O que são modelos?
Imagine querer estudar um grande problema do mundo. Talvez você esteja pensando em encontrar a cura para o câncer, desenvolver a vacina contra a gripe no próximo ano ou até mesmo prever o tempo de maneira mais confiável. Como cientistas, sabemos que a maneira de resolver nossos problemas é através da realização de investigações científicas nas quais propomos uma previsão com base em dados anteriores, testamos uma variável por vez, coletamos e, finalmente, analisamos nossos dados.
Mas o que fazer se o sistema em questão for muito grande para testar? Não podemos simplesmente fazer experiências em todas as pessoas com câncer ou controlar aspectos do clima durante uma investigação. Então, como os cientistas podem descobrir esses mistérios se eles não podem conduzir investigações clássicas? Eles contornam esse problema construindo modelos . Modelos são representações de fenômenos científicos reais que podem ser difíceis de estudar no mundo real. Os modelos podem ser representações físicas, diagramas, teorias ou equações matemáticas.
Embora os modelos variem em sua estrutura, eles servem a propósitos comuns para cientistas. Às vezes, os modelos ajudam os cientistas a visualizar algo, como o modelo de Bohr da estrutura atômica. Outras vezes, os modelos são projetados para analisar dados passados e fazer previsões sobre o futuro, como modelos de atividade sísmica para prever terremotos futuros. Alguns outros modelos são projetados para recriar um problema, como um modelo animal de doença humana, para que os cientistas possam testar possíveis tratamentos. Hoje, vamos ver alguns exemplos de modelos e seus usos na ciência.
Exemplos
Estrutura do DNA
Um dos maiores modelos da história científica é o modelo de DNA de Watson e Crick. O DNA é o material genético da célula e contém todas as informações para codificar nossas características. Mas antes do trabalho de James Watson, Francis Crick e seus colegas Rosalind Franklin e Maurice Wilkins, a estrutura dessa molécula de hereditariedade era um mistério. Esses cientistas descobriram que a estrutura do DNA era uma dupla hélice, composta por duas fitas de DNA complementar com a informação genética codificada na sequência de bases dentro da hélice. Este modelo de DNA abriu as portas para entender como as informações são codificadas na molécula e como nossas características podem mudar. Hoje, ainda é amplamente aceito e usado para compreender aspectos da biologia molecular.
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Evolução
Às vezes, os modelos são usados não para visualizar estruturas, mas sim para explicar fenômenos. Você já se perguntou por que os cangurus têm pernas tão fortes ou por que os rinocerontes têm chifres? E se houvesse um modelo científico abrangente para explicar qualquer adaptação biológica? Este modelo é conhecido como teoria biológica da evolução e foi originalmente desenvolvido por Charles Darwin.
Por meio da observação cuidadosa das populações naturais, Darwin concluiu que qualquer característica que permitisse a um organismo sobreviver e se reproduzir seria transmitida por meio de seu DNA. A nova geração também teria mais probabilidade de ter essa característica. Com o tempo e com a pressão seletiva de um ambiente em mudança, novas espécies evoluiriam dessa maneira. Este modelo explica toda a biodiversidade na Terra hoje, de populações de bactérias microscópicas aos mais belos animais e plantas nas florestas tropicais.
das Alterações Climáticas
Outras vezes, aplicar qualitativamente um modelo não é suficiente. Os cientistas querem prever números concretos para usar como dados. É aqui que entram os modelos matemáticos . Os modelos matemáticos descrevem fenômenos usando equações matemáticas. Os modelos matemáticos são muito úteis no estudo das mudanças climáticas.
Cientistas da mudança climática analisam dados coletados - por longos períodos de tempo - sobre emissões de carbono, clima e ciclos da água. A partir daqui, eles usam fórmulas matemáticas complexas para calcular o impacto que as atividades humanas podem ter na Terra no futuro. Esse modelo também é usado em outros aspectos da vida humana que são afetados pelo clima, como a produção e a escassez de alimentos.
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Força
Nem todos os modelos matemáticos precisam ser complicados. Alguns de nossos entendimentos mais básicos em física são baseados em modelos matemáticos simples. Isaac Newton estudou o movimento nos anos 1600, e suas observações do mundo natural o levaram a entender a relação entre força, massa e aceleração. Agora conhecemos seus métodos como a segunda lei de Newton. Newton viu que em todas as situações, a força agindo sobre um objeto era igual à massa do objeto multiplicada pela aceleração. Esta equação clássica, F = ma, é usada por físicos em todo o mundo. É a base para alguns dos tipos de movimento mais complicados, incluindo o vôo.
Resumo da lição
Modelos são representações de fenômenos científicos que podem ser difíceis de estudar no mundo real. Eles podem ser representações visuais, explicações ou modelos matemáticos , que aplicam fórmulas matemáticas para explicar as mudanças em um sistema.
O modelo Watson e Crick da estrutura do DNA foi projetado com base em dados científicos para explicar como a informação genética era armazenada e transmitida entre organismos. O modelo biológico de evolução explica como diferentes organismos adquiriram características únicas, que levaram a uma biodiversidade incrível. Modelos matemáticos podem ser criados com base na análise de dados passados para prever o que pode acontecer no futuro, como modelos matemáticos de mudanças climáticas.