Como Galileu cronometrou uma bola sem relógio?
A bancada deste passo tem um trilho de 4 m, inclinado o bastante para que a bola ganhe 0,5 m/s de velocidade a cada segundo, e nenhum relógio. O único jeito de saber quando a bola passa por cada ponto é usar o próprio coração como relógio e deixar um risco no trilho, onde a bola estiver, a cada batida. O exemplo é do Feynman, que reconstrói assim os primeiros experimentos de Galileu com planos inclinados, e os números são nossos.
Com um pulso de 0,8 s, as marcas caem a 0,16 m, 0,64 m, 1,44 m e 2,56 m da largada, e a quinta coincide com o fim do trilho, em 4 m. Divididas pela primeira, essas distâncias dão 1, 4, 9, 16 e 25, os quadrados do número da batida. Os espaços entre marcas vizinhas crescem como 1, 3, 5, 7, de modo que a bola percorre em cada batida um pouco mais que na anterior. Hoje escrevemos isso como \(d \propto t^2\), e a constante que falta é metade da aceleração.
Ninguém tem um coração de metrônomo, e a bancada deixa o pulso variar de batida para batida. As marcas se espalham, e a primeira sofre mais, porque depende de uma batida só e serve de régua para todas as outras. Ainda assim, soltura após soltura, a razão média gira em torno de 1, e a lei dos quadrados continua lá, só que escondida no ruído.
Na bancada, a distância é a parte fácil, já que basta uma trena encostada no trilho. O difícil é o tempo, porque a bola leva 4 s para descer e os relógios mecânicos de então erravam por minutos ao longo de um dia. No relato do Feynman, a saída de Galileu foi o próprio corpo, e esse cronômetro improvisado basta para trocar os tratados de inspiração aristotélica por uma tabela de números.
É a medida que transforma a conversa sobre movimento em física, já que só com números aparece uma relação como 1, 4, 9, 16. Daqui para frente, descrever um movimento vai ser responder a duas perguntas, que o Feynman resume em onde e quando, e o resto do capítulo trata de como respondê-las com cada vez mais precisão.
No Feynman: §5-1 Motion ↗
Para conversar
- Solte a bola com o pulso em 0,80 s e sem irregularidade. Em que batida ela chega ao fim do trilho, e quanto vale \(d/d_1\) nessa marca?
- Mude o pulso para 0,50 s e solte de novo. As distâncias mudam, mas e a coluna \(d/d_1\)?
- Suba a irregularidade para 20 % e solte várias vezes. Por que a primeira marca estraga mais a tabela que as outras?
- Galileu não sabia quanto durava uma batida em segundos. Ele precisava saber para encontrar a lei?