Introdução
A energia é um conceito central da física e da engenharia. Ao longo da história, filósofos, cientistas e engenheiros observaram que todo sistema energético está sujeito às leis da dinâmica. Uma das mais conhecidas é a Terceira Lei de Newton, formulada em 1687:
“Para toda ação, há sempre uma reação oposta e de igual intensidade.”
O pesquisador inglês Sir Isaac Newton (1643–1727), autor dos “Principia Mathematica”, formulou a Terceira Lei do Movimento observando a natureza.
Essa lei não é apenas um pilar da mecânica clássica, mas uma chave para compreendermos como a ENERGIA se manifesta e se redistribui em sistemas interativos.
O Relojoeiro e a Longitude: Sincronização Involuntária
No século XVIII com o avanço da navegação marítima, conhecer a posição exata do navio em alto mar era um problema de difícil solução. O Governo Britânico oferecia um prêmio de 20.000 libras a quem descobrisse uma forma confiável e precisa de determinação da longitude.
Sabia-se que as horas eram a base do cálculo desta distância, mas não havia relógios que oferecessem as horas precisas e todos eles (relógios de pêndulo) precisavam ser ajustados diariamente pois atrasavam ou adiantam muito, situação crítica em alto mar pois o balançar do navio, os ventos, o calor e a variação da força da gravidade influenciavam o balançar do pêndulo.
O relojoeiro inglês John Harrison (1693-1776) desejando ganhar o prêmio oferecido pelo governo, fez várias experiências instalando não um, mas vários relógios em partes do navio na expectativa de obter marcações precisas das horas. Entretanto as experiências de tentar obter as horas precisas resultavam em fracasso pois os pêndulos, a princípio oscilando de forma independente, passavam, depois algum tempo, a oscilarem de forma sincronizada, na mesma frequência. Imaginando que esta sincronização era devido à ação do vento, John tentou eliminar as influências colocando paineis entre os relógios, mas, mesmo assim, os relógios entravam em sincronia. Só descobriu que esta sincronia deixava de existir quando os relógios eram instalados em locais distantes um do outro.
Depois de muitos anos de pesquisa, desenvolveu um mecanismo dotado de 2 pêndulos oscilantes e com isso ganhou o prêmio oferecido pelo Governo Britânico.
Embora a história clássica fale dos avanços técnicos feitos por John e outros cientistas, uma observação curiosa foi relatada por cientistas posteriores: quando dois relógios de pêndulo eram instalados numa mesma viga, eles acabavam oscilando em sincronia depois de algum tempo.
Veja o que acontece com um dos pêndulos, que na posição mais alta, exerce uma força FH, embora pequena, no suporte onde o pêndulo está preso e essa pequena força é transmitida para o outro pêndulo preso na mesma viga.
Esse fenômeno de acoplamento mecânico é um exemplo claro de “reação”: um sistema influencia o outro através da estrutura comum. A energia de oscilação de um pêndulo afeta o outro, demonstrando o princípio de interação mútua.
Diversas experiências práticas realizadas com metrônomos comprovam esse efeito e dezenas de metrônomos colocados sobre uma bandeja, todos oscilando independentemente, passam, depois de um certo tempo a oscilarem de forma sincronizada.
A Ponte Millennium: Pessoas Influenciadas Pela Estrutura
Em 2000, foi inaugurada em Londres a ponte Millennium, projetada exclusivamente para pedestres.
No dia da inauguração, um fenômeno inusitado ocorreu: a ponte começou a oscilar lateralmente conforme os pedestres caminhavam.
Inicialmente, acreditava-se que o problema era causado pelo vento como o desastre da ponte Tacoma Narrows em 1940 nos EUA. Então à vista do risco de desabamento a ponte foi interditada.
Nas semanas que se seguiram, engenheiros desenvolveram uma série de experiências e constataram que o fenômeno só ocorria quando havia pedestres caminhando pela ponte não havendo nenhuma relação com o vento. Fizeram experiências controladas com quantidades
crescente de pedestres e constataram que o fenômeno só aparecia a partir de uma certa quantidade de pessoas e, surpreendentemente constataram também um fenômeno “mágico” em que grande parte dos pedestres andavam na mesma sincronia dos passos.
Daí associaram as conclusões feitas pelo relojoeiro John Harrison e concluíram que era a ponte, oscilando numa determinada frequência, induziam nos pedestres a caminharem (é intuitivo a gente imprimir uma força contrária quando o piso tende a se deslocar num sentido) na mesma frequência da ponte.
Outra constatação: A oscilação máxima da ponte ocorre quando a frequência dos passos é exatamente a metade da frequência natural da ponte.
Esse é um caso clássico de realimentação dinâmica: a estrutura influencia os usuários, que por sua vez influenciam a estrutura. A energia das passadas humanas gera uma “reação” na ponte, que retorna como estímulo oscilatório.
A ponte foi posteriormente equipada com amortecedores e reaberta em 2002.
Conclusão: Energia é Interação
Esses dois exemplos ilustram uma ideia essencial para engenheiros: energia é o resultado de interações. O princípio da ação e reação não se limita ao choque de corpos ou à aceleração dos veículos num viaduto ou no balançar das piscinas individuais em apartamentos de prédio altos. Ele está presente na dinâmica de estruturas, em sistemas sincronizados e em comportamentos coletivos inesperados.
Portanto, propomos aqui a equação simbólica:
Energia = Ação + Reação
Essa visão holística permite avançar na compreensão de sistemas complexos. Ao reconhecer que todo efeito tem uma contrapartida, que toda energia se manifesta por interações, preparamos o terreno para inovações mais seguras, eficientes e integradas.
Fica aqui um aleta para os projetistas de estruturas de prédios cada vez mais altos, de pontes e viadutos cada vez mais altos onde trafegam veículos cada vez mais pesados de que não só os ventos, mas também as pessoas e a trepidação dos veículos agindo em conjunto podem encontrar situações sincronizantes que mesmo em pequenos valores na soma das forças possam atuar de forma crítica na segurança e estabilidade das estruturas.
São Paulo, 29 de junho de 2024