3. *
Determinados aspectos da relatividade não são novos. A
noção de que os fenômenos físicos são relativos aos sistemas
de referência foi proposta por Galileu e Newton em suas
épocas.
4. Sec. XVII
O cientista italiano Galileu Galilei
notou que um mesmo movimento
podia ser descrito de diferentes
maneiras dependendo do ponto de
vista do observador.
Imagem:
*
5. A mecânica de Isaac Newton estava
bem estabelecida nas suas três leis
e, juntamente com a eletrodinâmica
e a termodinâmica, a física parecia
completa.
Imagem: (a) Sir Godfrey Kneller / Retrato de Sir Isaac Newton / Public Domain
*
6. 1905
Entretanto, existiam problemas que tal mecânica
não conseguia explicar surge então a necessidade
de ver a mecânica de uma nova forma, e Albert
Einstein cria a Teoria da Relatividade Especial (ou
restrita) em 1905, propondo assim novos conceitos
sobre espaço e tempo, sendo este último tratado
agora como uma nova dimensão.
Imagem: Fotografia de Albet Eintein / Doris Ulmann / Library of Congress, Prints & Photographs Division, [reproduction number LC-USZC4-4940] /
Public Domain.
*
7. *A Relatividade de Einstein
A teoria da Relatividade Especial, proposta
por Albert Einstein (1879-1955) em 1905,
está de acordo com inúmeras experiências,
e fez previsões que foram comprovadas
experimentalmente depois. Nessa teoria,
os fenômenos são analisados em relação a
sistemas de referência inerciais, ou seja, a
sistemas de referência em relação aos
quais vale o Princípio da Inércia. São
referenciais inerciais todos os sistemas que
estão em repouso ou em movimento
retilíneo e uniforme, ou seja, em
equilíbrio, portanto sem aceleração.
Albert Einstein
(1879-1955)
8. *A Relatividade de Einstein
• No estudo da Mecânica, a velocidade, por exemplo, é uma
grandeza relativa, ou seja, sua medida depende do referencial
do qual está sendo medido.
• Em consequência disso, outras grandezas que dependem da
velocidade também são relativas.
• Comprimento, massa e tempo são tidos como grandezas
absolutas no estudo da Mecânica, mas também se tratam de
grandezas relativas.
• No entanto, a relatividade dessas grandezas só
evidencia-se quando no estudo de situações em que
se têm velocidades muito elevadas, ou seja, não
desprezíveis se comparadas com a velocidade da luz
no vácuo, que é aproximadamente 3,0 x108 m/s.Imagem:
http://www.educacaopublica.rj.gov.br
/biblioteca/fisica/img/0014.jpg
9. *A Relatividade de Einstein
• A teoria da relatividade é composta de duas outras teorias:
Teoria da Relatividade Restrita, que estuda os fenômenos em
relação a referenciais inerciais, e a Teoria da Relatividade Geral,
que aborda fenômenos do ponto de vista não inercial. Apesar de
formar uma só teoria, elas foram propostas em tempos
diferentes, no entanto ambas trouxeram o conhecimento de que
os movimentos do Universo não são absolutos, mas sim
relativos.
10. *
A teoria da relatividade restrita foi construída por
Einstein a partir de dois importantes postulados:
“ As leis da física são as
mesmas em qualquer
referencial inercial.’’
“ A velocidade da luz tem
o mesmo valor em
qualquer referencial
inercial.”
Imagem:FotografiadeAlbetEintein/
DorisUlmann/LibraryofCongress,
Prints&PhotographsDivision,
[reproductionnumberLC-USZC4-
4940]/PublicDomain.
11. *O primeiro postulado
“As leis da Física são iguais em qualquer referencial
inercial, ou seja, não existe referencial inercial
preferencial”.
*Um passageiro que olha para fora de um trem e vê pela janela outro
trem, nos trilhos ao lado se movendo. Ele está consciente apenas do
movimento relativo entre o seu trem e o outro, e não pode dizer qual
deles está em movimento. Ele pode estar em repouso em relação ao solo
e o outro trem se movendo, ou ele pode estar se movendo em relação ao
solo e o outro trem em repouso, ou ambos podem estar em
movimento em relação ao solo. O fato importante é que se você
estivesse em um trem sem janelas, não haveria maneira de
determinar se o trem estava se movendo com velocidade uniforme
ou se estava em repouso.
*De acordo com Einstein a insensibilidade ao movimento se estende para
outros ramos da Física. Nenhum experimento, seja ele mecânico,
eletromagnético ou óptico jamais pôde revelar o movimento absoluto e
o repouso absoluto. É isso que significa o primeiro postulado da
relatividade especial.
12. *O segundo postulado
“A luz sempre se propaga com a mesma velocidade,
independente do referencial inercial adotado”.
* Einstein, ainda jovem fez a seguinte pergunta ao seu professor: “como pareceria um
feixe luminoso se você estivesse se deslocando lado a lado com ele?” De
acordo com a física clássica, o feixe estaria em repouso com respeito a este
observador, mas de acordo com o modelo eletromagnético de sua época, as
equações de Maxwell, a luz sempre está em movimento. Einstein desconfiou que
algo de estranho acontecia com a luz.
* Imagine uma nave espacial viajando pelo espaço interestelar, no meio do éter (meio
elástico, extremamente ténue que permeava o espaço), com uma velocidade de 30
km/s. Imagine também que um segundo observador, na Terra estivesse com um
potente telescópio e um equipamento de precisão que pudesse medir a velocidade
de um pulso de luz, oriundo do farol dianteiro e traseiro da nave.
* Como esse foguete está a alta velocidade, ele seria capaz de afetar a velocidade da
luz. Seria esperado que a luz se movesse com velocidade (c + 30) km/s, se estivesse a
favor do éter, e se estivesse contra o éter, o pulso teria velocidade de (c –
30) km/h.
* Diferentemente do que se esperava, a lei das velocidade de Galileu não funciona com
a luz. Em ambos os casos, a luz admite o mesmo valor, isto é, o valor de c. Einstein
não admitiu a existência do éter, principalmente por causa das “pretensas”
propriedades especiais (densidade zero e transparência perfeita) que se pensava
que ele possuía. Ele manteve o princípio da relatividade aceitando que todas as leis
físicas são iguais em referenciais inerciais, incluindo as leis do eletromagnetismo.
Para isto ele apresenta o segundo postulado da Teoria da Relatividade, também
conhecido como Princípio da Invariância da Velocidade da Luz.
13. A luz se propaga no vácuo com uma velocidade
definida c (c ≅300.000 km/s = 300.000.000 m/s) que
é independente do movimento do corpo que a
emitiu.
c
V
Ela não depende da velocidade da fonte emissora de
luz nem do movimento do observador. A velocidade da
luz no vácuo é absoluta, pois não depende do sistema
de referência inercial adotado.
*
Imagem:
http://www.if.ufrj.br/~carlos/palestra
s/relatividade/relatividade.ppt
14. *
Como consequência, os conceitos de espaço e tempo
são relativos, isto é, se a velocidade c é constante
para todos os observadores, então espaço e tempo,
cujo quociente fornece o valor c, podem assumir
valores diferentes, dependendo do observador.
15. *
1. A relatividade da simultaneidade;
2. A dilatação do tempo;
3. Contração do Espaço;
4. Energia Relativística.
Imagem:
http://www.cbpf.br/~eduhq/html/aprenda_mais/j
urema/imagens_relatividademov/189.html
16. Suponha dois observadores em referenciais inerciais com velocidade relativa V
(velocidade próxima à da luz).
Um observador S’ que se encontra exatamente no
meio do trem, e outro observador S que se encontra
no solo, e que estão se cruzando exatamente
quando dois raios ocorrem e atinjam as posições
frontal e traseira do trem.
Como cada observador perceberá os dois fenômenos?
- Observador S os eventos serão simultâneos, pois as
duas frentes de onda de luz irão atingi-lo ao
mesmo tempo e elas percorrem a mesma
distância.
- Observador S’ os eventos não serão simultâneos.
Como a velocidade da luz é a mesma para qualquer
observador, ele verá primeiro a frente de onda da
frente, pois é neste sentido que se desloca o trem,
logo, S’ concluiu que o raio produzido na frente do
trem foi emitido primeiro do que o outro.
18. *Questões Propostas
*Cite os postulados de Einstein, comentando as suas
consequências.
*Nosso senso comum é de que se dois acontecimentos são
simultâneos em um referencial inercial, em qualquer outro
referencial inercial estes mesmos acontecimentos também
serão simultâneos. Mas isto está em desacordo com a
Relatividade Especial. Por que acontecimentos simultâneos
em um referencial inercial não serão necessariamente
simultâneos em outro referencial inercial? Isto é
consequência de qual postulado?
*Se um evento A ocorre antes de um evento B em um
referencial inercial, é possível que em outro referencial
inercial o evento B ocorra antes do evento A?
19. *
* Silva, H. H. B. da S. Relatividade. In: Material didático de apoio, 2011. Disponível em:
http://www7.educacao.pe.gov.br/oje/concurso-professor/download-materiais?submissaoId=674.
Acesso em: Agosto de 2013
* Pompeu. Teoria da Relatividade Especial ou Restrita - Aula 11, 2011. Disponível em:
http://www.estudefisica.com.br/etrb/3_ano/pompeu/apostilas/aula_11_relatividade_restrita.pdf
Acesso em: Agosto de 2013
* SILVA, M. A. Teoria da Relatividade. Disponível em: http://www.brasilescola.com/fisica/teorias-da-
relatividade.htmAcesso em: Agosto de 2013
* Wolski, B. Teoria Especial da Relatividade, 2006. Disponível em:
http://www.educacaopublica.rj.gov.br/biblioteca/fisica/0014.html Acesso em: Agosto de 2013
* Wolff, J. F. de S. Relatividade : a passagem do enfoque galileano para a visão de Einstein. In:
Textos de apoio ao professor de física/Programa de Pós Graduação em Ensino de Física;
editores Marco Antonio Moreira, Eliane Angela Veit - Vol. 16, n. 5 (2005). Disponível em:
http://www.if.ufrgs.br/tapf/v16n5_Wolff_Mors.pdf Acesso em: Agosto de 2013
* Oliveira, J. G. A teoria da relatividade In: Eduhq aprenda +, 2004. Disponível em:
http://www.cbpf.br/~eduhq/html/aprenda_mais/jurema/ficha_teoriarelatividade.htm#1 Acesso
em: Agosto de 2013
* Ormonde, L.; Bulhões, M. Teoria da Relatividade (especial e geral) – Einstein. Trabalho de Física,
2008. Disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=MSp_aaCqKQY . Acesso em: Agosto de
2013.
* Aguiar, C. E. Espaço, Tempo e Relatividade. Palestra de 2005. Disponível em:
http://www.if.ufrj.br/~carlos/palestras/relatividade/relatividade.ppt Acesso em: Agosto de 2013.
