Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
15 1 Prof.ª Fernanda Fonseca FÍSICA ÓTICA E ONDAS Aula 3 15 2 Conversa Inicial 15 3 Compreender a Teoria da Relatividade Restrita Identificar e utilizar as teorias relativísticas na análise e resolução de problemas OBJETIVO DA AULA 15 4 TEMA 1 – TEORIA DA RELATIVIDADE RESTRITA 15 5 Relatividade de Galileu Cinemática – Mecânica Newtoniana Tempo absoluto 𝑡 = 𝑡’ 𝑥 = 𝑥’ − 𝑣 ∙ 𝑡 𝑦 = 𝑦’ 𝑧 = 𝑧’ TRANSFORMAÇÕES DE GALILEU 15 6 Conflitos Luz como onda eletromagnética Em que meio se propaga? Éter luminífero: Alta velocidade da luz e onda transversal: sólido elástico Movimentos astronômicos: sutil Experimento de Michelson-Morley: detecção do movimento relativo do éter (“vento” decorrente do movimento da Terra) RELATIVIDADE RESTRITA 15 7 Conflito Não é possível conciliar Mecânica Clássica com Eletromagnetismo Observador com velocidade c observará um pulso luminoso em movimento simultâneo com fluxo eletromagnético que varia no tempo e sem deslocamento espacial: o fluxo não deveria variar temporalmente Indução eletromagnética: existe apenas para um referencial (entre S e S’) Problema corrigido com o uso do fator de Lorentz: 𝜸 = 𝟏 𝟏− 𝒗 𝒄 𝟐 RELATIVIDADE RESTRITA 15 8 Postulados de Einstein Leis da Física são iguais para todos os referenciais inerciais Inclusive o Eletromagnetismo A velocidade da luz é a mesma para qualquer referencial, independentemente do movimento da fonte de luz Espaço e tempo deixam de ser absolutos RELATIVIDADE RESTRITA 15 9 Dois eventos (pulsos luminosos emitidos de duas posições diferentes) são simultâneos (t=t’) somente se quando o encontro desses pulsos ocorre no ponto médio da distância entre eles Relação entre tempo e espaço Um evento pode ser simultâneo para um referencial e não para outro NOVO CONCEIO DE SIMULTANEIDADE 15 10 TEMA 2 – TRANSFORMAÇÕES DE LORENTZ 15 11 𝑥’ = 𝛾(𝑥 − 𝑢 ∙ 𝑡) ⇒ 𝑥 = 𝛾(𝑥′ + 𝑢 ∙ 𝑡′) 𝑦’ = 𝑦 𝑧’ = 𝑧 𝑡′ = 𝛾 𝑡 − 𝑢∙𝑥 𝑐2 ⇒ 𝑡 = 𝛾 𝑡′ + 𝑢∙𝑥′ 𝑐2 Espaço-tempo (𝑥; 𝑦; 𝑧; 𝑡) TRANSFORMADAS DE LORENTZ 15 12 Velocidade do objeto (v e v’) 𝑣′ = 𝑑𝑥′ 𝑑𝑡′ ⇒ 𝑣′ = 𝑣 − 𝑢 1 − ൗ𝑣 ∙ 𝑢 𝑐2 ou 𝑣 = 𝑣′ + 𝑢 1 + ൗ𝑣 ∙ 𝑢 𝑐2 TRANSFORMADAS DE LORENTZ 15 13 Para um observador S, um evento aconteceu no eixo x do seu referencial nas coordenadas 𝑥 = 3,00 × 108 𝑚, 𝑡 = 2,50 𝑠. O observador S′ e seu referencial estão se movendo no sentido positivo do eixo x a uma velocidade de 0,400𝑐. Além disso, 𝑥 = 𝑥′ = 0 no instante 𝑡 = 𝑡′ = 0. Determine as coordenadas espacial e temporal do evento no referencial de S′. Exercício retirado do livro: HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos da Física, Volume 4, 10ª ed., Rio de Janeiro: LTC, 2022. p. 165. EXEMPLO 15 14 Resolução 15 15 15 16 Simultaneidade Dois eventos ocorrem simultaneamente no Referência S’ (∆𝒕′ = 𝟎), mas em locais diferentes ∆𝒙′ ≠ 𝟎 ∆𝑡 = 𝛾 ∆𝑡′ + 𝑢∙∆𝑥′ 𝑐2 ⇒ ∆𝑡 = 𝛾 𝑢∙∆𝑥′ 𝑐2 ≠ 0 No referencial S, os eventos não são simultâneos. CONSEQUÊNCIAS DA TRANSFORMAÇÃO 15 17 Contração do Comprimento Dois corpos, medidos simultaneamente em referenciais diferentes: ∆𝑡 = 0 (no referencial S) ∆𝑥’ = 𝛾(∆𝑥 − 𝑢 ∙ ∆𝑡) ⇒ ∆𝑥’ = 𝛾 ∙ ∆𝑥 ⇒ ∆𝑥 = ∆𝑥′ 𝛾 Para 𝑣 << 𝑐 teremos 𝛾 muito grande CONSEQUÊNCIAS DA TRANSFORMAÇÃO 15 18 Dilatação do tempo Dois eventos ocorrem no mesmo local ∆𝑥′ = 0 no referencial S’ com intervalo de tempo ∆𝑡′ entre eles ∆𝑡 = 𝛾 ∆𝑡′ + 𝑢 ∙ ∆𝑥′ 𝑐2 ⇒ ∆𝑡 = 𝛾 ∙ ∆𝑡′ CONSEQUÊNCIAS DA TRANSFORMAÇÃO 15 19 Uma partícula instável de alta energia entra em um detector e deixa um rastro com 1,05 mm de comprimento, viajando a uma velocidade de 0,992c, antes de decair. Qual é o tempo de vida próprio da partícula? Em outras palavras, quanto tempo a partícula levaria para decair se estivesse em repouso em relação ao detector? Exercício retirado do livro: HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos da Física, Volume 4, 10ª ed., Rio de Janeiro: LTC, 2022. p. 165. EXEMPLO 15 20 Resolução 15 21 15 22 TEMA 3 – EFEITO DOPPLER RELATIVÍSTICO 15 23 Mudança na frequência da onda recebida para fontes em movimento Desvio para o vermelho (Redshift) Desvio para o azul (Blueshift) 𝒇 = 𝒄+𝒖 𝒄−𝒖 𝒇𝟎 (aproximação) 𝒇 = 𝒄−𝒖 𝒄+𝒖 𝒇𝟎 (afastamento) EFEITO DOPPLER RELATIVÍSTICO 15 24 Uma espaçonave, que está se afastando da Terra a uma velocidade de 0,900c, transmite mensagens com uma frequência (no referencial da nave) de 100 MHz. Para que frequência devem ser sintonizados os receptores terrestres para captar as mensagens? Exercício retirado do livro: HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos da Física, Volume 4, 10ª ed., Rio de Janeiro: LTC, 2022. p. 167. EXEMPLO 15 25 Resolução 15 26 15 27 TEMA 4 – ENERGIA E MOMENTO LINEAR RELATIVÍSTICOS 15 28 Energia de repouso 𝑬𝟎 = 𝒎 ∙ 𝒄 𝟐 Energia Cinética Relativística 𝑲 = 𝒎 ∙ 𝒄𝟐 𝜸 − 𝟏 Energia Total 𝑬𝑻 = 𝑬𝟎 +𝑲 = 𝒎 ∙ 𝒄 𝟐 +𝒎 ∙ 𝒄𝟐 𝜸 − 𝟏 𝑬𝑻 = 𝜸 ∙ 𝒎 ∙ 𝒄 𝟐 ENERGIA CINÉTICA RELATIVÍSTICA 15 29 𝒑 ∙ 𝒄 𝟐 = 𝑲𝟐 + 𝟐 ∙ 𝒎 ∙ 𝒄𝟐 ∙ 𝑲 𝑬𝟐 = 𝒑 ∙ 𝒄 𝟐 + 𝒎 ∙ 𝒄𝟐 𝟐 𝑬𝟐 = 𝒑 ∙ 𝒄 𝟐 + 𝑬𝟎 𝟐 ENERGIA CINÉTICA E MOMENTO LINEAR 15 30 Qual é o trabalho necessário para aumentar a velocidade de um elétron em repouso até 0,990c? Qual a energia de repouso do elétron? E qual a energia total do elétron após ser acelerado? EXEMPLO 15 31 Resolução 15 32 15 33 TEMA 5 – CIÊNCIA NA TECNOLOGIA E NA SOCIEDADE 15 34 E por que corpos de massas diferentes caem com a mesma velocidade sob ação da gravidade? Deslizam pelo espaço- tempo REFLEXÃO SOBRE A RELATIVIDADE GERAL: O ESPAÇO-TEMPO 15 35
Compartilhar