a expansão das ciências naturais e das engenharias em 2001

A EXPANSÃO DAS CIÊNCIAS NATURAIS E DAS
ENGENHARIAS EM 2001
Abraham Zakon1, Mordka Szajnberg2 e Jorge Luiz do Nascimento3
Universidade Federal do Rio de Janeiro1
Universidade do Estado do Rio de Janeiro2
Depart. Processos Inorgânicos
Instituto de Física
Escola de Química - Centro de Tecnologia, Telefone: 0XX-21-568. 2914
Bloco E – Sala 206 - Ilha do Fundão
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21949-900 I- Rio de Janeiro, RJ
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Universidade Federal do Rio de Janeiro3
Departamento de Eletrotécnica
Escola Politécnica - Centro de Tecnologia,
Bloco H – Sala 227 – Ilha do Fundão
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21 – 562.8016
Fax: 0XX – 21 - 562-8017
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Resumo: As Engenharias (resultantes da conjunção da Física, Matemática, Geologia, Química e
Biologia) reconfiguram-se como atividades criadoras de metodologias, engenhos e tecnologias. O
desenvolvimento da Física impulsionou a expansão das demais Ciências Naturais. A Física
Clássica sustentou os ramos consagrados da Engenharia (Civil, Mecânica, Elétrica, Química,
Metalúrgica e Minas), porém, o elenco de habilitações na área da Engenharia continua crescendo.
A Física Moderna catalisou a geração de novos materiais e especialidades, p. ex., Engenharia e
Arquitetura Molecular e forneceu meios para identificar fenômenos e substâncias nas Ciências
Aeroespaciais, Geociências e de Meio Ambiente. A nova disciplina Ciência da Gestão fortaleceu a
necessidade de redimensionar o ensino das Ciências Naturais para todas as Engenharias,
expandindo-se a duração dos seus ciclos básicos de graduação de dois para três anos. Sugere-se
adotar o ensino da Física Clássica em dois anos e da Física Moderna em mais um ano. A expansão
das Engenharias contempla as áreas reconhecidas pela Academia Brasileira de Ciências:
Matemáticas, Físicas, Químicas, da Terra, Biológicas, Biomédicas, da Saúde, Agrárias, da
Engenharia e Humanas. Os desafios são: 1o - readequar o tempo real de graduação dos novos
engenheiros; 2o - substituir ou incluir matérias curriculares, 3o - preparar o aluno para o exercício
profissional com ética e legalidade; 4o - habilitá-lo a atuar em tarefas ou problemas inter e
multidisciplinares e interagir com outros profissionais, o meio ambiente e a sociedade.
Palavras-chave: Ciências Naturais, Expansão das Engenharias, Físicas
1.
A NECESSIDADE DE ESCLARECER O ÓBVIO APARENTE
Os mistérios do Universo e da Vida estão sendo decifrados à medida em que se expandem os níveis de
profundidade e de amplitude dos conhecimentos das Ciências Naturais, que resultam em novos limites, fronteiras,
interfaces e vértices científicos e tecnológicos. Nos últimos 40 anos o ensino das Ciências naturais recebido pelos atuais
docentes universitários e alunos foi diferente em decorrência da sua evolução. A falta de uma visão ampla –
conjuntural, histórica e sequencial - da evolução do pensamento científico transtorna ou impede o aprendizado
adequado de todos aqueles que nutrem, pelo menos, a curiosidade em compreender os mistérios desvendados e por
decifrar do Universo. Tais conhecimentos eram, nos tempos passados, atribuídos ao grupo das Ciências Naturais, ou
eram discutidos pelos defensores e opositores da Filosofia Natural. Essa falta de visão ampla ainda provoca frustrações
em estudantes recém-admitidos nas universidades que leva muitos alunos de cursos universitários a evadir-se de cursos
de Ciências Exatas e a buscar outras alternativas para serem felizes. Por outro lado, é necessário orientar a atuação e a
formação dos profissionais de Engenharia para que possam trabalhar integrados entre os resultados das pesquisas e as
demandas de mercado, respeitando a sustentabilidade intrínseca à sobrevivência da Humanidade. Tornou-se necessário
redimensionar o ensino das Ciências Naturais para todos os cursos de Engenharia, expandindo-se a duração dos seus
ciclos básicos de graduação de dois para três anos. O desafio que se afigura consiste em: 1 o - readequar o tempo real de
graduação dos novos engenheiros; 2o - substituir ou incluir matérias curriculares, 3o - preparar o aluno para o exercício
profissional com ética e legalidade; 4o - habilitá-lo a atuar em tarefas ou problemas inter e multidisciplinares e interagir
com outros profissionais, o meio ambiente e a sociedade.
2.
A INTEGRAÇÃO DE CONHECIMENTOS CONSAGRADOS E INOVADORES
O Princípio da Complementariedade, estabelecido por Niels Bohr (pioneiro da Teoria da Estrutura Atômica)
estabelece que o mundo físico (real) apresenta-se na forma de quadros complementares diversos, onde nenhum é de
per si completo, sendo todos estes quadros essenciais para nossa compreensão total. Assim, ambos os quadros de
ondas e de partículas são necessários para compreender-se tanto o elétron quanto o fóton. Assim, o Principio da
Correspondência ou da Complementariedade, formulado no contexto da Teoria Quântica, assegura que quando surge
uma teoria nova, válida ou generalizada para uma área afim, as predições desta recente devem ficar em concordância
com a antiga ou velha nas regiões sobrepostas onde ambas as teorias são aplicadas. Esse princípio não impede a
aquisição de novos conhecimentos e nem a evolução dos mesmos, estabelecendo apenas que pode ocorrer uma
continuidade construtiva entre todos os estágios de conhecimento científico, tecnológico, de engenharia e correlatos de
interesse da Humanidade. A Figura 1 apresenta uma tentativa de conectar a evolução da Física com os demais campos
científicos e a sua influência no desenvolvimento de tecnologias e no avanço das Engenharias.
As formas do conhecimento no Brasil tem sido congregadas pela Academia Brasileira de Ciências (embora não
divulgue definições específicas para cada área). São elas: Ciências Matemáticas, Físicas, Químicas, da Terra,
Biológicas, Biomédicas, da Saúde, Agrárias, da Engenharia e Humanas (Figura 2). Segundo Espínola [1], as Ciências
Físicas, Químicas e Biológicas (e as da Terra ou Geociências) são campos intimamente ligados pelas leis fundamentais
da Física, possuindo bases e molduras matemáticas, porém, revelam características individuais de abordagem e de
abrangência. Outras áreas são expostas na Tabela 1.
Figura 1 – Uma visão resumida da evolução das Ciências Naturais e das Engenharias
FILOSOFIA
NATURAL
E
METAFÍSICA
CIÊNCIAS NATURAIS
Origem: Antiguidade
BIOLOGIA
FÍSICA CLÁSSICA
EMPÍRICA E DEDUTIVA:
MECÃNICA, ÓPTICA, TERMOLOGIA
ALQUIMIA
MEDICINA
FARMÁCIA
FÍSICA CLÁSSICA
CIENTÍFICA:
TERMODINÂMICA,
GRAVITAÇÃO,
ELETRICIDADE E
MAGNETISMO
GEOLOGIA
E
MINERALOGIA
MATEMÁTICA CLÁSSICA:
ARITMÉTICA, GEOMETRIA, TRIGONOMETRIA
ECONOMIA
ESTATÍSTICA
CÁLCULO
DIFERENCIAL
E INTEGRAL
CIÊNCIAS
HUMANAS:
LETRAS,
ARTES,
DIREITO,
ENGENHARIAS CIVIL E MILITAR
QUÍMICA DESCRITIVA:
GERAL, INORGÂNICA,
ORGÂNICA, ANALÍTICA E BIOQUÍMICA
QUÍMICA INDUSTRIAL
ENGENHARIAS
MECÂNICA, QUÍMICA, ELÉTRICA,
METALÚRGICA E MINAS
SOCIOLOGIA,
GEOGRAFIA,
ADMINISTRAÇÃO,
TEOLOGIA,
ESTRUTURAS
ATÔMICA E MOLECULAR
ANÁLISE QUÍMICA INSTRUMENTAL
ESPECTROSCÓPICA
FÍSICA MODERNA
QUÂNTICA
ENGENHARIAS
NUCLEAR, ELETRÔNICA,
AGRONÔMICA, FLORESTAL,
AERONÁUTICA, ESPACIAL
PRODUÇÃO
COMPUTAÇÃO
INFORMÁTICA
FÍSICA MODERNA
RELATIVÍSTICA
GESTÃO
ANÁLISE QUÍMICA INSTRUMENTAL
INFORMATIZADA
ENGENHARIAS MECATRÔNICA,
MOLECULAR, GENÉTICA E AMBIENTAL,
Tabela 1 – As divisões da Ciência segundo alguns dicionários (Ferreira [2]; Prado e Colaboradores [3]).
CIÊNCIAS
BIOLÓGICAS
CONTÁBEIS
EXATAS
NATURAIS OU
DA NATUREZA
DA SAÚDE
DA TERRA
OU GEOCIÊNCIAS.
DA VIDA
ECONÔMICAS
FÍSICAS
HUMANAS
JURÍDICAS
LINGÜÍSTICAS
MATEMÁTICAS
POLÍTICAS
SOCIAIS
OBJETIVOS E CARACTERÍSTICAS
SUBDIVISÕES
CONJUNTO DOS RAMOS CIÊNTIFICOS DERIVADOS OU ORIENTADOS PARA O ESTUDO DA
BIOLOGIA.
CONJUNTO DAS CIÊNCIAS APLICADAS, OU AFINS, OU DERIVADAS, OU QUE CONTRIBUEM
FUNDAMENTALMENTE PARA A CONTABILIDADE:
SOMENTE ADMITEM PRINCÍPIOS, CONSEQUÊNCIAS E FATOS RIGOROSAMENTE
DEMONSTRÁVEIS; BASEIAM-SE EM TEORIAS, EM GERAL EXPRESSAS MATEMATICAMENTE,
CAPAZES DE FORNECER CONCEITOS PRECISOS
TRATAM DOS FENÔMENOS E DOS SÊRES QUE CONSTITUEM O MUNDO FÍSICO OU
NATUREZA;
ESTUDAM A NATUREZA EM TORNO DO HOMEM, SENDO ESTE INCLUÍDO APENAS NA
CONDIÇÃO DE ANIMAL NATURAL:
TRATAM DA SAÚDE HUMANA E ANIMAL:
TRATAM DO MEIO FÍSICO AO REDOR DO HOMEM.
BIOLOGIA, BIOFÍSICA, FARMACOLOGIA, BIOQUÍMICA
CONJUNTO FORMADO PELAS CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE.
TRATA DOS FENÔMENOS RELATIVOS A PRODUÇÃO, DISTRIBUIÇÃO E CONSUMO DE BENS;
TEORIAS ECONÔMICA;
ESTUDO OS FENÔMENOS ECONÔMICOS COM ÊNFASE EM SUAS CONDICIONANTES
HISTÓRICAS, POLÍTICAS E SOCIAIS.
É HISTORICAMENTE ADMITIDA COMO SINÔNIMO DE CIÊNCIAS NATURAIS
ESTUDAM O COMPORTAMENTO DO HOMEM E OS FENÔMENOS CULTURAIS
CONJUNTO DAS CIÊNCIAS DERIVADAS DO DIREITO, OU FUNDAMENTALMENTE
INFLUENCIADAS POR ELE
TRATAM DA LINGUAGEM E DAS LÍNGUAS EMPREGADAS PELA HUMANIDADE.
SERVEM ÀS CIÊNCIAS DA NATUREZA; AQUELAS EM QUE AS INVESTIGAÇÕES USAM A
MATEMÁTICA, OU SÃO FUNDAMENTALMENTE INFLUENCIADAS POR ELA, OU SÃO DELA
DERIVADAS:
ESTUDAM A ORGANIZAÇÃO E O FUNCIONAMENTO DO ESTADO, E AS INTERAÇÕES DOS
GRUPOS NELE EXISTENTES:
ESTUDAM OS GRUPOS HUMANOS
CONTABILIDADE, ADMINISTRAÇÃO
FÍSICA, QUÍMICA, BOTÂNICA, ZOOLOGIA, GEOLOGIA,
MINERALOGIA, HIDROLOGIA, METEOROLOGIA,
ASTRONOMIA.
MEDICINA, ODONTOLOGIA, VETERINÁRIA
CLIMATOLOGIA, METEOROLOGIA, OCEANOGRAFIA,
GEOLOGIA, GEOFÍSICA, GEOQUÍIMICA, ,
CIÊNCIAS CONTÁBEIS, FINANÇAS; ECONOMIAS:
POLÍTICA, BANCÁRIA, INDUSTRIAL, DE MERCADO,
INTERNACIONAL,
PSICOLOGIA, HISTÓRIA, ANTROPOLOGIA,
SOCIOLOGIA,
DIREITO INTERNACIONAL, DIREITO CRIMINAL,
LINGÜÍSTICA FONÉTICA, NEUROLINGÜÍSTICA,
PSICOLINGÜÍSTICA, SOCIOLINGÜÍSTICA
MATEMÁTICA, ESTATÍSTICA,
FÍSICA E QUÍMICA TEÓRICAS
POLÍTICA, SOCIOLOGIA
SOCIOLOGIA, PEDAGOGIA, ANTROPOLOGIA,
GEOGRAFIA HUMANA, HISTÓRIA, LINGÜÍSTICA,
PSICOLOGIA SOCIAL.
Figura 2 – As relações da engenharia com as áreas científicas
MATEMÁTICA
MANUAL
A – O universo das áreas científicas
CIÊNCIAS
FÍSICAS
C. QUÍMICAS
CIÊNCIAS
DA
ENGENHARIA
C . HUMANAS
C. DA TERRA
C. DA SAÚDE
CIÊNCIAS DA
VIDA
C. AGRÁRIAS
C. BIOMÉDICAS
C. BIOLÓGICAS
MATEMÁTICA
COMPUTACIONAL
b – A engenharia como agente de transformação da ciência em tecnologia
CIÊNCIA
ENGENHARIA
TECNOLOGIA
3.
OS DESDOBRAMENTOS CIENTÍFICOS E OS AVANÇOS NA FÍSICA
A Física é a mais fundamental e abrangente das Ciências e exerceu um profundo efeito em todo o
desenvolvimento científico. Na verdade, a Física é o correspondente atual da Filosofia Natural, da qual emergiu a
maioria de nossas Ciências Modernas. A Matemática não é uma ciência do nosso ponto de vista, no sentido de que não
é uma ciência natural, pois o teste de sua validade não é a experiência (Feynman [4]). O papel da Matemática com
relação à Física não é o de simples ferramenta. Os princípios básicos da Física podem ser formulados sem o auxílio da
Matemática. A Matemática é um meio de se transformar a teoria em aplicações científicas e tecnológicas. Por exemplo,
Newton inventou o Cálculo Diferencial e Integral para demonstrar os princípios da Física que descobriu. Faraday mas
não conhecia Matemática, mas descobriu o Eletromagnetismo; pois tinha a intuição da existência do campo
eletromagnético,. Maxwell era um físico teórico que se expressava com recursos matemáticos de alto nível, na época
inacessíveis a muitos cientistas, e considerava Faraday um “deus”. Einstein desenvolveu as idéias da Teoria da
Relatividade sem suas bases matemáticas; e então ouviu falar de Rieman que havia desenvolvido uma metodologia de
cálculos adequada e adaptou-a aos seus trabalhos.
A Química lida basicamente com um aspecto particular do âmbito da Física: aplicar suas leis ao estudo da
formação das moléculas e a análise dos diferentes métodos práticos de transformar umas moléculas em outras.
Também, a Biologia se apóia muito fortemente na Física e na Química para explicar os processos que ocorrem nos sêres
vivos. A aplicação dos princípios da Física e da Química aos problemas práticos, tanto na pesquisa e desenvolvimento
como nas atividades profissionais, permitiu a criação os diferentes ramos da Engenharia. As aplicações práticas e as
pesquisas da Engenharia Moderna seriam impossíveis sem uma sólida compreensão das idéias fundamentais das
Ciências Naturais. Do ponto de vista prático, a Física é importante, pois cria técnicas que podem ser empregadas em
quase todas as áreas das pesquisas pura ou aplicada. Os astrônomos necessitam de técnicas ópticas, espectroscópicas e
de rádio. Os geólogos usam métodos gravimétricos, acústicos, nucleares e mecânicos nas suas pesquisas e o mesmo
pode se dizer do oceanógrafo, meteorologista e do sismólogo, e a equipe de apoio dos médicos em diversos hospitais
(Alonso e Finn [5]).
Além das suas aplicações específicas, a Física – especialmente a Mecânica Newtoniana – tornou-se o protótipo do
método científico, sendo seus métodos experimentais e analíticos às vezes imitados (e outras vezes de modo
inapropriado) em campos distantes daqueles relativos às Ciências Físicas. Alguns dos aspectos organizacionais da
Física, baseados parcialmente nos sucessos dos projetos de radares e bombas atômicas da Segunda Guerra Mundial, tem
sido imitados em projetos científicos de grande escala, como, por exemplo, em astronomia e pesquisa espacial. A
grande influência da Física nos ramos da Filosofia, relacionados com a base conceitual das percepções humanas e
compreensão da Natureza, tais como Epistemologia, é evidenciada pela designação anterior da Física como sendo a
Filosofia Natural. A Filosofia da Ciência Atual trata amplamente, embora não exclusivamente, com os fundamentos da
Física. O Determinismo, a doutrina filosófica que trata o Universo como uma vasta máquina operando com casualidade
estrita, cujo futuro está determinado em detalhes pelo seu estado atual, está enraizado na Mecânica Newtoniana, que
obedece a tal princípio. Mais ainda, as escolas do Materialismo, Naturalismo, e Empiricismo tem considerado em grau
elevado a Física como um modêlo de questionamento filosófico. Uma posição extrema é admitida pelos positivistas
lógicos, cuja descrença radical da realidade de qualquer coisa não observável diretamente conduz seus seguidores a
exigir que todos as declarações significativas devem ser formuladas na linguagem da Física (Britannica [6]).
No final do Século XIX, muitos físicos pensavam que todas as leis importantes da Física já haviam sido
descobertas e que pouco restava a fazer a não ser aperfeiçoar os detalhes. As leis de Newton, do movimento e da
gravitação, pareciam descrever todos os movimentos conhecidos na Terra e também os dos planetas e dos outros corpos
celestes, enquanto as equações de Maxwell para a eletricidade e do magnetismo, pareciam dar uma descrição completa
dos fenômenos eletromagnéticos. Mesmo diante das informações relativas ao mundo das moléculas e dos átomos, que
então principiavam a se acumular, admitia-se que estes novos fenômenos seriam adequadamente descritos pelas teorias
de Newton e de Maxwell. A descoberta da radioatividade, por Becquerel, em 1896; os artigos teóricos de Planck, em
1897, e os de Einstein, em 1905, o trabalho de Rutherford, de Millikan, de Bohr, de de Broglie, de Schrödinger, de
Heisenberg e de outros, nos princípios do século XX, levaram a duas teorias completamente novas: a Relatividade e a
Mecânica Quântica. Essas teorias revolucionaram o mundo da ciência e tornaram-se o fundamento de novas tecnologias
que alteraram a face da civilização (Tipler [7]).
Para os estudiosos da Física, a Termodinâmica nada mais é do que um simples capítulo daquela ciência. Para nós,
Engenheiros, entretanto, a Termodinâmica constitui, hoje, uma ciência quase à parte, ou, no mínimo, um ramo da
Ciência. É a base, juntamente com a “Transmissão de Calor” e a “Mecânica dos Fluidos”, das chamadas “Máquinas
Térmicas”. A “Termodinâmica Técnica”, que é a Termodinâmica do Engenheiro Mecânico, visa principalmente dar-lhe
os fundamentos para que ele possa construir suas máquinas que produzam trabalho a partir de calor (este é o objeto da
Termodinâmica) (Silva [8]).
Até o início do Século XX, o estudo dos fluidos foi efetuado essencialmente por dois grupos – hidráulicos e
matemáticos. Os hidráulicos trabalhavam de forma empírica, enquanto os matemáticos se concentravam na forma
analítica. O grande número de experiências do primeiro grupo, frequentemente engenhosas forneceu informações de
valor inestimável para o engenheiro prático da época. Entretanto, por falta de proveitos generalizados da teoria
existente, esses resultados eram restritos e de valor limitado a situações novas. Os matemáticos, por sua vez, devido à
não-obtenção das informações experimentais, eram forçados a determinadas explicações, de forma que seus resultados
ficavam frequentemente à margem da realidade. Tornou-se claro para alguns pesquisadores eminentes, como Reynolds,
Froude, Prandtl e Von Kármán, que o estudo dos fluidos deve consistir em uma combinação da teoria e da experiência.
Tal foi o começo da Ciência da Mecânica dos Fluidos como se conhece hoje (Shames [9]).
Devido à Física elucidar as questões mais simples na Natureza, onde pode existir um consenso, causou um
impacto profundo nos outros campos da Ciência, na Filosofia, na visão global do mundo desenvolvido, e é claro, na
Tecnologia. Sempre que um ramo da Física alcança um grau de maturidade de modo que seus elementos básicos sejam
compreendidos em princípios gerais, ele pode ser transferido de sua condição básica para a Física Aplicada, e ser
transformada em tecnologia. Portanto, todas as atividades atuais na Fìsica Clássica consistem de Física Aplicada, e
seu conteúdo forma o núcleo de muitos ramos da Engenharia. As descobertas na Física Moderna são convertidas
com rapidez crescente em inovações técnicas e instrumentos analíticos para as disciplinas associadas. Por exemplo,
diversos campos nascentes como Engenharia Nuclear, Engenharia Biomédica, Química Quântica e Óptica Quântica,
Rádio, Raios-X, Astronomia de Raios Gama, assim como ferramentas analíticas como radioisótopos, espectroscopia, e
lasers, surgiram diretamente do tronco da Física Básica Ref. [6].
Não é exagero afirmar que a Mecânica Quântica dominou a Física do Século XX , sendo de longe a teoria mais
bem sucedida que existe. Ela é indispensável para a compreensão de partículas subatômicas, átomos e núcleos,
moléculas e ligação química, a estrutura dos sólidos, supercondutores e superfluidos, a condutividade elétrica e térmica
de metais e semicondutores, a estrutura das estrelas e muito mais. Possui aplicações práticas que vão do laser ao
microchip (Davies [10]).
4.
A FÍSICA E A QUÍMICA
A Ciência talvez mais profundamente afetada pela Fìsica é a Química. Historicamente, a Química, em seus
primórdios, lidava quase por completo com a agora denominada Química Inorgânica – aquela das substâncias não
associadas com seres vivos. Uma análise considerável foi necessária para descobrir a existência dos diferentes
elementos e suas relações – como se constituem os diferentes compostos relativamente simples encontrados nas rochas.
Essa Química inicial foi importantíssima para a Física. A interação entre as duas ciências foi muito grande porque a
teoria dos átomos foi substanciada consideravelmente por experiências da Química. A teoria da Química, ou seja, das
próprias reações, foi sintetizada em grande parte na Tabela Periódica de Mendeleev - que traz à luz muitas relações
estranhas entre os diferentes elementos - e foi o conjunto de regras sobre a combinação das substâncias que constituiu a
Química Inorgânica. Todas essas regras acabaram explicadas em princípio pela Mecânica Quântica, de modo que a
Química Teórica é na verdade Física. Por outro lado, convém enfatizar que essa explicação é válida em princípio.
Revela-se muito difícil prever precisamente o que ocorrerá em dada reação química; não obstante, a parte mais
profunda da Química Teórica tem de acabar na Mecânica Quântica Ref. [4].
Existe, também, um ramo comum da Física e da Química desenvolvido conjuntamente por ambas as Ciências e de
extrema importância – é a Mecânica Estatística ou Termodinâmica, aplicada em situações em que as leis mecânicas
estão presentes e que envolve os fenômenos de calor (energia em trânsito). Nesse caso, admite-se que em qualquer
situação química estão envolvidos átomos em grande número, que estão todos ziguezagueando de forma muito
aleatória e complicada, os muitos números necessários para analisar as diversas colisões e rastreamento das moléculas
excedem enormemente a capacidade de qualquer computador. Daí deriva que a ciência Química Inorgânica reduz-se
essencialmente às denominadas Química Física (Físicoquímica) e Química Quântica - a primeira para estudar as
velocidades em que ocorrem as reações e o que acontece em detalhe (como as moléculas colidem ? que partes se
desprendem primeiro ? etc.) e a segunda para nos ajudar a entender o que acontece em termos das leis físicas. O outro
ramo da Química é a Química Orgânica – associada aos seres vivos. Por algum tempo, acreditou-se que as substãncias
associadas aos seres eram tão maravilhosas que não poderiam ser feitas à mão a partir de materiais inorgânicos. Mas
isto não é verdade – elas são idênticas às substâncias criadas na Química Inorgânica, só que com arranjos de átomos
mais complicados. A Química Orgânica obviamente tem uma relação mais íntima com a Biologia, que fornece suas
substâncias, e com a indústria. Além disso, grande parte da Química Física e da Mecânica Quântica pode se aplicada
aos compostos orgânicos tanto quanto aos inorgânicos. Porém, os problemas principais da Química Orgânica não estão
nesses aspectos, mas na análise e na síntese das substâncias formadas em sistemas biológicos, em seres vivos. Isso nos
leva paulatina e imperceptivelmente à Bioquímica, e, depois à própria Biologia ou Biologia Molecular Ref. [4].
5.
FÍSICAS BÁSICAS E APLICADAS PARA A ENGENHARIA E AS INDÚSTRIAS
Em geral os Departamentos e Institutos de Física atuam em duas grandes áreas: “Física Teórica” e “Física
Experimental”. Porém, para os Engenheiros e Químicos Industriais, a divisão natural da Física ocorre ao nível dos
fundamentos (Física Básica) e das suas aplicações (Física Aplicada). Nas áreas consagradas da Engenharia, a Física
Aplicada consagrou-se nas disciplinas fundamentais de Mecânica dos Materiais, Eletrotécnica Geral, Termodinâmica,
Mecânica dos Fluidos. Os Químicos Industriais durante muito tempo empregaram e desenvolveram o campo da Física
Industrial, que originou o conceito e a especialidade das Operações Unitárias das Indústrias Químicas – empregadas
atualmente nas Engenharias Química, Metalúrgica, Civil (Hidráulica e Saneamento) e Ambiental.
Considerando-se a expansão dos ramos das Físicas Básica e Aplicada, percebe-se que a manutenção da duração
dos cursos de graduação de Engenharia é, no mínimo, imperativa, pois sem a Física não existiria a Engenharia e a
Química.
Até agora, a Física tem sido ensinada como se fosse uma aglomeração de várias ciências mais ou menos
relacionadas, mas sem um ponto de vista unificante. A divisão tradicional em (a “Ciência da”) Mecânica, Calor, Som,
Óptica, Eletromagnetismo, e Física Moderna não tem mais qualquer justificativa. Uma apresentação lógica e unificada
deve enfatizar as leis da conservação, os conceitos de campos e ondas, e o ponto de vista atômico. A Teoria da
Relatividade Restrita ou Especial deve ser amplamente utilizada como um dos eixos principais que sustentam e
precisam ser satisfeitos por qualquer teoria física (adaptado de Alonso e Finn [5]).
6.
AS ÁREAS DA FÍSICA EM 2001
Entre 1600 e 1900, três grandes áreas foram desenvolvidas no que se denomina Física Clássica, que envolvem
virtualmente todos os fenômenos físicos que nos são familiares. Entretanto, em 1905, tornou-se evidente que as idéias
clássicas eram insuficientes para descrever diversos fenômenos e surgiu a Física Moderna a partir de três teorias
importantes (Benson [11]), conforme a Tabela 2:
Tabela 2 – As áreas de abrangência da Física em 2001 (Benson [11])
ÁREAS DA FÍSICA CLÁSSICA
a
ABRANGÊNCIA OU ENFOQUES DE ESTUDO
1 – MECÂNICA CLÁSSICA
– MOVIMENTO DAS PARTÍCULAS E FLUIDOS
2a – TERMODINÂMICA
– A TEMPERATURA, A TRANSFERÊNCIA DE CALOR E AS
PROPRIEDADES DE AGREGAÇÃO DE PARTÍCULAS.
a
3 – ELETROMAGNETISMO
– ELETRICIDADE,
O
MAGNETISMO,
ELETROMAGNÉTICAS E A ÓPTICA.
AS
ONDAS
ÁREAS DA FÍSICA MODERNA
DESCRIÇÃO
4a - TEORIA DA RELATIVIDADE RESTRITA
(OU ESPECIAL)
– TRATA DO COMPORTAMENTO DAS PARTÍCULAS QUE
SE MOVEM EM ALTAS VELOCIDADES, A QUAL CONDUZIU
A UMA REVISÃO RADICAL DAS NOSSAS CONCEPÇÕES
SOBRE ESPAÇO, TEMPO E ENERGIA.
5a – TEORIA DA MECÂNICA QUÂNTICA –
- ABORDA O MUNDO SUBMICROSCÓPICO DO ÁTOMO, E
REQUEREU
UMA
PROFUNDA
REAVALIAÇÃO
E
MODIFICAÇÃO DE NOSSA VISÃO SOBRE COMO A
NATUREZA ATUA (OPERA).
6a – TEORIA DA RELATIVIDADE GERAL –
- RELACIONA A FORÇA DA GRAVIDADE ÀS PROPRIEDDES
GEOMÉTRICAS DO ESPAÇO
Portanto, Física é a ciência da matéria, energia e das forças fundamentais da Natureza. As áreas da Física Clássica
incluem: Acústica, Óptica, Mecânica, Termodinâmica e Eletromagnetismo. A Física Moderna trata dos sistemas e
entes muito grandes (Astrofísica e Gravitação), dos muito pequenos (Mecânica Quântica) e daqueles que se movem
relativamente rápido (Teoria Especial da Relatividade). As áreas da Física Moderna incluem: Física Atômica e
Nuclear, Criogenia, Física da Matéria Condensada, Física das Altas Energias e Física do Plasma (Neutron, [13].
Tabela 3 –Especialidades superiores credenciadas pelo sistema CREA/CONFEA (Zakon [12])
MODALIDADES
PROFISSIONAIS *
1.
2.
3.
4.
5.
ARQUITETO OU ENGENHEIRO ARQUITETO
ENGENHEIRO AERONÁUTICO
ENGENHEIRO AGRIMENSOR
ENGENHEIRO AGRÔNOMO
ENGENHEIRO CARTÓGRAFO ou ao
ENGENHEIRO DE GEODÉSIA E TOPOGRAFIA ou ao
ENGENHEIRO GEÓGRAFO
6. ENGENHEIRO CIVIL ou ao
ENGENHEIRO DE FORTIFICAÇÃO e CONSTRUÇÃO
7. ENGENHEIRO ELETRICISTA ou ao
ENGENHEIRO ELETRICISTA, MODALIDADE ELETROTÉCNICA
8. ENGENHEIRO ELETRÔNICO ou ao
ENGENHEIRO ELETRICISTA, MODALIDADE ELETRÔNICA ou ao
ENGENHEIRO DE COMUNICAÇÃO
9. ENGENHEIRO FLORESTAL
10. ENGENHEIRO GEÓLOGO ou
GEÓLOGO
11. ENGENHEIRO MECÂNICO ou ao
ENGENHEIRO MECÂNICO E DE AUTOMÓVEIS ou ao
ENGENHEIRO MECÂNICO E DE ARMAMENTO ou ao
ENGENHEIRO DE AUTOMÓVEIS ou ao
ENGENHEIRO INDUSTRIAL MODALIDADE MECÂNICA
12. ENGENHEIRO METALURGISTA ou ao
ENGENHEIRO INDUSTRIAL E DE METALURGIA ou
ENGENHEIRO INDUSTRIAL MODALIDADE METALURGIA:
13. ENGENHEIRO DE MINAS:
14. ENGENHEIRO NAVAL:
15. ENGENHEIRO DE PETRÓLEO:
16. ENGENHEIRO QUÍMICO ou ao
ENGENHEIRO INDUSTRIAL MODALIDADE QUÍMICA:
17. ENGENHEIRO SANITARISTA:
18. ENGENHEIRO TECNÓLOGO DE ALIMENTOS:
19. ENGENHEIRO TÊXTIL:
20. URBANISTA
CIÊNCIA(S) BÁSICA(S)
CARACTERÍSTICA(S) OU
PREDOMINANTE(S) **
FÍSICA
FÍSICA
FÍSICA, GEOLOGIA
FÍSICA, QUÍMICA, ECOLOGIA
FÍSICA, GEOGRAFIA
FÍSICA, GEOGRAFIA
FÍSICA, GEOGRAFIA
FÍSICA
FÍSICA
FÍSICA
FÍSICA
FÍSICA
FÍSICA
FÍSICA
FÍSICA, ECOLOGIA
FÍSICA, QUÍMICA, GEOLOGIA
FÍSICA, QUÍMICA, GEOLOGIA
FÍSICA
FÍSICA
FÍSICA
FÍSICA
FÍSICA
FÍSICA, QUÍMICA
FÍSICA, QUÍMICA
FÍSICA, QUÍMICA
FÍSICA, GEOLOGIA
FÍSICA, QUÍMICA
FÍSICA, QUÍMICA, GEOLOGIA
FÍSICA, QUÍMICA
FÍSICA, QUÍMICA
FÍSICA, QUÍMICA
FÍSICA, QUÍMICA
FÍSICA, QUÍMICA
FÍSICA
ENGENHEIRO DE OPERAÇÃO ***
TÉCNICO DE NÍVEL SUPERIOR ou TECNÓLOGO:
TÉCNICO DE GRAU MÉDIO:
* SÃO VINTE GRUPOS DE MODALIDADES PROFISSIONAIS E 34 DESIGNAÇÕES.
** A MATEMÁTICA É UMA CIÊNCIA COMUM A TODAS AS MODALIDADES.
*** O CURSO FOI EXTINTO EM 1977 E SUBSTITUÍDO PELO ENGENHEIRO INDUSTRIAL.
FONTE: CONSELHO FEDERAL DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E AGRONOMIA - RESOLUÇÃO Nº 218,
DE 29 JUN 1973 - Discrimina atividades das diferentes modalidades profissionais da Engenharia, Arquitetura e
Agronomia.
7.
A EVOLUÇÃO DAS HABILITAÇÕES E ESPECIALIDADES DA ENGENHARIA
Atualmente, as especialidades superiores credenciadas pelo sistema CREA/CONFEA são aquelas expostas na
Tabela 3. A Tabela 4 apresenta várias especialidades consagradas e emergentes da Engenharia referenciadas aos ramos
adotados pela Academia Brasileira de Ciências e inclui algumas citadas por Zakon [12] sobre a expansão da Engenharia
Química.
Tabela 4 - as engenharias resultantes da interação com as demais ciências (adaptado de Zakon [12])
CIÊNCIAS
ENGENHARIAS CONSAGRADAS
NO BRASIL E NO EXTERIOR
ENGENHARIAS EMERGENTES
MATEMÁTICAS
ECONÔMICA
FÍSICAS
ARQUITETURA
AERONÁÚTICA
CIVIL
TELECOMUNICAÇÃO
MECÂNICA
ELETROTÉCNICA
ELETRÔNICA
FORTIFICAÇÃO E CONSTRUÇÃO
NUCLEAR
AEROESPACIAL
INFORMAÇÃO
CONTROLE E AUTOMAÇÃO
INFRA-ESTRUTURA
MECATRÕNICA
FÍSICA
QUÍMICAS
ALIMENTOS
CERÂMICA
MATERIAIS
METALURGISTA
PETRÓLEO
QUÍMICO
TÊXTIL
ÁGUAS E UTILIDADES
COMBUSTÍVEIS
FÁRMACOS E QUÍMICA FINA
MOLECULAR
PETROQUÍMICA
POLÍMEROS
QUÍMICA AMBIENTAL
DA TERRA
AGRIMENSOR
CARTÓGRAFIA
GEODÉSIA
GEOLÓGIA
MINAS
NAVAL
TOPOGRAFIA
MEIO AMBIENTE
PLANEJAMENTO AMBIENTAL
PLANEJAMENTO ENERGÉTICO
BIOLÓGICAS
BIOQUIMICA
BIOLÓGICA
GENÉTICA
PESCA
BIOMÉDICAS
BIOMÉDICA
DA SAÚDE
SANITARISTA
AGRÁRIAS
AGRONÔMICA
FLORESTAL
HUMANAS.
PRODUÇÃO
GESTÃO TECNOLÓGICA
8.
CONCLUSÕES
1a –Constatou-se a necessidade de redimensionar ou reajustar o ensino das Ciências Naturais para todos os Cursos
de Engenharia – o que pode acarretar a expansão da duração (clássica) dos seus ciclos básicos de graduação de dois
para três anos, além da reformatação das habilitações e especialidades profissionais, para incorporar a
interdisciplinaridade e a multidisciplinaridade. Estaremos voltando ao modelo antigo, dos grandes sábios polivalentes,
tal como Da Vinci?
2a- Deve-se preservar e fortalecer a formação ampla em Ciências Naturais, Exatas e Sociais na Engenharia, para
que também sejam estimuladas as aptidões na área da Gestão.
3a – Deve-se evitar a ultraespecialização na graduação de Engenharia, pois os avanços tecnológicos são capazes de
destruir em pouco tempo algumas especialidades.
4a – Deve-se prover nos ciclos profissionais da graduação apenas as disciplinas introdutórias das especializações
em cada área consagrada da Engenharia, para aliviar os currículos e os alunos do peso daquelas disciplinas que se
aprofundam em especialidades (que nem sempre serão absorvidas pelo mercado de trabalho).
Agradecimentos:
Quím. Industrial Dilson Rosalvo dos Santos, Associação dos Ex-Alunos da EQ-UFRJ;
Engo. Químico Paulo C Strauch, Associação dos Ex-Alunos da EQ-UFRJ
Profa Aída Espínola, Programa de Metalurgia e Materiais –PEMM-COPPE-UFRJ.
9.
REFERÊNCIAS
[1] A Espínola, Ciências Físicas, Químicas e Biológicas, Comunicação Pessoal, UFRJ, 08 de janeiro de 2001
[2] A B. H. Ferreira, Novo Dicionário da Língua Portuguesa, Segunda edição, 13 a Impressão, Editora Nova Fronteira,
Rio de Janeiro, 1986.
[3] A Prado e Silva (Organizador), Nôvo Dicionário Brasileiro Melhoramentos, Ilustrado, 4ª edição revisada, Comp.
Melhoramentos de São Paulo, Indústrias de Papel, SP, 1968.
[4] R. P. Feynman, Física em seis lições, 3a Edição - Ediouro Publicações S.A., Rio de Janeiro, 1999
[5] M. Alonso e E. J. Finn, Física, um curso universitário, Volume I, Mecânica, Editora Edgard Blücher Ltda, São
Paulo, 1972.
[6] Britannica, Sep. 5, 1998
[7] P. A Tipler, Física para cientistas e engenheiros, Volume 4, Ótica e Física Moderna, LTC – Livros Técnicos e
Científicos Editora S.A., Rio de Janeiro, 1995.
[8] M. B. Silva, Termodinâmica, Volumes 1 e 2, Editora McGraw-Hill do Brasil Ltda., São Paulo, 1972.
[9] I. H. Shames, Mecânica dos Fluidos, Volume 1, Princípios Básicos, Editora Edgard Blücher Ltda. e Instituto
Nacional do Livro/MEC, São Paulo, 1973.
[10] P. Davies, Introdução, Setembro de 1994, in: FEYNMAN, R.P. – Física em seis lições, 3a Edição - Ediouro
Publicações S.A., Rio de Janeiro, 1999.
[11] H. Benson, University Physics, John Wiley & Sons, New York, 1991.
[12] A Zakon, “A Expansão da Engenharia Química no terceiro milênio visando a geração de processo, o
desenvolvimento e otimização de processos e a atuação industrial”, VI Encontro de Educação em Engenharia,
Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro e Faculdade de Engenharia da Universidade
Federal de Juiz de Fora, Itaipava, RJ, 27 de novembro 01 de dezembro de 2000.
[13] www.neutron.anl.gov/hyper-physics/physics.html (23 de outubro de 2000)