O que é energia?

Esta é a tradução de parte do capítulo 4, volume 1 do livro Feynman Lectures on Physics.

Existe um fato, ou, se você preferir, uma lei, governando todos os fenômenos naturais que conhecemos. Não há exceção conhecida que fere esta lei – até onde sabemos, ela é exata. Esta lei é conhecida como como conservação de energia. Ela diz que existe uma certa quantidade, a qual nós chamamos energia, que não se modifica durante as modificações da natureza. Esta é uma idéia muito abstrata, pois é um princípio matemático; ela diz que existe uma quantidade numérica que não muda quando alguma coisa acontece. Não é uma descrição de um mecanismo ou alguma coisa concreta: é só um fato estranho que, quando calculamos algum número e quando nós terminamos de observar o andamento do evento e calculamos o número de novo, esse número continua o mesmo (algo como um bispo numa casa vermelha, após uma seqüência de movimentos ele ainda continuará numa casa vermelha. Esta é uma lei dessa natureza). Como é uma idéia abstrata, nós vamos ilustrar seu significado como uma analogia.

Imagine uma criança, Denis, que tem blocos que são indestrutíveis e que não podem ser divididos em pedaços. Cada um igual ao outro. Vamos supor que ele possua 28 blocos. Sua mãe o colocou junto com os 28 blocos em um quarto no começo do dia. Ao final do dia, sendo curiosa, ela contou novamente os blocos e descobriu uma lei fenomenal – não importa o que ele faça com os blocos, ainda existem 28 blocos restantes! Isto continua por um número de dias, até o dia que existem somente 27 blocos, mas uma pequena investigação mostra que existe um embaixo do tapete – ela deve olhar em todos os lugares para ter certeza que o número de blocos não mudou. Um dia, no entanto, o número parece que altera – existem somente 26 blocos. Uma investigação indica que a janela estava aberta e, após uma olhada lá fora, os outros 2 blocos são encontrados. Outro dia, uma contagem criteriosa indica que existem 30 blocos! Isto causa surpresa, até que a ela lembra que Bruce veio visitar Denis e trouxe seus blocos com ele, e esqueceu alguns na casa de Denis. Depois dela ter se livrado dos blocos extras, ela fecha a janela, não deixa Bruce entrar e tudo continua bem, até a hora que ela encontra somente 25 blocos. No entanto, há uma caixa no quarto, uma caixa de brinquedo, e a mãe vai abrir a caixa e o garotinho diz: “Não, não abra minha caixa de brinquedos”, e grita. A mãe não está permitida a abrir a caixa de brinquedos. Sendo extramamente curiosa, e de alguma forma ingênua, ela inventa um esquema! Ela sabe que cada bloco pesa 3 onças, então ela pesa a caixa de brinquedos num momento em que ela vê os 28 blocos, e observa que ela pesa 16 onças. A próxima vez que ela deseja checar, ela pesa novamente a caixa, subtrai 16 onças e divide por 3. Ela descobre o seguinte:

(número de blocos visto) + ((peso da caixa de brinquedos) – 16 onças)/(3 onças) = constante (1)

Então parece que há alguns desvios, mas um estudo criterioso indica que o nível de água suja na banheira está mudando. A criança está colocando os blocos na água, e ela não pode ver porque está muito suja, mas ela pode encontrar quantos blocos estão na água adicionando um novo termo na fórmula. Como a altura original da água era de 6 polegadas e cada bloco sobe a água a um quarto de polegada, a nova fórmula é:

(número de blocos visto) + ((peso da caixa de brinquedos) – 16 onças)/(3 onças) +

((altura do nível da água) – 6 polegada)/(1/4 polegada) = constante (2)

No aumento gradual da complexidade de seu mundo, ela encontra uma série de termos representando formas de calcular quantos blocos existem em lugares que ela não é permitida olhar. Como um resultado, ela encontra uma fórmula complexa, uma quantidade que deve ser computada, que sempre é a mesma em qualquer situação.

Qual é a analogia disso com a conservação de energia? O principal aspecto que deve ser abstraído desse exemplo é que não existem blocos. Jogue fora os primeiros termonos de (1) e (2) e nós nos encontraremos calculando coisas mais ou menos abstratas. A analogia tem os seguintes pontos. Primeiro, quando nós estamos calculando a energia, alguma coisa deixa o sistema e vai embora, ou alguma coisa vem para o sistema. Para observar a conservação da energia, nós devemos ter o cuidade de não colocar nada dentro do sistema ou de tirar alguma coisa dele. Segundo, a energia possui um grande número de formas, e há uma fórmula para cada uma delas. Elas são: energia gravitacional, energia cinética, calor, energia elástica, energia elétrica, energia química, energia de radiação, energia nuclear, e massa. Se nós levarmos em consideração as fórmulas de cada uma dessas contribuições, a energina não irá mudar, a não ser que ela deixe o sistema ou que algo entre no sistema.

É importante dizer que na física, nós não temos conhecimento do que é a energia. Nós não temos uma idéia de que a energia vem em pequenas bolhas de uma quantidade definida. Não é desse jeito. No entanto, existem fórmulas para calcular alguma quantidade numérica, e quando nós adicionamos todas as contribuições, ela dá “28” – sempre o mesmo número. É uma coisa abstrata no sentido de que ela não nos diz qual é o mecanismo ou razões para a existência das várias formas.

 

Fonte: Tradução de: Feynman Lectures on Physics, Volume 1, Capítulo 4.

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