Isaac Newton: história, descobertas e curiosidades

Por que uma bola cai, a Lua permanece em órbita e um foguete consegue avançar no espaço? Essas perguntas parecem distantes, mas estão conectadas por uma das maiores realizações da história da Física: a obra de Isaac Newton.

Newton ajudou a mostrar que os movimentos na Terra e no céu podiam ser estudados com as mesmas leis. Também transformou a investigação da luz e participou da criação de uma ferramenta matemática essencial: o cálculo.

Sua trajetória, porém, vai além das descobertas dos livros escolares. Ele enfrentou disputas, guardou pesquisas por anos e dedicou enorme esforço a projetos que não tiveram o sucesso de sua Física. Conhecer esse Newton mais completo ajuda a entender tanto sua importância quanto a maneira como a ciência se desenvolve.

Isaac Newton contribuiu para o estudo do movimento, da gravitação e da luz, além de se dedicar à alquimia.

A infância e o caminho até Cambridge

Isaac Newton nasceu em Woolsthorpe, uma comunidade rural inglesa, em 4 de janeiro de 1643, pelo calendário gregoriano, utilizado hoje no Brasil. Algumas biografias registram 25 de dezembro de 1642: era a data no calendário juliano, adotado na Inglaterra naquele período.

Seu pai morreu antes de seu nascimento. Quando a mãe se casou novamente, Newton ficou aos cuidados da avó materna. Mais tarde, estudou em Grantham, onde se hospedou na casa de um boticário — profissional que preparava medicamentos —, ambiente que favoreceu seu interesse por substâncias e experimentos.

Sua formação quase tomou outro rumo: ele foi retirado da escola para aprender a administrar a propriedade da família. A experiência não deu certo. Com o apoio de pessoas que reconheceram sua capacidade para os estudos, retornou à escola e se preparou para a universidade. ¹

Em 1661, ingressou no Trinity College, em Cambridge. Ali estudou autores anteriores e contemporâneos, incluindo trabalhos de Descartes e de matemáticos que investigavam curvas, áreas e movimentos.

Isso ajuda a corrigir uma imagem comum: Newton não começou do zero. Sua originalidade cresceu a partir de muita leitura, anotações, problemas e tentativas de desenvolver métodos próprios. Em 1669, assumiu a cátedra lucasiana de Matemática em Cambridge, sucedendo Isaac Barrow. ²

A peste e os anos de descobertas

Em 1665, uma epidemia de peste interrompeu as atividades universitárias. Newton voltou a Woolsthorpe e passou grande parte do período até 1667 trabalhando longe de Cambridge.

Ainda com pouco mais de 20 anos, avançou em matemática, óptica e questões relacionadas à gravidade. Esse período costuma ser apresentado como uma fase extraordinária de criatividade. ¹⁸

Mas as descobertas não apareceram prontas. Os estudos sobre gravitação, por exemplo, exigiram cerca de duas décadas de desenvolvimento até a formulação madura publicada nos Principia. Seus manuscritos mostram cálculos, revisões e experimentos, além de trocas com outros pesquisadores. ^{1, 3}

Para quem estuda Física, essa é uma informação valiosa: até uma ideia brilhante precisa ser trabalhada para se transformar em uma explicação confiável.

A maçã caiu mesmo na cabeça de Newton?

A história mais famosa de Newton tem uma base documental, mas recebeu enfeites ao longo do tempo.

William Stukeley registrou uma conversa na qual Newton, já idoso, teria contado que observar uma maçã cair o levou a pensar sobre a gravidade. O relato aparece em uma biografia manuscrita de 1752, preservada pela Royal Society.

Isso não comprova todos os detalhes do episódio, ocorrido muitas décadas antes. E o relato não sustenta a versão popular de uma maçã atingindo sua cabeça e produzindo uma descoberta instantânea. ⁴

O interesse da história está na pergunta que ela representa: a atração que faz um objeto cair também poderia alcançar a Lua?

Representação artística de Isaac Newton sentado sob uma macieira, com uma maçã em queda ao lado e a Lua no céu.

A história da maçã simboliza a conexão entre a queda dos corpos e o movimento da Lua. Representação artística.

Observar uma queda era algo comum. Relacionar esse acontecimento ao movimento de um corpo celeste e construir uma explicação matemática para ambos era um desafio muito maior.

As descobertas que mudaram a Física

As três leis do movimento

Publicados em 1687, os Princípios Matemáticos da Filosofia Natural, conhecidos pelo título latino Principia, reuniram as leis do movimento e a teoria da gravitação em uma estrutura matemática poderosa.

A publicação contou com o incentivo e o financiamento de Edmond Halley, o astrônomo associado ao cometa que leva seu nome. Até uma obra tão ligada a um único autor precisou da participação de outras pessoas para chegar aos leitores. ²

Primeira lei — Lei da inércia: em um referencial inercial, um corpo mantém sua velocidade se a força resultante sobre ele for nula. Isso inclui permanecer parado.

Quando um ônibus freia, seu corpo tende a conservar o movimento que tinha. O cinto exerce a força necessária para reduzir sua velocidade junto com o veículo. ²⁰

Veja uma análise da inércia em situações do cotidiano

Segunda lei - Lei Fundamental — relação entre força e aceleração: para massa constante, podemos escrever:

Fᵣ = m · a

A força resultante determina a aceleração. Sob a mesma força resultante, um carrinho vazio acelera mais do que um carrinho carregado.

Terceira lei — Lei da ação e reação: quando dois corpos interagem, exercem forças de mesma intensidade e sentidos opostos um sobre o outro.

Ao caminhar, seu pé empurra o chão para trás, e o chão exerce uma força para a frente sobre você. As forças do par atuam em corpos diferentes; por isso, não se anulam na análise das forças sobre uma única pessoa. ⁶

Pratique as leis de Newton com questões da UFRGS

A gravitação universal

A contribuição de Newton não foi perceber que os objetos caem: isso já era conhecido. Seu avanço foi construir uma lei de atração entre massas capaz de explicar fenômenos terrestres e astronômicos.

Para duas partículas, a intensidade da força gravitacional é representada por:

F = G · m₁ · m₂ / r²

Nessa expressão, G é a constante gravitacional, m₁ e m₂ são as massas e r é a distância entre elas. A mesma forma vale para corpos esféricos com distribuição esfericamente simétrica, sem sobreposição, usando a distância entre seus centros.

Mantidas as massas, dobrar a distância reduz a força a um quarto. ²⁰

A teoria permitiu compreender as órbitas descritas pelas leis de Kepler e estudar fenômenos como o movimento dos cometas e as marés. Sua força estava em reunir acontecimentos muito diferentes sob uma mesma explicação. ⁷

A Lua, por exemplo, está continuamente sendo acelerada pela gravidade terrestre. Sua velocidade lateral faz com que permaneça em órbita: podemos imaginar que ela está sempre “caindo”, enquanto sua trajetória acompanha a curvatura da Terra.

Entenda por que os astronautas flutuam no espaço

A luz branca e as cores

Newton também investigou o que acontece quando a luz solar atravessa um prisma.

Em vez de aceitar que o vidro simplesmente produzia as cores, realizou experimentos para examinar a composição da luz. Seus resultados sustentaram que a luz branca reúne componentes que podem ser separados porque sofrem desvios diferentes no prisma.

Ele também mostrou que era possível recombinar componentes do espectro e obter luz branca. Uma cor selecionada, ao atravessar outro prisma, não se dividia novamente em todas as demais.

O valor do trabalho estava no conjunto de testes: Newton alterava condições, comparava resultados e investigava explicações alternativas. Não bastava observar uma faixa colorida na parede. ⁸

O cálculo e o estudo das mudanças

Newton e Gottfried Wilhelm Leibniz desenvolveram, de maneira independente, métodos que estão na origem do cálculo diferencial e integral.

O cálculo permite estudar taxas de variação e acumulações. Em Física, ajuda a relacionar posição, velocidade e aceleração, além de tratar movimentos que não cabem apenas nas equações mais simples do ensino médio.

Newton chamou parte de seu método de “fluxões”. Leibniz publicou seus resultados antes e desenvolveu uma notação que se tornou muito influente.

A disputa sobre a prioridade se tornou amarga, mas atribuir o cálculo exclusivamente a Newton apaga a contribuição independente de Leibniz e os trabalhos de outros matemáticos que prepararam esse caminho. ¹⁹

Por que tantas pessoas o consideram o maior cientista da história?

Não existe um ranking científico oficial que resolva essa pergunta. A resposta depende do critério: originalidade, impacto, amplitude das descobertas ou influência sobre as gerações seguintes.

Ainda assim, há razões fortes para Newton aparecer entre os primeiros nomes.

Ele unificou problemas antes tratados separadamente. Sua mecânica conectou o movimento de objetos próximos de nós ao movimento dos astros.

Contribuiu profundamente para várias áreas. Sua importância reúne mecânica, gravitação, óptica e matemática. Não se resume a uma única descoberta.

Ajudou a tornar as explicações quantitativas. Uma teoria ganha poder quando permite calcular o que deve acontecer e comparar o resultado com observações. A obra de Newton tornou esse caminho especialmente produtivo. ^{7, 8}

Sua influência atravessou séculos. As leis newtonianas continuam fundamentais para estudar inúmeras situações de engenharia e movimento, dentro de suas condições de aplicação. ⁶

Por esses critérios, considerá-lo um dos maiores cientistas é uma avaliação bem fundamentada. Chamá-lo de “o maior” continua sendo um julgamento histórico, que também depende de como comparamos contribuições muito diferentes.

Um pesquisador brilhante e um colega difícil

Newton podia ser reservado e reagir duramente às críticas. Suas relações com Robert Hooke e Leibniz envolveram disputas sobre ideias, reconhecimento e prioridade.

Na controvérsia do cálculo, atuou contra a reputação de Leibniz, convencido de que o rival havia se apropriado de seu trabalho — acusação que não faz justiça ao desenvolvimento independente realizado pelo matemático alemão.

Também existem registros de generosidade e hospitalidade. Reduzi-lo a um personagem sempre hostil seria outra simplificação.

Em 1693, passou por uma crise pessoal documentada em cartas, com insônia intensa e desconfiança de amigos. Os documentos permitem reconhecer o sofrimento, mas não estabelecer com segurança um diagnóstico médico atual. ⁹

Sua capacidade intelectual não o tornava imune a conflitos ou erros de julgamento.

Curiosidades que revelam outros lados de Newton

Ele construía instrumentos

Newton não se limitava às demonstrações matemáticas. Construiu um telescópio refletor funcional, usando espelho para formar a imagem e contornando o problema das franjas coloridas produzidas pelas lentes.

O instrumento chamou a atenção da Royal Society e ajudou a divulgar seu trabalho. ¹⁸

Trabalhou investigando falsificadores de moedas

Em 1696, assumiu o cargo de Warden da Casa da Moeda inglesa. Tornou-se Master em 1699 e permaneceu na instituição até morrer.

Participou da grande operação de recunhagem de moedas, examinou questões de peso e pureza dos metais e investigou falsificadores. Há registros de entrevistas conduzidas por ele com criminosos e informantes. ¹⁰

Fez experiências perigosas com a própria visão

Seus registros ópticos incluem observações diretas do Sol e experiências envolvendo pressão sobre o olho para investigar sensações luminosas.

Esses procedimentos colocavam sua visão em risco e não devem ser reproduzidos. Hoje, esse episódio também permite discutir por que a segurança faz parte da boa prática experimental. ¹¹

Estudava religião com enorme dedicação

Newton escreveu extensamente sobre textos bíblicos, história da Igreja e profecias. Suas convicções religiosas divergiam de doutrinas oficiais de seu ambiente, especialmente em relação à Trindade, e muitas permaneceram privadas.

Para entender sua trajetória, precisamos lembrar que as fronteiras entre filosofia natural, religião e outros campos eram diferentes das atuais. ¹²

As ideias de Newton que não seguiram o mesmo caminho de sucesso

Nem tudo o que Newton investigou se transformou em conhecimento aceito. Mas é preciso distinguir uma hipótese contrariada por experimentos, um projeto sem resultado comprovado e uma teoria bem-sucedida com limites.

A alquimia e a transformação dos metais

Newton dedicou cerca de três décadas à alquimia. Seus documentos incluem aproximadamente um milhão de palavras escritas ou transcritas sobre o tema, além de registros de laboratório.

Entre os objetivos dos alquimistas estava descobrir processos de transformação dos metais, associados à busca da pedra filosofal.

Newton não demonstrou um método alquímico capaz de transformar metais comuns em ouro. Ainda assim, seria inadequado imaginar que toda a atividade consistia em fantasia: ela também envolvia fornos, destilações, substâncias e procedimentos experimentais.

Naquele contexto, alquimia e o que hoje chamamos de química ainda tinham fronteiras pouco definidas. O projeto não alcançou suas grandes promessas, mas fazia parte do ambiente de investigação da matéria em que Newton trabalhava. ¹³

O modelo corpuscular clássico da luz

Newton favoreceu uma interpretação da luz baseada em corpúsculos. Esse modelo ajudava a tratar alguns fenômenos, mas encontrou dificuldades que a abordagem ondulatória enfrentou melhor.

Uma diferença testável envolvia a velocidade da luz: a interpretação corpuscular clássica da refração previa luz mais rápida na água do que no ar. No século XIX, experiências mostraram o contrário.

A Física quântica posteriormente introduziu os fótons, mas eles não equivalem às pequenas partículas clássicas imaginadas nessa explicação. A existência dos fótons não torna correto todo o modelo newtoniano da luz. ¹⁴

Seu trabalho sobre a composição da luz branca permaneceu valioso, mesmo com a revisão das ideias sobre a natureza da luz.

A busca por uma sabedoria original perdida

Newton também acreditava que povos antigos haviam conhecido verdades profundas sobre a natureza, depois preservadas de maneira disfarçada em mitos e práticas religiosas.

Chegou a interpretar monumentos como Stonehenge dentro dessa busca por uma religião original associada a conhecimentos sobre o Universo.

Essas interpretações não se estabeleceram como uma reconstrução histórica comprovada. Elas mostram como Newton podia combinar a investigação de documentos com pressupostos religiosos e tentativas de encontrar uma unidade por trás de tradições distintas. ¹⁵

E a história do fim do mundo em 2060?

Newton realmente registrou cálculos religiosos envolvendo o ano de 2060. Porém, dizer que ele “provou cientificamente a data do fim do mundo” distorce o conteúdo.

Os cálculos vinham de interpretações de profecias bíblicas, e não de sua teoria da gravitação. Em um dos registros, ele tratou 2060 como uma data antes da qual determinado período não terminaria, admitindo que o término poderia acontecer depois.

Além disso, sua interpretação envolvia uma transição religiosa e o início de uma nova era, não simplesmente a destruição física do planeta.

Essa era uma especulação teológica, sem validação como previsão científica. Também não deve ser apresentada como uma previsão já refutada apenas porque ainda não chegamos à data. ¹⁶

Einstein mostrou que Newton estava errado?

A relatividade mostrou que a mecânica e a gravitação newtonianas não descrevem todas as situações com a mesma precisão.

Entre os limites da gravitação de Newton está sua incapacidade de explicar completamente o avanço do periélio de Mercúrio — a mudança gradual na direção do ponto de sua órbita mais próximo do Sol. A relatividade geral explicou a diferença que permanecia. ¹⁷

Isso não tornou a mecânica newtoniana inútil. Para muitos movimentos cotidianos, com velocidades muito menores que a da luz e nos regimes em que seus efeitos relativísticos podem ser desprezados, ela fornece resultados excelentes.

É diferente do fracasso de uma promessa alquímica. Aqui temos uma teoria muito bem-sucedida cujo campo de aplicação foi delimitado por uma teoria mais abrangente.

Os últimos anos e o legado

Newton presidiu a Royal Society a partir de 1703, publicou Opticks em 1704 e recebeu o título de cavaleiro em 1705. Morreu em Londres em 31 de março de 1727, no calendário gregoriano, aos 84 anos, e foi sepultado na Abadia de Westminster. ^{2, 18}

Sua trajetória deixou descobertas duradouras e caminhos abandonados. Os dois fazem parte da história.

Ao estudar Newton, vale guardar essa ideia: uma explicação precisa ser avaliada pelas evidências e pelos resultados que produz, mesmo quando seu autor é um dos maiores nomes da ciência.

E você: o que mais impressiona nessa trajetória — conectar a Terra ao céu, investigar as cores ou perceber que até Newton tinha ideias que precisavam ser corrigidas?