As 6 equações que mudou o curso da história

1. A segunda lei de movimento de Newton (1687).

O que diz? Força é igual a massa vezes aceleração. Em outras palavras ...É mais fácil empurrar um carrinho de compras vazio do que um completo. O que nos ensinou?

Juntamente com as outras duas leis de movimento de Isaac Newton (a primeira diz que você precisa de uma força para mover alguma coisa, a terceira diz que cada ação tem uma reação igual e oposta), esta equação é a base da mecânica clássica. F = ma permitiu a físicos e engenheiros calcular o valor de uma força. Por exemplo, o seu peso (medido em Newtons) é a sua massa (em quilogramas) multiplicada pela aceleração devido à gravidade (na Terra, cerca de 10 metros por segundo ao quadrado). Dizer que você "pesa" 60 quilos está incorreto em termos físicos - seu peso real é cerca de 600 newtons. Esta é a força que empurra para baixo em suas escalas do banheiro. Mas era prático? Esta equação foi crucial para a chegada da idade mecânica. É usado em quase todos os cálculos que envolve o uso de força para causar movimento. Diz-lhe quanto poderoso um motor necessita ser ao poder movimentar um carro, quanta força necessita um avião para levantar na descolagem, quanto empurrão para levantar um foguete, quão distante uma bala de canhão voa.

2. A lei da gravitação universal de Newton (1687).

O que diz? Quaisquer dois objetos maciços puxam-se um ao outro através do espaço. Mas a força diminui rapidamente quanto mais longe eles estão. Em outras palavras ... Estamos presos à superfície da Terra porque nosso planeta é comparativamente grande com muito mais massa. O que nos ensinou? Durante séculos, o Universo tinha sido dividido em dois reinos - o terrestre e o celestial. Mas a lei de gravitação de Newton aplicava-se a tudo. O mesmo rebocador que faz com que uma maçã caia de uma árvore, mantém a Lua orbitando a Terra. Newton nos deu a primeira conexão direta entre a vida cotidiana e o movimento dos céus. Mas era prático? Durante muito tempo, o uso principal da equação foi calcular as órbitas dos planetas. A era espacial dos anos 50 e 60 viu-o usado na prática - para enviar satélites em órbita e astronautas à Lua. Uma falha, que o próprio Newton admitiu, era que ele não sabia "por que" a gravidade operava. Levou quase 230 anos para Albert Einstein explicar a gravidade como decorrente da deformação do espaço-tempo por objetos maciços em sua teoria da relatividade geral. Mesmo assim, a relatividade geral é usada somente em situações extremas, como quando a gravidade é muito forte, ou quando é necessário grande precisão, como para satélites GPS. Na maioria dos casos, a equação de Newton de 330 anos ainda é boa o suficiente.

3. Segunda lei da termodinâmica (1824).

O que diz? A entropia (uma medida da desordem) sempre aumenta. Em outras palavras ...

Não é bom chorar sobre o leite derramado. Desordem e bagunça são inevitáveis ​​no Universo.

O que nos ensinou? Ao tentar analisar a eficiência do motor a vapor no século 19, o físico francês Sadi Carnot tropeçou numa das equações mais profundas de toda a ciência. Diz-nos que alguns processos são irreversíveis, e pode até ser responsável pelo rumo do tempo. Em uma de suas formas mais simples, diz que o calor sempre desloca-se de um objeto quente para um frio. Também pode ser aplicado às escalas mais grandiosas. Alguns a aplicaram para descrever o destino final do Universo na forma de "morte por calor", onde todas as estrelas estarão queimadas e nada resta senão o calor perdido. Outros a usaram para retroceder no tempo e descrever a origem do Universo num momento de entropia zero (ou ordem perfeita), no instante do Big Bang. Mas era prático? Esta lei foi importante para o desenvolvimento de tecnologias da revolução industrial, do vapor para motores de combustão interna,refrigeradores e engenharia química. Em motores reais, alguma energia é sempre desperdiçada - então a lei também mostrou que qualquer esforço para movimento perpétuo era, em última análise, fútil.

4. A equação de Maxwell-Faraday (1831 e 1865).

O que diz? Você pode criar um campo elétrico em mudança (lado esquerdo da equação) de um campo magnético em mudança (à direita) e vice-versa. Em outras palavras ...Electricidade e magnetismo estão relacionados! O que nos ensinou? Em 1831, Michael Faraday descobriu a conexão entre duas forças naturais, eletricidade e magnetismo, quando descobriu que um campo magnético em mudança induzia uma corrente em um fio próximo. Mais tarde, James Clark Maxwell generalizou a observação de Faraday como uma de suas quatro equações fundamentais do eletromagnetismo. Mas era prático? Esta é a equação que alimenta o mundo. A maioria dos geradores elétricos (seja em uma turbina de vento, uma usina de carvão ou uma represa hidrelétrica) trabalha convertendo energia mecânica (de vapor ou água) para girar um ímã. Ao executar este processo em sentido inverso, você recebe o motor elétrico. Mais geralmente, as equações de Maxwell são usadas ainda em quase cada toda aplicação da engenharia elétrica, da tecnologia de comunicações e da ótica.

5. Equivalência de energia de massa de Einstein (1905).

O que diz? Energia é igual à massa multiplicada pela velocidade da luz ao quadrado. Em outras palavras ...Massa é realmente apenas uma forma super-condensada de energia. O que nos ensinou? Devido ao tamanho da constante na equação (a velocidade da luz ao quadrado, um número inimaginavelmente enorme) uma quantidade colossal de energia pode ser liberada através da conversão de uma pequena quantidade de massa. Mas era prático? A equação mais famosa de Einstein sugeriu o potencial para as enormes quantidades de energia liberada na fissão nuclear, quando um grande núcleo instável parte-se em dois menores. Isso ocorre porque a massa dos dois núcleos menores juntos é sempre menor do que a massa do núcleo grande original - e a massa perdida é convertida em energia. A bomba atômica "Fat Man" caiu sobre Nagasaki no Japão em 9 de agosto de 1945 converteu apenas um grama de massa em energia, mas produziu uma explosão equivalente a cerca de 20.000 toneladas de TNT. O próprio Einstein havia assinado uma carta ao presidente norte-americano na época em que Franklin Roosevelt recomendava que a bomba atômica fosse desenvolvida - uma decisão que ele mais tarde considerou como o "grande erro" de sua vida.

6. A função de onda de Schrödinger (1925).

O que diz? Ele descreve como a mudança da função de onda de uma partícula (representada por psi, o símbolo em forma de castiçal) pode ser calculada a partir de sua energia cinética (movimento) e sua energia potencial (as interações nele). Em outras palavras ...É a versão quântica de F = ma. O que nos ensinou? Quando Erwin Schrödinger formulou sua equação em 1925, colocou a nova teoria da mecânica quântica em bases firmes, permitindo aos físicos calcular como as partículas quânticas se movimentam e interagem. A equação parece um pouco estranha porque usa a matemática das ondas. (As partículas subatômicas são "onduladas", então sua interação é descrita como interferência de ondas, ao invés de bolas de bilhar.) Mas era prático? Em uma de suas formas mais simples, descreve a estrutura do átomo, como a disposição de elétrons em torno do núcleo, e toda a ligação química. Mais geralmente é usada para muitos cálculos na mecânica quântica e é fundamental a muita da tecnologia moderna dos lasers aos transistor, e o desenvolvimento futuro de computadores quânticos. Editor Paulo Gomes de Araújo Pereira.