Como a Meteorologia e a Matemática se relacionam?



Quando pensamos na relação de Matemática e Meteorologia, talvez logo venha a mente a Teoria do Caos. Vamos falar disso aqui no post, brevemente. Porém veremos que a relação é mais abrangente. Cortesia de Shutterstock

Eu adoro matemática! Sempre gostei e acho que herdei esse gosto de meu pai, que sempre propunha desafios lógicos e matemáticos para mim e para meu irmão. Meu irmão inclusive cursou Matemática Aplicada, então logo compreendemos que o bichinho da Matemática nos picou.

Sempre procuro deixar bem claro para quem não sabe o que um Meteorologista estuda e está caindo pela primeira vez aqui no blog: Meteorologia é uma ciência exata. Nesse post, contei o que os meteorologistas estudam. Ao longo da graduação, temos disciplinas relacionadas co cálculo, física, programação e química.

Eu cursei meteorologia no IAG-USP e nesse link vocês podem conferir quais são as disciplinas (matérias) que os estudantes de Meteorologia do IAG-USP precisam cursar para conseguir concluir a graduação. Temos as disciplinas obrigatórias  e as disciplinas optativas. Para concluir o curso, além de serem aprovados nas disciplinas obrigatórias, os alunos precisam escolher algumas disciplinas optativas de seu interesse. Atualmente, no IAG-USP, se o aluno seguir a grade horária sugerida (veja aqui), se formará como Meteorologista em 5 anos.

No post de hoje, vamos falar das disciplinas relacionadas com a Matemática, que para o caso dos alunos do IAG-USP, são ministradas por professores do IME-USP (Instituto de Matemática e Estatística da USP). Essas disciplinas são:

– Cálculo Diferencial e Integral I

– Cálculo Diferencial e Integral II

– Cálculo Diferencial e Integral III

– Cálculo Diferencial e Integral IV

– Vetores e Geometria

– Álgebra Linear

– Introdução às Equações Diferenciais Ordinárias e Aplicações

– Cálculo Numérico com Aplicações em Física

– Tópicos de Matemática Aplicada

E por que os alunos de Meteorologia precisam cursar tantas disciplinas relacionadas com matemática? Porque a matemática é uma ferramenta da ciência. A matemática é a linguagem com a qual podemos compreender a física que nos cerca. As equações possibilitam que compreendamos o mundo físico e para entender essas equações, precisamos estudar seu idioma. O idioma é a matemática.

Por isso os educadores da área falam em alfabetização matemática. Ocorre que para entender a Física, precisamos ser fluentes em Matemática. É exatamente como o processo natural de alfabetização. Começamos lendo algumas palavras e depois algumas frases. Se você estudar bastante, pode vir a compreender Machado de Assis, Camões ou uma trova medieval.

Um estudante de graduação da área de Exatas na verdade deu um passo adiante no estudo de Matemática, por isso precisa dessas ferramentas mais avançadas. Do mesmo jeito que um estudante de Letras que está se especializando em Português precisa de mais conhecimento (ferramenta) para compreender Camões, por exemplo.

Estou lendo um livro muito interessante chamado The Limitations of Science, de J. W. N. Sullivan. É um livro do final da década de 1940, mas apresenta aspectos muito interessantes sobre a história da ciência. Pude perceber que em todas as vezes em que o conhecimento sobre o mundo físico deu um salto grande, a Matemática estava ali como importante ferramenta. Os egípcios começaram a usar a Matemática como ferramenta para agrimensura e na construção. Os gregos, que podemos dizer que foram os primeiros a transformar a Ciência numa “atividade autônoma”, trouxeram enormes avanços para o estudo da Geometria. Tales de Mileto, em aproximadamente 580 a.C., propôs o seguinte questionamento: “De que e de que forma o mundo foi feito?”. E para explicar “de que forma o mundo foi feito”, a matemática tem papel fundamental.

A Matemática era levada tão a sério pelos gregos da Antiguidade que alguns acreditavam que a chave para o entendimento de todas as coisas estava na Matemática. Os seguidores de Pitágoras viam nos números algo transcendental. Tudo poderia ser explicado pelos números, desde aspectos da Natureza até qualidades morais dos seres humanos. Esse pensamento, de certo modo, perdura até hoje. Alguns cientistas chegaram a dizer que se existe Deus, ele é matemático (aparentemente isso foi dito pelo ganhador do Nobel, Eugene Wigner). O fato é que existem até livros que se dedicam a pensar na questão: Seria Deus um Matemático?  Ou seja, a Matemática é uma ferramenta tão poderosa que na visão de alguns, ela ultrapassou as barreiras do mundo natural.

Como qualquer ferramenta, a Matemática foi aperfeiçoada ao longo dos anos. Gottfried Wilhelm Leibniz e Sir Isaac Newton criaram simultaneamente, no século XVII, o que hoje chamamos Cálculo Diferencial Integral (ou simplesmente Cálculo),  importante ramo da Matemática. Entretanto, outros nomes também precisam ser destacados quando falamos no desenvolvimento do Cálculo. Maria Gaetana Agnesi, matemática italiana do século XVIII, foi uma das pioneiras ao unir as ideias de Leibniz e Newton e concluir que ambos falavam da mesma coisa: uma nova ferramenta que possibilitaria uma descrição do mundo físico. Hoje, todos os estudantes de Exatas aprendem Cálculo Diferencial e Integral, com maior ou menor aprofundamento, dependendo das necessidades do curso.

A Meteorologia e a Teoria do Caos

A Espiral de Lorenz logo vem a cabeça quando falamos de Teoria do Caos. Leia mais sobre ela aqui. Cortesia de Shutterstock

Esse assunto daria um post exclusivo e eu não descarto essa possibilidade. Recomendo o post do meu amigo Vinícius, que é físico e mestre em Meteorologia e escreve no Monolito Nimbus.

Dizemos que a atmosfera é caótica porque são muitos “detalhes” responsáveis pela circulação atmosférica: ocupação do solo, presença ou não de água, relevo, atividade humana, gases do efeito estufa presentes na atmosfera, etc. Os modelos meteorológicos fazem cálculos em grade, ou seja, divide-se a área de interesse em uma malha com quadradinhos de 1km x 1km, por exemplo. E a cada “quadradinho” desse, o cálculo das equações que regem a atmosfera é feito. Só que muita coisa pode acontecer dentro de um quadradinho de 1km² e não conseguimos parametrizar com sucesso total todos os fluxos. A previsão do tempo que temos disponível hoje é muito boa, quando comparamos com a de poucas décadas atrás, mas existem essas limitações. Falei um pouco disso nesse post e também falei sobre a importância das observações meteorológicas na qualidade da previsão do tempo nesse texto do UOL.

 

Mencionei Teoria do Caos nesse post e aqui fiz uma resenha de um livro ótimo, chamado 17 Equations that Changed the World, de Ian Stewart.  As equações são apresentadas em “ordem cronológica” e a 16° da lista corresponde à Teoria do Caos.  Esse livro é excelente e mesmo que você não entenda nada de Cálculo ou Matemática Avançada em geral, mas gosta de divulgação científica, certamente vai gostar do livro. Ele apresenta a equação apenas como uma ilustração, para então contar a história por trás daquela equação.

Eu já estou esboçando um post sobre Teoria do Caos e em breve apresentarei aqui. Por enquanto, fiquem com os links que apresentei😃.

Não consigo acompanhar as disciplinas de Cálculo ou Álgebra. Devo abandonar a graduação?📚📖🖋

Há problemas na alfabetização matemática que vão se arrastando ao longo dos anos e infelizmente isso é mais normal do que pensamos. Alguns fatos que ocorrem no processo de alfabetização matemática: professores desestimulados, falta de professor, falta de recursos, etc. Além disso, as pessoas em geral já tem uma ideia pré-concebida de que matemática é difícil.

Se você passou em um curso, digamos, Meteorologia e agora enfrenta problemas nas disciplinas de Matemática, respire fundo. Você gosta de Meteorologia? Gosta de Ciências e quer continuar na área? Tem apoio das pessoas que você ama? Então vale a pena o esforço. Procure a ajuda de monitores. Na USP, por exemplo, várias disciplinas contavam com monitores que ajudavam os alunos fora do horário de aula. Normalmente o monitor é um veterano de graduação ou um aluno de pós e é contratado, com uma bolsa, para auxiliar alunos em dificuldade. Procure o monitor, apresente suas dúvidas. Fale com o professor também, muitos são extremamente receptivos e ajudam alunos interessados. Outra ideia é montar um grupo de estudos, onde um aluno pode motivar o outro.

Há a possibilidade de contratar um professor particular. Alguns alunos oferecem esse serviço, como uma maneira de obter renda extra. Minha amiga Bárbara oferece esse serviço via Skype, com o Matemática Orientada. A Bárbara, formada no IME-USP, atende alunos de Ensino Fundamental (reforço escolar) e também atende adultos: concurseiros, vestibulandos e universitários. Ela tem muita experiência com docência e pode ser uma luz no fim do túnel, para te mostrar que a Matemática é uma importante ferramenta e não uma chatice ou empecilho em sua formação.

Por isso, antes de desistir porque as disciplinas estão difíceis, para e repense. Pense nessas possibilidades que estou te apresentando e passe a encarar a Matemática de maneira positiva.