Paul M. Sutter é astrofísico da SUNY Stony Brook e do Instituto Flatiron, apresentador de Ask a Spaceman and Space Radio, e autor de How to Die in Space.

Há uma razão – na verdade, várias – pela qual Sir Isaac Newton é frequentemente considerado o cientista nº 1 de todos os tempos. E enquanto todos nós somos forçados a aprender sobre suas leis de movimento e conceitos de gravidade no colegial, raramente temos um vislumbre do porquê de seu trabalho seminal, “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” (ou, em inglês, “Mathematical Principles of Natural Philosophy”), ser tão importante. Então, vamos cavar um pouco na mente de um gênio:

Filósofos ao longo do tempo têm buscado leis fundamentais, regras simples do universo que poderiam explicar a ampla e selvagem variedade de fenômenos que vemos no mundo ao nosso redor. Eles estavam trabalhando, e em grande parte falhando, nessa tarefa por alguns milênios até que Newton apareceu no final dos anos 1600 e lhes mostrou como fazê-lo.

Em “Principia”, Newton expôs três regras simples do universo. À primeira vista, mais de trezentos anos depois, elas parecem simples, intuitivas e óbvias, mas isso é apenas porque nós tivemos mais de trezentos anos para deixá-las afundar. Na época, eram revoluções totais em pensamento.

Video: As três leis do movimento de Newton explicadas
Relacionadas: As quatro forças fundamentais da natureza

A primeira lei dizia que os objectos em repouso tendem a permanecer em repouso, e os objectos em movimento tendem a permanecer em movimento. Em outras palavras, há esta coisa chamada “inércia”, que é uma medida da resistência de um objeto ao movimento.

Esta idéia era … nova. Anteriormente, a maioria dos pensadores pensava que objetos individuais tinham uma inclinação natural para se mover ou não se mover (por exemplo, para explicar porque o vento tendia a soprar, mas as rochas preferiam ficar colocadas). Da mesma forma, alguns objetos preferiam flutuar (como nuvens) enquanto outros não (como pessoas). Mas Newton virou isto na sua cabeça: todos os objectos tinham uma resistência inata a novos movimentos, e foi necessária uma força para os fazer mudar.

Um pequeno empurrão

Fala de forças, que era a segunda lei de Newton: forças aplicadas a um objecto dão-lhe aceleração, com a quantidade de aceleração a depender da massa do objecto. Isto também foi contra a sabedoria dominante, que pensava que as forças aplicadas a um objeto lhes davam velocidade. Isto é parcialmente verdade, porque a aceleração é uma mudança de velocidade, mas falta-lhe o quadro geral que Newton estava a seguir. Uma vez acelerado a uma determinada velocidade, um objecto manterá essa velocidade a não ser e até que uma nova força seja aplicada para o acelerar ou abrandar.

Relacionado: Veja um astronauta testar a segunda lei de Newton no espaço

A segunda lei de Newton é realmente a lei da conservação do momento escrita de outra forma. Os objetos manterão seu momentum até que uma força seja aplicada, e essa força mudará seu momentum. Todas as interações entre objetos (por exemplo, colisões, pancadas, batidas, esmagamentos, etc.) irão preservar a quantidade total de momento entre eles.

Se você nunca conheceu a conservação do momento antes, você deve saber que este conceito é uma pedra angular de cada ramo da física. A sério, tudo isto: relatividade geral e especial, mecânica quântica, termodinâmica, física das partículas e assim por diante. Todos eles descansam e dependem da conservação do momentum para guiá-los. Toda a física moderna se resume, nos níveis mais profundos, a expressar a conservação do momento em diferentes cenários.

De elétrons em um átomo à expansão do universo, tudo está ligado ao mesmo conceito, que pode traçar suas raízes à segunda lei de Newton.

igual e oposta

A última lei de Newton, que cada força tem uma força igual e oposta, parece uma pequena adição. Mas também foi uma grande revolução no pensamento.

Quando você pressiona algo, você está aplicando uma força a ele e fazendo com que ele acelere. É fácil, não é? Mas sabias que o objecto está simultaneamente a empurrar-te para trás?

Como poderia ser, se você não está se movendo e o objeto está?

A chave é que enquanto as forças são iguais, as acelerações não são. Se você for mais maciço que uma bola de futebol, então quando você chutar a sua aceleração será pequena, enquanto a bola vai voando. Mas essa força de volta em você é o que lhe dá a sensação de resistência. Outro exemplo: quando você se senta em uma cadeira, você está aplicando uma força nela, mas a cadeira também está aplicando uma força em você – é o que você sente empurrando para cima em você.

Esta última visão é como Newton desbloqueou todo o cosmos. Ao ver uma maçã cair de uma árvore, ele percebeu que como a Terra está aplicando uma força à maçã, então a maçã também deve estar aplicando uma força à Terra. Mas não vemos a Terra se mover por ser tão maciça.

Video: A gravitação universal explica basicamente tudo

Com esta linha de raciocínio, Newton foi capaz de argumentar que a força gravitacional não era apenas algo sentido perto da superfície da Terra, mas que era verdadeiramente universal: todos os objectos no cosmos estavam ligados a todos os outros objectos através de cadeias invisíveis de gravidade. Armado com essa percepção e suas novas leis, Newton foi capaz de explicar tudo desde as órbitas dos planetas até os ciclos das marés.

Esse é o poder que se obtém ao entender corretamente as leis fundamentais da natureza, leis que foram o único paradigma por mais de 200 anos (até os desenvolvimentos da relatividade e mecânica quântica), e continuam a desempenhar um papel central em nossas vidas diárias.

Aprenda mais ouvindo o episódio “Qual foi o grande problema de Newton?” no podcast Ask A Spaceman, disponível no iTunes e na Web em http://www.askaspaceman.com. Obrigado a Chris C. pelas perguntas que conduziram a esta peça! Faça sua própria pergunta no Twitter usando #AskASpaceman ou seguindo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter.