O princípio da relatividade

O princípio da relatividade se deu a partir do momento em que o aprofundamento dos estudos voltados para o microcosmo e a estrutura atômica da matéria não podiam ser explicados pela física clássica. Esse fato intrigou a sociedade científica, porque parecia que as leis da natureza, antes compreendidas, passaram a obedecer novas leis.

O estudo da relatividade mostrou à sociedade científica que suas teorias estavam de certo modo ultrapassadas; não havia, na verdade, precisão e exatidão no que era feito, faltava algo mais.

E o “algo mais” era exatamente a relatividade. Muitos físicos se recusaram a acreditar que tudo o que havia sido estudado e descoberto antes desse momento era incompleto, já outros abandonaram seus estudos e pesquisas.

Hoje, um século depois, podemos cotidianamente usufruir desse estudo, chamado física moderna. Através dela, hoje é possível termos previsões muito mais exatas e precisas do que antes, como, por exemplo, calcular o tempo em que haverá o pôr do sol hoje, com acertos existentes até na casa dos nanossegundos, mas em alguns outros casos também a incerteza é a única certeza que temos, como, por exemplo, o que acontece com os objetos que entram em um buraco negro.

Toda essa nova descoberta foi necessária para mostrar aos físicos que nada é absoluto e que tudo é relativo.

Isso foi necessário, também, para mostrá-los que as coisas não eram como pensavam. Os físicos acreditavam que estavam prestes a descobrir a total compreensão do comportamento da natureza e das leis que regem o universo. Todo o novo conhecimento adquirido pelos físicos serviu para mostrar-lhes sua limitação mesmo tendo tanta sabedoria.

Albert Einstein contribuiu muito para o desenvolvimento desse princípio, porque mostrou que velhas ideias sobre a relatividade estavam erradas.

A teoria de Einstein possibilitou resultados precisos para todas as velocidades possíveis que jamais haviam sido observadas.

Conclusão: A relatividade se dedica ao estudo de acontecimentos, do tipo: onde acontecem, quando acontecem e qual a distância que os separa no espaço e no tempo.

Dois postulados em que se baseia a teoria de Einstein:

1. Não existe referencial absoluto. As leis da física são as mesmas para todos os referenciais inertes (em repouso).

2. A velocidade da luz é a mesma em todas as direções, ou seja, tem o mesmo valor em todos os referenciais inerciais.

O Tempo é Relativo

As leis da física são as mesmas para qualquer referencial inercial, e a velocidade da luz independe da fonte emissora e de quem a recebe, sendo ela (velocidade da luz) constante em todos os sistemas inerciais de referência.

Os postulados citados acima, propostos por Albert Einstein, foram os pilares pra o desenvolvimento da Teoria da Relatividade Especial, que tem como uma de suas implicações a dilatação do tempo.

Através dessa relação matemática relativística, vemos que os processos físicos atrasam na presença de movimento.

Na expressão matemática citada anteriormente, vemos que o tempo é relativo e depende do referencial em que o mesmo é medido.
Considere que seja viável uma pessoa viajar a 0,8c (com velocidade equivalente a 80% da velocidade da luz) com relação a um referencial inercial (x). Ao término de sua viagem ela verifica em seu relógio (referencial x’) e vê que gastou 5 horas para concluí-la. Para um relógio que se encontra no referencial x, teria medido o tempo desta viagem como sendo 8 h 19 min. (em valor aproximado).
A partir desse exemplo podemos perceber que mensurar a simultaneidade de um evento depende do referencial que adotamos, e que a dilatação temporal é mais notada em eventos nos quais as velocidades são próximas as da luz, tornando tal fato imperceptível em nosso cotidiano.

O GPS (Sistema de Posicionamento Global) agrega a teoria da relatividade em seu princípio de funcionamento,
se essa teoria fosse deixada de lado, as localizações continuariam ocorrendo,
porém com grandes margens de erro.

Ondas Eletromagnéticas Ionizantes

Segundo as hipóteses de James Clarck Maxwell: 1 – Um campo magnético variável é equivalente, nos seus efeitos, a um campo elétrico; 2 - Um campo elétrico variável é equivalente, nos seus efeitos, a um campo magnético. Essas hipóteses são os princípios do eletromagnetismo.

As ondas eletromagnéticas surgem em consequência de um campo elétrico variável que induzirá um campo magnético, e um campo magnético variável que induzirá um campo elétrico.

Esquema gráfico de uma onda eletromagnética

O vetor campo elétrico é perpendicular ao vetor campo magnético e ambos são perpendiculares à direção em que se propagam.
No espectro eletromagnético constam as diferentes ondas eletromagnéticas que são ordenadas de acordo com a frequência – comprimento de onda – energia que elas possuem.

Ondas eletromagnéticas ordenadas decrescentemente com relação à quantidade de energia que elas possuem.

Todas as ondas eletromagnéticas transportam energia, à medida que o comprimento da onda eletromagnética é diminuído, a frequência aumenta e a energia que ela transporta também aumenta. No espectro eletromagnético, as ondas de rádio possuem menor quantidade de energia, e os raios gama possuem maior quantidade.

As ondas eletromagnéticas que possuem energia suficiente para remover elétrons do átomo ou quebrar ligações químicas são ionizantes, e as que possuem essa característica são: a faixa final da ultravioleta, os raios x e os raios gama

Ionização de um átomo em razão da colisão de uma onda eletromagnética com um elétron.

Radiação do Corpo Negro

O estudo da radiação térmica se deu a partir do momento em que o físico alemão Robert Kirchhoff, ao analisar as relações existentes entre calor absorvido e calor emitido, propôs duas leis fundamentais para o estudo da radiação térmica.

A primeira lei fala sobre a cor da radiação emitida. Ela depende da frequência, e esta frequência depende da temperatura do corpo aquecido, seja qual for sua composição.

A segunda lei de Kirchhoff introduz o conceito de corpo negro. Para ele, o corpo negro é um excelente emissor de radiação, e toda radiação gerada nele é emitida.

Como o corpo negro apresenta fácil realização prática, ele se tornou fundamental para o estudo das radiações térmicas. Isso porque o corpo negro é caracterizado por uma abertura em um objeto oco, o que possibilita a reflexão nas paredes internas de qualquer tipo de radiação emitida absorvendo então essa radiação.

Modelo prático de um corpo negro

A montagem experimental, feita a partir da radiação emitida pelo corpo negro, obtinha gráficos que eram formados pela potência dessa radiação, mas não eram capazes de serem explicados. Isso porque a física clássica não possuía informações necessárias capazes de obter uma função matemática que desse origem a tais gráficos.

Por volta de 1900, o físico alemão Max Planck resolveu partir dos gráficos gerados pela radiação para enfim chegar à equação. Nascia então a mecânica quântica.

Através de tanto estudo, hoje é sabido que todo objeto que é superaquecido emite uma radiação visível, analisada através do espectrômetro (dispositivo que dispersa radiação).

Através desse objeto é possível medir o comprimento e a intensidade de ondas eletromagnéticas, componentes da radiação emitida, o que permite a construção do seu espectro.

Radiador Ideal – Corpo negro cuja radiação depende apenas de sua temperatura.

Radioatividade

A radioatividade é conhecida por grande parte da população mundial em razão dos dois acidentes ocorridos na década de 80.

No dia 26 de abril de 1986, a explosão de um dos reatores da usina nuclear de Chernobil, Ucrânia, lançou “no céu da União Soviética” uma nuvem de elementos que apresentam a radioatividade. No dia 13 de setembro de 1987, na cidade de Goiânia, a violação de uma cápsula que continha césio 137 deixou centenas de pessoas contaminadas e irradiadas por este elemento radioativo.

A descoberta da radioatividade iniciou-se no ano de 1896 com o físico francês Antonie Henri Becquerel, após verificar a emissão de radiação por um minério chamado sulfato duplo de potássio e uranila [(K2(UO2)(SO4)] e esta radiação provinda do átomo de césio fora chamada, erroneamente, de raios x.

Área com risco potencial de radiação

O casal Pierre e Mary Curie se interessou pelo fato descoberto por Becquerel e logo verificaram que todos os sais de urânio emitiam radiação, que até então era denominada de raios x. No ano de 1898 o casal descobriu dois novos elementos que apresentavam características análogas a do sal de urânio: rádio e polônio.

No ano de 1899 fora esclarecido que a radiação emitida pelo elemento utilizado por Becquerel e pelo casal Curie na verdade não eram raios x e sim raios gama, partículas alfa e partículas beta.

Logo vemos que a radioatividade é um fenômeno apresentado por elementos radioativos; estes, por sua vez, possuem excesso de energia a nível nuclear e são instáveis. Os elementos instáveis, na busca por estabilidade, acabam por emitir o excesso de energia que neles existem em forma de raios gama, partículas alfa e partículas beta.

A radioatividade é apresentada por elementos radioativos naturais e artificiais. Os elementos radioativos naturais são encontrados na natureza.

Por Frederico Borges de Almeida
Graduado em Física