Newton transforma os usos do prisma de vidro

Universidade Federal de GoiásMestrado em Educação em Ciências e

Matemática

Disciplina: Sociologia da Ciência e Ensino de Ciências

Prof.: Luiz Gonzaga Genovese

Zara Hoffmann

Seminário: Trabalhos com Vidro (Simon Schaffer)

http://www.hps.cam.ac.uk/people/schaffer/

British Academy Fellows Record for: SCHAFFER, Professor Simon Post: Professor of History of Science, University

of Cambridge Specialisms: Social & intellectual history of

experimental philosophy & exact sciences between the seventeenth & nineteenth centuries; historiography & sociology of scientific knowledge; the sciences & European imperialism

Elected to the Fellowship: 2012 § H10 Website:

Selected publications Leviathan and the air pump: Hobbes, Boyle and the experimental

life (with Steven Shapin) (Princeton: Princeton University Press, 1985) The Uses of Experiment: studies in the natural

sciences (Cambridge: Cambridge University Press, 1989), coeditor and contributor of 'Glass works: Newton's prisms and the uses of experiment', 67-104

William Whewell: a composite portrait (Oxford: Oxford University Press, 1991), coeditor and contributor of 'The history and geography of the intellectual world: Whewell's politics of language', 201-31

'Babbage's intelligence: calculating engines and the factory system', Critical Inquiry 21 (1994), 203-27

'The Leviathan of Parsonstown: literary technology and scientific representation', in Timothy Lenoir, ed., Inscribing science: scientific texts and the materiality of communication (Stanford: Stanford University Press, 1998), 182-222

The sciences in enlightened Europe (Chicago: Chicago University Press, 1999), coeditor and contributor of 'Enlightened automata', 126-65

Newton, Boyle, Hooke e outros Boyle – Irlandês, rico - 1627/1691 -inicia estudos

aos 12 anos: matemática, química, medicina, física, astronomia etc etc – fundou a Royal Society of London – Natureza da Luz como ação das partículas sobre os corpos e não a relação da luz com as cores

Hooke – 1635/1707 – prof. Geometria Oxford, assistente de Boyle – grande cientista experimenta: física, matemática, astronomia, química, biologia,geologia, arquitetura e tecnologia naval. Chamado de virtuoso e negligenciado pela história. Obra mais famosa:Micrografia em 1665 (28 anos) e contribuições para a teoria ondulatória da luz, foi secretário (curador) da Royal Society

Experimentadores Jesuítas de Liége (Bélgica) Mariotte: (1620/1684) francês, padre, físico e estudos em

fisiologia vegetal. Iniciador da Física Experimental na Europa (ótica, cores, previsão do tempo, mecânica dos sólidos, hidráulica...). Membro da Académie de Sciences

Henry Oldenburg (16119/1677), 1º. Secretário da Royal Society, diplomata, editor chefe do Philosophical Transactions.

Leibniz: 1646/1716, filosofo, matemático, diplomata, estudos em leis, política, religião, história, metafísica, lógica e filosofia . Estudou com Huygens. Desenvolveu o cálculo, funções.

Prof. Lucasiano: cátedra matemática de Cambridge, criada por Henry Lucas em 1663, um dos quesitos para o cargo era não ter atividades religiosas. Newton, Paul Dirac, Stephen Hawking.

Huygens: (1629/1695) Holanda/Haia, física, astronomia, matemática, ciências jurídicas (diplomacia), estudos conservação da energia, astronomia (anéis de saturno), teoria ondulatória da luz, refração e reflexão, cores, etc.

Newton: 1642/1727, filho de agricultores, inicia estudos com 16 anos, matemática, física, astronomia, alquimia, teologia. Peste 1665, Newton fica em casa por 2 anos. Inimigo ferrenho de Hooke, e mais capaz de influenciar a Royal Society e os cientistas de sua época. Entra para Royal Society assim que Hooke morre. Obras fundamentais: Principia (1687) e Óptika (1704).

Alguma definições Refrangibilidade: raios mais refrangíveis são raios

mais desviados na refração Refração: mudança na direção de um raio de luz ao

atravessar uma fronteira entre dois meios. (Modifica a velocidade e a direção de propagação e o comprimento de onda, mas não a frequência da onda.)

Refringência: termo usado para propriedade das substâncias transparentes: a mais refringente é a que produz o maior desvio. (um meio é mais refringente que o outro quando seu índice de refração é maior que outro (O etanol é mais refringente que água e a luz se propaga por ele com menor velocidade)

Difração: encurvamento que ocorre quando a luz passa por um orifício ou por um obstáculo, contornando-o

Refração: mudança na direção de um raio de luz ao atravessar uma fronteira entre dois meios.

Modifica a velocidade e a direção de propagação e o comprimento de onda, mas não a frequência da onda.

Newton transforma os usos do “prisma de vidro” (1666-1672)

1664: Newton procurou imitar alguns testes de Boyle com a mistura de cores mediante uso dos prismas – não envolvia nenhuma projeção sobre tela ou parede – examinou faixas de fios coloridos através dos prismas – o que estimulava a ideia que os raios produtores de azul eram mais refratas do que os produtores de vermelho (diferentes refrangibilidades). Só veio a registrar uma projeção no manuscrito “Das cores”em 1666, após a leitura de Micrografia de Hooke.

1666: O manuscrito de Newton assinala uma importante mudança nas técnicas prismáticas, diferentes de Boyle e de Hooke (usou 3 prismas diferentes, separados ou em conjunto).


Também registrou o uso de um prisma perfeitamente quadrado, de vidro polido, cheio de água, e de um dispositivo construído com dois prismas amarrados, base com base. Começa a transformar o prisma triangular, comercial em instrumento experimental complexo.


Dois experimentos com prismas foram particularmente importantes:

7º.experimento: projeção prismática num espaço de (+-) 6m num aposento escuro. Imagem prismática era oblonga (comprida, oval ou elíptica) e não circular. A causa: diferentes refrangibilidades dos diferentes raios.

Rigorosamente reescrito, reaparece em 1670 como a primeira demonstração em Cambridge e em sua carta a Oldenburg – o “célebre fenômeno das cores”.

44º experimento: envolveu o uso de um segundo prisma, para tornar a refratar os raios luminosos depois de saírem do primeiro, para mostrar as diferentes refrangibilidades das diferentes cores – mais tarde é reelaborado e torna-se o Experimentum Crucis.

Experimento do artigo de 1672

Figura extraída do Artigo de Newton, publicado em 1672 – Philosophical Transactions

Esquema do experimento, não aparece na publicação de 1672 (7º. Experimento)

Figura extraída de artigo da Cibele Celestino Silva, 1997

Experimentum Crucis (44º. Experimento)


Para compreender essas transformações na exposição e no significado, bem como o papel persuasivo que Newton pretendia que tivessem, é preciso considerarmos o papel dos prismas nos experimentos.

As afirmações de Newton ficam subtendidas no primeiro artigo em1666. As inovações não aparecem. E a controvérsia instigou os protagonistas a expor este conhecimento.

Newton diz ter comprado um prisma na feira de 1665, e outro em 1666 , e três prismas em 1668. Portando no Ensaio da Cores de 1666 ele já possuía os prismas.


O que isto implica para nós? 1º. É evidente que os prismas eram comprados em

feiras comerciais, relativamente baratos para o projeto newtoniano de uma filosofia natural prática.

2º. Era claro para ele que a qualidade e o preparo dos prismas era importante, mas ele não deixa isso em detalhes no seu artigo e para os experimentadores de Londres

1672 “quero informar-lhes que, sem maiores cerimônias, no início de 1666, adquiri um prisma triangular de vidro”. E mais adiante indica as dimensões e o poder de refração do vidro (valor que indicava ser incomum e possuir chumbo), devia ser transparente e incolor, e nenhuma especificações sobre o segundo prisma.


Nos experimentos destinados a demonstrar que os raios não compostos não podiam ser modificados – Newton não deu nenhuma “receita”de como proceder.

As técnicas eram especiais e diferenciadas no manejo dos prismas.

“A maneira de fazer estas novas separações (dos raios coloridos por um segundo prisma) não há de ser difícil para quem considerar as leis das refrações”- exatamente o objeto da disputa!


A carreira posterior do experimentum crucis de Newton e as interpretações detalhadas de seu autor e seus críticos mostram como era vulnerável a “obviedade” da exposição de Newton e como eram importantes as “dificuldades” de seus instrumentos.

Os prismas de Newton e suas plateias (1670-1672)

1672 – Nas suas primeiras publicações escritas, serviu-se de seus experimentos prismáticos descritos em suas aulas lucasianas em Cambridge. O contraste entre estas aulas e a versão que Newton liberou para seu público ajuda a revelar como ele procurou convencer a plateia.

Pouquíssimos destes experimento foram resumidos para a Royal Society na década de 1670. Nas aulas, nenhum experimento parecia ser significativo e pareciam precisar de equipamentos e técnicas especiais.

Mas nas comunicações com seus colegas experimentadores, fez o experimentum crucis e eliminou a maioria dos detalhes sobre seus métodos.


Em parte alguma nas versões anteriores de sua palestras, Newton forneceu uma demonstração clara de sua doutrina da imutabilidade da cor exibida pelos raios “primários”.

Não houve nenhum experimento crucial nas suas palestras.

Enquanto enriquecia as possíveis táticas dos experimentos prismáticos, também abordou o problema da qualidade e do modelos dos prismas.

Estes instrumentos deveriam demonstrar uma teoria nova e complexa sobre a origem da cor.


As cores não eram geradas no interior do prisma, as refrações decompunham a luz. Esta lei não poderia ser sustentada se os prismas apresentassem impurezas ou defeitos e fossem a causa da dispersão. E tinham de ser capazes de separar os raios “primários”.

Ele identificou três dificuldades nos prismas comuns: seus ângulos reduzidos, sua capacidade refrangente e, o mais importante, o fato de muitos conterem bolhas e riscos – por isso dizia que fazia seus próprios prismas com pedaços de espelhos, ou lâminas de vidro polido de ambos os lados, enchidos com água límpida (os vidros tinham um toque de cor – verde ou amarelo).


Repetiu suas recomendações na 6ª. aula, ao discutir reflexão interna total. Parte de seu trabalho centrou-se na maneiras de determinar se os prismas funcionavam adequadamente. Somente assim poderiam confirmar sua nova doutrina. Para convencer o público, deveria primeiro convencê-los a usar os prismas corretamente.

Tarefa problemática na década de 1670. Havia ambiguidades nas lições que Newton tirava de seus experimentos.

No 44º experimento (1666) havia deduzido duas consequências importantes:


Primeiro: que os raios produtores de azul eram mais refratados que os raios produtores de vermelho.

Segundo: que esses raios não podiam ser divididos em outras cores.

Mas na década de 1670, essas duas consequências foram separadas. Especialmente a segunda não era fácil de reproduzir, até mesmo na sua 6ª aula não demonstrou isso (1666), só o fazendo em 1674, numa edição revista.

Escrevendo em meio a suas disputas com seus críticos, ele admitiu que “o experimento com dois prismas ainda não está perfeito sob todos os aspectos”.


Nesse experimento, um raio produtor de vermelho, não refrata se o segundo prisma estiver transversal ao primeiro, só refrata se o segundo prisma estiver paralelo ao primeiro (tons de amarelo). Isto parece contestar a doutrina fundamental da imutabilidade das cores de Newton.

Para evitar as críticas, mudou o protocolo do experimento – sugeriu um orifício menor possível, e várias refrações seguidas e não apenas duas.

Esta foi a estratégia usada por Newton na publicação do Óptica anos depois (1704).


As diferenças de apresentação fomentaram disputas entre Newton e suas plateias.

No artigo a Oldenburg (1672), escolheu alguns de seus primeiros experimentos, escreveu sua biografia, omitiu detalhes importantes.

O Experimentum Crucis foi uma forma simplificada e resumida de um grande número de experimentos expostos na 3ª. e na 6ª aulas de Cambridge – onde Newton extrai as refrangibilidades diferentes,e não a imutabilidade da cor.

Mas em outras partes do artigo defende a imutabilidade.


1673 –Em maio disse a Huygens (por carta ou artigo) que havia fornecido detalhes suficientes “àqueles que sabem examinar se uma cor é simples ou composta” e em junho disse que a proposição da imutabilidade “poderia ainda ser demonstrada por experimentos demasiadamente longos para serem descritos.”

Isso fazia parte de seu esforço de ganhar aceitação para sua nova doutrina. Portanto se os experimentos pudessem mostrar que a imutabilidade da cor era falsa, afirmavam eles (os críticos) que a sua doutrina cairia por terra.

Os prismas e os detalhes dos experimentos eram elementos fundamentais nessa disputa.

Os experimentadores debatem “as instruções do Sr. Newton” (1672-1678)

Reações variadas ao primeiro artigo de Newton: uns consideravam seu trabalho “dramático e convincente”.

Mas nem todos se convenceram. Essas diferenças evidenciam tecnologias e

filosofias experimentais contrastantes. Hooke reproduziu tretes com dois prismas,

mas negou seu papel decisivo. Newton também foi contestado por um grupo

de Jesuítas ingleses de Liége (Bélgica) – contestaram os pressupostos dos testes newtonianos e alguns de seus próprios experimentos


Os Jesuítas relataram que não haviam conseguido reproduzir o pretenso resultado do experimentum crucis, não houve acordo sobre como deveria ser o uso apropriado dos prismas.

Tampouco quanto à autoridade e ao significado do mesmo experimento.

Os críticos também contestaram o fato de que Newton afirmava que o experimentum crucis dispensava a realização de uma série de outros testes.

“Não é o número, mas o peso dos experimentos que se deve levar em consideração”.


Em 1677, Newton negou “haver usado o experimentum crucis para provar tudo”.

Hooke negou que este experimento provasse algo de decisivo: “não é o que ele assim denomina que resolverá a questão, pois o mesmo fenômeno é resolvido tanto por minha hipótese quanto pela dele”.

Na verdade Hooke deixou implícito que uma das falhas de Newton, era o número reduzido de experimentos relatados por ele em contrate com “as muitas centenas” de testes executados e descritos por ele mesmo (Hooke): não construiu uma hipótese “sem primeiro tentar algumas centenas de vezes.”


Hooke, Boyle e Seth Ward foram designados pela Royal Society para comentar o artigo de Newton em 1672.

Hooke também realizara um experimentum crucis em 1665, sem utilizar prismas, que a seu ver comprovava sua hipótese da cor. E os usou contra Descartes. Envolviam mica, películas finas e vidros cheios de líquidos de diversas cores.

Hooke e Newton usavam tecnologia experimentais diferentes e extraíam conclusões diferentes.


Hooke dizia que estes testes só podiam provar as diferentes refrangibilidades, mas não que haviam diferentes raios (cores) antes da luz branca passar pelo prisma.

Em 1675 Hooke fala que reproduziu os experimentos de Newton, mas nega que eram convincentes, e propõe sua teoria vibratória sobre a luz e a cor.

Ao final de 1675 Newton afirma que Hooke havia “acomodado sua hipótese a essa minha sugestão” da origem das cores. Por sua vez, Hooke acusa Newton de plagiar sua sugestão já feita no Micrografia.

As discussões de Newton e Hooke foram até 1678.


Em 1672 – os críticos jesuítas também debatem técnicas rivais e Newton se sente obrigado a fornecer mais detalhes do que seu artigo inicial e envia uma retificação à Oldenburg.

Em 1674 – Line e outros jesuítas mostraram como era difícil para Newton ganhar autoridade perante o público.

Em 1675 Newton recorre à Royal Society para que retificasse sua afirmação de que o Exp. C. fora replicado em Londres e que seria fácil de executar em qualquer lugar.

Em 1676 os Jesuítas conduziram seus próprios experimentos, perante testemunhas e que o resultado era conflitante – apenas uma diferença na posição do prisma poderia explicar (não relatada por Newton).


Em 1676 Newton dá mais detalhes, devido à estas discussões mais acirradas com os jesuítas, para que o experimento fosse reduplicado, em público, deixando implícito que os jesuítas eram deliberadamente incompetentes.

O experimento foi apresentado á Royal Society em abril de 1676, mas só convenceu Oldemburg. Os filósofos de Liége reagiram, não convencidos, menos Lucas que, escreve a Oldemburg que os experimentos de ambos (Liége e Royal Society) concordam, mas que diferem um pouco dos de Newton.

Continuando a refutar a doutrina de Newton, que ficou perplexo. Retirou-se da discussão em 1678 (p.12)


A controvérsia (p.13) Em 1676 – Lucas realiza o experimentum

crucis e obtém um resultado diferente de Newton, constata que os raios violetas depois da 2ª refração, exibiam raios vermelhos. Newton diz que não havia feito este experimento para provar as diferentes refrangibilidades de diferentes cores (mas em junho e 1672 havia afirmado isso), mas para provar que a luz era composta de raios diferentemente refrangíveis (sem considerar as cores).

Esta controvérsia demonstra um problema central da replicação e da instrumentação.


Estas discussões demonstram que o Status do Exp.C. era difícil de estabelecer.

A replicabilidade e o significado dependiam do estabelecimento deste emblema.

Os argumentos de Newton diante de Lucas e de Hooke eram: ou o experimento não era adequado ou os prismas não tinham boa qualidade.

Em 1676 Newton dá mais detalhes sobre como realizar o experimentum crucis: ângulos dos prismas, lados planos, diferenças no vidros, para tentar convencer Lucas (e outros) de que isso influenciava nas diferentes conclusões.


E em 1720 o status é estabelecido finalmente – a qualidade e o posicionamento dos prismas e a “luz refratada não muda de cor”. (p.15)

Em 1722, Newton preparou imagens para a edição francesa do Óptica, onde dava um lugar de honra aos prismas, que atestam a veracidade do fato incontestável da imutabilidade da cor.

Uma escolha infeliz de prismas”a conquista da transparência (1704 – 1722)

Duas versões da história (p.15): 1 – Dos que aceitaram o caráter emblemático

do Exp.C. e dos prismas – produziram uma história que explica pq. o experimento e os instrumentos não convenciam os críticos

2 – Dos textos populares (Voltaire, Algarotti) – afirmam que quem não conseguia reproduzir o Exp.C. não foram felizes na escolha dos prismas, e desconsideraram os ensaios divergentes.


Em 1703 – Hooke morre e Newton assume a presidência da Royal Society e produz o Óptica(1704) e afirma que qqr. experimento de ótica, se executado com os prismas certos, garantiria a veracidade de sua doutrina.

Em Londres o prisma havia se tornado um instrumento “transparente”. Uma conquista dele e seus aliados.

Exige uma reconstrução pública dos registros das controvérsias da óptica – que implicou a exposição pública de novas técnicas e uma reinterpretação das falhas anteriores na reprodução de suas afirmações.


Á medida que Newton domina os recursos fundamentais da filosofia experimental, a óptica newtoniana adquire uma história disciplinar e uma tecnologia padronizada.

A publicação do Óptica(1704) foi um evento chave neste processo (foi composto durante a década de 1690).

O exame de suas partes iniciais mostra como o autor reconstruiu seus experimentos de modo a impor sua autoridade na comunidade experimental.


Mariotte – década de 1670 – desenvolve uma teoria da luz presumindo que a cor dos raios luminosos poderiam ser alteradas na refração, refutando a teoria de Newton.

Era citado por Leibnitz como tento feito uma contestação importante da teoria de Newton.

Nem Mariotte nem Lucas foram mencionados no Óptica, apenas uma leve menção de Hooke, nem usou o termo experimentum crucis.

Newton desloca o peso de sua argumentação para a constância da cor e para a descrição e colocação dos instrumentos utilizados.


Posicionamento de uma lente á frente do primeiro prisma, tipos de vidros – livres de bolhas e veias – planos e não convexos, polidos criteriosamente (não utilizar potéia), as bordas deveriam ser cobertas com papel preto, disse que fazia seus primas com espelho cheios de água da chuva com sais de chumbo para aumentar a refração, não usar vidros coloridos, só os transparentes.

Detalhes nos ângulos dos prismas e sobre os líquidos só foram anotados em seu exemplar – mais uma vez alterações na forma de manejar os instrumentos.

Estava preparado o terreno para firmar que os experimentos que não desses certo é pq não usavam prismas corretos, indicados por ele.


Newton valeu-se de seu poder na Royal Society contra seus críticos e faz uma campanha a favor dos prismas ingleses, que supostamente eram de melhor qualidade.

Como afirmou Steven Shapin, foi uma campanha de repercussões políticas importantíssima.

Afirmação dos experimentos de Londres 1707 – Leibniz soube do interesse francês pelo

Óptica e aconselha os mesmos a reproduzirem os experimentos do relatório de Mariotte.

No mesmo instante, Newton manda reproduzir os experimentos do Óptica, publicamente.


A guerra recomeça agora com Leibnitz, que resolve publicar sua idéias sobre Mariotte no Jornal de Leipzig.

1714 – Newton orienta o experimentador oficial da RS a mostrar que as cores não compostas podiam ser reproduzidas, que os instrumentos de Mariotte eram falhos e que Leibnitz estava errado.

Desaguilier (o experimentador) teve que abordar o tema replicabilidade tinha que apresentar experimentos da década de 1670, e não poderia usar um número excessivo de experimentos com o novo protocolo do Óptica. E vai a Newton para pedir ajuda sobre o que fazer.


Newton ajuda Desaguilier escrever um artigo que enfatizou que os relatórios produzidos anteriormente eram suficientes; que havia seguido as instruções publicadas por Newton no Óptica. Desaguilier também admitiu que eram necessárias muitas informações novas para que os experimentos fossem replicados com sucesso

Reconheceu também que a técnica só foi publicada em 1704, por isso Lucas e Mariotte não obtiveram sucesso.

Desaguilier também reconstrói o Exp.C. numa combinação de outros dois e acrescenta muitos detalhes novos: vidros verdes e uma lente.


Após um ensaio em casa, faz o experimento perante a RS e perante filósofos visitantes (Alemanha, França e Itália) que os replicaram em outros lugares.

2 consequências disso: 1 –Mostrou que Mariotte falhou porque seus

instrumentos eram ruins 2 – Afirmou que todo experimentador deveria usar

prismas de Londres. Quando os filósofos vinham a Londres buscar os

prismas, Newton aproveitava para convencê-los dessa nova prática.

Primeiro obteve o consenso sobre a doutrina da imutabilidade as cores e depois definiu os bons prismas para obter estes resultados.

Referências SCHAFFER, S. Trabalhos com vidros. In:

COHEN, B. & WESTFALL, R. Newton: textos, antecedentes, comentários. Rio de Janeiro: Contraponto, 2002. (p.250-269 + ficha catalográfica)

Newton transforma os usos do prisma de vidro

Education

Transcript of Newton transforma os usos do prisma de vidro