João Freitas da Silva*
Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação

Podemos definir força como a interação entre dois ou mais corpos. Na natureza, de acordo com o modelo proposto na atualidade, encontramos quatro tipos de forças: força gravitacional, força eletromagnética, força forte e força fraca. 

A força gravitacional está relacionada com a quantidade de matéria dos corpos e apresenta uma relação direta com a concentração dessa matéria. Podemos dizer que a força gravitacional está relacionada à massa dos corpos e é diretamente proporcional a ela. Quanto maior a massa dos corpos, maior será a força entre eles.

Lei da Gravitação Universal

A relação entre as massas e a força gravitacional foi descoberta pelo físico inglês Isaac Newton (1642 - 1727) no século 17. Newton também observou que a força gravitacional está relacionada com a distância que separa os corpos de maneira inversamente proporcional, ou seja, quanto maior a distância entre os corpos, menor será a força entre eles. 

Mais especificamente, Newton concluiu que a força está relacionada com o quadrado da distância entre os corpos. Por exemplo: se a distância entre dois corpos for triplicada, a força diminuirá nove vezes, já que 3² = 9.

Com seus estudos, Newton formulou o que conhecemos como Lei da Gravitação Universal - e que é descrita, matematicamente, pela relação: , onde Frepresenta a força gravitacional entre os corpos, M e mrepresentam as massas de cada corpo, r corresponde à distância entre os corpos envolvidos na interação e, por fim, G é uma constante conhecida comoconstante universal, cujo valor é 6,67.10^-11.

A força gravitacional é sempre atrativa - então, massa sempre atrai massa. Não existe a idéia de massas negativas. Elas são sempre positivas.

Se observarmos atentamente o valor da constante universal, veremos que ela representa um valor muito, mas muito pequeno, pois, na verdade, é o número 6,67 dividido por 100 000 000 000, o que corresponde ao valor de 0,0000000000667. Com isso, podemos concluir que, embora a força gravitacional esteja associada a todos os corpos com massa, ela será mais perceptível quando pelo menos um dos corpos apresentar magnitude astronômica.

Vamos pensar nisso por meio de um exemplo simples: um saco de feijão de 2 kg está próximo de um saco de arroz, de 5 kg. Os dois estão sobre a superfície de uma mesa. Ambos possuem massas definidas, portanto, exercem uma força atrativa entre si. Porém, ela é tão pequena que não consegue vencer a força de atrito da superfície, a fim de que os dois sacos se aproximem. E mesmo num espaço livre de atritos com outras superfícies, a aceleração resultante da força de atração entre as duas massas seria muito pequena - e a aproximação, muito lenta.

Ao tentarmos levantar os sacos, sentimos uma resistência considerável, proveniente da interação com o planeta Terra. Também ao soltarmos os sacos percebemos nitidamente que são atraídos pelo planeta (na verdade, eles também atraem o planeta, mas não percebemos isso, pois a massa da Terra é muito grande em relação à força aplicada neste caso). Isso realmente ocorre, pois a massa da Terra é de magnitude astronômica e consegue "compensar" o valor da constante universal. 

Podemos dizer, então, que a força gravitacional predomina quando falamos de planetas, estrelas e corpos que possuem muita massa. É a força que estabiliza o universo. Não é considerada quando a interação se dá entre partículas fundamentais que compõem a matéria, pois nesses casos temos outras interações que se sobressaem em relação à força gravitacional. Para Newton, a força gravitacional teria ação instantânea.

A partícula mediadora da força gravitacional

O físico de origem alemã Albert Einstein (1879 - 1955), em sua teoria da relatividade geral, também descreveu a força gravitacional, a partir da análise do fato de que qualquer objeto num certo ponto do espaço possui a mesma aceleração, em função do campo gravitacional existente no local. 

O fato de o valor do campo gravitacional coincidir com o valor da aceleração (chamada de aceleração da gravidade) de qualquer objeto ali situado, independente de sua massa, serviu de ponto de partida para Einstein. 

Ao contrário de Newton, a teoria de Einstein prevê que a força gravitacional não é transmitida instantaneamente. Ele diz que essa força é transmitida com a velocidade da luz (de acordo com a teoria de Einstein, a velocidade da luz é a maior possível).

Para Einstein, existe uma partícula mediadora da força gravitacional, que é ográviton. Os grávitons são partículas indivisíveis que, ao serem emitidas ou absorvidas, são responsáveis pela transmissão da força gravitacional. Os grávitons são previstos na Teoria da Gravitação Quântica.

O gráviton nunca foi observado ou detectado em experiências, porém, existem evidências indiretas de que ele existe, o que deixa margem para muitas pesquisas ainda sobre a força gravitacional.

Convém dizer, ainda, que quando as distâncias relevantes para um estudo são interplanetárias, a teoria da relatividade geral é extremamente eficaz e já foi comprovada em várias experiências. Porém, quando as distâncias relevantes são muito pequenas, onde os efeitos da física quântica são importantes, a relatividade geral é inconsistente. 

Tal fato mostra que ainda temos muito a aprender sobre a força gravitacional, a partir das contribuições maravilhosas de Newton, Einstein e outros pesquisadores. Os estudos devem continuar buscando adequações aos modelos existentes - ou até mesmo novas teorias para explicarmos essa força.

Bibliografia

ABDALLA, Maria Cristina Batoni. O discreto charme das partículas elementares. 1ª edição. São Paulo: Editora UNESP, 2006.

BRAZ JÚNIOR, Dulcídio. Física Moderna: tópicos para o ensino médio. 1ª edição. Campinas: Companhia da Escola, 2002.

MENEZES, Luiz Carlos. A Matéria - uma aventura do espírito: fundamentos e fronteiras do conhecimento físico. 1ª edição. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2005.

NATALE, Adriano A.; VIEIRA, Cássio Leite. O universo sem mistério: uma visão descomplicada da física contemporânea: do Big Bang às partículas. 1ª edição. Rio de Janeiro: Vieira e Lent, 2003.

PIETROCOLA, Maurício P. Projeto para melhoria do Ensino Público - Atualização dos Currículos de Física no Ensino Médio de Escolas Estaduais: A Transposição das Teorias Modernas e Contemporâneas para Sala de Aula: Física de Partículas. Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo e FAPESP, 2005.

*João Freitas da Silva é professor de física e mestrando em ensino de física pela USP.