A teoria da relatividade restrita, também chamada de teoria da relatividade especial, é uma teoria, publicada em 1905 pelo cientista Albert Einstein, que postula a respeito da invariabilidade da velocidade da luz no vácuo e da inexistência de um referencial inercial absoluto.
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Tópicos deste artigo
- 1 - Resumo sobre teoria da relatividade restrita
- 2 - Videoaula sobre a teoria da relatividade restrita
- 3 - Postulados da teoria da relatividade restrita
- 4 - Quais são as consequências da teoria da relatividade restrita?
- 5 - Principais fórmulas da teoria da relatividade restrita
- 6 - Teoria da relatividade restrita no cotidiano
- 7 - Origem da teoria da relatividade restrita
- 8 - Diferenças entre a teoria da relatividade geral e a teoria da relatividade restrita
- 9 - Exercícios resolvidos sobre teoria da relatividade restrita
Resumo sobre teoria da relatividade restrita
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As consequências mais relevantes da teoria da relatividade restrita são a conclusão de que o éter não existe, que a velocidade da luz no vácuo é a velocidade limite para todos os corpos no vácuo e o princípio da simultaneidade, que reformulou o conceito de tempo e espaço.
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Embasado em suas teorias, Einstein formulou a relação geral entre massa e energia, dada pela famosa fórmula \( E=m\cdot c^2\).
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As teorias da relatividade são utilizadas na calibração do GPS, criação das bombas e reatores nucleares e investigação das partículas atômicas e subatômicas.
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A autoria da teoria da relatividade restrita é dada aos cientistas Henri Poincaré e Albert Einstein.
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A teoria da relatividade geral estuda uma nova visão sobre a gravidade e a comprovação do desvio da luz próximo a objetos massivos.
Videoaula sobre a teoria da relatividade restrita
Postulados da teoria da relatividade restrita
Os postulados da teoria da relatividade restrita foram desenvolvidos em 1905 por Albert Einstein (1879-1955), sendo eles:
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Princípio da relatividade restrita: “As Leis da Física são as mesmas para todos os observadores em todos os referenciais inerciais. Não existe um referencial inercial absoluto.”
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Princípio de constância da velocidade da luz: “A velocidade da luz no vácuo tem o mesmo valor (c) em todas as direções e em todos os referenciais inerciais.”
Quais são as consequências da teoria da relatividade restrita?
As principais consequências da teoria da relatividade restrita são:
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A velocidade da luz no vácuo passa a ser considerada o limite de velocidade para qualquer corpo que se desloca no vácuo.
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A confirmação da inexistência do éter (meio que supostamente envolve o espaço).
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A reformulação do conceito de simultaneidade de eventos, que passa a ser relativa à observação de dois observadores que estão em referenciais distintos, passando a ser chamado de princípio da simultaneidade.
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Por meio do princípio da simultaneidade, o tempo e o espaço passam a se comportar de forma relativística, de maneira que o observador que se move a uma velocidade próxima à da luz percebe que o tempo passou mais devagar e a distância diminuiu em comparação ao referencial do observador externo, ocorrendo, então, a dilatação do tempo e a contração da distância.
Principais fórmulas da teoria da relatividade restrita
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Contração do comprimento
\(L= \frac{ L_o}γ\)
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\({ L_o}\) é a distância ou comprimento do corpo em repouso.
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L é a distância ou comprimento do corpo em movimento.
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\(γ\) é o fator de Lorentz.
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Dilatação do tempo
\(∆t= γ\cdot ∆t_o\)
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\(∆t\) é o tempo do corpo em movimento.
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\(∆t_o\) é o tempo do corpo em repouso.
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\( γ\) é o fator de Lorentz.
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Relação geral entre a massa e energia
\(E=m\cdot c^2\)
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E é a energia de uma ou várias partículas, também chamada de energia relativística, medida em Joule \([J ]\).
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m é a massa de uma ou várias partículas, medida em quilograma \([kg ]\).
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c é a velocidade da luz no vácuo, com valor de \(299\ 792\ 458\ m/s^2\).
Teoria da relatividade restrita no cotidiano
As teorias da relatividade são responsáveis por:
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calibração do GPS;
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investigação dos elétrons e partículas que viajam a velocidades próximas à da luz;
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desenvolvimento da energia nuclear, bombas e reatores nucleares;
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explicação dos campos magnéticos, da durabilidade do ouro, do funcionamento dos televisores etc.
Origem da teoria da relatividade restrita
Em 1887, Albert Michelson (1852-1931) e Edward Morley (1838-1923) realizaram um experimento, nomeado de experimento Michelson-Morley, visando a comprovar a existência ou influência do éter na velocidade da luz. Contudo, o resultado obtido foi em contrapartida do que se esperava, demonstrando que, ou o éter não existia, ou sua influência na velocidade da luz era mínima.
Entre 1899 e 1904, o cientista Henri Poincaré (1854-1912) propôs que as conclusões do experimento de Michelson-Morley eram evidência de que o movimento absoluto (movimento em relação a um referencial em repouso) não pode ser identificado por experiências laboratoriais. Assim, as leis da natureza devem ser as mesmas para observadores a velocidades diferentes, considerando que um deles apresenta velocidade próxima à da luz. Além disso, ele concluiu que nada poderia exceder a velocidade da luz no vácuo, sendo necessária uma nova dinâmica, chamando isso de princípio da relatividade.
Além de Poincaré, em 1905 o cientista Albert Einstein (1879-1955), baseado nos resultados encontrados por meio do experimento Michelson-Morley e utilizando as equações matemáticas de Hendrik Lorentz (1853-1928) (equações que ditam o movimento relativístico), formulou a teoria da relatividade restrita e a publicou em seu artigo Sobre a eletrodinâmica dos corpos em movimento.
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Diferenças entre a teoria da relatividade geral e a teoria da relatividade restrita
A teoria da relatividade restrita e a toria da relatividade geral foram formuladas por Albert Einstein, em 1905 e 1915, respectivamente.
A primeira teoria trata da não existência de um referencial inercial absoluto e de a velocidade da luz no vácuo ter valor constante. Já a segunda teoria introduziu uma nova abordagem sobre a gravidade, definindo-a como uma consequência da deformação do tecido espaço-tempo pelos corpos massivos, além de afirmar e comprovar que ao passar próximo aos corpos massivos, como planetas, a luz se desvia.
Exercícios resolvidos sobre teoria da relatividade restrita
Questão 1
(UFRGS) Considere as afirmações abaixo, acerca da teoria da relatividade restrita.
I - O tempo não é absoluto, uma vez que eventos simultâneos em um referencial inercial podem não ser simultâneos se observados de outro referencial inercial.
II - Segundo a lei relativística de adição de velocidades, a soma das velocidades de dois corpos materiais nunca resulta em uma velocidade acima da velocidade da luz.
III - As leis da natureza não são as mesmas em todos os sistemas de referência que se movimentam com velocidade uniforme.
Quais estão corretas?
a) Apenas I.
b) Apenas II.
c) Apenas I e lI.
d) Apenas II e III.
e) I, II e III.
Resolução:
Alternativa C.
As alternativas I e II estão corretas. Já a alternativa III está incorreta, pois de acordo com o primeiro postulado da teoria da relatividade restrita, as leis da natureza são as mesmas em todos os sistemas de referência que se movimentam com velocidade uniforme.
Questão 2
(Fatec) Na teoria da relatividade restrita de Einstein, dois conceitos estudados referem-se ao fato de que ao considerar um objeto propagando-se à velocidade da luz, podemos verificar
a) a dilatação do tempo e a dilatação do comprimento.
b) a contração do tempo e a dilatação do comprimento.
c) a dilatação do tempo e a contração do comprimento.
d) a dilatação do tempo sem contração do comprimento.
e) a contração do tempo sem contração do comprimento.
Resolução:
Alternativa C.
De acordo com a teoria da relatividade restrita, um objeto que se propaga a uma velocidade próxima à da luz verifica a dilatação do tempo e a contração do comprimento.
