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Teoria da relatividade restrita

A teoria da relatividade restrita está fundamentada em dois postulados: o princípio da relatividade restrita e o princípio de constância da velocidade da luz.

Imagem conceitual para a ideia de viagem no tempo, de acordo com a teoria da relatividade restrita.
Segundo a teoria da relatividade restrita, um observador viajando à velocidade próxima à da luz percebe o tempo avançado e a distância encolhendo.
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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.

Leia também: Buraco de minhoca e a possibilidade da viagem no tempo

Tópicos deste artigo

Resumo sobre teoria da relatividade restrita

  • 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.

  • Embasado em suas teorias, Einstein formulou a relação geral entre massa e energia, dada pela famosa fórmula \( E=m\cdot c^2\).

  • As teorias da relatividade são utilizadas na calibração do GPS, criação das bombas e reatores nucleares e investigação das partículas atômicas e subatômicas.

  • A autoria da teoria da relatividade restrita é dada aos cientistas Henri Poincaré e Albert Einstein.

  • 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:

  1. 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.”

  2. 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.”

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Quais são as consequências da teoria da relatividade restrita?

As principais consequências da teoria da relatividade restrita são:

  • A velocidade da luz no vácuo passa a ser considerada o limite de velocidade para qualquer corpo que se desloca no vácuo.

  • A confirmação da inexistência do éter (meio que supostamente envolve o espaço).

  • 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.

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 rápido 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

  • Contração do comprimento

\(L= \frac{ L_o}γ\)

    • \({ L_o}\) é a distância ou comprimento do corpo em repouso.

    • L é a distância ou comprimento do corpo em movimento.

    • \(γ\) é o fator de Lorentz.

  • Dilatação do tempo

\(∆t= γ\cdot ∆t_o\)

  • \(∆t\) é o tempo do corpo em movimento.

  • \(∆t_o\) é o tempo do corpo em repouso.

  • \( γ\) é o fator de Lorentz.

  • Relação geral entre a massa e energia

\(E=m\cdot c^2\)

  • E é a energia de uma ou várias partículas, também chamada de energia relativística, medida em Joule \([J ]\).

  • m é a massa de uma ou várias partículas, medida em quilograma \([kg ]\).

  • 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:

  • calibração do GPS;

  • investigação dos elétrons e partículas que viajam a velocidades próximas à da luz;

  • desenvolvimento da energia nuclear, bombas e reatores nucleares;

  • explicação dos campos magnéticos, da durabilidade do ouro, do funcionamento dos televisores etc.

Origem da teoria da relatividade restrita

Henri Poincaré, um dos cientistas que contribuíram para a teoria da relatividade restrita
O cientista Henri Poincaré trouxe ideias que contribuíram para a 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.

Albert Einstein em 1921.
Einstein formulou a teoria da relatividade restrista em 1905.

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.

Leia também: A dilatação do tempo e o paradoxo dos gêmeos

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. Para saber mais sobre a teoria da relatividade geral, clique aqui.

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.

 

Por Pâmella Raphaella Melo
Professora de Física

Escritor do artigo
Escrito por: Pâmella Raphaella Melo Sou uma autora e professora que preza pela simplificação de conceitos físicos, transportando-os para o cotidiano dos estudantes e entusiastas. Sou formada em Licenciatura Plena em Física pela PUC- GO e atualmente curso Engenharia Ambiental e Sanitária pela UFG.

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

MELO, Pâmella Raphaella. "Teoria da relatividade restrita"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/relatividade.htm. Acesso em 18 de maio de 2024.

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