At´e a ´epoca de Gilbert s´o se conheciam poucas substˆancias que, ao serem atri-tadas, atra´ıam corpos leves para si. Entre estas substˆancias podemos citar o ˆ
ambar, o azeviche e o diamante. Foi na ´epoca medieval que se descobriu que o azeviche, uma forma compactada e dura de carv˜ao, tamb´em atrai como o ˆ
ambar.31 O ´ım˜a, por outro lado, atra´ıa o ferro e compostos de ferro, mas ao ser atritado n˜ao atra´ıa palhas, plumas, nem quaisquer outras substˆancias leves que n˜ao contivessem ferro ou seus compostos. O mesmo ocorria com todas as outras substˆancias. A maior contribui¸c˜ao de Gilbert para a ciˆencia da eletrici-dade foi a descoberta de uma s´erie de substˆancias que se comportavam como o ˆ
ambar ao serem atritadas. Entre estas substˆancias citou: azeviche, diamante, safira, carb´unculo, opala, ametista, gema inglesa, berilo, cristal de rocha, vidro (chamou aten¸c˜ao especialmente para o vidro claro e brilhante), enxofre, laca,32 etc.
Gilbert introduziu o termoel´etricopara se referir a estes corpos. Este termo vem de elektron, que em grego significa ˆambar. Algumas cita¸c˜oes suas a este respeito:33
Os gregos chamam esta substˆancia [o ˆambar] de 𝜂𝜆𝜖𝜅𝜏 𝜌𝑜𝜈, pois, quando aquecida pelo atrito, ela atrai palha para si.
Os antigos e os modernos afirmam (e o relato que eles apresentam
´e limitado pela experiˆencia) que o ˆambar atrai palhas e debulho. O mesmo ´e feito pelo azeviche, uma pedra retirada da terra na Breta-nha, na AlemaBreta-nha, e em muitas outras regi˜oes: ela ´e uma concre¸c˜ao dura de betume preto, - uma esp´ecie de transforma¸c˜ao do betume em pedra.
Pois n˜ao apenas o ˆambar e (g´agatos ou) azeviche, como eles sup˜oem, atrai corp´usculos (substˆancias) leves: o mesmo ´e feito pelo dia-mante, safira, carb´unculo, quartzo irisado, opala, ametista, vincen-tina, gema inglesa (pedra de Bristol,bristola), berilo, cristal de ro-cha. Os mesmos poderes de atra¸c˜ao s˜ao possu´ıdos pelo vidro, es-pecialmente o vidro claro e brilhante; por gemas artificiais feitas de (pasta de) vidro ou cristal de rocha, vidro de antimˆonio, muitas fluoritas, e belemnites. Enxofre tamb´em atrai, e da mesma forma m´astique, e cera de lacre [de laca], resina dura, ouro-pigmento (fra-camente). Tamb´em possui poderes fracos de atra¸c˜ao em atmosfera seca favor´avel o sal-gema [cloreto de s´odio natural], mica, pedra-ume.
As substˆancias atritadas que n˜ao atra´ıam corpos leves foram denominadas de n˜ao-el´etricas. Entre estas substˆancias Gilbert citou as seguintes: metais,
31[RR57, p´ag. 546].
32Ver o Apˆendice A.
33[Gil78, p´ag. 27, palavras de Mottelay entre colchetes].
diversos tipos de madeira, o ´ım˜a natural, diversas gemas, etc. Uma cita¸c˜ao sua a este respeito:34
Ao ar livre, corpos aquecidos n˜ao podem atrair, nem mesmo os me-tais ou as pedras que atingem uma temperatura muito alta pelo fogo. Pois uma barra de ferro em calor branco, uma chama, uma vela, uma tocha, ou um carv˜ao em brasa quando trazidos para perto de palhas ou de uma agulha girat´oria (vers´orio) n˜ao atraem.
E muito importante a seguinte lista:´ 35
Mas muitos corpos el´etricos (como pedras preciosas, etc.) n˜ao atraem de forma alguma a n˜ao ser que sejam inicialmente atritados; en-quanto que diversos outros corpos, e entre eles algumas gemas, n˜ao possuem o poder de atra¸c˜ao, e n˜ao conseguem atrair, mesmo pelo atrito; tais corpos s˜ao esmeralda, ´agata, cornalina, p´erolas, jaspe, calcedˆonia, alabastro, p´orfiro, coral, os m´armores, lidita (pedra de toque, basanita), pederneira, jaspe sangu´ıneo, esmeril ou corindon, osso, marfim; as madeiras mais duras, como ´ebano; algumas outras madeiras, como cedro, jun´ıpero, cipreste; metais, como prata, ouro, cobre, ferro. A pedra-´ım˜a, embora seja suscet´ıvel a um polimento muito bom, n˜ao possui a atra¸c˜ao el´etrica.
Da mesma forma:36
E por este motivo que nem os metais, m´armores, pederneiras, ma-´ deiras, gramas, carne, nem v´arias outras substˆancias podem atrair ou perturbar um corpo, seja magneticamente ou eletricamente (pois nos agrada chamar de for¸ca el´etrica `a for¸ca que tem sua origem nos humores). Mas os corpos que s˜ao constru´ıdos na maior parte de humor e que n˜ao s˜ao muito compactados pela natureza tal que n˜ao possam suportar o atrito, mas ou esfarelam ou ficam macios, ou s˜ao pegajosos, como piche, resina macia, cˆanfora, g´albano, goma amon´ıaca, estoraque, asa, goma benjamin, asfalto (especialmente em clima morno), n˜ao atraem corp´usculos. Pois sem atrito poucos cor-pos emitem sua verdadeira emana¸c˜ao e efl´uvio el´etrico natural. A resina de terebentina no estado l´ıquido n˜ao atrai, pois n˜ao pode ser atritada; mas quando endurece em um m´astique ela passa a atrair.
V´arias palavras utilizadas atualmente tˆem suas origens relacionadas com a palavra ˆambar (ou elektron em grego): el´etrico, eletricidade, el´etron, eletreto, eletrˆonico, eletricista, eletro´ım˜a, eletrodo, eletrodom´estico, etc. Originalmente a palavraeletricidadesignificava a propriedade ou o poder de atrair corpos leves, assim como faz o ˆambar ao ser atritado.37 Esta palavra surgiu pela primeira vez
34[Gil78, p´ag. 28].
35[Gil78, p´ag. 29].
36[Gil78, p´ag. 30].
37[RR57, p´ag. 558], [Hea67] e [Hei99, p´ag. 169].
em 1646 em um trabalho impresso de Thomas Browne (1605-1682). Em 1820 Ørsted introduziu os termoseletromagnetismoeeletromagn´etico, enquanto que Amp`ere introduziu em 1822 os termoseletrost´aticoeeletrodinˆamico.38
Hoje em dia n˜ao se usa mais a denomina¸c˜ao dada por Gilbert de chamar de el´etricos `as substˆancias que atraem como o ˆambar ao serem atritadas. Os motivos para isto ser˜ao dados nos Cap´ıtulos 6 e 8, assim como no Apˆendice B. Mas para facilitar o entendimento do leitor de v´arias cita¸c˜oes hist´oricas apresentadas ao longo deste livro, mencionamos que atualmente os materiais s˜ao classificados como condutorese isolantes. Os isolantes tamb´em s˜ao chamados de materiais n˜ao-condutores de eletricidade ou de diel´etricos. As substˆancias que Gilbert classificava como el´etricas s˜ao chamadas hoje em dia de isolantes.
J´a as substˆancias classificadas antigamente como n˜ao-el´etricas s˜ao chamadas atualmente de condutoras de eletricidade ou, simplesmente, de condutoras.
38[Amp22, p´ag. 60], [Ørs98a, p´ag. 421], [Ørs98b, p´ag. 426], [Blo82, p´ag. 78], [GG90, p´ag.
920], [GG91, p´ag. 116] e [Cha, p´ags. 24-26].
Cap´ıtulo 3
O Vers´ orio
3.1 O Perpend´ıculo de Fracastoro e o Vers´ orio de Gilbert
Apresentamos agora o instrumento el´etrico mais antigo inventado pelo homem.
Ele foi criado por Girolamo Fracastoro (1478-1553), Figura 3.1. Alguns apre-sentam seu nome como Fracastoro, outros como Fracastorio.1 Ele foi um poeta, m´edico e fil´osofo de Verona.2 Fracastoro ´e mais conhecido por seus trabalhos de medicina, especialmente epidemiologia, sendo dele a denomina¸c˜ao de s´ıfilis para uma conhecida doen¸ca ven´erea.
Figura 3.1: Girolamo Fracastoro (1478-1553).
1[Ben98, p´ag. 241].
2[Zan81].
Fracastoro apresentou este instrumento em um livro que publicou em 1546.3 Ele o utilizou para mostrar que o ˆambar atritado atrai n˜ao apenas palha e gravetos, mas tamb´em um outro peda¸co de ˆambar e at´e mesmo um metal como a prata. Foi ele tamb´em quem descobriu que o diamante tem a capacidade de atrair corpos leves ao ser atritado, assim como o faz o ˆambar atritado. Fracastoro descreve seu instrumento com as seguintes palavras:4
De fato n´os, na presen¸ca de muitos de nossos m´edicos, fizemos muitas experiˆencias com um perpend´ıculo bem convenientemente adaptado como ocorre na b´ussola para navegar, e temos observado que o mag-neto atrai outro magmag-neto, o ferro [imantado atrai] o ferro, dado que o magneto atrai o ferro e o ferro [atrai] o magneto; e tamb´em o ˆ
ambar [atritado] captura pedacinhos de ˆambar... e da mesma ma-neira o ˆambar [atritado] n˜ao somente aproxima dele mesmo os galhos pequenos e as palhas, mas tamb´em a prata.
Porperpend´ıculoFracastoro pode estar se referindo a uma linha vertical presa em sua extremidade superior a um suporte fixo e tendo em sua extremidade inferior um corpo qualquer, como se fosse um fio de prumo ou um pˆendulo.5 A linha teria liberdade para se deslocar para todos os lados ao redor do ponto de fixa¸c˜ao no suporte. A palavra “perpend´ıculo” est´a relacionada com a palavra
“perpendicular.” A perpendicular ´e um dos nomes que se utiliza para uma reta ortogonal ao horizonte, ou ortogonal `a horizontal. A linha de prumo ´e um dos instrumentos que se utiliza para indicar a dire¸c˜ao vertical. Por este motivo, ´e natural supor que o perpend´ıculo de Fracastoro fosse como um fio de prumo, sendo este, inclusive, um dos significados desta palavra.6
Pela descri¸c˜ao anterior vem que Fracastoro deveria prender na parte inferior de seu perpend´ıculo um pequeno peda¸co de ˆambar ou de prata. Ao aproximar um ˆambar atritado do perpend´ıculo, teria observado que este peda¸co de ˆambar ou de prata se afastava da vertical, aproximando-se do ˆambar atritado, Figura 3.2. A vantagem do perpend´ıculo ´e que a tra¸c˜ao do fio contrabalan¸ca o peso do corpo. Isto ´e, a atra¸c˜ao gravitacional da Terra ´e equilibrada pela tra¸c˜ao do fio. Isto facilita a observa¸c˜ao do movimento horizontal do pequeno corpo que est´a suspenso na parte inferior do fio. Suponha que, em vez disto, o pedacinho
3[Gli33] e [Hei99, p´ag. 175].
4Original em latim: “Nos enim praesentibus multis `e nostris medicis experientiam mul-torum secimus, perpendiculo bene & concinne aptato, quale est in nauigatoria pyxide, ac manifeste vidimus magnete trahere magnete, ferrum ferr˜u, tum magnetem trahere ferrum, ferrum magnetem porro electrum parua electri frustula rapere, argentum attrahere argentum,
&, quod valde inirati fui mus, magnetem vidimus argentum trahere: item Electrum non so-lum furculos & paleas mouere ad se, sed & argentum,” [Fra55, p´ag. 85 verso]. Em italiano:
“Noi infatti alla presenza di molti dei nostri medici facemmo esperienza di molte cose con un perpendiculo bene e convenientemente adattato come `e nella bussola da navigare e vedemmo manifestamente che il magnete attrae il magnete, il ferro il ferro, poi che il magnete attrae il ferro e il ferro il magnete; e ancora, l’ambra rapisce pessettini d’ambra... e parimenti l’ambra non avvicina solamente a s`e i fuscelli e le pagliuzze, ma anche l’argento,” [Gli33].
5[Sas02].
6[Fer75].
de ˆambar ou de prata estivesse solto sobre uma mesa. Neste caso seria dif´ıcil, devido ao peso e `a densidade destes corpos, observar este pedacinho de ˆambar ou de prata sendo suspenso no ar e sendo atra´ıdo por um ˆambar atritado que se aproximasse por cima dele.
(a)
(b)
F
F
Figura 3.2: Poss´ıvel representa¸c˜ao do perpend´ıculo de Fracastoro e da ex-periˆencia que pode ter sido realizada com ele. (a) Um grande ˆambar ´e se-gurado pela m˜ao. A parte atritada deste ˆambar est´a representada pela letra 𝐹. Na extremidade inferior do perpend´ıculo h´a um outro pedacinho de ˆambar n˜ao atritado, ou ent˜ao um pedacinho de prata. Quando o ˆambar da m˜ao est´a afastado do perpend´ıculo, o fio fica parado na vertical. (b) O pedacinho de ˆambar no perpend´ıculo ´e atra´ıdo pelo grande ˆambar atritado quando eles ficam pr´oximos entre si.
Gilbert conhecia este livro de Fracastoro e o cita diversas vezes em sua obra.
Apresentamos aqui apenas uma destas cita¸c˜oes:7
Fracastorio pensa que todos os corpos que se atraem mutuamente s˜ao semelhantes, ou da mesma esp´ecie, e isto, seja em suas a¸c˜oes ou em seus subjectum pr´oprios: “agora o subjectum pr´oprio,” diz ele [Fracastoro], “´e aquilo a partir do qual ´e emitido aquela coisa emanante que atrai, e, em substˆancias mistas, isto n˜ao ´e percebido devido `a deforma¸c˜ao, por meio da qual elas s˜ao por um lado actu, por outropotentia. Logo, talvez, pelos [de animais] e palhas sejam atra´ıdos para o ˆambar e para o diamante n˜ao devido ao fato de serem pelos, mas por possu´ırem presos dentro deles ou o ar ou algum outro princ´ıpio que ´e atra´ıdo inicialmente e que tem referˆencia e analogia com aquilo que atrai por si mesmo; e assim o ˆambar e o diamante s˜ao como que uma coisa s´o, em virtude de um princ´ıpio comum a ambos.” Isto ´e o suficiente sobre Fracastorio.
Gilbert provavelmente come¸cou a investigar as propriedades atrativas de outras pedras preciosas a partir deste trabalho de Fracastoro. Gilbert tamb´em
7[Gil78, p´ags. 28-29].
descreveu um instrumento que denominou de vers´orio.8 Por´em Gilbert n˜ao mencionou que um instrumento similar, o perpend´ıculo, havia sido inventado por Fracastoro. A gravura original de Gilbert representando seu vers´orio ´e apresentada na Figura 3.3.
Figura 3.3: Vers´orio de Gilbert.
O termo vers´orio vem de uma palavra latina,versorium, que tem o signifi-cado de instrumento girador ou aparato girante. O vers´orio ´e um instrumento que normalmente consiste de duas partes: um membro vertical, que age como um suporte fixo em rela¸c˜ao `a Terra, e um membro horizontal capaz de girar li-vremente sobre o eixo vertical definido pelo suporte. Ele ´e similar a uma b´ussola magn´etica em sua constru¸c˜ao, exceto pelo fato do membro horizontal n˜ao ser magnetizado como ocorre na b´ussola. Conceitualmente, a habilidade do membro horizontal poder girar livremente significa que este instrumento ´e muito sens´ıvel a torques externos muito pequenos. Portanto, pode ser usado para detectar estes torques da mesma forma como uma b´ussola detecta o torque magn´etico exercido pela Terra.
Quando em repouso, o vers´orio vai apontar para uma dire¸c˜ao horizontal arbitr´aria (ele pode apontar ao longo da dire¸c˜ao Leste-Oeste, por exemplo, ou pode apontar para uma ´arvore espec´ıfica).