PROGRAMA NACIONAL DE MESTRADO PROFISSIONAL EM
ENSINO DE FÍSICA
FÍSICA E HISTÓRIA: EXPERIMENTO DE TORRICELLI
JARDES MARTINS ALVES
NATAL – RN 2018
FÍSICA E HISTÓRIA: EXPERIMENTO DE TORRICELLI
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa Nacional de Mestrado Profissional em Ensino de Física (MNPEF) Polo UFRN – da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
Orientadora: Profa. Dra. Juliana M. Hidalgo NATAL/RN 2018
FÍSICA E HISTÓRIA: EXPERIMENTO DE TORRICELLI
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa Nacional de Mestrado Profissional em Ensino de Física (MNPEF) Polo UFRN – da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
__________________________________________________________ Profa. Dra. Juliana M. Hidalgo – Orientadora Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN
__________________________________________________________ Prof. Dr. Ciclamio Leite Barreto – Examinador Interno Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN
__________________________________________________________ Profa. Dra. Carolina Gual da Silva – Examinador Externo Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede
Alves, Jardes Martins.
Física e História: Experimento de Torricelli / Jardes Martins Alves. - 2018.
210f.: il.
Dissertação (Mestrado)-Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Física Teórica e Experimental/Escola de Ciências e Tecnologia, Programa Nacional de Mestrado
Profissional em Ensino de Física, Natal, 2018. Orientador: Dra. Juliana Mesquita Hidalgo.
1. Narrativas Didáticas - Dissertação. 2. História e Filosofia da Ciência no Ensino - Dissertação. 3. Concepções alternativas - Dissertação. 4. Pressão Atmosférica - Dissertação. 5. Natureza da Ciência - Dissertação. I. Hidalgo, Juliana Mesquita. II. Título. RN/UF/BCZM CDU 53:37.016
Tem-se presenciado nas ultimas décadas a consolidação da defesa da inserção didática da História e da Filosofia da Ciência. Seguindo essa tendência, livros didáticos vêm incluindo em seu escopo alguns elementos históricos relacionados aos conteúdos científicos. Apesar da intenção de atender às demandas da legislação educacional em termos de contextualização histórica, a falta de critérios e de atenção à historiografia da ciência acaba por dar espaço a uma inserção inadequada de elementos histórico-filosóficos. Esses equívocos se traduzem, por exemplo, na formação de visões simplistas sobre a ciência. Nesse sentido, a análise do conteúdo relativo ao experimento de Torricelli em livros didáticos, revelou diversas falhas e distorções. Partindo das inadequações observadas, e, por outro lado, tendo como fundamentos textos historiográficos confiáveis, foram elaboradas três narrativas histórico-filosóficas para utilização na Educação Básica. Essas narrativas, que têm como foco o desenvolvimento histórico do conceito de pressão atmosférica e, em especial, o experimento de Torricelli, fazem parte de uma sequência didática elaborada no sentido de colaborar com o ensino dos referidos temas científicos. O produto educacional foi aplicado em turmas do ensino médio regular em escola pública de Natal, demonstrando-se satisfatório face aos objetivos de ensino almejados.
Palavras-chave: Narrativas Didáticas. História e Filosofia da Ciência no Ensino. Concepções alternativas. Pressão Atmosférica. Natureza da Ciência.
In the last decades, there has been a consolidation of the defense of the didactic insertion of History and Philosophy of Science. Following this trend, textbooks have included in their scope some historical elements related to scientific content. Despite the intention to meet the demands of educational legislation in terms of historical contextualization, the lack of criteria and attention to the historiography of science ends up giving way to an inadequate insertion of historical-philosophical elements. These misconceptions translate, for example, into the formation of simplistic views about science. In this sense, the analysis of the content related to Torricelli's experiment in textbooks revealed several flaws and distortions. Based on the inadequacies observed, and on the other hand, based on reliable historiographic texts, three historical-philosophical narratives were developed for use in Basic Education. These narratives, which focus on the historical development of the concept of atmospheric pressure and, in particular, the Torricelli experiment, are part of a didactic sequence elaborated in order to collaborate with the teaching of the mentioned scientific subjects. The educational product was applied in regular high school classes in Natal public school, where it was satisfactory in relation to the desired teaching objectives.
Keywords: Didactic Narratives. History and Philosophy of Science in Teaching. Alternative conceptions. Air pressure. Nature of Science.
Figura 1: Ilustração do experimento de Berti. . . 29
Figura 2: Desenho contido na carta de Torricelli a Ricci. . . 45
Figura 3: Café embalado a vácuo. . . 58
Figura 4: Embalagem de palmito com lacre. . . 60
Figura 5: Representação do vídeo “Máquina de embalar e selar produtos alimentares a vácuo”. . . 61
Figura 6: Bebedouro de passarinhos. . . . . . 63
Figura 7: Representações do vídeo “Experiência de Torricelli. FisQuiWeb”. . . 67
Figura 8: Experimento com a garrafa furada. . . 72
Figura 9: Experimento com a garrafa contendo líquido colorido. . . 72
Figura 10: Quadro com respostas dos grupos. . . .76
Figura 11: Quadro com respostas dos grupos. . . .76
Figura 12: Pote de milho com tampa “abre fácil”. . . 77
Figura 13: Exibição do vídeo “Máquina de embalar a vácuo”. . . 79
Figura 14: Bebedouros de passarinho. . . .81
Figura 15: Representação do vídeo “Experiência de Torricelli. FisQuiWeb”. . . 83
Figura 16: Aspecto da primeira narrativa histórico-pedagógica. . . .84
Quadro 1: Resumo da sequência didática. . . .56
Quadro 2: Objetivos específicos por situação. . . 57
Quadro 3: Sugestão de questões para a situação 1. . . 58
Quadro 4: Sugestão de questões para a situação 2. . . 60
Quadro 5: Sugestão de questões para a situação 3. . . 62
Quadro 6: Sugestão de questões para a situação 4. . . 63
Quadro 7: Objetivos específicos para cada parte da segunda etapa. . . 65
Quadro 8: Sugestão de questões para a primeira parte.. . . .68
Quadro 9: Conteúdos abordados pelas narrativas histórico-pedagógicas. . . .69
Quadro 10: Objetivos específicos da terceira etapa. . . .71
Quadro 11: Situações-problema previstas para a terceira etapa.. . . 72
Quadro 12 – Respostas sobre a abertura do café embalado a vácuo. . . .92
Quadro 13 – Respostas sobre a relação entre o tipo de embalagem e o ruído. . . . .92
Quadro 14 – Respostas sobre a abertura da embalagem “abre fácil”. . . .93
Quadro 15 – Respostas sobre a aderência inicial do lacre na tampa “abre fácil”. . . 94
Quadro 16 – Respostas sobre o funcionamento do bebedouro de pássaros. . . 96
Quadro 17 – Respostas sobre o bebedouro mais longo. . . 97
Quadro 18 – Respostas sobre o limite do tamanho do tubo. . . 98
Quadro 19 – Respostas sobre a troca por um líquido mais pesado. . . 98
Quadro 20 – Respostas sobre a relação entre o bebedouro e o experimento de Torricelli. . . 99
. . . 100
Quadro 23 – Respostas sobre a troca do mercúrio por água no experimento de Torricelli. . . 101
Quadro 24 – Respostas sobre a troca do mercúrio por água no experimento de Torricelli. . . 102
Quadro 25 – Respostas sobre a prioridade de Torricelli. . . 103
Quadro 26 – Respostas sobre os antecedentes de Torricelli. . . 103
Quadro 27 – Respostas sobre possíveis argumentos de Torricelli. . . 103
Quadro 28 – Respostas sobre aspectos que chamaram a atenção. . . 107
Quadro 29 – Considerações sobre concordância, discordância, confronto e aceitação de ideias. . . .108
Quadro 30 – Comentários sobre a ciência como construção individual ou coletiva. . . . . . 108
Quadro 31 – Comentários sobre provisoriedade ou permanência do conhecimento científico. . . .109
RESUMO. . . .iv
ABSTRACT. . . v
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO. . . . . . .11
CAPÍTULO 2 - BREVE CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA.. . . .18
2. 1 Eleatas e atomistas. . . ... . . . 18
2. 2 Aristóteles sobre o vácuo: refutando os argumentos atomistas... . . . 19
2. 3 Do período pós-Aristóteles à Revolução Cientifica. . . ... . . . ... . . . .21
2. 4 O desenvolvimento do conceito de pressão atmosférica. . . ... . . . 25
2. 5 O experimento de Torricelli. . . .28
CAPÍTULO 3 - O EXPERIMENTO DE TORRICELLI NO CONTEXTO EDUCACIONAL . . . .. . . ...33
3. 1 Análise dos livros didáticos. . . .34
3.1.1 CENTRALIZAÇÃO NA FIGURA DE TORRICELLI. . . 34
3.1.2 A “CÂMARA BAROMÉTRICA”. . . 39
3.1.3 OS ANTECEDENTES E O CONTEXTO CIENTÍFICO. . . 42
3.1.4 O EMPIRISMO-INDUTIVISMO PERMEANDO A DESCRIÇÃO. . . .46
3.1.5 EXPERIMENTO CRUCIAL? . . . .49
3.1.6 OUTRAS CONSIDERAÇÕES. . . .52
CAPÍTULO 4 - DESCRIÇÃO DO PRODUTO EDUCACIONAL. . . 54
4. 1 A sequência didática em linhas gerais. . . 54
4. 2 As etapas da sequência didática. . . .56
4.2.1 PRIMEIRA ETAPA. . . 56
Primeira etapa: Situação 1 – Embalagem de café. . . ..57
Primeira etapa: Situação 2 – Embalagem com lacre. . . ..59
Primeira etapa: Situação 3 - Vídeo – Máquina de embalar a vácuo. . . ...61
Segunda etapa – Parte 2: Utilização de narrativas histórico-pedagógicas. . . ... 68
4.2.3 TERCEIRA ETAPA. . . 71
CAPÍTULO 5 - RELATO FUNDAMENTADO DA APLICAÇÃO DO PRODUTO EDUCACIONAL. . . . . . .74
5.1 Aspectos gerais da realização da intervenção. . . 74
5. 2 Comentários sobre respostas, dinâmica e interação dos alunos. . . . ... . . . . 91
5.2.1 PRIMEIRA ETAPA. . . 91
Primeira etapa: Situação 1 – Embalagem de café. . . .91
Primeira etapa: Situação 2 – Embalagem com lacre. . . .93
Primeira etapa: Situação 3 - Vídeo – Máquina de embalar a vácuo. . . ... . . . 95
Primeira etapa: Situação 4 - Bebedouro de passarinhos. . . .... . 95
5.2.2 SEGUNDA ETAPA. . . 99
Segunda etapa - Parte 1: Vídeo - Experimento de Torricelli. . . .... . . . .99
Segunda etapa – Parte 2: Utilização de narrativas histórico-pedagógicas. . . ...102
5.3 Considerações finais. . . .110
REFERÊNCIAS. . . . .113
APÊNDICE 1 – PRODUTO EDUCACIONAL – VERSÃO DO PROFESSOR. . . 117
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
O ensino de ciências vem passando por mudanças nos últimos tempos. Muitos autores vêm defendendo mudança de paradigmas. Questiona-se um ensino exclusivamente focado nos produtos finais da ciência (conceitos científicos e fórmulas), dissociado dos processos, contextos e dilemas presentes na história do desenvolvimento cientifico. Dentre outros aspectos, tem-se como consequência desse ensino de ciências descontextualizado a formação de alunos que sustentam visões simplistas de ciência (GIL PÉREZ et al., 2001; SILVA, 2006; PAGLIARINI; BATISTA et al., 2007; MARTINS,2007).
Em muitos casos, a inserção da História da Ciência em sala de aula é carregada de vícios e distorções. Muitas dessas distorções são herdadas de livros didáticos que trazem uma história caricaturada, linear, reduzida a nomes de cientistas famosos e datas de grandes descobertas. Pseudo-histórias são comuns nesses recursos didáticos. A História da Ciência usual nos livros didáticos se alicerça em concepções simplistas sobre a ciência e o seu funcionamento, reforçando para alunos e professores tais concepções e estereótipos sobre a própria figura do cientista (PAGLIARINI; SILVA, 2006).
Décadas atrás, o pesquisador Michael Matthews, já preocupado com a situação do ensino de ciências, comentou sobre a evasão e os significativos índices de analfabetismo científico. Propondo uma resposta a essa situação fez o seguinte posicionamento quanto à importância do uso de história, filosofia e sociologia da ciência no ensino:
A história, a filosofia e a sociologia da ciência não têm todas as respostas para essa crise, porém possuem algumas delas: podem humanizar as ciências e aproximá-las dos interesses pessoais, éticos, culturais e políticos da comunidade; podem tomar as aulas de ciências mais desafiadoras e reflexivas, permitindo, deste modo, o desenvolvimento do pensamento crítico; podem contribuir para um entendimento mais integral de matéria científica, isto é, podem contribuir para a superação do mar de falta de significação que se diz ter inundado as salas de
aula de ciências, onde fórmulas e equações são recitadas sem que muitos cheguem a saber o que significam; podem melhorar a formação do professor auxiliando o desenvolvimento de uma epistemologia da ciência mais rica e mais autêntica, ou seja, de uma maior compreensão da estrutura das ciências bem como do espaço que ocupam no sistema intelectual das coisas. Sendo esta epistemologia a origem do tipo de entendimento da disciplina. (MATTHEWS, 1995, p. 165).
Porém, o uso de qualquer história da ciência não é o caminho adequado para os resultados apontados por Mathews. A utilização de uma história anacrônica, caricaturada, hagiográfica pode contribuir para o fomento de uma visão individualista e elitista de ciência (HIDALGO et al., 2018)1.
A legislação educacional brasileira reconhece a importância da inserção de história e filosofia da ciência no ensino, mas entende que essa inserção não pode ser desprovida de critérios balizadores, pelos quais as ações em sala de aula possam ser guiadas. Nesse sentido, a Base Nacional Curricular Comum e os editais do PNLD apresentam algumas considerações sobre a história da ciência a ser utilizada no contexto educacional, além de apontarem exemplos do que deve ser evitado no ensino:
[...] os contextos histórico e social, e também o contexto cultural, se constituem como cenário para a construção de sentidos e significados para o conhecimento da Física e das outras ciências (BRASIL, 2006, p. 49)
É importante, porém, que esse recurso [História da Ciência] não fique limitado à descrição de fatos ocorridos no passado ou à apresentação de biografias [...] (BRASIL, 2006, p. 86).
Quando os conteúdos disciplinares são apresentados nos livros didáticos, a sequência das transformações pelas quais
1 A História da Ciência do tipo hagiográfica faz apologia às virtudes heroicas e grandes realizações dos
pesquisadores, retratando-os como “santos” (de onde provém o termo “hagiografia”, ou história dos santos). A história anacrônica descreve os fatos do passado com base no que atualmente é aceito. A história Pedigree busca precursores da ciência. Os historiadores da ciência das décadas iniciais do século XX costumavam escrever de acordo com as referidas perspectivas (ALFONSO-GOLDFARB, 1994).
passaram acaba mascarando dificuldades, e eles são mostrados tão simplificados que parece ao aluno ser necessário apenas decorar as fórmulas e os principais conceitos, sem a necessidade de perguntar de onde vieram esses saberes. (BRASIL, 2006, p. 49).
Dada sua condição [do conhecimento] de ser produto histórico-cultural, isto é, de ser produzido e elaborado pelos homens por meio da interação que travam entre si, no intuito de encontrar respostas aos mais diversificados desafios [...] o conhecimento articula-se com os mais variados interesses. [...] a produção, elaboração e disseminação do conhecimento não são neutras [...] (BRASIL, 2013, p. 180).
[...] o conhecimento contemporâneo guarda em si a história da sua construção. O estudo de um fenômeno, de um problema [...] está articulado com a realidade em que se insere (BRASIL, 2013, p. 183).
[...] será excluída a obra que não apresentar, em seu conjunto: [...] 6. a história da ciência muito além de nomes ou datas, explorando o contexto social, cultural, econômico e político em que ocorreu a produção científica. (BRASIL, 2017, p. 46)
Não se deve caracterizar o “fazer ciência” como uma sequência rígida e linear de passos pré-estabelecidos. [...]. O caráter coletivo e comunitário da prática da Física é algo que merece ser ressaltado (BRASIL, 2015, p. 205).
A legislação educacional se preocupa em mencionar a importância do contexto histórico, social e cultural da produção cientifica. Reconhece um referencial no aprendizado dos conceitos científicos, levando sentido e significado ao assunto abordado nas disciplinas de ciências naturais. Trata-se de fornecer um norte e uma consciência sobre a situação na qual o conhecimento científico foi produzido, permitindo uma compreensão contextualizada dos conceitos. Para atingir esse fim, a simples citação pontual
de dados biográficos de pesquisadores, fatos ocorridos e “curiosidades da ciência”, não é suficiente nem aconselhável.
Tem-se, também, uma preocupação por parte da legislação educacional em caracterizar a ciência como uma construção humana e coletiva, distanciando-se de uma visão de ciência neutra, individualista e elitista. Não é suficiente apresentar apenas o produto pronto da ciência, excluindo quaisquer nuances do processo de construção do conhecimento científico. Essa prática comum no contexto educacional esconder as dificuldades enfrentadas na formação dos conceitos. A ciência que se deseja apresentar é resultado da colaboração entre pesquisadores, imbuídos de crenças e valores pessoais, em busca de respostas para problemas de sua época, enfrentando adversários de suas convicções, buscando atender a interesses e expectativas pessoais e coletivas. Desta forma, não é concebível a apresentação de uma ciência neutra, que não reflete a influência de seus construtores. Outra recomendação assinalada pela legislação reflete o intuito de não apresentar o “fazer ciência” como uma sequência de passos rígidos e pré-determinados, o “método cientifico”.
Como a legislação educacional vigente e os editais do PNLD exigem a consideração da História e Filosofia da Ciência, livros didáticos costumam trazer elementos histórico-filosóficos. Porém, muitos livros acabam falhando na forma como a História da Ciência é apresentada e passam adiante uma distorção do processo de construção do conhecimento (PAGLIARIN; SILVA, 2006; BATISTA et al., 2007). São propagadas visões de ciência simplistas em episódios históricos imersos em narrativas empiristas indutivistas, exatamente na forma que a legislação educacional pretende evitar. O professor precisaria estar ciente desses problemas, e munido de habilidades e critérios para uma escolha consciente de seus materiais didáticos (PENA; TEIXERA, 2013).
Considerando parâmetros acadêmicos e documentos educacionais para a inserção didática da História e Filosofia da Ciência, este trabalho propõe uma
sequência didática cujo foco é o experimento de Torricelli (ver APÊNDICE 1) . A abordagem faz uso de narrativas histórico-pedagógicas, elaboradas a partir da consulta de fontes da História da Ciência. Busca atuar em lacunas notadas na análise de livros didáticos, especialmente em relação ao conceito físico pressão atmosférica, o qual não foge ao padrão usual observado nesses recursos:
[...] a História da Ciência geralmente se resume a quadros ilustrativos e informações, como nomes de pesquisadores considerados mais relevantes, suas datas de nascimento, morte, nacionalidade e descobertas. No que concerne ao conteúdo pressão atmosférica, essas informações muitas vezes são centralizadas na figura de Evangelista Torricelli. (HIDALGO et al., 2018, p. 107).
A natureza simplista das informações, bem como o tom segundo essas são dispostas, acabam caracterizando uma história pautada por fundamentos historiográficos desatualizados:
Tomando como base a Historiografia da Ciência, podem ser percebidas características de uma História da Ciência Pedigree. Há centralização na busca de precursores do conhecimento científico: “Quem, pela primeira vez, percebeu”, “O primeiro experimento”, “foi a primeira pessoa a”. A ênfase está na sinalização de que o personagem Torricelli e seu experimento representam um marco para a ideia de pressão atmosférica a ser (re) conhecido e referenciado. (HIDALGO et al., 2018, p. 108).
Tantos outros problemas são encontrados nas referências ao experimento de Torricelli em livros didáticos (ver Capítulo 3). Considerando tais inadequações, as narrativas histórico-filosóficas elaboradas para utilização na sequência didática foram produzidas de acordo com uma perspectiva diacrônica, tendo em vista fundamentos historiográficos atualizados.
2
Esses parâmetros são aprofundados ao longo do Capítulo 3, que traz especificamente uma visão crítica sobre a forma como o experimento Torricelli é apresentado em livros didáticos, bem como no decorrer do Capítulo 4, que apresenta de modo fundamentado o produto educacional.
A sequência didática tem inspiração no modelo dos três momentos pedagógicos (3MP) (DELIZOICOV, 2001; MUENCHEN; DELIZOICOV, 2014; ALBUQUERQUE, 2015). Apesar de não haver a intenção de seguir à risca esse modelo, seu espirito construtivista e as intenções almejadas em seu uso constituem um importante parâmetro de referência para a construção da sequência didática aqui apresentada. Por isso, a sequência é iniciada a partir de situações-problema apresentadas aos alunos para que discutam, se conscientizem sobre seus próprios saberes e percebam eventuais necessidades de ampliá-los. Seguindo adiante, passa-se por etapas de construção coletiva de novos conhecimentos. E, concluindo, novas situações-problema permitem colocar em prática saberes construídos, extrapolando a problemática inicial.
O presente trabalho foi dividido em cinco capítulos. No CAPÍTULO 2 tem-se um apanhado histórico do desenvolvimento do conceito de pressão atmosférica, o qual se insere nos debates sobre a existência do vazio. A discussão é iniciada na Antiguidade, em período anterior a Aristóteles, prossegue ao longo do Período Medieval e chega à Revolução Científica, nos trabalhos de autores como Blaise Pascal e René Descartes. O capitulo traz uma concatenação de debates e expõe o contexto no qual o conceito de pressão atmosférica e o experimento de Torricelli surgiram.
O CAPÍTULO 3 traz uma análise do conteúdo referente ao experimento de Torricelli apresentado por livros didáticos do Ensino Médio. Destaca-se, dentre outros aspectos, uma história anacrônica, pedigree, centralizada na figura de Torricelli, apresentado como um gênio isolado, que desenvolveu repentinamente um experimento para medir a pressão atmosférica. A análise realizada destaca distorções históricas, fundamentação historiográfica desatualizada e visões simplistas sobre a natureza da ciência. As lacunas observadas são motivações para a composição do produto educacional proposto.
O CAPITULO 4 apresenta o produto educacional desenvolvido com base em uma história diacrônica da ciência. Partindo dos problemas constatados na análise de materiais didáticos, apresenta-se a fundamentação
didático-pedagógica e uma explicação detalhada da sequência didática elaborada. Apontam-se as funcionalidades e os objetivos almejados. O produto educacional encontra-se nos APÊNDICES 1 e 2.
O CAPITULO 5 traz o relato de experiência da aplicação do produto em escola estadual da rede pública de Natal. São expostos detalhadamente os procedimentos adotados na aplicação, as reações e atitudes dos alunos no desenrolar das aulas. São apresentados os resultados da aplicação, destacados diálogos e duvidas apresentadas pelos estudantes. Realiza-se uma análise das respostas escritas registradas pelos alunos. Apontam-se concepções alternativas e elementos relacionados ao desenvolvimento dos saberes ao longo da intervenção. Considerações finais são realizadas no fechamento desse capítulo.
CAPÍTULO 2
BREVE CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA
2. 1 Eleatas e atomistas
O surgimento do conceito de pressão atmosférica se interliga a um debate de longa data sobre a existência do vazio. Na Antiguidade, filósofos discutiam sobre esse tema. Argumentos em defesa e contra a existência do vazio eram utilizados. Platão foi um dos envolvidos nesse debate:
[Ele] acreditava na possibilidade da existência de um vazio, porém afirmava que, na natureza, só poderiam existir em pequeníssimos espaços que separavam as partículas últimas dos corpos. Considerava que, não podendo existir o vazio, mais além da atmosfera, os espaços celestes estão ocupados por um ar mais tênue: o éter. (SCHURMANN apud LONGHINI, 2001, p. 239).
Na Antiguidade, duas correntes filosóficas principais, os eleatas e os atomistas, se envolveram nas discussões. Na região grega da Eléa, os filósofos eleatas, dos quais Parmênides no final do século VI a.C. foi um dos representantes principais, afirmavam a unidade do mundo (SOLAZ-PORTOLÈS, 1997). Acreditavam que tudo o que era captado pelo sensorial era ilusório. Portanto, mudanças, transitoriedades e os movimentos eram irreais. Eles acreditavam que apenas o que era captado pela razão era confiável, pois, para eles, esta era imutável. Os atomistas, por sua vez, confiavam no sensorial e consideravam que o universo era formado por átomos e espaços vazios. Representante dessa forma de pensar, Leucipo, no século V a.C., dizia que o átomo era sólido, indestrutível e possuía a plenitude do Ser (SOLAZ-PORTOLÈS, 1997).
Ambos os grupos, eleatas e atomistas, consideravam o vazio como condição necessária ao movimento. Porém, os eleatas não acreditavam na existência do movimento e, portanto, negavam que o vazio existisse. O argumento a seguir mostra a visão dos eleatas quanto ao vazio:
Nada dele é vazio. Pois aquilo que é vazio é nada. Ora, aquilo que nada é não poderia existir. E ele não se move. Pois não pode ceder em nenhum ponto, já que é cheio. Pois se existisse um vazio, ele cederia no vazio; mas como o vazio não é uma coisa que exista, ele não tem onde ceder. (Melissos, fragmento
7 Oiels, extraído do comentário de Arist6teles, 112, 6.1 apud MARTINS, 1989, p. 10).
Já os atomistas admitiam a existência do vazio. Confiavam nas experiências sensoriais e afirmavam a veracidade dos movimentos, diferentemente dos eleatas. Consideravam que o vazio existia entre os átomos possibilitando as mudanças de posição entre eles. Como exemplo, Sextus Empiricus afirmava:
[...] se o vazio não existe, o movimento também não deveria existir, pois o móvel não teria um lugar para onde passar, se todas as coisas estivessem cheias e compactadas; assim, como o movimento existe, o aparente não dá um testemunho que contrarie o fato opinado não-evidente. (SEXTUS EMPIRICUS, Contra os lógicos, livro I, 213-4 apud MARTINS, 1989, p.11).
2. 2 Aristóteles sobre o vácuo: refutando os argumentos atomistas
Atomistas e eleatas concordavam com a premissa de que o vazio seria necessário para a ocorrência do movimento (o qual nem existia, para os eleatas). Aristóteles negava esta premissa. O filósofo acreditava que:
Os corpos homogêneos só podiam pôr-se em movimento à mercê de motores externos, constando de um motor e aquele que era movido. Assim, os corpos homogêneos, como uma pedra lançada por uma catapulta, nunca se moviam livremente. Quando a pedra abandonava a catapulta, mantinha-se em movimento graças ao ar (que era considerado na Antiguidade e na Idade Média como espírito, e não como matéria, pela maior parte dos filósofos da época) que se precipitava por detrás dela para evitar a formação de um vazio. (MASON apud LONGHINI; NARDI, 2000, p. 64-65)
A análise de Aristóteles a respeito do tema se deu, segundo Martins (1989), em três partes, nas quais ele defendeu a inexistência do vazio:
Primeiro, ele tomou a definição de espaço e afirmou que a própria concepção de um espaço vazio era impossível;
Segundo, procurou mostrar que todos os fenômenos utilizados pelos atomistas para mostrar a existência do vácuo podiam ser explicados sem a hipótese do vácuo;
Por fim, apresentou novos argumentos, nos quais apontou a ocorrência de absurdos caso o vazio fosse tomado como existente.
Aristóteles afirmou que o espaço ocupado por um corpo era determinado a partir dos corpos que o circundavam. Logo, o volume de um corpo era determinado por um envoltório ou “recipiente”. A partir dessa definição Aristóteles considerou inconcebível a existência do vazio, por chocar-se com a própria definição de espaço. Contra a existência do vazio, ele apontou:
[...] Os que sustentam que o vazio existe consideram-no como um tipo de local ou recipiente que está cheio quando contém o recheio que é capaz de conter e vazio quando está privado dele [...] (ARISTÓTELES. Fisica IV. cap, 6. 213a 1'-17 apud MARTINS, 1989, p. 12).
Na segunda parte de sua analise, Aristóteles discorreu sobre mecanismos alternativos na explicação dos movimentos, a fim de substituir a presunção de que o vazio seria necessário para a ocorrência dos movimentos. Para Aristóteles, os movimentos eram possíveis, sem a ocorrência do vazio, porque os corpos possuíam a capacidade de efetuar uma troca mutua de posição. Um peixe nadando trocava simultaneamente de posição com a água (MARTINS, 1989). Nas palavras de Aristóteles:
Mas o movimento de um local para outro não exige o vácuo. Pois os corpos podem ceder espaço um ao outro simultaneamente. mesmo não havendo um intervalo que os separe ou além dos corpos que estão em movimento. E isto torna-se claro na rotação de corpos contínuos e na dos líquidos. (ARISTÓTELES, Física 214a 28-31 apud MARTINS, 1989, p. 12).
Tentando refutar os argumentos dos atomistas, Aristóteles se referiu aos fenômenos de dilatação e contração e, crescimento (de um animal ou planta). Para os atomistas, a existência de espaços vazios internos à matéria permitia a ocorrência de fenômenos como a dilatação e a contração. Ainda para os atomistas, como dois corpos não podiam ocupar o mesmo lugar, o processo de
crescimento dependia da existência de espaços vazios a serem ocupados pelos alimentos ingeridos. Contrariamente a esses argumentos, Aristóteles afirmou que a dilatação e a contração podiam ocorrer pela absorção ou expulsão daquilo que havia dentro do corpo. Uma esponja cheia de água podia se contrair expulsando a água do seu interior. Em relação ao fenômeno do crescimento, Aristóteles defendeu que este poderia ocorrer por uma mudança qualitativa da matéria constituinte dos seres vivos.
Outro argumento defendido pelos atomistas, e rebatido por Aristóteles, foi a necessidade de existirem poros nos materiais transparentes para permitir a passagem da luz, e nos corpos em geral a passagem do som (MARTINS, 1989). Aristóteles, ao contrário dos atomistas, defendia a natureza imaterial do som e da luz. Por consequência, negou a necessidade de existência de poros para a propagação de luz e som através da matéria.
Ainda em suas críticas aos que advogavam a existência do vazio, Aristóteles relacionou essa hipótese a inconsistências no movimento, baseando-se em sua própria dinâmica. O filosofo afirmou que o movimento violento (não natural) dependia de uma causa externa. No caso de um lançamento, o próprio ar seria esta causa externa para a manutenção do movimento. No vácuo, o movimento não seria possível, por inexistência de causa. Além disso, para Aristóteles, se fosse possível o movimento no vácuo, a a velocidade do corpo seria infinita, uma vez que a velocidade deveria ser inversamente proporcional à resistência do meio. A velocidade infinita era inconcebível para os gregos (MARTINS, 1989; SOLAZ-PORTOLÈS, 1997).
2. 3 Do período pós-Aristóteles à Revolução Cientifica
Os filósofos posteriores a Aristóteles deram continuidade aos debates a respeito do vácuo. Lucretius, no primeiro século I d. C., retomou argumentos semelhantes aos atomistas em favor do vácuo: era necessário para que houvesse movimento, para explicar a penetração da água em corpos sólidos,
bem como as diferenças de densidade (MARTINS, 1989, p.16). Lucretius propôs uma forma de criar vácuo. Segundo o autor, se duas placas grandes e unidas face a face fossem separadas bruscamente, seria impossível que o ar chegasse ao centro das placas imediatamente e, portanto, por um curto período haveria ali um espaço vazio (LONGHINI; NARDI, 2000).
Ainda no século I d. C., Heron de Alexandria compôs argumentos atomistas e aristotélicos sobre o vácuo. Ele defendia que havia vazio descontínuo na matéria, mas aceitava que a criação de um vazio contínuo era impossível devido à resistência da natureza. Heron explicou esta impossibilidade na descrição do funcionamento de um sifão: “Se retiramos o ar do sifão através da extremidade externa, a água irá imediatamente seguir por causa da impossibilidade de um vácuo contínuo no sifão [...]” (HERON de Alexandria, Pneumatica apud MARTINS, 1989, p. 17).
No século VI d.C., o pensador medieval Philophonos propôs ideias sobre o movimento que contrariavam algumas posições defendidas por Aristóteles. Segundo Philophonos, o movimento de um corpo lançado não dependeria de uma causa externa para se manter. Para ele, uma força motriz seria transferida para o corpo e se extinguiria quer este estivesse ou não no vácuo. Seguindo a linha de oposição a alguns pensamentos aristotélicos, no século XII d.C., o pensador árabe Avempace propôs que a velocidade de um corpo no vácuo seria finita, dado que ele atravessaria certo espaço finito em um intervalo de tempo finito (SOLAZ-PORTOLÈS, 1997).
Ainda que houvesse contra-argumentos aos pontos apresentados por Aristóteles, as concepções defendidas pelo filósofo continuavam sendo as mais aceitas. Entre os árabes, Avicena era um dos defensores do horror ao vácuo (LONGHINI; NARDI, 2000). Ele utilizou a explicação do sifão para argumentar a favor do repudio da natureza ao vácuo:
A água se mantém no tubo retentor quando seu orifício superior é tapado, pois a água não pode se separar do recipiente, já que o espaço não pode permanecer vazio e as
3
A diferença de peso entre corpos que ocupavam o mesmo espaço era explicada com base na quantidade de vazio em cada um daqueles corpos. Corpos de densidades diferentes possuíam quantidades diferentes de vazio.
superfícies dos corpos não podem se separar a não ser colocando-se algo no lugar. (AVICENNE, Le livre de Science, vol. 2, pp. 26-7 apud MARTINS, 1989, p. 18).
Nesta mesma perspectiva, no século XIV, o pensador francês Jean Buridan recorreu a argumentos empíricos contrariamente à existência do vácuo (MARTINS, 1989; SOLAZ-PORTOLÈS, 1997). Ainda que se opusesse a aspectos da dinâmica aristotélica, Buridan citou o horror ao vazio ao comentar a respeito do experimento do canudo:
Coloque-se um junco, com uma extremidade no vinho e a outra na boca. Sugando o ar do canudo, atrai-se o vinho para cima, embora ele seja pesado. Isso acontece porque é necessário que algum corpo sempre venha logo depois do ar que é sugado para cima. para evitar a formação de um vácuo. Devemos, portanto, admitir que um vácuo não é naturalmente possível, [...]. (BURIDAN, Questiones super octo physicorum libros Aristotelis, livro IV, q. 8, foi. 73 verso, cal. 1 - apud MARTINS, 1989, p. 19).
Outros argumentos fizeram oposição às concepções de Aristóteles. Giambattista Benedetti acreditava que Aristóteles estava errado em considerar que o vazio não existia. Para Benedetti, o argumento de que no vácuo um corpo poderia adquirir velocidade infinita era falso. A velocidade de um corpo seria proporcional ao seu peso diminuído da resistência do meio. Portanto, a inexistência de um meio não implicaria uma velocidade infinita (SOLAZ-PORTOLÈS, 1997).
Experimentos imaginários foram adotados propostos com o fim de discutir as concepções então defendidas. Para discutir sobre a natureza do horror ao vazio, Marsilius de Inghen propôs um experimento mental de significativa relevância:
[...] consistia em resfriar um recipiente totalmente cheio com água, no intuito de congelá-la. Acreditava-se que a água ao congelar-se diminuiria seu volume formando um espaço vazio no recipiente. Por outro lado, alguns opositores do vácuo afirmavam que o recipiente quebraria se a água se congelasse; ou que a água não se solidificaria, para evitar o surgimento de um espaço vazio. (SCHMITT, 1966 apud LONGHINI, 2001, p. 242).
De acordo com Marsilius, uma vez que a natureza não permitia espaços vazios, então a condensação não iria ocorrer. Francisco de Toledo, por sua vez, discordava. Ele afirmava que o espaço deixado pela condensação não ficaria vazio, mas sim ocupado por vapores “sutis” (MARTINS,1989, p.21).
O horror ao vácuo foi defendido por pensadores que, em outros aspectos, tornaram-se famosos pela oposição a paradigmas tradicionais. O filósofo Francis Bacon, por exemplo, afirmou que:
[...] não podemos determinar com certeza se existe um vácuo, seja extenso ou misturado à matéria. No entanto, estamos convencidos de que é falsa a razão indicada por Leucipo e Demócrito para a introdução de um vácuo (a saber, que de outra forma o mesmo corpo não poderia compreender e preencher espaços maiores e menores). (BACON, Novum
organum, livro 11, af. 48; p. 187 apud MARTINS, 1989, p. 22).
Bacon descreveu a hipótese do horror ao vácuo em seus trabalhos: [...] o movimento de conexão pelo qual os corpos não permitem ser separados em ponto nenhum do contato de outro corpo, deliciando-se, por assim dizer, no mútuo contacto e conexão. Isso é o que as escolas chamam de um movimento para prevenir o vácuo. Ocorre quando a água é puxada por sucção ou por uma seringa, a carne por ventosas, ou quando a água permanece sem escapar por jarras perfuradas, a menos que a boca seja aberta para deixar o ar entrar, assim como inúmeros exemplos de natureza semelhante. (BACON, Novum organum, livro 11, af. 48; p. 180 apud MARTINS, 1989, p. 22).
René Descartes, um dos pensadores mais influentes no período, também se opunha à existência do vazio. Para Descartes, atributos como extensão (largura, comprimento, profundidade), caracterizavam um corpo material, negando a possibilidade de conceber um “espaço vazio”:
Quanto ao vazio, no sentido que os Filósofos dão a essa palavra, ou seja, um espaço onde não existe nenhuma substância, é evidente que não existe nenhum ponto do espaço no universo que seja assim, pois a extensão do espaço ou do lugar interno não difere da extensão do corpo. E como, apenas por ser extenso em comprimento, largura e profundidade, podemos concluir que um corpo é uma substância (pois concebemos que não é possível que aquilo que nada é tenha extensão). devemos concluir o mesmo em relação ao espaço que se supõe vazio: ou seja. que. já que existe extensão nele.
ai existe também necessariamente substância. (DESCARTES.
Principes. 2ª parte. p. 16 apud MARTINS, 1989, p. 22).
Fenômenos como a condensação e a rarefação podiam, segundo Descartes, ser explicados sem recorrer à existência do vácuo. Um corpo aumentaria ou diminuiria de tamanho, pela entrada ou saída de algo pelos seus poros.
2. 4 O desenvolvimento do conceito de pressão atmosférica
Mesmo com a força dos argumentos e posições defendidas por Aristóteles, novas explicações começaram a surgir para fenômenos atribuídos ao horror ao vácuo. A ideia de pressão do ar foi utilizada para reinterpretar experimentos conhecidos.
Desde Arquimedes, os conceitos envolvidos na hidrostática vinham sendo desenvolvidos. Na Revolução Científica, Simon Stevin, tomando os textos de Arquimedes, afirmou que os corpos imersos em água eram pressionados por todos os lados. Essa afirmação estendida para o ar por Isaac Beeckman. Ele explicou que os fenômenos aparentemente decorrentes do esforço da natureza para evitar o vazio eram, na realidade, causados pela pressão exercida pelo ar:
Qual é a razão pela qual os corpos se movem em qualquer direção, de tal forma a evitar a existência de um vazio na natureza? Respondo: ocorre que o ar, do mesmo modo que a água, pressiona as coisas e as comprime de acordo com a altura do ar acima. Mas algumas coisas permanecem imperturbadas e não se movem porque são igualmente comprimidas por todos os lados pelo ar sobre elas, assim como nossos mergulhadores são comprimidos pela água. (BEECKMAN, Joumal tenu par fui de 1604 à 1634, vai. I, p. 36; apud MARTINS, 1989, p. 24).
As concepções de Beeckman sobre a pressão exercida pelo ar podem ter influenciado René Descartes: “É provável que Beeckman tenha influenciado Descartes que, apesar de não aceitar o vácuo, admitia a idéia da pressão atmosférica [...]” (Martins, 1989, p. 25). Descartes, por sua vez, pode ter influenciado Blaise Pascal, com quem teve um encontro para debater sobre a existência do vazio.
Um fator de notada importância para o desenvolvimento do conceito de “pressão atmosférica” durante a Revolução Cientifica foi o avanço do uso de bombas aspirantes, por volta de 1630 (LONGHINI; NARDI, 2000). O emprego de técnicas para movimentar a água era cada vez mais comum naquele período:
A água era transportada para fora das minas para os serviços de água de cidades e aldeias por bombas de força do tipo de um pistão simples, gigantescas seringas por assim dizer, e por bombas de elevação. (CONANT 1947, p.50 apud LONGHINI, 2001, p. 244).
Um problema surgiu a partir dessa técnica. Notou-se que as bombas não conseguiam aspirar água além de uma altura de pouco mais de 10 metros. Esse problema era recorrente na drenagem de minas espalhadas pela Europa. O problema da elevação da água foi de grande repercussão no contexto científico dos debates sobre o vazio. Um episódio nesse sentido envolveu Galileu Galilei. Em 1630, o pesquisador Giovanni Baliani enviou uma carta a Galileu relatando o insucesso no uso de um sifão para levar agua de um vale a outro, passando por uma colina de cerca de 20 metros de altura:
Andei pensando se poderia ocorrer que o canal ou sifão possua alguns poros pelos quais não possa passar a água nem mesmo o ar, a não ser com grande violência; por isso, quando o tubo está cheio, a água pressiona tanto Que faz tanta força Que o ar entra pelos poros que estão na parte superior. de modo Que a água possa descer... sem Que surja um vácuo. Tendo descido, portanto (aproximadamente à metade), restando no tubo apenas essa água, ela não tem a força de fazer tanta violência ao ar Que possa forçá-lo a entrar pelos poros acima indicados. (BALlANI, apud apud MARTINS, 1989, p. 26).
Para explicar o ocorrido, Galileu fez uma analogia. Ao puxar a água por um sifão, na opinião de Galileu, a coluna de água se comportava como uma corda ao ser erguida. Se muito longa, a corda de rompia. Da mesma forma, a coluna de água, se “quebrava”, não subindo mais. A altura limite relatada por Galileu era de cerca de doze metros. Galileu propôs, assim, uma ação limitada do vácuo. A altura da coluna de líquido que o “puxão” do vazio era capaz de erguer dependia da densidade desse líquido.
Baliani discordou da explicação dada por Galileu. Ele havia passado a acreditar na possibilidade de um vácuo continuo, produzido naturalmente. Em correspondência enviada a Galileu, afirmou:
Já não possuo a opinião vulgar de que o vácuo é impossível, mas não acreditava que se pudesse produzir o vácuo em tanta quantidade e tão facilmente. E para não deixar de lhe dizer minha opinião sobre isso, tenho acreditado que o vácuo pode ser produzido naturalmente desde a época em que encontrei que o ar tem um peso sensível e que Vossa Senhoria me ensinou em uma carta sua o modo de encontrar seu peso exato [...]. Para explicar-me melhor, já que, se o ar pesa, a única diferença entre o ar e a água é a quantidade, é melhor falar sobre a água, cujo peso é mais sensível, porque o mesmo deverá acontecer com o ar. (BALIANI, apud MARTINS, 2001, p. 27).
Continuando sua argumentação, Baliani novamente recorre ao paralelismo entre água e ar:
Penso que o mesmo ocorre no ar, pois estamos no fundo de sua imensidão e não sentimos nem seu peso nem a compressão que há por todos os lados. pois nosso corpo foi feito por Deus de tal qualidade que possa resistir muita bem a essa compressão sem sentir ofensa - sendo que ele é necessário e não se poderia ficar sem ele. Creio que, mesmo se não tivéssemos que respirar, não poderíamos ficar no vácuo; mas, se estivéssemos no vácuo, então sentiríamos o peso do ar que tivéssemos sobre a cabeça, o qual creio ser enorme. Pois, embora suponha que o ar é mais leve a maiores alturas, creio que a sua imensidão é tal que, por pouco que seja seu peso, deve-se admitir que se sentiria o de todo o ar que está acima. Esse peso é muito grande, mas não infinito - e, portanto, determinado. Com força proporcional a ele, seria possível superá-lo e assim causar o vácuo. Quem quisesse encontrar essa proporção precisaria saber a altura do ar e seu peso em cada altura. Mas, seja como for, eu realmente o julgava tal que, para causar o vácuo, imaginava que fosse necessária uma violência maior do que aquela que pode ser feita pela água no tubo com menos de 80 pés. (BALIANI, apud MARTINS, 2001, p. 28).
O efeito citado por Baliani oferecia uma explicação para o funcionamento do sifão, na medida em que o peso do ar empurrava a coluna de água até certa altura. A postura assumida por Baliani em muito se assemelhava à de Beeckman. Galileu, por outro lado, não mudou de opinião. Publicou sobre a
ação limitada do vácuo na obra “Duas novas Ciências”, em 1638. Nas palavras do personagem Salviati temos: “Isto é precisamente o que ocorre; esta elevação fixa de dezoito cúbitos é verdadeira para qualquer quantidade de água, seja a bomba grande ou pequena, ou mesmo tão fina quanto uma palha [...].” (GALlLEO, apud MARTINS, 1989, p.33). Na mesma obra, Galileu cita um experimento para defender o efeito do horror ao vácuo:
Se você toma duas placas lisas e altamente polidas de mármore, metal ou vidro, e as coloca face a face, elas deslizarão uma sobre a outra com a maior facilidade, mostrando conclusivamente que nada existe de natureza viscosa entre elas. Mas quando tentar separá-las distanciando-as rapidamente [...] você descobrirá que distanciando-as placdistanciando-as exibem tal repugnância pela separação, que a superior carrega a inferior consigo e a mantém erguida indefinidamente, mesmo quando a inferior é grande e pesada. Este experimento mostra a aversão da natureza pelo espaço vazio, mesmo durante o breve momento exigido para que o ar exterior corra e preencha a região entre as duas placas. Também se observa que, se as duas placas não são completamente polidas, seu contato é imperfeito, de modo que, quando se tenta separá-las lentamente, a única resistência oferecida é a do peso; se, no entanto, o puxão é rápido, a placa inferior sobe, mas rapidamente cai, tendo seguido apenas o intervalo de tempo muito curto exigido para a expansão da pequena quantidade de ar entre as placas, em consequência de seu não ajuste, e para a entrada de ar circundante. Esta resistência que é exibida entre as duas placas está sem dúvida presente também entre as placas de um sólido e entra, pelo menos em parte, como uma causa concomitante de sua coerência (GALILEU, Discorsi, p.34 apud MARTINS, 1989, p.30).
2. 5 O experimento de Torricelli
As discussões envolvendo o vácuo motivaram outros autores (LONGHINI; NARDI, 2000). Em Roma, um grupo de pesquisadores desenvolveu um experimento que viria a ser o predecessor do famoso experimento de Torricelli (MARTINS, 1989). Raffael Magiotti foi, provavelmente, o idealizador do experimento conduzido por Gasparo Berti. O experimento ficou conhecido como o “experimento do sifão de Berti”:
Figura 01 – Ilustração do experimento de Berti (MARTINS, 1989, p. 34).
Este distinto Gasparo, de quem falei, ergueu um tubo de chumbo AB bastante longo fora da torre de sua casa, na parede onde estão as escadas, prendendo-o por meio de cordas amarradas a cravos de ferro. Sou obrigado a dizer que não me lembro exatamente de seu comprimento, mas sei que deve ter sido mais (apenas um pouco mais) do que quarenta palmos. A extremidade superior A do tubo estava defronte a uma das janelas da torre e a inferior B estava próxima ao solo; era provida de uma torneira R de latão, que estava dentro do tonel EF propositalmente cheio de água. Na extremidade superior A era adaptado e
cuidadosamente unido e colado um recipiente de vidro em forma de um frasco, bastante grande mas muito sólido, possuindo dois gargalos e bocas, a mais larga embaixo - na qual era inserido o extremo A do tubo, como em um encaixe; a mais estreita, em C, de chumbo ou estanho, como é usual, era bem feita, de modo que se lhe adaptava bem a haste do parafuso de latão D, sendo este o mais sólido tipo de rolha e o mais adequado para o assunto em questão.
Estando isso pronto, com a torneira R fechada e o tonel EF cheio com água até aproximadamente a metade, o tubo todo, assim como o recipiente de vidro, eram enchidos por cima, através da abertura C, bem no topo. Então, a abertura C era fechada com o parafuso D, para selar todo o aparelho.
Por fim, quando a torneira R foi aberta, a água fluiu (contrariamente à esperança de muitos) do tubo para o tonel EF, até (enchê-lo) a uma altura facilmente observável; mas nem toda ela fluiu e logo ficou parada. Isso era claro, pois foi feita uma marca no tonel na superfície da água e no dia seguinte se descobriu que a água nela havia permanecido exatamente na marca, embora a torneira R permanecesse aberta todo o tempo. Então, depois que esta torneira R foi novamente fechada cuidadosamente, o parafuso D foi tirado de cima. E logo que ele foi retirado o ar entrou com grande ruído, preenchendo o espaço antes abandonado pela água. Então, descendo um fio, determinou-se quanta água havia dentro, ou melhor, a que altura a água havia permanecido no tubo. Descobriu-se que ela ficara a cerca de 18 cúbitos acima do nível da água no
tonel, na marca l. (MAIGNAN, Cursus philosophicus, apud MARTINS, 1989, p. 34).
Algumas modificações nesse experimento decorreram de questionamentos aos seus resultados. Uma delas foi a adaptação de um tubo sinuoso ao tubo AB (ver FIGURA 1), estando uma das extremidades daquele tubo em AB e, na outra extremidade, uma torneira G, acoplada a um recipiente com água. Após o procedimento supramencionado, a torneira G era aberta e a agua contida no recipiente acoplado seguia para o tubo AB. Outra adaptação foi a inclusão de um sino no interior do frasco de vidro preso ao ponto A. Aceitava-se que o som somente se propagava em meios materiais. Assim, se ocorresse a formação de vácuo, esperava-se não ouvir o som do sino quando este fosse acionado por um imã externo ao experimento. Quando o experimento foi realizado, o som do sino pode ser ouvido, contrariando as expectativas iniciais. Argumentou-se,, contudo, que as vibrações do sino se transmitiram por meio do vidro ao qual o sino estava preso (MARTINS, 1989).
O experimento de Berti chegou ao conhecimento de outros pesquisadores, como Evangelista Torricelli e Vincenzo Viviani, ambos discípulos de Galileu Galilei. Alguns detalhes tornavam difícil a observação dos resultados. Como o experimento utilizava água, o tubo era tão longo a ponto de atingir em altura o segundo andar de uma casa. Um tubo com esse comprimento não podia ser feito de vidro. Utilizava-se, então, chumbo, o que dificultava a visualização do interior do tubo.
Para lidar com estes contratempos, Torricelli substituiu por mercúrio a água. Isso possibilitou a utilização de tubos com apenas 1 metro de comprimento, os quais podiam se fabricados com vidro, permitindo, então, a visualização do experimento. A ideia de utilizar mercúrio no lugar de água não foi necessariamente de Torricelli. A sugestão pode ter sido de Viviani ou próprio Galileu (MARTINS, 1989).
Com as modificações, a execução do experimento se tornou mais fácil. A montagem, então portátil, facilitou sua divulgação. Outro ponto a se destacar foi a interpretação de Evangelista Torricelli para o experimento. Torricelli defendia a pressão atmosférica como causa para a sustentação da coluna de mercúrio. Em sua carta a Michelangelo Ricci, Torricelli expressou sua posição:
Tentei, portanto, com esse princípio, explicar todo tipo de repugnância sentida nos vários efeitos atribuídos ao vácuo, não tendo, até agora, encontrado nada que não dê certo. Sei que surgirão muitas objeções a V.S., mas espero também que as superará pensando. Minha principal intenção, no entanto, não teve sucesso - a de conhecer quando o ar é mais grosso e pesado e quando é mais sutil e leve com o instrumento EC, pois o nível AB se altera por uma outra causa (que eu não poderia acreditar). ou seja, pelo calor e frio - e muito sensivelmente, como se o vaso AE estivesse cheio de ar. (TORRICELLI, apud MARTINS, 1989, p. 156). Torricelli recorreu ao conceito de pressão atmosférica para explicar o funcionamento das bombas aspirantes e suas limitações de altura, em substituição à usual explicação fundamentada na hipótese do horror ao vazio (SOLAZ-PORTOLÈS, 1997). As cartas de Torricelli foram copiadas e divulgadas na Europa, de modo que o experimento tornou-se conhecido e reproduzido por vários pesquisadores.
Pelo exposto até aqui, pode-se ver que o desenvolvimento do conceito de pressão atmosférica não dependeu exclusivamente de Torricelli. Ele foi um personagem importante entre outros abordados no presente texto, o qual, por limitações, ainda apresenta apenas uma parcela dos envolvidos nesses episódios históricos. Ademais, os defensores do horror ao vácuo não deixaram de defender essa hipótese após o experimento de Torricelli.
Em 1646, na cidade de Rouen, Blaise Pascal assistiu à execução do experimento de Torricelli. O pesquisador passou a trabalhar na questão do vácuo. Passaram-se três anos de estudo até que publicou os “Tratados sobre o equilíbrio dos líquidos e sobre o peso da massa do ar” (MARTINS, 1989).
Durante este período, Pascal reproduziu o experimento muitas vezes e se comunicou com vários pesquisadores, os quais propuseram modificações e novos experimentos. Pascal solicitou ao seu cunhado, Florin Périer, que conduzisse a realização do experimento de Torricelli na base e no alto da montanha Puy-de-Dôme. A ideia de realizar esse experimento teria sido apresentada a Pascal por René Descartes, que atribuía o efeito observado no experimento de Torricelli à atuação da pressão do ar, embora não admitisse a formação de vazio no alto do tubo. Os resultados ocorreram de acordo com a expectativa, isto é, à medida que se subia o Puy-de-Dôme a coluna de mercúrio no experimento de Torricelli ficava
menor. Mesmo assim, as discussões prosseguiram (MARTINS, 1989; LONGHINI; NARDI, 2000; LONGHINI; NARDI, 2009).
Blaise Pascal publicou descrições sobre os experimentos que realizou, defendeu a ocorrência do vazio no topo do tubo do experimento de Torricelli e defendeu a interpretação de que a pressão do ar causava a sustentação da coluna de mercúrio. Com o passar do tempo e a contribuição de vários personagens, essas interpretações se fortaleceram e as explicações fundamentadas no “horror ao vácuo” deram lugar a outras, fundamentadas na pressão do ar.
CAPÍTULO 3
O EXPERIMENTO DE TORRICELLI NO CONTEXTO EDUCACIONAL4
Mesmo sem o conhecimento profundo do desenvolvimento histórico de conceitos científicos, é possível perceber algumas lacunas na História da Ciência apresentada em livros didáticos. Certos indícios de fragilidade são evidenciados na ausência de respostas a questionamentos aplicáveis aos diversos conteúdos científicos:
Quais situações ou problemas fomentaram o desenvolvimento do referido conceito abordado?
Quais concepções científicas sobre os fenômenos citados precederam o atual conhecimento sobre esses fenômenos?
O conceito científico abordado surgiu a partir de uma descoberta pontual de um único personagem ou foi desenvolvido coletivamente? Como isso ocorreu? Houve controvérsias?
Utilizamos esse tipo de questionamento na análise de uma amostra de livros do Ensino Médio5, tendo foco especificamente no conteúdo de pressão atmosférica. Examinamos, ainda, esse conteúdo específico nos materiais didáticos à luz de fundamentos da historiografia atual. Os fundamentos da nova historiografia fazem referência, por exemplo, à rejeição de histórias anacrônicas, de narrativas apologéticas a “grandes personagens” e suas descobertas repentinas e de narrativas que descrevem ideias de outras épocas de modo linear como se tudo fluísse diretamente em direção a teorias atualmente aceitas (MARTINS, 2004; FORATO et al., 2011).6 Por fim, aprofundando a discussão, recorre-se a fontes primárias e secundárias da História da Ciência relacionadas ao desenvolvimento
4 Os resultados apresentados nesse capítulo fazem parte de artigo do qual o mestrando é
um dos autores: HIDALGO, J. M.; ALVES, J. M.; SOUZA, F. A.; QUEIROZ, D. M. Queiroz “A história da ciência (distorcida ou ausente) em livros didáticos: o conteúdo sobre o ‘experimento de Torricelli’ como estudo de caso”. ALEXANDRIA: Revista de Educação em Ciência e Tecnologia, v. 11, n. 1, p. 101-124, maio. 2018.
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Para as análises foi utilizada uma amostra de livros do Ensino Médio, usualmente disponíveis no mercado editorial. Não houve a pretensão de contemplar todos os livros aprovados em editais do PNLD.
6 A referência a tais inadequações não significa adotar a perspectiva de que existe “a real
história da ciência” a ser confrontada com “a história fictícia dos livros didáticos”. Não se assume aqui uma visão “objetivista” da realidade histórica.
desse conceito, a fim de contrapor os equívocos históricos notados nos livros analisados.
3. 1 Análise dos livros didáticos
3.1.1 CENTRALIZAÇÃO NA FIGURA DE TORRICELLI
Normalmente os livros didáticos de Física costumam dar pouca importância à História da Ciência, ou tratá-la de modo decorativo ou acessório. Em alguns casos, textos curtos de conteúdo histórico são colocados em apêndices com títulos característicos como “Física tem história”, “Para saber mais. Sempre foi assim?”. Esse procedimento evidencia o caráter meramente acessório da História da Ciência, que aparece de forma não integrada ao conteúdo de Física.
Quando presente ao longo dos capítulos, a História da Ciência geralmente se resume a quadros ilustrativos e informações, como nomes dos principais pesquisadores (na visão do autor), suas datas de nascimento, morte, nacionalidade e feitos. Quando se trata de pressão atmosférica, essas informações costumam ser centralizadas na figura de Evangelista Torricelli. Vejamos alguns exemplos:
Quem, pela primeira vez, percebeu que o ar exercia pressão e propôs uma experiência para medir a pressão atmosférica foi o físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647). (TORRES et al., 2010, p. 154)7
O primeiro experimento para medir a pressão atmosférica foi elaborado por um discípulo de Galileu, o físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647). (OLIVEIRA et al., 2011, p. 247)
O físico italiano Torricelli (Contemporâneo e amigo de Galileu) foi a primeira pessoa a fazer uma experiência para medir o valor da pressão atmosférica. (MÁXIMO; ALVARENGA, 2003, p. 94)
Isso pode ser feito repetindo-se um experimento realizado pelo matemático e físico italiano Evangelista Torricelli, em 1643. (SAMPAIO; CALÇADA, 2008, p. 198);
Informações que associam o conhecimento científico a seres humanos, trazendo à tona características dos pesquisadores comuns a qualquer pessoa, em princípio, poderiam contribuir para uma visão de ciência mais humanizada. No entanto, essa potencialidade não parecer ser considerada. Esses elementos não são incluídos em livros didáticos em perspectiva formativa consistente, relacionada à Natureza da Ciência. Sua mera citação não caracteriza a realização de uma
abordagem histórica.
Utilizando fundamentos historiográficos atualizados podemos qualificar as informações trazidas por trechos de livros didáticos. Neles podem ser percebidas características de uma História da Ciência Pedigree. Há centralização na busca de precursores do conhecimento científico: “Quem, pela primeira vez, percebeu”, “O primeiro experimento”, “foi a primeira pessoa a”. A ênfase está na sinalização de que
o personagem Torricelli e seu experimento representam um marco para a ideia de
pressão atmosférica a ser (re) conhecido e referenciado.
Didaticamente, esse estilo contribui para o fortalecimento de visões individualistas da ciência, em detrimento de uma visão de ciência construída coletivamente. Referências usuais dão a Evangelista Torricelli o protagonismo de evidenciar a influência da pressão atmosférica nos fenômenos do dia a dia, sem haver qualquer referência à colaboração de outros personagens. Mas seria, de fato, correto afirmar que Torricelli foi quem “pela primeira vez, percebeu que o ar exercia pressão” (TORRES et al., 2010, p. 154)?
Segundo historiadores da ciência, a ideia de pressão do ar é anterior aos trabalhos de Torricelli. Seria inviável centralizar todos os resultados em um único personagem:
No início do século XVII, algumas pessoas já pensavam sobre o peso do ar e a pressão atmosférica. Um deles foi Isaac Beeckman, um holandês, que é bem conhecido pelos seus trabalhos com Descartes. (MARTINS, 1989a, p. 24; grifo nosso)
As considerações de Isaac Beeckman (1588-1637) sobre a pressão do ar, além de serem anteriores a Torricelli, foram também realizadas a partir de pilares fornecidos por outros pesquisadores. Ele tomou como base contribuições do seu mentor Simon Stevin (1548-1620) à hidrostática (LONGHINI; NARDI, 2002, p.74). Fazendo analogia entre os comportamentos do ar e da água, Beeckman explicou:
Mostrei que o ar é pesado, que ele nos pressiona de todos os lados de um modo uniforme, de modo que não sofremos por essa pressão e que essa gravidade é a causa daquilo que se chama horror ao vazio[...]. [...] as coisas se precipitam com grande poder para um lugar vazio, por causa da grande altura do ar que está acima delas e pelo que daí resulta (BEECKMAN, Mathematico-physicarum meditationem apud MARTINS, 1989a, p. 25).
O uso da ideia de pressão do ar teve seu inicio no período da Revolução Científica, aplicada na explicação do funcionamento de ventosas, sifões, canudos para sorver líquidos e bombas de água. Esse principio foi expresso inclusive por Torricelli: “Tentei, portanto, com esse princípio [pressão atmosférica], explicar todo tipo de repugnância sentida nos vários efeitos atribuídos ao vácuo, não tendo, até agora, encontrado nada que não dê certo” (TORRICELLI, Carta a Michelangelo Ricci apud MAGIE, 1969, p. 71) 8.
Apesar das evidencias a respeito dos antecedentes de Torricelli, encontra-se em um dos livros didáticos analisados um comentário equivocado, o qual ignora a existência de explicações para esse tipo de fenômeno anteriormente a Torricelli:
Ao bombear água de poços através de bombas aspirantes, verifica-se que ela sobe dentro do tubo até uma altura de aproximadamente
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Livros didáticos costumam mencionar a subida do líquido no canudo, mas apenas a explicação atual é apresentada: “A pressão atmosférica atua na superfície do líquido, fazendo-o subir” (MÁXIMO; ALVARENGA, 2011, p. 241); “[...] devemos sugar o ar que existe no canudo. Feito isso, a ação da pressão atmosférica sobre a superfície líquida atua empurrando o líquido” (SANT’ANNA et al., 2010, p. 321; esse trecho se assemelha ao contido na edição de 2013 da mesma obra); “Então, você não chupa o refresco, como muitas pessoas pensam. É a pressão atmosférica que o empurra para sua boca” (MÁXIMO; ALVARENGA, 2003, p. 93); “O que fazemos é aumentar levemente o volume de nosso tórax [...] a pressão atmosférica torna-se maior que a pressão do ar dentro dos pulmões e o líquido é empurrado para cima no canudinho” (SAMPAIO; CALÇADA, 2008, p. 199). O exemplar mais antigo analisado nessa pesquisa traz, além do canudo, o funcionamento de uma seringa como “Aplicações da experiência de Torricelli” (PARANÁ, 1999, p. 403).
