CIENTIFICA

-

1.

CAMA POOTAL 2372 - , SÃO PAULO - BRASIL

Quinzenalmente, a wb@o "08 Cientistas" aprsMnu um hsckulo, um "Klt" para expodôndas e um Manual da Innniç6a. O primairo contada vida e a obra de um grande homem do mundo dentüiw. O "Kit" p a n i t l d que v o d melim expetiâncies, que comDmvam na prbtica slgumas d a mais Imponanleademxbenas ou laia estabdecldas pelo ciantiar fowlimdo. O Msnusl da I n s t ~ W a . al6m de orianu-lo na raelizaão das expodôncias, lars-lod. em uda p a w . s concluir sozinho o8 princípios que astAo sendo aamonstrsdos.'~oRnd da cole*. v o d t e d brmado seu pequeno Isboratbrio - pemltlndo s m e l b d o da in~imerss e ~ ~ n c i s s no campo da FIsIca. 4 Qulmlu e Blolools -. aUm de tds volumas comoostos d a s biogmíiaa encadernadas dos cientista; W a fa&iculo tád vinte pádna8: quatro capas e dezsswis páginas internas: apenas estas daverbo wr encademades. Retiradas as cspasdoshnkulos, ancadoma-a$ em seqii8ncia CmnoMgica. seguindo e ordem da numerado das pbglnas. As capas ser& pomos& vmd.

Vos( pod. compni n0mams stmsdas dssm sol- @o p- do utimá hrlculo qw aaivar nas bimr RÍr-o w n u bmaldm ou ao disilhldor d. mlnas Abdl ns ws d e . S. vo& mon em 8b mula pod.r( e m - tnr qulqun ninam mnudo m a updnta &-i: Rua Biig.d.lm Tobi.r 773 (centml; Rw A n ~ ~ l o d . BamK 436 (hha): Rw Jola hni- n. 197 ILamli R u i Jomuim Aodano. 427 IJaidniI: RIS I 5 d. Üimrnbi. 1 -. . - -.-. . .- - .. ,- - ... .- -.. . ~ - - . 107 (Santo Amiii). Ns Mad# & Rio d. Amim os nbhnms mm& podam ui ncontndos na Rua 8.udun C.brY. 141. Núnnms nndw podsm m M m ui onwrnonddos dln~mmlm *M1 SI . Cuhunl • Indi) lrisl. JU POR* 845 ou 30420,510 h&. müsnls o nvlo & um c h q w piglvd om S(o Paulo. Oualqwi banco d. dus cldid. @r( vendn-lhs o 1

COM ESTE FASCiCULO.

Como matedaldsrtekit voe6 vai constnrir um larmòmelma 06%. Utilando -1s Initnrmanto. vod d e r ( va~ca r . - a t m u & energia t6rmlm entra duas subsIbnclir. A l h dlw. o ternbmctm permitir( consmrr a tmndormado de eneigla d n l c r arn enwla BiL6mka. Rnalmante. e energia bmaidp pelo vapor da Igua numa cil&iia p o d d sarconvddn em enerpia fhmcbiu. fazendo movlmhnlara Iúlice ds uma tufbina.

E s u C.iu do Eqmilnoiuilb pode u r v r i d i d . .ip.nd.mrmdo tac*ulo. do q w l h z pv ie .

CONDE JAMES PRESCOTT RUMFORD JOULE

I E sfregando dois pedaços de madeira, o homem das cavernas aprendeu a fazer fogo para

I manter-se aquecido nos períodos em , que o Sol não lhe fornecia calor sufi-

ciente. Descobriu também que os ali- [ mentos colocados sobre uma chama ou

em água fervendo tornavam-se mais saborosos. Eram os primeiros estudos

1 do fenômeno chamado calor. J Contudo, foram necessários milhares

de anos para que o homem começasse a compreender as causas de suas sensa- ç6es de quente e frio. Apenas no século XVIII, os filósofos naturais se aproxi-

4 maram de uma noção mais compatível com os dados da ciência moderna

Numa época em que a Mecânica já atingira um estágio que Lhe permitia

, explicar e prever os movimentos dos

planetas, a teoria do calor mal wme- çava a ser elaborada. Para alguns, o calor era uma substância peculiar, desti- tuída de peso: era defmido, por isso, como um imponderável. Outros refe- riam-se ao calor como um fluido que impregnava os espaços interatômicos da matéria e que podia, por isso, passar de um corpo mais quente para um mais frio, da mesma maneira que a água vaza de um nível mais alto para um mais baixo. Outros, ainda, sustentavam que o calor era uma substância indestrutivel e impossível de ser obtida por qualquer processo d ~ c i a l . Segundo os defensores dessa teoria, os corpos se aqueciam quando hes era acpscentado o chamado cdrico e sc esfriavam quando essa substância era subtraída

Alguns. no entanto, afumavam que o 261

caor era rec acidental do corpo. um-& movimento de suas O fuósofo inglês 1704). por exemplo, d* qie o 'calor é uma agitaçb muito rk dic partes invisí- veis de um objm, r iigil produz nas pessoas a sniseçrr p r, leva a dizer que o objeto é qamk. &tanto, aquilo que na sensação h- é d o r , no o b jeto nada mais é & qm movimento". Essa concepção - t.o modana na atualidade - foi pr- ignorada na época; prevaleciam diversas tco-- rias que admitiam a eis&& da "ma- téria calor". E wsmo oito décadas depois, o já famoso cpbb Lavoisier ainda chegou a incluir o MirErkio na sua lista de elementos químicos.

Contudo, apesar das falsas concep- pões. durante o século RWII a teoria do calor conheceu algum progresso. O físi- w escocês Joseph Eiack (1728-1799) conseguiu estabelecer uma distinção entre quantidade de calor e o que cha- mou "intensidade de calor": a temperatura.

Uma experiência muito simples permite compreender essa diferença. Um litro de água colocado num recipiente sobre uma chama de gás leva algum tempo para passar da temperatura am- biente à temperatura de ebulição. No entanto, é necessário um tempo muito mais longo para aquecer, com a mesma chama, 10 litros de água colocados no mesmo recipiente. Esse fato indica que, no segundo caso. é necessária uma quantidade de calor maior para se obter o mesmo resultado.

Foi Black também quem empregou, pela primeira vez, alguns termos - até hoje adotados por esse ramo da Física - como calor especflco. capacidade calorfica, calor de fusão e calor latente. Esse cientista, entretanto, assim como outros pesquisadores de destaque na época, era um defensor ardoroso do cd6rieo e, devido a seu prestígio, con- tribuiu em larga escala para a ampla aceitação desse conceito errôneo.

Os rrabalhos de Black (acima) com os gases levaram ao conceito de

calor especflco e latenle.

Caberia a outro desmistificar as anti- gas idéias e estabelecer as bases da cha- 4

. mada teoria cinética do calor. Entre eles, o norte-americano conde.Rumford, o alemão Roben Mayer, os ingleses James Prescon Joule e H. Davy e o des- tacado físico Hermann Ludwig Ferdi- nand von Helmholtz.

E S P a O DOS INGLESES ENTRE OS COLONOS REVOLTADOS

Foi Benjamin Thompson - mais conhecido por conde Rumford - quem demonstrou, no fmal do século XVIII, a

&ina & compresslio do kfer, criada por Hmrison, baseia-se na

wação pela aòsorç<io dor. Se comprimido,

o wpor & krerflca @ido e. w m esse trabalho mecâniw. o krer liberta calor. Se o 4ter entrar. a segub, numa cimara de descompressão. ele evapora,

I absorvendo, com isso, o &r existente ao redor. Esw mecanismo serve para / ia gelo, usado, entre outras wiw, na I I

amservaçâo de alimenros. 1 Ao Irrdo, peDmem de

h .

1 H ~ k m b m e R para d i r a temperatura de mna chama. 283 1 r.'

Boston. Com poucos deu o pai, mas sua mae vottoa a casar- se, e Rumford ganhou Y@S irmãos desse segundo matrimÔa&.

Na América do No* durante o período colonial, poui?bs meninos r=- biam instrução além da w l a primária A maioria dos jovens ciência absorvia apenas transmitidos pelos adultos pelos amigos. Nesse sentido, a educação de Benjamin Thompson não constituiu exceção.

T i a dezesseis anos, quando sua vontade de compreender os fenômenos naturais o levou a interrogar um amigo sobre a "essência, início e formação do vento em geral, com sua teoria comple- ta". Logo passou a desenhar vários projetos de novas invenções e a realizar inúmeras experiências, a maioria delas com fogos de artificio. Segundo alguns, :hegou a perder o emprego porque. iurante um de seus ensaios com explo- rivos, mandou pelos ares o armazém mde trabalhava.

Ainda não tinha dezoito anos, quan- io foi convidado a exercer a funçao de professor na casa de uma das principais faipilias de Concord. Possuindo, con- forme a descrição de um conhecido, "uma bela e máscula f ~ u r a , com pouco mais de seis pés de altura, feiç6es regu- lares, olhos azuis claros e cabelos casta- nhos dourados", não passou desperce- bido a Sara Rolfe, viúva do maior proprietário de terras da região. Ela

264 tinha 33 anos e ele 19, quando se casa-

Durante sua estada na Baviera, RuMord (acima) realizou

várias experi6ncia.i importtmtes. Entre outras, construiu um

fotômetro @ágina ao 1ado)para medir a intensidade da luz

emitida por diferentes substâncias, o que lhepermitiu

projetar uma lámpada de azeite de alto rendimento

ram. Mais tarde. Thompson diria: "Ela, me desposou e não eu a ela".

~ i v r e dos problemas materiais, Rum-

I ford abandonou o magistério e dedi- cou-se à administração dos tens de sua mulher e a ganhar os favores do gover- nador real de Massachusetts, John

, Wentworth. Ao cabo de seis meses, este o designava major da milícia de New Hampshire. 1 A indicação provocou a ira dos soldados profissionais. Mas as razões de * Wentworth eram óbvias: queria um informante de confiança entre os colonos da região, que começavam a revol- tar-se contra o jugo da metrópole inglesa.

i Suas atividades a favor dos monar-

quistas logo despertaram a hostilidade das comissões e clubes revolucionários, instituídos às vksperas da luta contra a Inglaterra. Chegou a ser preso e mterro-

i gado pelos colonos. Uma sanana antes do Natal de 1774, inteirou-se de que os partidários da causa da independência

pi avam-se para marchar solire sua mansao, a f m de expulsá-lo de Con- cord. Pediu um cavalo emprestado ao cunhado e partiu a galope para Boston. Deixava atrás de si a mulher e uma filha. Nunca mais retomou.

Passou a trabahar como espião do general Gage. o oficial britânico de mais alta patente em Massachusetts. Aplicava conhecimentos de Química na preparação de cartas escritas com tinta invisível, que eram passadas através das linhas inimigas.

Em março de 1776, a posição das tropas realistas em Boston tomou-se insustentável e a cidade teve de ser abandonada aos rebeldes. Os ingleses partiram, levando todos os simpati- zantes que puderam acomodar a bordo de seus navios. Entre eles ia Thompson.

PRIMEIRAS EXPERIÊNCIAS

Quando desembarcou em Londres, Thompson não o fez como refugiado 265

n,:; .'ic

político, mas como especialista em assuntos americanos. Não demorou muito e o jovem passou a ocupar o

, cargo de secretário particular de Lord George Germain, ministro das Coiô- nias.

Nessa bpoca, começou a interessar-se * ' por pesquisas físicas com objetivos mili-

tares. Durante o verão de 1778, realizou alguns estudos sobre a pólvora: numa propriedade rural de Lord George, construiu um dispositivo capaz de medir a força explosiva de pólvoras de diferentes composições.

Alguns anos antes, o engenheiro inglês Benjamin Robms inventara o pêndulo bdstico para determinar a velocidade de projéteis disparados por armas de fogo. O princípio do aparelho era bastante simples: disparandw uma bala contra um pesado pêndulo de madeira, media-se, a seguir, a oscilação provocada. Conhecidas as massas do

266 projétil e do pêndulo, e empregando-se o

A máquina a vapor (acima, carro a vapor de Cugnot) foi uma

conquista muito importanre da ciincia. Foi o trabaiho de vários

cientiStaS que permitiu um conhecimento perfeito de seu

funcionamento. O francês Denis Papin (ao iado , sua panela

depressâo) conseguiu separar três de seus mecanismos

básicos: o recipiente de água, o cilindro onde se forma

o vapor e a bomba depressão. Em 1786, James Woti (acima, 6 direita)

separou o cilindro do condensado que servia para eflriar o vap

princípio d a consmrãção.da quantidade de movimento, é possível calcular a velocidade d6 projétil.

A modificação introduzida por Thompson na experiência de Rpbins consistia em mediu o recuo da arma, ao invh da oscilação do pêndplo. Como as Mas usadas nos mosquetões e canhões da época não se adaptavam bem ao cano das armas, Thompson concluiu que parte da energia obtida na explosão da pólvora se perdia e que, em conse- qüência, a velocidade do projétil não correspondia à potência da explosão. Apresentou o resultado de suas pesquisas à Royal Society de Londres e imediatamente foi admitido como um de seus membros. -

Na época, era muito grande o abismo que separava os f&sofos naturais - cientistas puros - dos a W ~ s e inven- tores. Os primeiros consideravam os segundos mdes e incultos. Por sua vez.

cos. Nesse sentido, uma das grandes contribui* de Thom~son ao desen- volvimenb da ciêqcia foi a comprem- são de que os dispositivos práticos podiam derivar da chamada pesquisa pura Nessa l i a se incluem, entre outras coisas, seus trabalhos com a pól- yora e seus estudos sobre a resistência mecânica da seda, realizados nesse período.

Em 178% sua carreira no Ministério das Colônias terminou abruptamente. Viu-se envolvido num caso de espionagem. Embora nada pudesse ser provado contra ele. foi forçado a deixar apressa- damaite o a o e partir para um curto período na América

UMA VISAO CIENT~FICA DOS PROBLEMAS PÚBLICOS

Assinada a paz entre britânicos e americanos, em 1783, Thompson retor- nou à Europa em busca de uma posição. Trabalbau algum tempo como espião e i n f w p c h do embaixador in-

glh em Viena, a& -seguir uma apre- sentação ao principe da Baviera, Karl Theodor, ao qual logo ofereceu seus ser- viços como assessor militar.

A ascensão foi rápida. O súdito britâ- nico, natural da Amáica, teve ofertas de postos civis e piiitares no governo bávaro, com plenos poderes para reor- ganizar O exército, executando importantes projetos sociais e econômicos. Foi ministro da Guerra, chefe de Polícia e camareiro-mor do nobre alemão.

Thompson enfrentava os problemas públicos com espírito cientuco. Tão notáveis e diversas foram suas inicia- tivas em assuntos militares e civis (em questões de educação, saúde pública, habitação, fertilização de terras, organi- zação hospitalar, urbanismo e abasteci- mento) que Karl Theodor acabou con- ferindo-lhe o título de conde Rumford, nobre do Santo Império.

Entre os trabalhos que realizou na corte de Munique figura um estudo da condutibilidade térmica dos tecidos. Thompson queria saber qual o material melhor e mais econômico para a confec- ção de uniformes. Para realizar esses estudos, colocava um termômetro den- tro de um tubo, envolvido pelo tecido cuja condutibiiidade desejava medir. O conjunto era submergido em água fer- vente e, a seguir, submetido a um banho de gelo. O tempo necessário para que a temperatura caísse de 70" C a 10' C permitiu-lhe obter a medida da rapidez com que o calor passava através do material testado.

Também desenvolveu equipamentos de cozinha que evitavam perda inútil de calor, e inventou a caldeira dupla, a cozinha portátil, um fomo de panifica- ção, a marmita sem fogo e introduziu o uso da panela de pressão.

Nos problemas de nutrição, passou a pesquisar a melhor forma de alimentar os soldados. Acabou concluindo que a sopa de batatas era o alimento que permitia o máximo de nutrição com um mí- nimo de custo. Em consewência dessa

268 descoberta, a batata acabou se conver.

tendo em eTtmento básico da alimenta-' , ção bávara e de toda a Europa central, '. . Constmiu igualmente um f o t ô r n c ~ ~ . 4 para mediu a intensidade da luz emitida ' 3 por diferentes substâncias, o que &e 'd permitiu projetar uma lâmpada de azeite de alto rendimento c baixo custo.

RELACAO ENTRE CALOR - E TRABALHO MECÂMCO

Contudo, seu principal trabalho cien- 'q tífico durante a estada na Baviera foi a demonstração experimental da inconsis- tência da teoria do calórico.

"Ocupado ultimamente em fiscalizar . o Serviço de perfuração de canhões nas oficina3 do arsenal de Munique, impres- sionou-me o considerável grau de calor - que um canhão de bronze adquire ao ser perfurado." Os defensores do calórico acreditavam que o atrito servia apenas para espremer a "substância calor" dos espaços interatômicos dos corpos, da mesma forma que se espreme a água de

3 uma esponja molhada. Rumford,' porém, revelou que a idéia era ridícula, uma vez que.a possibilidade de obter calor por atrito não b fmita, como no caso da água retirada de uma esponja. Uma simples experiência nas oficinas do arsenal de Munique bastou-lhe para fazer a demonstração.

Mandou 'mergulhar em água um canhão a ser perfurado, a fim de que todo o calor produzido passasse para o liquido. A seguir, atrelou uma parelha de cavalos ao eixo de uma broca, fazendo-a girar. Depois de andar à roda por mais de duas horas e meia, os cavalos tinham produzido calor suficiente para ferver a água. Ante o assombro dos que viam a experiência, o líquido continuou fervendo durante o tempo em que os cavalos movimentaram o eixo da broca.

"Meditando sobre o assunto", escre- ve Rumford, "não devemos esquecer que a fonte do calor gerado pelo atritr ' evidentemente inexaurível. Toma quase desnecessário dizer que tu ai que um corpo qualquer s

Só épossível exírair ira <. modo permanente de um ; sistema no qual h& d&enças de temperatura. Esta lei, estabelecida por Mayer (mima), e desenvolvida por Joule (mima, à esquerda), tornou-se a base da construção dos motores tkrmiws (ao lado. máquina a vapor de Maxim, 1894).

Para estabeBeca a &@o de equivaiência amr laidodes

mecânica e thnnS88 Bc mw&, Joule criou um aparh amo o da foto (desenliodo abaixo).

Girando uma roda & oaErr com oito paiheras em um W i r n t e

. com &a, notou uma oltaopóo de temperatura, resulrciRte da

desciam ao longo de uma regua graduada, pondo em marcha

função do trabalho, Joulepôde estabelecer o valor exato do

equivalente mecânico do calor.

ma de corpos. isoladosS é capaz de pro- duzir ilimitadamente não pode mr uma substância materiai; a mim parece difi- cil, senão impossível, formar a idéia de uma coisa que se dcsprcnda c se wmu- nique no decurso dessa experiência, a não ser MOVIMENTO."

Não há dúvida de que a experiência de Rumford coloca em evidência a rela- ção entre o calor e trabalho mecânico. Contudo, seu autor não parece tcr wns- tatado esse fato, a não ser qualitativa- mente. A relação quantitativa, corpori- zada na medição do equivalente mecânico do calor, 6 foi estabelecida mais tarde. pelas pesquisas de Mayer e Joule.

Rumford ainda realizou uma série de outras experiências engenhosas para refutar a teoria do calóriw, c rcuniu seus trabalhos num relatório intitulado Invesrigação das fontes & caiotprodu- zido por fricção, apresentando-o em 1795 à Royal Society, depois de obter a licença de Karl Theodor para ausentar- se da Baviera

HERÓI NACIONAL POR ACASO

Os dois anos que passou então em Londres foram repletos de honrarias: onde quer que Tosse, as pessoas o acla- mavam como grande filósofo e filan- tropo. De suas idéias práticas sobre os usos do calor, os londrinos tiraram.inú- meros beneficias: um deles, por exemplo, foi a remodelagem das lareiras e chaminés, obtendo, dessa forma, um maior rendimento com menor quantidade de combustivel.

A alegre estada na Inglaterra, no entanto, foi interrompida em agosto de 1796: um chamado urgente da Baviera obrigou-o a retomar prontamente a seu posto militar. Franceses e austríacos encontravam-se em guerra e estavam prestes a defrontar-se ès portas de Munique. O príncipe e siia corte aban- donaram a cidade, deixhdo a defesa a

cargo de Rumford, que jamais partici- pma da uma ymdo bptplhp.

Era, evidentemente, um golpe politia de seus inimigos, que conseguiram wn- vcnicr Karl Thwdor a w n d c r ao aventureiro americano a in6moda po- sição que nenhum deles desejava para si. O exército bávaro não participava de um combate havia anos; estava destrei- nado e incapacitado para defender a ncutralidadc do país.

Rumford passou várias semanas con- fermcinndo com o 8.nr.i C*-&- r o

chefe austríaco. tentando evitar o Licio da luta, enquanto ele e seus soklados estavam na Ilnha ae fogo. Para sone ao inexperiente estrategista, os franceses acabaram se retirando para wbrii o flanw dc uma divisão derrotada no Rcno inferior. Os austríacos, não tcndo a quem combater, também partiram. Rumford. que fora escolhido pàra arcar w m a culpa da derrota, acabou se eri- gindo em herói da Baviera, sem disparar um só tiro.

Mas as intrigas da corte obrigaram Karl Theodor a dispensar os trabalhos do conde. O primeiro procurou uma forma elegante de afastá-lo, nomean- do-o ministro plenipotenciário em Lon= dres, o que, involuntariamente, provo- . cou um incidente diplomático: o rei George 111 encolerizou-se com o fato de um de seus súditos - já acusado de espionagem contra o governo britâaico - ser designado ministro plenipoten- ciário de um país estrangeiro. Recusou- se a receber as credenciais apresenta- das. Aos 45 anos de idade, Rumford encontrava-se novamente em Londre~ ' sem ocupação.

O INSTITUTO REAL

"Propostas para formar por subscrt- ção na mehúpole do Império Britânico uma Instituição pública para dyirndir o saber, promover a adoção gerai de Inventos e melhoramentos mecânicos . ire&: ensinar por meio de cursos, coilfe- rências filosóficas e experiências a apii- 27 i

L - J . .- porJoule, durante a realização de suas mudmças de temperatura

m calorímerro com.forma especial, ipientes de cobre maciço de form<ito cmacre~sfico e

atarrachados a uma bo que introduz ar comprimido num deles.

caçãb da ciência aos u na?" Em 1812 ele assentava, em seus vida'? com esse ti&lo Elementos de Filosofia Química, o prin- escreveu, na ocasiao, dpio de que o "movimento é a causa to. Lançava-se em um imediata dos fenômenos térmicos, cujas mento, a criação do In peis de propagação são. portanto, as

A idéia foi concre e m a s que regem o movimento". . inúmeros beneficias que tou através da instituição

cação desse traba-

estimulo ao talento de um jo contrava em Paris,

co, Humph Davy: apoi alguns anos antes. conde, ele rezzou n va de Lavoisier. A confirmar os resul Rumford em Munique. , o conde expulsou

Uma de suas experiências os de uma das inú- em esfregar dois pedaços de ferecidas por sua contra o outro, até que o atrito aia, ela despejou tesse completamente. Segundo a teoria do calórico. dois pedaços não podiam fundir-se por fri rd passou os Últimos anos de vez que Ihes faltava a " cia isolado, numa casa de calor". Davy conseguiu provar s subúrbios de Paris. Morreu trário: "Se é possível derreter o sto de 18 14, após breve mediante uma fricção interna, redigiu seu testamento imaginar um calórico de orig Lafayette, legando uma

. . - r

anuidade a Universidade americana de Harvard, destinada B criação de uma nova instituição científica.

DO NADA, NADA SAI; E NADA SE TORNA NADA

Destronada a teoria material do caiar, estava aberto o caminho para a aquisição de novos conhecimentos nesse ramo. As idéias de Rumford e Davy foram desenvolvidas, algumas dé- cadas depois, pelo médico alemão Ro- bert Mayer (1814-1878), o primeiro a formular o princípio da lei da conswvtt- ção da energia.

Mayer baseou sua.teoria numa du- mação dos antigos atomistas: ex nihilo nihil fit, nihil jit ad nihihrm (do nada, nada sai; e nada se toma nada). Recu- sou-se a admitir que a energia ciuética presente num corpo em queda livre pudesse desaparecer de repente, quando o corpo atingia o solo. Estava conven- cido de que essa energia apenas se transformava em outra forma de energia, ou seja, em calor. Num eabalho publicado em 1842, afirmava: "Movi-

mento, cãlor e eletricidade são fenôme- nos que podem ser convertidos numa só força e é possível transformá-los uns nos outros segundo leis defmidas". (Na época, o termo força wrrespondia ao que se denomina, atualmente, de energia).

Para provar sua tese, Mayer organi- zou uma experiência semelhante à reaii- zeda por Rumford nos arsenais de Munique. Seu objetivo era medir o equivalente mecânico do calor, ou seja, a relação quantitativa enM o trabalho dos cavalos e a elevação da temperatura da água.

O resultado das pesquisa não chegou a encontrar grande ressonância entre os físicos de seu tempo. Mayer, que sofria de psicose maníaco-de- pressiva, não suportou a rejeição de suas idéias e acabou sendo internado. E a honra de haver medido exatamente o equivalente mecânico do calor coube a um inglês, Jamw Prescott Joule.

Joule (18 18-1889) nasceu em Salford. perto de Manchester. Embora tenha sido instruído em Química por John Dalton, a maior parte de seu conheci-

Acreditando na existência da "matiria calor': Lovoisier (acima, calorímeno do cientista) chegou a mcluw o calórico em sua lisla de elementos químicos. 273

eleaicidade-e. do edetmmagnetismo, . o&,- - jetos de suas p r m i w pesquisas. t 4

Com apenas dercncnrt &os, descon- u:& ., tente com a arbitrariaiedc dos mttodos

energia elttrica n e para decem- I

)' quisas que lhe permitiram estabelecer a 4 reiaqio entre a corrente ei&rica que *C

passa por um condutor e o calor - ' ' ' produzido. +n Ii I., o PRINCIPIO DA ENERGIA I

A determinação precisa do equivalente mecânico do calor foi objeto de vários estudos de Joule. h uma de

ao de um relógio de peso. Neste, o processo de dar corda consiste na elevação

Além de ser um extraordinário

dando contribuições importantes a quase todos. Mas seriam

seus trabalhos sobre o calor que o deixariam famoso. Neste campo ele

. . de mecanismo permitiu a Joule foi um doíensor e divulgador da " perda de calor e, portanto, a r teoria mecânica do calor

ellborada por Joule, estudando. em particular, o calor radiante.

A s "mudanças de esrado " regidas pelo calor eram conhecidas desde a mais remota Antiguidade. Os homens sempre viram as coisas congelarem-se (abaixo, rosas congeladas), fundirem-se ou vaporlzarern-se. Porem,

foi necessário esperar os Irabalhos dosgrandes 3 flsicos do s4culo XIX, para que os fenômenos fossem claramenre compreendidos. Entre os mais importanles desraca-se J. Prescotl Joule, com sua teoria mecânica do calor, cujo importância, enrrelanto, só foi avaliada depois do apoio dado por W. Thomson ou

-- I LordKelvin (ao lado).

Em resumo, o I1Ii*jdo fíual de suas pesquisas mestmmm - Há u r i rebçb m9aante entre a

energia m e & provocar deda variação &.lqaPs e a quantidade de calor .qai pk pmduzir essa mesma variaçâa - A quantida& ds h capaz de

fazer aumentar 1% aampcramaa de 1 grama de água (aitrs MPC+ 15,F") é

corrente elétrica tem energia, já que aquece o fio que faz girar um motor. Em todo acontecimento da natureza uma forma de energia está sendo con- vertida em outra, sempre mantendo constante o valor da energia total.

Considerando o Universo um sistema fechado, é fácil enunciar, como o f i ram os físicos do século XIX, que sua energia total é invariável e jamais pode

. &uivalen&a uma d i c a de ser &iada ou destniída - aproximadamente 4iB- A Física do século passado também 1

Experiéncias pos$rlrrr &tiveram estabeleceu dois conceitos distintos - r resultados mais p r e c h m m o equiva- o de matéria e o de energia -. ambos lente do calor é, essenc' ' r o que obedecendo à lei da conservação, ou I Joule encontrou em sen íd&n.

O cientista, porém, $5 ~ E R ma obra devidamente aprqçiede: plap -as depois de recebix % apoh dk WiILiem Thomson (Lord Kelvin).'As airepCoes formuladas por Mayer e gcasd.s por Joule, entretanto, apenas valor universal após terem pelo físico alemão Hermann soa ikb- holtz na sua publicação Sobe & oaisrr- vaçáo da força, na qual discute e csci- da o princípio da conservação da energia em toda a sua extensão.

Na Inglaterra, a teoria foi zada por John Tyndall, em conf- e no livro Celor, uma qual&.de rC? movimento.

A nova concepção indicava aos ciar tistas que havia uma equivalência abic as formas de energia cinética e térmgt, De onde viria esta equivalência? A na- posta que a pergunta sugeria - e ga posteriormente foi comprovada - en e inexistência de uma diferença real eaúe as duas: a energia térmica nada m& é do que a energia cinética das partícuk@ que compõem determinado corpo; pa r6 culas essas em constante movimento.

Logo se reconheceu que ambas são apenas duas das muitas formas que ai

seja, a de que um sistema isolado não pode, alterar-se, tanto em massa quanto em energia. Essas idéias d foram modi- ficadas no século XX, pela teoria da Relatividade de Alben Eistein. As explosões de bombas atômicas são comprova*^ dramáticas da equiva- lência entre massa e energia

Os grandes resultados, da Mecânica clássica haviam levado os cientistas a acreditar que os conceitos de Newton poderiam ser estendidos a todos os ramos da Física, ou seja, que todos os fenômenos podiam ser explicados pela ação de forças atuando sobre part'culas imutáveis, dependendo somente da dis- tância que as separava. Era um engano.

Embora o wnceito mecânico expli- casse bem fenômenos como o calor, não a a aplicável a campos como o'elétrico e o óptico. Uma carga elétrica em movi- mato, por exemplo, age sobre uma agulha magnética. Essa força, porém, não depende apenas da distância, mas também da velocidade da carga. Assim, ipm novo wnceito teve de ser introdu- rido em Física: o campo. E, a partir de @lemas por ele sugeridos, desenvol- iewe uma nova teoria: a da Relativi- dmk

O Homem passou a compreender não p;ris o calor, mas também a energia a v a l e suas relagóes com a matéria.

energia pode assumir. A radiação do" t-

Sol é energia, porque uma parte dela e . .. 276 transformada em calor na Terra. Uma .

RUMFORD-JOULE

CREDITO DAS

ILUSTRAÇ6ES

(de cima para baixo. da

esquerda para a dinital

C.P. - Conde Rur#od, fundador da Royel Inflltutlon. Qudro de M. Kdierhowen. Nationel Ponnlt Gallew, Londns. Foto &Museu.

Mg. 26 1 - Cond. Rumiord. blw anônimo. Foto Mkheel Holfod Coneda da Royel linmutlon - Londme. - Jouie. Foto M. Shod Corieaia da Sociedada Utodde e n lod- fiu da Mmcheater.

Ng. 262 - Jowph B l r k (1787). Gravura dm J. Kay. Foto The Manwl Colisciion - Londm.

Hg. 269 - Mhuina d . b r rido (17581. Foto/ Conde do Muuu de ciência; - Londres. - - Apmiho pn n*dir a Intenrid.de do calor. Fotd Conula do Museu da Chndas - Londres.

H#. 264 - Caikmim da Rumiord w r Gllrav. Foto Mlcheel Holtod Cone-

- Fotômnrodm Rumford. ~ o t ó ~ k h a e l H d f o d Coneaia da R w i lnatitutlon - bndm.

P4g. 266 - Cano r vawrde Cuanot. Mureu de Anes e Ofklos. Pads. Foto

- Jamw Wan. NationJ ~onrait Gelley, Lpndms - Foto da Mweu. - Pende de pressão do hn ie Pepin. Mureu de Anrs e Otlcios. Paris. Foto Arborio M&la - MIMO.

P/g. 269 - Joule. Foto M. ShodConenla da Soci.d.de Utedria e Fiiod- Ru do Mancheatei. - Robn Maver. Foto Dlutachu Muqeum - Munique. - .Mlquina a vapor de Mexlm (18041: Fotd Cortede do Mu Ciências - Londnr

pyp. 270 - Apirmiho de ftic@o da 6gua.usado por Joule em 1849. Fot< Mlchaei Holfod Coneaia do Muwu de Ciências - Londns. - Ammiho usado por Jamw Joula pam qflebelecer a medida euta do equivalente nndnlco do calor. Da obre de R o b r -- U.dge. A Popuier Hirioy dSclence, Londres (1 88 1 I. Foto Pktura Ubny.

Ma. 272 - Apsmihos uudos por Joule: II equeid.. um calorímeti tome elpecial. que permite ecomoder dois nclpienten da cobm mc lw. Foto M. ShodConeaia Science Muuum - Manchester. - Dois ncipbntes de cobm maciw, unldos por uma tomeln ck formato camcterktico e atamchdos a uma bomba de compras- d o que introduz ar comprimido num deles. Foto M. Shod Coneala Sclence Muuum - Mencheater.

plg. 279 - Celorímetm do Lavoisier (1770). Gmvun em cobre. Foto hutsches Mureum -Munique.

H#. 274 - Tyndell. Derenho e Upis de Gwrw Richmond (18641. Foto Michael HolfodConealrda Rovrl lnflitution - Londns.

H#. 276 - William Thonuon (Lord Kelvinl. blw do E. T. Klng. Natlonai Ponnit Galley. Londm - Foto do Muuu. - Rosas congeladas, ap6o uma tempoatede de inverno. Foto Rapho Guillutnette - Padr.

CALORE 1 TRABALHQ

A U A N M U E N T M A M -A

4 RUMFORD "

E JOULE .I

CALOR E TRABALHO 3

1. - ciênciamão - universidade de são paulo · laia estabdecldas pelo ciantiar fowlimdo. o...

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