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Um físico e seu gato 'revelam' a equação do movimento do gato
Era das mídias sociais, há pouca dúvida sobre quem é a estrela do reino animal. Os gatos dominam as telas assim como seus primos, os leões, dominam a savana. Graças a Erwin Schrödinger, este felino também tem um lugar de honra na história da física.
Por Instituto Galego de Física de Altas Energias - 04/11/2024


Anxo Biasi, com seu gato, Eme, que o inspirou a desenvolver a equação. Crédito: Anxo Biasi


Na era das mídias sociais, há pouca dúvida sobre quem é a estrela do reino animal. Os gatos dominam as telas assim como seus primos, os leões, dominam a savana. Graças a Erwin Schrödinger, este felino também tem um lugar de honra na história da física. E foi o gato Eme que inspirou Anxo Biasi, pesquisador do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), a publicar um artigo no American Journal of Physics.

Neste artigo, Anxo apresenta a equação do movimento do gato. "Este artigo tem como objetivo aproximar a física dos não especialistas, oferecendo um exemplo agradável por meio do qual é possível entender vários conceitos da mecânica clássica. Para isso, é construída uma equação que modela o comportamento de um gato na presença de uma pessoa, considerando o primeiro como uma partícula pontual que se move em um potencial induzido pelo humano", resume.

Explicando física com gatos

Anxo ingressou recentemente no IGFAE, um centro conjunto da Universidade de Santiago de Compostela (USC) e do governo regional da Galícia (Espanha), por meio do programa Junior Leader da La Caixa, do Departamento de Física da École Normale Supérieure de Paris.

No IGFAE, onde já concluiu a sua tese de doutoramento , desenvolverá a sua linha de investigação em equações de evolução não lineares, na intersecção entre a física e a matemática, integrando a equipa de Teoria de Cordas e áreas afins.

A ideia do artigo surgiu para "comunicar a física de uma forma divertida, tornando-a mais atraente para os alunos", ele diz. E assim, o que parecia, até certo ponto, uma piada, gradualmente assumiu uma forma acadêmica.

"Isso começou como uma ideia lúdica para o Dia da Mentira, inspirada pelos artigos engraçados apresentados por alguns pesquisadores. No entanto, logo percebi que essa história que criei poderia ser de grande ajuda para estudantes de física. A história é muito carregada conceitualmente, mas a introduz de uma forma divertida usando um exemplo que desperta grande curiosidade: um gato!"


E como é construída a equação do movimento do gato?

Anxo parte de sete dinâmicas, ou padrões, extraídos de sua experiência cotidiana com Eme, e usa a hipótese de que "os gatos se comportam como se percebessem uma força ao redor de uma pessoa".

Dessa forma, o artigo afirma que as sete dinâmicas supracitadas podem ser modeladas, numa primeira aproximação, considerando o gato como uma partícula pontual que obedece à mecânica newtoniana.

O gato experimenta uma "força" ligada a um potencial externo (induzido pela presença de uma pessoa) onde x(t)  R representa a posição do gato no instante t em relação à pessoa localizada em x = 0. Assim, m > 0 é a massa do gato, e  > 0 é o coeficiente de atrito para considerar a fadiga do gato. O resultado é, portanto, esta equação:

Equação do movimento do gato. Crédito: Anxo Biasi

A partir desta fórmula, e através da análise do movimento felino, é possível mostrar como as próprias equações são construídas.

"A obra demonstra, de forma divertida, o processo mental seguido na construção de modelos físicos, raramente detalhado em livros. Por exemplo, são analisados padrões de movimento (ou não movimento), derivados do fato de que gatos tendem a não vir quando chamados, são facilmente distraídos ou tendem a ficar mais tempo no colo de sua pessoa favorita."


Todos esses cálculos são abordados de uma forma envolvente e divertida. "Nem sempre precisamos enfrentar os mistérios mais profundos e desafiadores do universo; às vezes podemos simplesmente relaxar e usar o poder da física para explicar a vida cotidiana — é muito engraçado!", diz Anxo.

Dessa forma, “o modelo de interação gato-humano aproxima a física dos não especialistas, demonstrando por meio de uma situação curiosa e familiar o raciocínio por trás da construção de modelos físicos”, resume.

Análise de ronronar e zumbir

O artigo foca na análise do ronronar felino característico. Sua proposta é que essa reação é um mecanismo de estabilização, que é retroalimentado pela interação entre o gato e seu companheiro humano.

"Propõe-se que quando um gato está sendo acariciado e começa a ronronar, as pessoas tendem a sentir o impulso de continuar acariciá-lo, reforçando assim a estabilidade do processo."


Essa estabilização também é reforçada pelo fato de que a troca de afeto entre ronronar e acariciar fortalece temporariamente o vínculo entre gato e humano.

O estudo também considera períodos de atividade aleatória frenética, conhecidos como FRAP ou "zoomies", quando os gatos se movem a toda velocidade de um lugar para outro, geralmente à noite. O artigo discute como, neste caso, a equação requer um componente aleatório para modelar esses períodos, construído na fórmula como uma "força" externa. Isso adiciona alguma aleatoriedade necessária para modelar essas "explosões" de gatos, que até certo ponto podem ser ajustadas às particularidades de todos.

Uso educacional

Além da abordagem lúdica, Anxo ressalta que este artigo "se destina a ser usado em cursos introdutórios de mecânica clássica, para demonstrar como comportamentos aparentemente complexos e não relacionados podem ser explicados por leis simples".

Ele faz isso mostrando "uma série de dinâmicas fáceis de visualizar, reduzindo a necessidade de abstração", e apresenta "uma equação com termos diferentes, cobrindo os fundamentos da mecânica clássica".


Mais informações: Sobre a interação gato-humano do ponto de vista da física: Uma equação de movimento, American Journal of Physics (2024). DOI: 10.1119/5.0158200

Informações do periódico: American Journal of Physics 

 

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