Modelagem científica

Na ciência, um modelo é uma representação de uma ideia, um objeto ou mesmo um processo ou sistema que é usado para descrever e explicar fenômenos que não podem ser experimentado diretamente. Os modelos são fundamentais para o que os cientistas fazem, tanto em suas pesquisas quanto na comunicação de suas explicações.

Os modelos são uma forma mentalmente visual de vincular a teoria. com experimento, e eles guiam a pesquisa por serem representações simplificadas de uma realidade imaginada que permite que previsões sejam desenvolvidas e testadas por experimentos.

Por que os cientistas usam modelos

Os modelos têm uma variedade de usos – desde fornecer uma forma de explicar dados complexos até apresentar como uma hipótese. Pode haver mais de um modelo proposto por cientistas para explicar ou prever o que pode acontecer em determinadas circunstâncias. Freqüentemente, os cientistas argumentam sobre a “correção” de seu modelo e, no processo, o modelo evolui ou é rejeitado. Consequentemente, os modelos são centrais para o processo de construção do conhecimento em ciência e demonstram como o conhecimento científico é provisório.

Pense em um modelo que mostre a Terra – um globo. Até 2005, os globos sempre foram uma representação artística de como pensávamos ser o planeta. (Em 2005, o primeiro globo usando imagens de satélite da NASA foi produzido.) O primeiro globo conhecido a ser feito (em 150 AC) não era muito preciso. O globo foi construído na Grécia, então talvez só mostrasse uma pequena quantidade de terra na Europa, e não teria Austrália, China ou Nova Zelândia nele! Como a quantidade de conhecimento foi acumulada ao longo de centenas de anos, o modelo foi aprimorado até que, no momento em que um globo feito de imagens reais foi produzido, não havia nenhuma diferença perceptível entre a representação e a coisa real.

Construindo um modelo

Os cientistas começam com uma pequena quantidade de dados e constroem uma representação cada vez melhor dos fenômenos que estão explicando ou usando para fazer previsões com o passar do tempo. Hoje em dia, muitos modelos provavelmente são matemáticos e são executados em computadores, em vez de uma representação visual, mas o princípio é o mesmo.

Usando modelos para prever

Em algumas situações, os modelos são desenvolvidos por cientistas para tentar e prever coisas. Os melhores exemplos são os modelos climáticos e as mudanças climáticas. Os humanos não sabem o efeito total que estão tendo no planeta, mas sabemos muito sobre os ciclos do carbono, os ciclos da água e o clima. Usando essas informações e uma compreensão de como esses ciclos interagem, os cientistas estão tentando descobrir o que pode acontecer. Os modelos contam ainda com o trabalho de cientistas para coletar dados de qualidade para alimentar os modelos. Para saber mais sobre o trabalho de coleta de dados para modelos, olhe para o Projeto Argo e o trabalho que está sendo feito para coletar dados de temperatura e salinidade em grande escala para entender qual papel o oceano desempenha no clima e nas mudanças climáticas.

Por exemplo, eles podem usar dados para prever como será o clima em 20 anos se continuarmos produzindo dióxido de carbono nas taxas atuais – o que pode acontecer se produzirmos mais dióxido de carbono e o que aconteceria se produzirmos menos. Os resultados são usados para informar os políticos sobre o que pode acontecer ao clima e o que pode ser mudado.

Outro uso comum de modelos é na gestão da pesca. Pescar e vender peixes para os mercados de exportação é uma indústria importante para muitos países, incluindo a Nova Zelândia (no valor de $ 1,4 bilhão de dólares em 2009). No entanto, a sobrepesca é um risco real e pode causar o colapso dos pesqueiros. Os cientistas usam informações sobre os ciclos de vida dos peixes, padrões de reprodução, clima, correntes costeiras e habitats para prever quantos peixes podem ser capturados de uma determinada área antes que a população seja reduzida abaixo do ponto em que não possa se recuperar.

> Os modelos também podem ser usados quando os experimentos de campo são muito caros ou perigosos, como modelos usados para prever como o fogo se espalha em túneis rodoviários e como um incêndio pode se desenvolver em um edifício.

Como sabemos se um modelo funciona?

Os modelos são frequentemente usados para tomar decisões muito importantes, por exemplo, reduzir a quantidade de peixes que pode ser retirado de uma área pode tirar uma empresa do mercado ou impedir um pescador de ter uma carreira que está na família há gerações.

Os custos associados ao combate às mudanças climáticas são quase inimagináveis, então é importante que os modelos estejam corretos, mas muitas vezes é o caso de usar as melhores informações disponíveis até o momento. Os modelos precisam ser testados continuamente para ver se os dados usados fornecem informações úteis. Uma pergunta que os cientistas podem fazer a um modelo é: ele se encaixa nos dados que conhecemos?

Para as mudanças climáticas, isso é um pouco difícil. Pode corresponder ao que sabemos agora, mas sabemos o suficiente? Uma maneira de testar um modelo de mudança climática é executá-lo ao contrário.Ele pode prever com precisão o que já aconteceu? Os cientistas podem medir o que aconteceu no passado, portanto, se o modelo se ajusta aos dados, é considerado um pouco mais confiável. Se não se encaixar, é hora de trabalhar mais um pouco.

Este processo de comparação das previsões do modelo com dados observáveis é conhecido como “verificação do solo” Para a gestão da pesca, a verificação de base envolve sair e colher amostras de peixes em diferentes áreas. Se não houver tantos peixes na região quanto o modelo prevê, é hora de trabalhar mais um pouco.

Saiba mais sobre verificações terrestres em satélites para medir a espessura do gelo marinho. Aqui, os cientistas estão validando dados de satélites sobre a espessura do gelo na Antártica para que os dados possam ser usados para modelar como o clima da Terra, a temperatura do mar e os níveis do mar podem estar mudando.