A que velocidade é que a luz se propaga no vácuo

A velocidade da luz no vácuo é um índice amplamente utilizado na física e tem permitido, em tempos, fazer uma série de descobertas e explicar a natureza de muitos fenómenos. Há alguns pontos importantes a aprender a fim de compreender o assunto e compreender como e em que condições foi descoberto.

Qual é a velocidade da luz

A velocidade da luz no vácuo é considerada uma quantidade absoluta que representa a rapidez de propagação da radiação electromagnética. É amplamente utilizado na física e é denotado por uma pequena letra latina 'c' (pronuncia-se 'Ce').

Num vácuo, a velocidade da luz é utilizada para determinar a velocidade de várias partículas.

Segundo a maioria dos investigadores e cientistas, a velocidade da luz no vácuo é a velocidade máxima possível a que as partículas e vários tipos de radiação se propagam.

No que diz respeito a exemplos de fenómenos, são os seguintes

1. Luz visível vinda de qualquer fonte.
2. Todos os tipos de radiação electromagnética (por exemplo, raios X e ondas de rádio).
3. Ondas gravitacionais (aqui alguns peritos discordam).

Muitos tipos de partículas podem viajar a uma velocidade próxima da luz, mas não a atingem.

O valor exacto da velocidade da luz

Há muitos anos que os cientistas tentam determinar qual é a velocidade da luz, mas foram feitas medições exactas na década de 1970. No final o valor era de 299.792.458 metros por segundo com um desvio máximo de +/-1,2 metros. Hoje é uma unidade física imutávelUma vez que uma distância de um metro é de 1/299 792 458 segundos, este é o tempo que demora a luz num vácuo a percorrer 100 cm.

A ciência fórmula para determinar a velocidade da luz.

Para simplificar o cálculo, o valor é simplificado para 300.000.000 m/s (3×108 m/s). Todos o conhecem desde a física escolar, que é onde a velocidade é medida sob esta forma.

O papel fundamental da velocidade da luz na física

Este é um dos principais indicadores, independentemente do quadro de referência utilizado no estudo. É independente do movimento da fonte da onda, o que também é importante.

A invariância foi adoptada como postulado por Albert Einstein em 1905. Isto foi depois de outro cientista, Maxwell, ter avançado com a teoria do electromagnetismo depois de não ter encontrado provas da existência de éteres que suportam a luz.

A alegação de que os efeitos causais não podem ser transportados a velocidades superiores às da velocidade da luz é agora considerada bem fundamentada.

A propósito! Os físicos não negam que algumas das partículas podem mover-se a uma velocidade superior à da figura em questão. Mas não podem ser utilizados para transmitir informação.

Referências históricas

Para compreender as peculiaridades do tema e descobrir como certos fenómenos foram descobertos, deve-se estudar as experiências de alguns cientistas. No século XIX, foram feitas muitas descobertas que ajudaram os cientistas mais tarde, principalmente no que diz respeito à corrente eléctrica e aos fenómenos de indução magnética e electromagnética.

As experiências de James Maxwell

A investigação do físico confirmou a interacção de partículas à distância. Isto permitiu subsequentemente a Wilhelm Weber desenvolver uma nova teoria do electromagnetismo. Maxwell também estabeleceu claramente o fenómeno dos campos magnéticos e eléctricos e determinou que eles poderiam produzir uns aos outros para formar ondas electromagnéticas. Foi este cientista o primeiro a utilizar a designação "c", que ainda hoje é utilizada pelos físicos em todo o mundo.

Por causa disso, a maioria dos investigadores já falava da natureza electromagnética da luz. Maxwell, ao investigar a velocidade de propagação das excitações electromagnéticas, concluiu que esta era igual à velocidade da luz, um facto que o surpreendeu na altura.

A investigação de Maxwell deixou claro que luz, magnetismo e electricidade não são conceitos separados. Em conjunto, estes factores determinam a natureza da luz, porque é uma combinação de um campo magnético e eléctrico que se propaga através do espaço.

O padrão de propagação de uma onda electromagnética.

Michelson e a sua experiência para provar a absolutez da velocidade da luz

No início do século passado, a maioria dos cientistas utilizou o princípio da relatividade de Galileu, que sustentava que as leis da mecânica eram as mesmas, independentemente do quadro de referência utilizado. Mas de acordo com a teoria, a velocidade de propagação das ondas electromagnéticas deve mudar à medida que a fonte se move. Isto contrariou tanto os postulados de Galileu como a teoria de Maxwell, que foi a razão da investigação.

Na altura, a maioria dos cientistas estava inclinada para a "teoria do éter", em que os indicadores não dependiam da velocidade da sua fonte, sendo as características do meio consideradas como o principal factor determinante.

Michelson descobriu que a velocidade da luz era independente da direcção da medição.

Uma vez que a Terra se move no espaço numa determinada direcção, a velocidade da luz, de acordo com a lei da adição de velocidades, será diferente quando medida em diferentes direcções. Mas Michelson não encontrou qualquer diferença na propagação de ondas electromagnéticas, independentemente da direcção em que as medições foram efectuadas.

A teoria do éter não conseguiu explicar a existência de uma magnitude absoluta, o que mostrou ainda melhor a sua falácia.

A teoria especial da relatividade de Albert Einstein

O então jovem cientista apresentou uma teoria que ia contra as crenças da maioria dos investigadores. Segundo ele, o tempo e o espaço têm características que asseguram que a velocidade da luz num vácuo permanece constante independentemente do quadro de referência escolhido. Isto explicou as experiências mal sucedidas de Michelson, uma vez que a velocidade de propagação da luz não depende do movimento da sua fonte.

[tds_council]Uma confirmação indirecta da correcção da teoria de Einstein foi a "relatividade da simultaneidade", a sua essência mostrada na figura [/tds_council].

Um exemplo de como a localização de uma pessoa afecta a sua percepção da propagação da luz.

Como era medida a velocidade da luz antes

Houve muitas tentativas para determinar este indicador, mas devido ao baixo nível de desenvolvimento da ciência, foi problemático fazê-lo antes. Por exemplo, os cientistas na antiguidade acreditavam que a velocidade da luz era infinita, mas mais tarde muitos investigadores questionaram este facto, o que levou a uma série de tentativas para a determinar:

1. Galileu usou tochas. Para calcular a velocidade a que as ondas de luz se propagavam, ele e o seu assistente estavam em colinas, sendo a distância entre elas determinada com precisão. Então um dos participantes abriria a lanterna, o outro faria o mesmo logo que visse a luz. Mas este método não teve sucesso devido à alta velocidade da propagação da onda e à impossibilidade de determinar o intervalo de tempo exacto.
2. Olaf Remer, um astrónomo da Dinamarca, notou uma peculiaridade enquanto observava Júpiter. Quando a Terra e Júpiter se encontravam em pontos opostos nas suas órbitas, o eclipse de Io (satélite de Júpiter) estava 22 minutos atrás do próprio planeta. A partir daí concluiu que a velocidade das ondas de luz não é infinita e tem um limite. De acordo com os seus cálculos, o índice era de aproximadamente 220.000 km por segundo.
   Determinação da velocidade da luz de acordo com Rehmer.
3. Por volta do mesmo período, o astrónomo inglês James Bradley descobriu o fenómeno da aberração da luz, em que a posição das estrelas no céu e a distância a elas estão constantemente a mudar devido ao movimento da Terra em torno do Sol e também devido à sua rotação em torno do seu eixo. Devido a estas características, as estrelas descrevem uma elipse durante cada ano. Utilizando cálculos e observações, o astrónomo calculou a velocidade, que era de 308 000 km por segundo.
   A aberração da luz
4. Louis Fizeau foi o primeiro a decidir sobre o índice exacto por meio de uma experiência laboratorial. Montou um vidro com uma superfície espelhada a uma distância de 8633 m da fonte, mas como a distância é curta, foi impossível fazer cálculos de tempo precisos. O cientista montou então uma roda dentada, que com as suas engrenagens cobria periodicamente a luz. Ao variar a velocidade da roda, Fizeau determinou a que velocidade a luz não teve tempo de passar entre as engrenagens e regressar. Ele calculou uma velocidade de 315.000 quilómetros por segundo.
   A experiência de Louis Fizeau.

Medir a velocidade da luz

Isto pode ser feito de várias maneiras. Não é necessário decompô-los em detalhe, seria necessária uma visão geral separada para cada um. Por conseguinte, é mais fácil de ordenar as variedades:

1. Medidas astronómicas. É aqui que os métodos Remer e Bradley são mais frequentemente utilizados, uma vez que se provou a sua eficácia e não são afectados pelo ar, água ou outras condições ambientais. Num vácuo cósmico, a precisão das medições aumenta.
2. Ressonância da cavidade ou efeito cavitário - é o nome dado ao fenómeno das ondas magnéticas de baixa frequência de pé entre a superfície do planeta e a ionosfera. Utilizando fórmulas especiais e equipamento de medição, é fácil calcular a velocidade das partículas no ar.
3. Interferometria - Um conjunto de técnicas de investigação em que vários tipos de ondas são somados. Isto dá o efeito de interferência, através do qual numerosas medições de vibrações electromagnéticas e acústicas podem ser feitas.

Com equipamento especial, as medições podem ser feitas sem a necessidade de técnicas especiais.

É possível a FTL

De acordo com a teoria da relatividade, exceder a velocidade de uma partícula física viola o princípio da causalidade. Por isso, é possível a transmissão de sinais do futuro para o passado e vice-versa. Mas ao mesmo tempo, a teoria não nega que pode haver partículas que se movem mais rapidamente, enquanto interagem com substâncias comuns.

Este tipo de partícula é chamado taquião. Quanto mais depressa se movem, menos energia transportam.

Vídeo-aula: Experiência Fizeau. Medir a velocidade da luz. Física 11ª classe.

A velocidade da luz no vácuo é uma constante e muitos fenómenos em física baseiam-se nela. A sua definição constituiu um novo marco no desenvolvimento da ciência, uma vez que explicou muitos processos e simplificou uma série de cálculos.