8 maneiras de ver a teoria da relatividade de Einstein na vida real

Publicado em 5.01.2017

A teoria relatividade é uma das mais famosas teorias científicas do século XX. Formulada por Albert Einstein em 1905, é a noção de que as leis da física são as mesmas em todo o universo.

Ela explica o comportamento dos objetos no espaço e no tempo, e pode ser usada para prever de tudo, desde a existência de buracos negros até a flexão da luz devido à gravidade.

A teoria é enganosamente simples. Em primeiro lugar, não existe uma referência “absoluta”. Cada vez que você mede a velocidade de um objeto, ou seu momento, ou como experimenta o tempo, é sempre em relação a outra coisa. Em segundo lugar, a velocidade da luz é a mesma, não importa quem a mede ou quão rápido a pessoa que a mede está se movendo. Em terceiro lugar, nada pode ir mais rápido do que a luz.

Implicações

As implicações da teoria são profundas. Se a velocidade da luz é sempre a mesma, significa que um astronauta indo muito rápido em relação à Terra irá medir os segundos passando mais lentamente do que um observador no chão – o tempo essencialmente diminui para o astronauta, um fenômeno chamado dilatação do tempo.

Mas não é preciso dar uma voltinha de nave espacial para ver os efeitos relativistas. Na verdade, existem vários exemplos de relatividade em nossas vidas diárias e nas tecnologias que usamos que demonstram que Einstein estava certo.

1. GPS


Para que a navegação GPS funcione com precisão, os satélites têm que levar em conta os efeitos relativistas. Isso ocorre porque, embora satélites não estejam se movendo nem perto da velocidade da luz, eles ainda estão se movendo muito rápido.

Eles enviam sinais para estações terrestres na Terra, mas estas estações (e o seu GPS) estão experimentando acelerações mais altas devido à gravidade do que os satélites em órbita.

Assim, para não cometer erros grotescos, os satélites usam relógios precisos a alguns bilionésimos de segundo (nanossegundos). Uma vez que cada satélite está a 20.300 quilômetros acima da Terra e se move a cerca de 10.000 km/h, há uma dilatação do tempo que chega a cerca de 4 microssegundos por dia. Adicione os efeitos da gravidade e a figura sobe para cerca de 7 microssegundos. Isso é 7.000 nanossegundos.

A diferença pode parecer pouca, mas é muito real: se os efeitos relativistas não fossem contabilizados, quando seu GPS lhe dissesse que você está a 800 metros do próximo posto de gasolina, ele estaria errado por 8 km após apenas um dia.

2. Eletroímãs


Se você pegar um fio e movê-lo através de um campo magnético, você vai gerar uma corrente elétrica. As partículas carregadas no fio são afetadas pela mudança do campo magnético, o que força algumas a se moverem, criando a corrente.

Agora imagine o fio em repouso e um ímã se movendo. Neste caso, as partículas carregadas no fio (os elétrons e os prótons) não estão se movendo mais, e o campo magnético não deve as afetar. Mas afeta, e uma corrente ainda flui. Isso mostra que não há um ponto de referência privilegiado.

A Lei de Faraday, que afirma que um campo magnético em mudança cria uma corrente elétrica, é o principal princípio por trás de transformadores e geradores elétricos. Logo, quem usa eletricidade está experimentando os efeitos da relatividade.

Os eletroímãs também funcionam através da relatividade. Quando uma corrente contínua (CC) de carga elétrica flui através de um fio, os elétrons estão fluindo através do material. Normalmente, o fio pareceria eletricamente neutro, sem carga líquida positiva ou negativa. Essa é uma consequência de ter aproximadamente o mesmo número de prótons (cargas positivas) e elétrons (cargas negativas). Mas, se você colocar outro fio ao lado dele com uma corrente CC, os fios atraem ou repelem uns aos outros, dependendo de qual direção a corrente está se movendo.

Assumindo que as correntes estão se movendo na mesma direção, os elétrons no primeiro fio veem os elétrons no segundo fio como imóveis. (Isso pressupõe que as correntes têm a mesma intensidade). Enquanto isso, da perspectiva dos elétrons, os prótons em ambos os fios parecem estar se movendo. Devido à contração de comprimento relativista, eles parecem estar mais próximos, portanto há mais carga positiva por comprimento de fio do que carga negativa. Como cargas iguais se repelem, os dois fios também se repelem.

Correntes em direções opostas resultam em atração, porque do ponto de vista do primeiro fio, há mais elétrons no outro fio, criando uma carga negativa líquida. Enquanto isso, os prótons no primeiro fio estão criando uma carga positiva líquida, e cargas opostas se atraem.

3. Cor amarela do ouro


A maioria dos metais são brilhantes porque os elétrons nos átomos saltam de diferentes níveis de energia, ou “orbitais”. Quando bate a luz, alguns fótons que atingem o metal são absorvidos e reemitidos, embora em um comprimento de onda mais longo. A maioria das luzes visíveis, no entanto, é refletida.

O ouro é um átomo pesado, então os elétrons internos se movem rápido o suficiente para que o aumento de massa relativista seja significativo, bem como a contração de comprimento. Como resultado, os elétrons giram ao redor do núcleo em caminhos mais curtos, com mais momento. Os elétrons nos orbitais internos carregam energia que é mais próxima à energia dos elétrons exteriores, e os comprimentos de onda absorvidos e refletidos são mais longos.

Longos comprimentos de onda de luz significam que parte da luz visível que normalmente seria apenas refletida é absorvida, e essa luz está na extremidade azul do espectro. Isso significa que a mistura de ondas de luz que vemos tende a ter menos azul e violeta. Isso faz com que o ouro pareça amarelado, uma vez que as luzes amarela, laranja e vermelha têm um comprimento de onda maior que o azul.

4. O ouro não corrói facilmente


O efeito relativista sobre os elétrons do ouro é também uma razão pela qual o metal não corrói ou reage com qualquer outra coisa facilmente.

O ouro tem apenas um elétron em sua “casca” mais externa, que não é tão reativo como cálcio ou lítio. Em vez disso, os elétrons do ouro, sendo “mais pesados” do que deveriam ser, são todos mais próximos do núcleo atômico.

Isto significa que é provável que o elétron mais externo não esteja em um lugar onde possa reagir com qualquer outra coisa.

5. Mercúrio é um líquido


Semelhante ao ouro, o mercúrio é também um átomo pesado, com elétrons mantidos próximos ao seu núcleo por causa de sua velocidade e consequente aumento de massa.

No caso do mercúrio, no entanto, as ligações entre os seus átomos são fracas, de modo que ele funde a temperaturas mais baixas e é tipicamente um líquido quando o vemos.

6. Sua TV antiga


Até apenas alguns anos atrás, a maioria dos televisores e monitores tinha telas de tubo de raios catódicos.

Um tubo de raios catódicos funciona disparando elétrons em uma superfície de fósforo com um grande ímã. Cada elétron cria um pixel iluminado quando bate na parte traseira da tela. Os elétrons dispararam para fazer a imagem se mover em até 30% a velocidade da luz.

Efeitos relativistas são perceptíveis. Quando os fabricantes moldaram os ímãs, tiveram que levar esses efeitos em conta.

7. Luz


Se Isaac Newton tivesse razão ao supor que havia um ponto de repouso absoluto, teríamos que apresentar uma explicação diferente para a luz.

A luz e o magnetismo não existiriam, porque a relatividade exige que as mudanças em um campo eletromagnético se movam a uma velocidade finita em vez de instantaneamente.

Se a relatividade não impusesse esta exigência, as mudanças nos campos elétricos seriam comunicadas instantaneamente em vez de através de ondas eletromagnéticas, e tanto o magnetismo quanto a luz seriam desnecessários.

8. Plantas nucleares e supernovas


A relatividade é uma das razões pela qual massa e energia podem ser convertidas uma na outra. Aliás, é assim que plantas de potência nuclear funcionam.

Outro efeito importante é em explosões de supernova, que sinalizam a morte de estrelas maciças. Supernovas existem porque os efeitos relativistas superam os efeitos quânticos no núcleo de uma estrela suficientemente maciça, permitindo que ele de repente colapse sob seu próprio peso até que se torne uma estrela de nêutrons muito menor.

Em uma supernova, as camadas externas de uma estrela passam por uma gigantesca explosão que, entre outras coisas, cria elementos mais pesados que o ferro. Na verdade, quase todos os elementos pesados com os quais estamos familiarizados são feitos em supernovas.

Nós próprios somos constituídos de coisas criadas e dispersas por supernovas. Se a relatividade não existisse, mesmo as estrelas mais massivas terminariam suas vidas como anãs brancas, nunca explodindo, e não estaríamos aqui para pensar sobre isso. [LiveScience]

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Natasha Romanzoti

é jornalista, apaixonada por esportes, livros de suspense, séries de todos os tipos e doces de todos os gostos.

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1 comentário

  1. Com mais massa, maior velocidade e mais tempo irradiando luz, e não tempo de dilatação. Relatividade é incompatível com a teoria quântica.

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