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Natureza da Ciência através de narrativas históricas: Augustin Fresnel e o debate sobre
a natureza da luz
Rilavia Almeida de Oliveira
rilavia.almeida@gmail.com
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Ana Paula Bispo da Silva
silva.anapaulabispo@gmail.com
Universidade Estadual da Paraíba
André Ferrer Pinto Martins
aferrer34@yahoo.com.br
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Introdução
Dentre as alternativas apresentadas como forma de inserir a Natureza da Ciência (NDC)
no Ensino de Ciências, diversos pesquisadores têm ressaltado a História e a Filosofia da
Ciência (HFC) como recurso potencial para discutir aspectos da NDC (RUDGE; HOWE,
2009; FORATO, 2009; FORATO; MARTINS; PIETROCOLA, 2012; MOURA, 2014).
Em uma concepção geral, a NDC é entendida como um conjunto de elementos que
tratam da construção, estabelecimento e organização do conhecimento científico, relacionados
tanto a fatores internos (método científico, relação observação x teoria) como a fatores
externos (influência de elementos sociais, culturais, políticos, etc. no desenvolvimento da
ciência) (MOURA, 2014). Portanto, o estudo de casos históricos considerando uma
perspectiva internalista e externalista da HFC - moderna historiografia da ciência - atenderia
aos pressupostos da inserção da NDC no Ensino de Ciências. Sob esse ponto de vista, neste
trabalho, analisamos os estudos de Augustin Fresnel (1788-1827) sobre a teoria ondulatória
da luz no âmbito dos debates sobre a natureza da luz entre os franceses, no início do século
XIX. A partir do episódio histórico estudado, buscamos construir uma narrativa histórica que
visa trabalhar aspectos da NDC a partir da abordagem de “temas” e “questões” da NDC,
conforme sugerido por Martins (2015).
As pesquisas de Augustin Fresnel na teoria ondulatória da luz
Na França, os estudos sobre a natureza da luz no início do século XIX estiveram
associados, principalmente, ao programa laplaciano de pesquisa. A física laplaciana procurava
descrever todo fenômeno, seja na escala terrestre, molecular ou celeste, em termos de forças
centrais entre partículas que embora tratadas por analogia com forças de gravitação
newtonianas, podiam ser ou atrativas ou repulsivas. Estudiosos desse programa defenderam e
trabalharam na teoria corpuscular da luz, provocando sua expansão entre os anos 1805-1815.
Além disso, o programa laplaciano tinha controle sobre as instituições de pesquisa, publicação
e ensino de Paris1 (FRANKEL, 1976; FOX, 1974). É nesse contexto que se inserem os
trabalhos de Augustin Fresnel (1788-1827) sobre a teoria ondulatória da luz. Assim, quando
Fresnel começou seu trabalho na teoria ondulatória, enfrentou uma oposição corpuscular bem-
articulada.
Augustin Fresnel era um engenheiro civil formado na École Polytechique de Paris.
Durante seus estudos nessa instituição, Fresnel tinha sido exposto à doutrina do calórico e a
analogias entre calor e luz como diferentes estados desse fluido imponderável. No entanto,
Fresnel rejeitou a substancialidade do calor. Ele destacou a grande quantidade de calor e luz
emitida durante a combustão do carbono. O volume de gás carbônico criado pela reação era
igual ao volume de oxigênio consumido por esta. A quantidade de calórico era a mesma antes
e depois da combustão. Logo, isso era incompatível com o fato de que calor era emitido, ou
partículas de calórico emitidas no processo. Seria mais natural pensar que calor e luz eram
devido apenas a vibrações no calórico. Assim, ele acreditava que luz e calor podiam ser
melhor explicados utilizando o conceito de ondas (SILLIMANN, 1974; LEVITT, 2000;
DARRIGOL, 2012).
A realização de experimentos sobre difração marca o início das pesquisas de Fresnel
com o objetivo de desenvolver a hipótese ondulatória em uma teoria matemática ampla. Ele
fez experimentos para observar as sombras e franjas da luz solar focalizada através de uma
lupa, observando a aparência das franjas coloridas dentro e fora da sombra. Ao colocar uma
tira de papel em um dos lados do difrator, Fresnel notou que as franjas internas desapareciam.
1 Para mais detalhes sobre o desenvolvimento da teoria corpuscular da luz dentro do programa laplaciano de
pesquisa consultar: Fox (1974), Frankel (1976), Darrigol (2012).
Dessa maneira, ele atribuiu as franjas internas ao cruzamento dos raios provenientes dos dois
lados do difrator. As faixas externas, por sua vez, permaneciam. Essas se originariam do
cruzamento de raios provenientes diretamente da fonte de luz e da reflexão em uma borda do
difrator. Em pontos em que as vibrações que formam a luz estivessem em fase e interferissem
construtivamente, haveria faixas brilhantes. As vibrações que estivessem fora de fase, e se
cancelassem, originariam faixas escuras (SILLIMAN, 1974, 2007; DARRIGOL, 2012).
Figura 1: Representação de Fresnel para as franjas de difração atrás de uma lâmina. A luz de um
ponto distante O (não representado) é difratada por uma lâmina AB. As franjas externas F1 e F2 se formam a
partir das interseções consecutivas de duas séries de ondas circulares que emanam de O e da borda A ou B.
As franjas internas f1, f2, f3, f4, f5 se formam a partir de intercessões consecutivas de ondas emanando das
bordas A e B. Fonte: DARRIGOL, 2012, p. 200.
Em outubro de 1815, Fresnel apresentou seu primeiro trabalho sobre difração da luz no
Instituto da França2. Nesse trabalho, ele defendeu a teoria ondulatória da luz e expôs várias
falhas da teoria corpuscular (FOX, 1974).
Esse primeiro trabalho de Fresnel na teoria ondulatória foi publicado na Memoires...
(des) Savans Etrangers, bem como na Annales de Chimie et de Physique. No entanto, o
trabalho sofreu diversas modificações. Enquanto Fresnel havia começado sua memória
original com uma ampla discussão da plausibilidade física dos corpúsculos e das ondas, a
versão da Annales omitiu toda discussão das duas teorias como hipóteses físicas. Essa versão
da Annales partiu diretamente para a discussão da configuração experimental e seguiu
2 Institut de France (Instituto da França) é uma instituição acadêmica francesa, fundada em Paris, no ano de
1795, agrupando grandes academias nacionais francesas, entre as quais a Académie des Sciences (Academia das
Ciências).
alternando resultados experimentais com a explicação quantitativa providenciada pelo
tratamento matemático de Fresnel (LEVITT, 2000).
Cabe ressaltar o papel de François Arago (1786-1853) na divulgação dos trabalhos
iniciais de Fresnel perante a comunidade científica parisiense. Arago, anteriormente membro
do programa laplaciano de pesquisa e defensor da teoria corpuscular da luz, passou a defender
e trabalhar na teoria ondulatória da luz. Entre 1815 e 1821, Fresnel e Arago trabalharam
juntos na teoria ondulatória da luz (FRANKEL, 1976; LEVITT, 2000).
Corpuscularistas dessa época também estavam tentando explicar o fenômeno de
difração. Em 1816, Jean-Baptiste Biot (1774-1862) apresentou um extenso trabalho
corpuscular sobre difração ao Instituto, que ele e Claude Pouillet (1790-1868) prepararam.
Nesse trabalho, eles discutiram as peculiaridades dos padrões de diferentes obstáculos de
difração. Biot relacionou a regularidade do espaçamento das faixas de difração de diferentes
cores com a regularidade dos anéis de Newton e defendeu que estes devem ser produzidos por
estados de fácil reflexão e refração (FRANKEL, 1976).
Em 1817, a difração foi proposta como tema da competição bianual de prêmios de física
da Academie des Sciences. A despeito de entre os cinco jurados estarem o próprio Laplace e
dois laplacianos, Biot e Poisson, Fresnel ganhou o prêmio, em março de 1819, com um
extenso trabalho sobre difração (FOX, 1974; FRANKEL, 1976).
A memória sobre difração da luz, que foi objeto do prêmio, intitulada “Mémoire sur la
diffraction de la limière”, é dividida em três seções gerais: 1) discussão sobre a insuficiência
da teoria corpuscular e da visão de Young a respeito de interferência; 2) fenômeno de difração
explicado pela combinação do princípio de Huygens com esse de interferência e 3) sobre a
interferência da luz polarizada (FRESNEL, 1819).
Na primeira seção, Fresnel procura argumentar que o fenômeno de difração não poderia
ser explicado na teoria corpuscular. Segundo Fresnel, a teoria newtoniana procura explicar a
formação das franjas externas devido a uma força que é alternadamente atrativa e repulsiva, e
cuja fonte está na superfície do corpo produzindo as sombras. No entanto, Fresnel procura
mostrar como as predições numéricas dessa teoria não concordam com as observações
experimentais (FRESNEL, 1819).
Além disso, Fresnel busca mostrar a inadequação da explicação de Young para a
formação das franjas de difração e que foi sua própria opinião inicial, de que as franjas de
difração resultam de raios infletidos tendo sua origem seja na superfície do corpo difrator ou
nos pontos infinitamente próximos a esta. Fresnel argumenta que os experimentos evidenciam
que não podemos atribuir o fenômeno de difração exclusivamente a raios que tangenciam a
borda do corpo; mas, devemos, ao contrário, admitir que há aí uma infinitude de outros raios
que se encontram a uma pequena distância do corpo e ainda são desviados de sua direção
original, para se encontrar e formar essas franjas (FRESNEL, 1819).
Na sequência, Fresnel busca explicar a fenômeno de difração a partir do princípio de
Huygens e do princípio de interferência. Ele inicia a segunda seção de sua memória,
afirmando:
Na primeira seção desta memória, eu mostrei que a teoria corpuscular, e
mesmo o princípio de interferência quando aplicados apenas a raios diretos e
a raios refletidos ou infletidos na borda do corpo opaco, é incapaz de
explicar o fenômeno de difração. Agora, proponho apresentar que podemos
encontrar uma explicação satisfatória e uma teoria geral em termos de ondas,
sem recurso a qualquer hipótese auxiliar, baseando tudo sobre o princípio de
Huygens e sobre esse de interferência, ambos dos quais são inferências da
hipótese fundamental (FRESNEL, 1819).
Fresnel buscou encontrar uma expressão geral para calcular a intensidade de vibração
produzida pelo encontro de qualquer número de feixes de luz sempre que se conhecesse a
intensidade das diferentes ondas secundárias/elementares e suas respectivas posições
(FRESNEL, 1819). A intensidade de vibração em determinado ponto P, resultante de todas
pequenas perturbações seria dada por:
√⌈∫ 𝑑𝑧 cos(𝜋𝑧2(𝑎+𝑏)
𝑎𝑏𝜆)⌉
2
+ ⌈∫ 𝑑𝑧 sin(𝜋𝑧2(𝑎+𝑏)
𝑎𝑏𝜆)⌉
2
(1)
O cálculo da intensidade de vibração da onda resultante seria obtido através de
complicados cálculos algébricos, envolvendo as integrais de (1) (FRESNEL, 1819).
Enfim, Fresnel analisou o problema de difração em termos de uma onda espalhando da
fonte tal que, em concordância com Princípio de Huygens3, cada ponto na frente de onda é a
própria fonte de ondas secundárias. Outro ponto a destacar nessa memória de Fresnel, é que
ele buscou derivar quase todos os fenômenos rigorosamente de alguns princípios simples,
3 De acordo com o princípio de Huygens, um pulso de luz gerado por um corpo luminoso gera pulsos
secundários nas partículas subsequentes, preservando o movimento (MOURA; BOSS, 2015).
bem como buscou sempre comparar seus resultados numéricos com dados observacionais.
Um dos jurados da competição de difração proposta pela Academie des Sciences, Poisson,
apontou a previsão inesperada da teoria de Fresnel de que no centro da sombra de um disco
circular deveria haver um ponto brilhante, decorrente da soma dos efeitos de todas as ondas
secundárias em fase de todos os pontos da borda do disco. A predição foi confirmada
experimentalmente por Arago, mostrando assim o poder explicativo e a habilidade preditiva
da teoria de Fresnel (JAMES, 1984; SILLIMAN, 2007).
Com a vitória do trabalho de Fresnel nessa competição, a teoria ondulatória obteve uma
importante vitória pública – a explicação de interferência da difração teve de ser reconhecida,
pelo menos publicamente, pelos corpuscularistas franceses (FRANKEL, 1976).
Outro desafio para teoria ondulatória foi a integração do fenômeno de polarização.
Fresnel e Arago discutiram sobre esse fenômeno em um trabalho publicado na Annales de
Chimie et de Physique, em 1819, intitulado “Mémoire sur l’action que les rayons de lumière
polarisés exercent les uns sur les autres”. A partir dos experimentos sobre a interferência de
feixes de luz previamente polarizados, Arago e Fresnel (1819) afirmam:
Dos experimentos descritos podemos, portanto, inferir os seguintes fatos: 1)
Dois raios de luz polarizada em ângulos retos não produzem qualquer efeito
um sobre o outro sob as mesmas circunstâncias nas quais dois raios de luz
ordinária produzem interferência destrutiva. 2) Raios de luz polarizados no
mesmo plano interferem como raios de luz ordinária; de modo que nesses
dois tipos de luz, os fenômenos de interferência são absolutamente idênticos.
3) Dois raios que são originalmente polarizados em ângulos retos podem ser
trazidos ao mesmo plano de polarização sem assim adquirir a habilidade
para interferir. 4) Dois raios de luz polarizadas em ângulos retos e depois
trazidos ao mesmo plano de polarização interferem como luz ordinária desde
que eles fossem originalmente polarizados no mesmo plano. 5) No fenômeno
de interferência produzido por raios que tem experimentado dupla refração, a
posição das bandas de interferência é determinada não apenas pela diferença
de trajetória e diferença de velocidade, mas em alguns casos, como indicado
acima, é necessário levar em consideração também uma diferença de metade
de um comprimento de onda (ARAGO; FRESNEL, 1819).
Através de seus estudos sobre polarização, Fresnel ficou convencido que as vibrações
que constituem luz só podiam ser transversais. As características da luz polarizada mostravam
a existência de forças agindo perpendicularmente aos raios (SILLIMAN, 2007). Assim, em
um artigo publicado em 1821, Fresnel passou a argumentar que a luz era constituída
inteiramente de vibrações transversais puras, convencido de que tal solução era necessária e
conformada aos princípios mecânicos (CANTOR, 1983; SILLIMAN, 2007; DARRIGOL,
2012).
O problema que permaneceu para a teoria das ondas foi determinar como as ondas
transversais poderiam ser propagadas em um éter fluido. As únicas ondas transversais
conhecidas eram as ondas mecânicas em sólidos (KOEHLER, CAMEL, PIMENTEL JR,
2012).
Fresnel, então, supôs um modelo de éter4 que permitisse vibrações transversais e
proibisse vibrações longitudinais:
Este modelo consistia de uma rede de moléculas mantidas em equilíbrio por
forças à distância. As forças poderiam ser tais que um pequeno
deslocamento transversal de uma camada plana de moléculas implicaria uma
força de restauração proporcional, enquanto que os deslocamentos por um
múltiplo da metade da distância intermolecular levariam a outra
configuração de equilíbrio. O meio seria rígido em relação à minúsculas
vibrações, e fluido em relação a deslocamentos maiores. Em adição, Fresnel
supunha que as forças intermoleculares podiam ser tais que uma força muito
grande poderia ser necessária para mudar a distância entre duas camadas de
moléculas sucessivas. Esta suposição excluía vibrações longitudinais
(DARRIGOL, 2012, p.210).
Fresnel defendia que os deslocamentos criados pela luz no éter resultavam em uma
força de restauração muito forte. Portanto, o éter poderia ser tratado como um sólido
(LEVITT, 2000).
Ao adotar a propagação transversal das ondas de luz, Fresnel conseguiu novos
resultados. Entre eles, a previsão da direção de cada raio no espaço, sua intensidade, seu grau
e direção de polarização e o ângulo de polarização para um dado meio. Assim, todos os
fenômenos de reflexão e refração, exceto dispersão, tornaram-se consequências diretas de
uma única teoria. Fresnel também conseguiu explicar novos tipos de polarização que Biot,
Brewster e ele mesmo tinham observado na luz refletida e na luz transmitida através de
lâminas de cristal (DARRIGOL, 2012; FRANKEL, 1976).
Em relação aos aspectos epistemológicos que permeiam os trabalhos dos estudiosos
franceses dessa época, em especial os trabalhos de Fresnel, ressaltamos a importância dada à
experimentação, bem como a matematização do conhecimento. A valorização da
experimentação no processo de construção do conhecimento remonta a ideais filosóficos 4 Para mais detalhes sobre as discussões em torno do éter ao longo do século XIX, consultar: Koehler, Camel e
Pimentel Jr (2012).
franceses difundidos ao longo do século XVIII5. A busca pela matematização do
conhecimento está relacionada, principalmente, a ideias defendidas por estudiosos franceses
na virada do século. Esse ideal de matematização da física experimental foi muito defendido
dentro do programa laplaciano de pesquisa6.
No que diz respeito à recepção dos trabalhos de Fresnel entre seus contemporâneos,
gostaríamos de ressaltar que na França a teoria ondulatória foi bem aceita ainda na década de
1820. Frankel (1976) atribui essa rápida aceitação da teoria ondulatória a certos fatos
ocorridos no âmbito da comunidade científica parisiense nesse período. No plano político, um
grupo anti-Laplace (Arago, Fresnel, Ampère, Joseph Fourier, P.L. Dulong e A.M.T. Petit)
havia ascendido na Academia no final da década de 1810 e em 1821 estava exercendo
considerável influência nos assuntos da sociedade. No lado científico, Fresnel e Arago
desafiaram a óptica corpuscular com a teoria ondulatória da luz (FRANKEL, 1976).
O controle por parte dos anti-laplacianos das instituições científicas francesas
proporcionou uma aceitação rápida e quase completa da teoria ondulatória pela comunidade
científica parisiense. “De fato, quase toda a geração de físicos e matemáticos que chegaram à
maturidade na década de 1820 - Pouillet, Savart, Lame, Navier, Liouville, Cauchy - parecem
ter adotado a teoria imediatamente” (FRANKEL, 1976, p. 173).
Implicações para discussões de NDC no ensino de ciências
O episódio histórico discutido anteriormente mostra-se muito rico do ponto de vista de
temas da NDC a serem trabalhados no ensino. Martins (2015) propõe trabalhar aspectos da
NDC a partir de temas e questões, em vez de princípios de NDC de caráter geral. Tomando
como base o trabalho de Driver et. al. (1996), Martins (2015) apresenta os temas a partir de
dois eixos principais:
[...] o eixo histórico e sociológico e o eixo epistemológico. O primeiro eixo
agruparia temas relativos ao papel do indivíduo e da comunidade científica;
a intersubjetividade; questões morais, éticas e políticas; influências históricas
e sociais; ciência como parte da cultura; comunicação do conhecimento. O
segundo eixo, mais amplo, agruparia temas relativos à origem do
5 Para mais detalhes sobre as concepções filosóficas sobre a ciênca entre os franceses ao longo do século XVIII,
consultar Châtelet (1974). 6 Para melhor entendimento do programa de matematização da física experimental consultar Abrantes (2016);
Frankel (1976).
conhecimento (experiência x razão; papel da observação, da experiência, da
lógica e do pensamento teórico; influência da teoria sobre o experimento),
aos métodos, práticas, procedimentos e processos da ciência (coleta, análise
e avaliação de dados; inferência, correlação e causalidade; modelagem em
ciência; papel da imaginação e criatividade; natureza da explicação), e ao
conteúdo/natureza do conhecimento produzido (papel de leis e teorias; noção
de modelo; semelhanças e diferenças entre ciência e outras formas de
conhecimento) (MARTINS, 2015, p. 718)7.
Os temas de NDC devem ser considerados a partir de questões. A ideia seria abordar
aspectos da NDC através de questões em vez de princípios. Mesmo onde existe consenso, é
importante explorar a NDC a partir de perguntas, para que os professores e estudantes de
ciências possam compreender a natureza da ciência e seu caráter contextual. As questões
contribuem para esclarecer o significado e o tratamento que podem ser dados aos temas,
enfatizando o caráter investigativo que seu tratamento deve adotar (MARTINS, 2015).
Dentro do eixo sociológico e histórico, a partir dos trabalhos de Fresnel sobre a natureza
da luz, poderiam ser discutidos alguns temas, tais como: 1) Papel dos
indivíduos/sujeitos e da comunidade científica: o partido laplaciano, dominante nas
instituições de pesquisa francesas da época, usava como uma de suas estratégias a não
divulgação de trabalhos contrários à sua doutrina. Dessa maneira, Arago em sua divulgação
dos trabalhos de Fresnel, enfatizava os dados experimentais de Fresnel, sem, contudo,
defender abertamente a hipótese ondulatória para a luz; 2) Questões morais, éticas e políticas:
o declínio do grupo laplaciano de pesquisa nas instituições científicas francesas na década de
1820 contribui para uma rápida aceitação da teoria ondulatória entre os franceses; 3)
Comunicação do conhecimento científico dentro da comunidade científica e em domínio
público: no desenrolar do episódio histórico, pode-se discutir como o processo de divulgação
dos trabalhos científicos leva a modificações em sua estrutura; 4) Controvérsias históricas e
contemporâneas na ciência: o episódio pode encaminhar a discussão acerca da controvérsia
teoria corpuscular versus teoria ondulatória da luz no início do século XIX.
Dentro do eixo epistemológico também podem ser discutidos temas de NDC, por
exemplo: 1) Papel da observação, experimentação, lógica, argumentos racionais e
pensamento teórico: o episódio histórico permite a discussão do papel da experimentação no
processo de construção da ciência, a partir da análise da importância dada por Fresnel à
7 Para maiores detalhes, consultar tabela 1 constante em Martins (2015, p. 719) com exemplos de temas de NDC
que podem ser discutidos a partir de cada eixo.
experimentação no processo de construção do conhecimento científico; 2) Influências teóricas
sobre observações e experiências: por exemplo, a influência do ideal mecanicista na
explicação dos fenômenos, por parte dos estudiosos da época. Estudiosos tentavam “construir
um éter” que se encaixasse com os princípios da mecânica. O próprio Fresnel fundamenta seu
modelo de éter em uma rede de moléculas mantidas em equilíbrio por forças à distância; 3)
Postulados: diante da impossibilidade da teoria ondulatória em explicar os fenômenos
relacionados à polarização da luz, Fresnel postula que as vibrações que constituem luz são
transversais e um novo modelo de éter que permitisse vibrações transversais é que deveria ser
construído, em substituição ao éter fluido que só permitia ondas longitudinais.
Construção da Narrativa
Na construção da narrativa histórica, buscamos: (1) direcionar a escrita da narrativa para
que seja usada nos cursos de formação de professores de física; (2) retratar a história da
ciência a partir das fontes primárias e secundárias analisadas no estudo do episódio histórico;
(3) discutir temas de NDC através de uma abordagem explícita e questões de NDC deixadas
ao longo do texto.
Na busca de fontes que pudessem auxiliar na construção da narrativa histórica, tomamos
como embasamento artigos que discutem sobre a construção de narrativas históricas para o
ensino de ciências (KLASSEN, 2006, 2007, 2009; METZ et al., 2007; NORRIS et al., 2005;
KLASSEN; FROESE KLASSEN, 2014).
A partir da análise dos artigos de Norris et al (2005) e Klassen (2009), podemos apontar
alguns elementos essenciais na construção das narrativas, entre eles: 1) Event-tokens: as
narrativas consistem no relato de uma sequência de eventos que envolvem personagens e o
cenário no qual os eventos ocorrem; 2) O Narrador: seja um participante ou um observador,
determina o ponto e propósito da narrativa e seleciona os eventos e sua sequência; 3) Apetite
narrativo: uma narrativa deve levar curiosidade ao ouvinte em função de um desejo de saber
o que acontecerá depois; 4) Tempo passado: em uma narrativa, o narrador conta os eventos
que já ocorreram; 5) A Estrutura: estado inicial - evento - estado final; 6) Agentes: as
narrativas envolvem personagens que são agentes (os personagens devem fazer escolhas); 7)
O Propósito: comunicar conhecimento, sentimentos, valores e crenças; 8) Alguém que recebe
(leitor ou ouvinte): a narrativa assume um certo tipo de ouvinte que responderá de uma certa
maneira; 9) O efeito do não revelado: uma breve narrativa não consegue incluir todos os
detalhes sobre os eventos que ocorreram e isso contribui para o engajamento do ouvinte, uma
vez que este procurará preencher os espaços em branco entre as informações fornecidas e 10)
Ironia: muitas vezes, as narrativas terminam diferentemente do que o ouvinte é levado a
acreditar no início.
Em relação aos aspectos da NDC a serem abordados na narrativa, Clough (2011)
ressalta a necessidade de envolver explicitamente os alunos em questões sobre a NDC. As
narrativas históricas devem abordar o desenvolvimento de ideias científicas com comentários
e questões que explicitamente chamam a atenção dos alunos para as ideias de NDC. Os
comentários e questões sobre a NDC são inseridos em pontos apropriados nas narrativas
históricas para que os leitores reflitam sobre aspectos da NDC (CLOUGH, 2011).
Procuraremos guiar a construção de nossa narrativa histórica a partir dos elementos-
chaves das narrativas propostos em Norris et. al. (2005) e Klassen (2009).
Quadro 1: Construção da narrativa: “A competição sobre difração - 1817” – Elementos-chaves
envolvidos.
Elemento-chave Narrativa: “A competição sobre difração - 1817”
Event-tokens A configuração da narrativa construída é a competição sobre o tema difração,
proposta pela Academia de Ciências de Paris, em 1817.
Narrador O narrador não participa do desenrolar dos fatos.
Apetite narrativo O suspense gira em torno de descobrir qual das teorias concorrentes
(corpuscular x ondulatória) sairá vitoriosa na competição sobre difração.
Tempo passado A narrativa retrata eventos que ocorreram, na França, nas primeiras décadas do
século XIX.
Estrutura A estrutura da narrativa se desdobra de acordo com a seguinte sequência:
predomínio da teoria corpuscular da luz entre 1800-1815 (situação inicial)
competição sobre o tema de difração na Academia de Ciências de Paris
(desenvolvimento) predomínio da teoria ondulatória da luz a partir de 1820
(resultado final).
Agentes A narrativa tem como personagens Augustin Fresnel, François Arago, Pierre-
Simon Laplace e Siméon Denis Poisson.
Propósito Visa retratar o desenvolvimento e aceitação da teoria ondulatória da luz, na
França, nas primeiras décadas do século XIX, bem como abordar aspectos da
NDC.
Leitor É destinada aos professores de ciências em formação, em especial de física.
O efeito do não
revelado
Diante da complexidade envolvida no episódio histórico fonte da narrativa,
esta contém diversos aspectos não detalhados que contribuem para o
engajamento do leitor.
Ironia A narrativa construída aborda, incialmente, o predomínio e controle do
programa laplaciano de pesquisa dentro das instituições científicas francesas no
início do século XIX. Dessa maneira, o leitor será levado a acreditar que a
teoria ondulatória não conseguirá “vencer’ a teoria corpuscular da luz. No
entanto, a narrativa toma outro desfecho no final.
Fonte: Quadro elaborado pela própria pesquisadora, tomando como base elementos narrativos propostos
por Norris et al. (2005) e Klassen (2009).
Considerações Finais
A complexidade envolvida nos debates teoria ondulatória versus teoria corpuscular da
luz na comunidade científica parisiense, no período estudado, mostrou-se muito rica do ponto
de vista da discussão de aspectos da NDC, uma vez que a análise do episódio histórico
evidenciou a possibilidade de trabalharmos diferentes temas da NDC.
O trabalho desenvolvido também pode contribuir para a problematização de aspectos da
NDC no ensino de ciências, a partir da narrativa histórica construída, que aborda questões de
NDC com base no episódio histórico estudado.
Referências
ABRANTES, Paulo. Imagens da natureza, imagens da ciência. 2 ed. Rio de Janeiro:
EdUERJ, 2016.
ARAGO, François; FRESNEL, Augustin. Memoir on the action of rays of polarized light
upon each other (1819). Tradução de Henry Crew. In: CREW, Henry. The Wave Theory of
Light: Memoirs by Huygens, Young e Fresnel. New York: American Book Company, 1900,
p. 145-155.
CANTOR, Geoffrey N. Optics after Newton – theories of light in Britain and Ireland, 1704-
1840. Manchester: Manchester University Press, 1983.
CHÂTELET, François. História da Filosofia: idéias, doutrinas (v.4 - O Iluminismo – o
século XVIII). Tradução de Guido de Almeida. Rio de Janeiro: Zahar Editores, 1974.
CLOUGH, M. P. The Story Behind the Science: Bringing science and scientists to life in
postsecondary science education. Science & Education, v. 20, 701–717, 2011.
DARRIGOL, Olivier. The history of optics: from Greek antiquity to the nineteenth century.
Oxford: University Press, 2012.
FORATO, Thays C. M. A natureza da ciência como saber escolar: um estudo de caso a partir
da história da luz. Tese (Doutorado em Educação). Faculdade de Educação, Universidade de
São Paulo, São Paulo, 2009.
FORATO, Thays C. M.; MARTINS, Roberto A.; PIETROCOLA, Maurício. History and
Nature of Science in High School: Building Up Parameters to Guide Educational Materials
and Strategies. Science & Education, v. 21, n. 5, p. 657-682, 2012.
FOX, Robert. The rise and fall of Laplacian physics. Historical Studies in the Physical
Sciences, v. 4, p. 89-136, 1974.
FRANKEL, Eugene. Corpuscular Optics and the Wave Theory of Light: The Science and
Politics of a Revolution in Physics. Social Studies of Science, v. 6, p. 141-184, 1976.
FRESNEL, Augustin. Memoir on the diffraction of Light (1819). Tradução de Henry Crew.
In: CREW, Henry. The Wave Theory of Light: Memoirs by Huygens, Young e Fresnel. New
York: American Book Company, 1900, p. 81-144.
JAMES, Frank A. J. L. The Physical Interpretation of the Wave Theory of Light. The British
Journal for the History of Science, v. 17, n. 1, p. 47-60, 1984.
KLASSEN, Stephen. A theoretical framework for contextual science teaching. Interchange,
v. 37, p. 31–61, 2006.
_____. The application of Historical Narrative in Science Learning: The Atlantic Cable Story.
Science & Education, v.16, p. 335-352, 2007.
_____. The construction and analysis of a science story: a proposed Methdology. Science &
Education, v.18, p. 401-423, 2009.
KLASSEN, Stephen; FROESE KLASSEN, Cathrine. Teaching with historically based
stories: Theoretical and practical perspectives. In: MATTHEWS. Michael R. (Eds.)
International Handbook of Research in History and Philosophy Science Science. New York:
Springer Dordrecht Heidelberg, 2014, p. 1503-1530.
KOEHLER, Carlos B. G.; CAMEL, Tânia O.; PIMENTEL JR, Roberto A. Éter e Estrutura da
Matéria no Século XIX. Atas do 11º SNHCT, 2012.
LEVITT, Theresa. Editing out Caloric: Fresnel, Arago and the Meaning of Light. The British
Journal for the History of Science, v. 33, n. 1, p. 49-65, 2000.
MARTINS, André F. P. Natureza da ciência no ensino de ciências: uma proposta baseada em
“temas” e “questões”. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 32, n. 3, p. 703-737, 2015.
METZ, Don; KLASSEN, Stephen; MCMILLAN, Barbara; CLOUGH, Michael; OLSON,
Joanne. Building a Foundation for the Use of Historical Narratives, Science & Education,
v.16, p. 313–334, 2007.
MOURA, Breno A.; BOSS, Sérgio L. B. Thomas Young e o resgate da teoria ondulatória da
luz: Uma tradução comentada de sua Teoria Sobre Luz e Cores. Revista Brasileira de Ensino
de Física, v. 37, n. 4, nº 4203, 2015.
MOURA, Breno A. O que é natureza da ciência e qual sua relação com a História e Filosofia
da ciência? Revista Brasileira de História da ciência, v. 7, n. 1, p. 32-46, 2014.
NORRIS, Stephen P.; GUILBERT, Sandra M.; SMITH, Martha L.; HAKIMELAHI,
SHAHRAM; PHILLIPS, Linda M. A theoretical framework for narrative explanation in
science. Science Education, v. 89, n. 4, p. 535–563, 2005.
RUDGE, David W.; HOWE, Eric M. An explicit and reflective approach to the use of History
to promote understanding of the nature of Science. Science & Education, v. 18, n. 5, p. 561-
580, 2009.
SILLIMAN, R. H. Fresnel and the Emergence of Physics as a Discipline. Historical Studies in
the Physical Sciences, v. 4, p. 137-162, 1974.
_____. Augustin Fresnel. In: GILLISPIE, Charles C. Dicionário de biografias científicas.
Tradução de Carlos Almeida Pereira [et al.]. Rio de Janeiro: Contraponto, 2007, vol. 1, p.860-
866.
Apêndice
Esta história se passa no século 19, quando
as máquinas e a eletricidade trazem um
ambiente de progresso e de ciência para a
sociedade. É nesse ambiente que Agustin
Fresnel buscava solução para
o problema da Academia de
Ciências: qual seria a
explicação da difração da
luz? Seus estudos anteriores
foram ignorados pelos membros da
academia. O que teria levado a que
fizessem isso? Tantos anos de estudo....
No ano de 1817, a explicação do
fenômeno de difração foi proposta como
tema na competição de prêmios sobre
determinados assuntos da física, que era
proposta, bienalmente, pela Academia de
Ciências de Paris. Nessa época, a
Academia era dominada por laplacianos,
que defendiam a teoria
corpuscular da luz e
utilizavam como uma de
suas estratégias a não
divulgação de
interpretações rivais. Além disso, a teoria
corpuscular era a ortodoxia prevalescente
na França, uma vez que havia sido muito
expandida dentro do programa laplaciano
de pesquisa entre os anos 1805-1815.
No entanto, Fresnel estava
confiante em ganhar o prêmio.
“Desta vez vou conseguir o
prêmio”. Além de estar mais
certo de que seus cálculos
estavam corretos, ele conseguira
um grande aliado, o caro Arago.
Fresnel e Arago trabalhavam juntos
na teoria ondulatória da luz desde o ano de
1815, buscando fundamentar essa teoria a
partir de experimentos e de uma teoria
matemática ampla.
Dentro desse contexto, essa
competição representava mais que a
explicação sobre o tema difração. Tinha
como pano de fundo o embate teoria
corpuscular versus teoria ondulatória da
luz. Ou de outra forma, defensores da
teoria corpuscular (laplacianos) versus
ondulacionistas.
Entre os cinco jurados da
competição, estavam o próprio Laplace e
dois laplacianos, Biot e Poisson.
Assim, a situação não era
favorável aos ondulacionistas. No
entanto, Fresnel ganhou o prêmio,
em março de 1819, com um
extenso trabalho sobre difração.
Nesse trabalho, Fresnel buscou explicar o
fenômeno de difração pela combinação do
Princípio de Huygens com o princípio de
interferência. Fresnel analisou o problema
de difração em termos de uma onda
espalhando da fonte tal que, em
concordância com Princípio de Huygens,
cada ponto na frente de onda é a própria
fonte de ondas secundárias.
Os cientistas trabalham isoladamente? Como
a comunidade científica influencia no
trabalho dos estudiosos? O conhecimento
científico é construído socialmente?
Qual o papel da experimentação no
desenvolvimento da ciência? E o papel da
matemática? Como se dá a relação teoria x
observação?
Os estudiosos, geralmente, discordam entre si
e apresentam pontos de vista conflitantes.
Qual o papel das controvérsias no
desenvolvimento da ciência?
Ilustração do principio de Huygens.
Todos os pontos da frente de onda no
A Competição sobre difração
(1817)
Um dos jurados da competição de
difração, Poisson, que era um laplaciano
defensor da teoria corpuscular, apontou a
previsão inesperada da teoria de Fresnel de
que no centro da sombra de um disco
circular deveria haver um ponto brilhante,
decorrente da soma dos efeitos de todas as
ondas secundárias em fase de todos os
pontos da borda do disco. A predição foi
confirmada experimentalmente por Arago,
mostrando assim o poder explicativo e a
habilidade preditiva da teoria de Fresnel.
Com a vitória do trabalho de Fresnel
nessa competição, a teoria ondulatória
obteve uma importante vitória pública.
No entanto, essa vitória não era
suficiente para que a teoria ondulatória
superasse a teoria corpuscular da luz no
meio científico francês.
Entre outros fatores, a teoria
ondulatória não explicava a polarização da
luz. As características da luz polarizada
mostravam a existência de forças agindo
perpendicularmente aos raios. No entanto,
ondas transversais não se encaixavam com
o ideal de éter defendido na época. Fresnel
argumentou que as ondas de luz eram
transversais e um modelo de éter que
permitisse a propagação de ondas
transversais deveria ser reconstruído.
Ao adotar a propagação transversal
das ondas de luz, Fresnel conseguiu novos
resultados. Entre eles, a previsão da
direção de cada raio no espaço, sua
intensidade, seu grau e direção de
polarização e o ângulo de polarização para
um dado meio. Fresnel também conseguiu
explicar novos tipos de polarização que
Biot, Brewster e ele mesmo tinham
observado na luz refletida e na luz
transmitida através de lâminas de cristal.
Concominante aos desenvolvimentos
de Fresnel na teoria ondulatória, o partido
laplaciano foi perdendo o controle das
instituições científicas francesas. Assim, a
teoria ondulatória passou a ser aceita ainda
na década de 1820 dentro das instituições
científicas francesas.
Previsão de Poisson
Você considera que a adoção por Fresnel da
propagação transversal das ondas de luz foi
um postulado ou uma hipótese? Qual a função
dos postulados na construção do
conhecimento científico? Qual a diferença
entre postulado e hipótese?
?
Quais os fatores envolvidos na avaliação de
teorias concorrente? Apenas fatores
científicos devem ser considerados?
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