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Física

Uma introdução simplificada à teoria da relatividade de Einstein

Uma introdução simplificada à teoria da relatividade de Einstein


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Não tenha medo, por mais complexa que a Teoria da Relatividade pareça ser; é surpreendentemente simples. Neste breve artigo, tentaremos explicar o que Einstein propõe para lhe dar algumas dicas. Então, sem mais delongas, aqui está nossa explicação simplificada da Teoria da Relatividade.

Tecnicamente falando

Quando nos referimos à "Teoria da Relatividade", o que realmente queremos dizer é relatividade geral. A relatividade especial é um "caso especial" da relatividade geral. A combinação desses dois princípios ajuda a explicar muitos assuntos que variam desde o movimento dos planetas, o efeito da gravidade sobre a luz até a existência de buracos negros.

A relatividade especial afirma que as leis da física e, portanto, o universo são as mesmas para todos os observadores igualmente "rápidos". No vácuo do espaço, a velocidade da luz é uma constante independente de qualquer observador.

Mas e a aceleração e a gravidade? Einstein passou uma década refletindo sobre isso. Em 1915, ele produziu triunfantemente sua Teoria Geral da Relatividade. Ele determinou que objetos massivos no espaço causarão deformação ou distorção do espaço-tempo que todos nós "sentimos" como gravidade.

Pensando fora da caixa

Einstein, com sua maneira incomum de pensar, presumiu que as observações experimentais estavam corretas. Isso era o oposto dos pensamentos de seus contemporâneos. No final do século 19, os físicos estavam todos procurando por algo chamado "éter". Acreditava-se que o éter era o meio pelo qual a luz viajava. Tornou-se, em essência, a busca pelo Santo Graal. Einstein percebeu que a obsessão de seus colegas com a tarefa estava atrapalhando o progresso. Sua solução foi simplesmente removê-lo da equação. Ele presumiu que as leis da física funcionariam independentemente de como as coisas estivessem se movendo. Uma estratégia que não entrou em conflito com o que os dados experimentais e matemáticos revelaram.

Em 1905, Albert Einstein desenvolveu sua Teoria Especial da Relatividade. Seu trabalho inovador invalidou séculos de pensamento científico aceito, bem como mudou a forma como percebemos o mundo ao nosso redor.

Como o próprio nome sugere, esta teoria só é aplicável para casos especiais, ou seja, quando ambos os objetos estão se movendo com velocidade constante ou uniforme.

Einstein explicou que o movimento relativo de dois objetos deve ser o quadro de referência, e não um sistema de referência "etérico" esotérico externo. A título de exemplo, digamos que você fosse um astronauta em uma nave espacial, observando outra nave à distância. A única coisa que importa é a velocidade com que você e seu alvo observado estão se movendo um em relação ao outro. Um obstáculo, entretanto, a relatividade especial só se aplica se você estiver viajando em linha reta e não acelerando. Se ocorrer aceleração, a Relatividade Geral precisa ser aplicada.

A teoria é baseada em dois princípios fundamentais:

Relatividade - As leis da física não mudam. Mesmo para objetos que se movem em estruturas de referência inerciais e de velocidade constante.

A velocidade da luz - É o mesmo para todos os observadores, independentemente de seu movimento relativo à fonte de luz.

O trabalho de Einstein cria uma ligação fundamental entre o tempo e o espaço. Nós intuitivamente imaginamos o universo como tridimensional (para cima e para baixo, esquerda e direita, para frente e para trás), mas também com um componente ou dimensão de tempo. A combinação desses fatores cria o ambiente 4-D que experimentamos.

Se você se movesse rápido o suficiente através do espaço, quaisquer observações que você fizesse sobre o espaço e o tempo seriam diferentes de qualquer outra pessoa se movendo a uma velocidade diferente da sua. À medida que a diferença entre as velocidades aumentava, também aumentariam as diferenças observadas.

É tudo relativo

Agora, imagine que você está em uma nave espacial com um laser nas mãos. O feixe de laser dispara diretamente para o teto, atinge um espelho e é refletido de volta para o chão em um detector. Lembre-se agora que a nave está em movimento, digamos com cerca de metade da velocidade da luz. A relatividade afirma que esse movimento não faz diferença para você, você não pode "senti-lo" (assim como na Terra, enquanto ela gira em seu eixo e dispara através do espaço ao redor do sol).

Mas aí vem a diferença:

Um observador externo, entretanto, testemunharia algo muito diferente. Se eles pudessem "ver" a sua nave, notariam que o feixe de laser viaja "para cima" em um ângulo, atinge o espelho e depois desce novamente em outro ângulo para atingir o detector. O observador notaria que o caminho da luz seria mais longo e em um ângulo mais pronunciado do que você observaria em sua nave. Mais importante ainda, o tempo que o laser leva para chegar ao detector seria diferente. Dado que a velocidade da luz é constante, como vocês dois podem chegar à mesma conclusão que comprova essa teoria? Obviamente, a passagem do tempo deve ser diferente para você e para o observador externo.

Que diabos? Este fenômeno é conhecido como dilatação do tempo. No exemplo acima, o tempo deve estar "se movendo" mais rápido para você em comparação com o do observador mais lento. Este exemplo simples nos permite visualizar a teoria da relatividade de Einstein, em que o espaço e o tempo estão intimamente ligados.

Como você pode imaginar, uma variação tão extrema na passagem do tempo só seria notada de forma apreciável em velocidades muito grandes, especialmente perto da velocidade da luz. Experimentação realizada desde as revelações de Einstein validou sua teoria. O tempo e o espaço são percebidos de maneira diferente para objetos que se movem perto da velocidade da luz.

Massa, energia e a velocidade da luz

Einstein certamente não descansou sobre os louros. Também em 1905, ele aplicou seus princípios da relatividade para produzir a famosa equação e = mc2. Esta equação inocentemente simples expressa a relação fundamental entre massa (m) e energia (e). Muito arrumado.

Esta pequena equação descobriu que, à medida que nos aproximamos da velocidade da luz, c, os objetos em massa são balões. Então você consegue viajar muito rápido, mas sua massa aumenta em relação à sua velocidade. Vadio. Em seu extremo, se você estivesse viajando na velocidade da luz, sua energia e massa seriam infinitas. Como você já sabe, quanto mais pesado o objeto, mais difícil ele é; portanto, é necessária mais energia para acelerá-lo. Portanto, por esse motivo, é impossível exceder a velocidade da luz.

Legado de Einstein

Até Einstein, massa e energia eram vistas como coisas completamente separadas. Seu trabalho provou que os princípios da conservação de massa e energia são parte de uma conservação maior e mais unificada de massa-energia. A matéria, portanto, pode ser transformada em energia e vice-versa devido à conexão fundamental entre elas. Isso é, francamente, incrível.

Para resumir, em primeiro lugar, não existe um quadro de referência "absoluto", daí o uso do termo "relatividade". Em segundo lugar, a velocidade da luz é constante para quem a mede, esteja em movimento ou não - sei loucura né? Por último, a velocidade da luz não pode ser ultrapassada, é o "limite de velocidade" universal.

Entendi? Ótimo. Não? Não se preocupe se você não fez isso, é, por sua própria natureza, contra-intuitivo. As maiores descobertas da ciência são freqüentemente encontradas fora do nosso "senso comum".

Através da dummies.com


Assista o vídeo: Teoria da Relatividade para Iniciantes


Comentários:

  1. Hnedy

    Peço desculpas, mas, na minha opinião, você não está certo. Estou garantido. Escreva para mim em PM, vamos conversar.

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