Introdução à Física Newtoniana e Relatividade

Introdução à Física Newtoniana e Relatividade Restrita

• A Física Newtoniana desafiou a visão aristotélica do mundo por meio de observações experimentais.
• As leis de movimento de Newton e a Lei da Gravitação Universal foram formuladas a partir das ideias de Galileu Galilei e Kepler.
• A tentativa de unificar a Física Newtoniana com o Eletromagnetismo de Maxwell encontrou obstáculos.
• Albert Einstein formulou a Teoria da Relatividade Restrita, desafiando os conceitos absolutos de espaço e tempo.
• O objetivo é entender os conceitos fundamentais da Teoria da Relatividade Restrita.

Tempo e Espaço: Uma Perspectiva Histórica

• Para Aristóteles, o movimento vertical para baixo de um corpo terminaria ao tocar a Terra, seguindo o conceito de lugar natural.
• A teoria aristotélica de lugar natural foi insuficiente para explicar os problemas matemáticos e astronômicos do Renascimento.
• Galileu Galilei desafiou o conceito de movimento e repouso como absolutos, defendendo que são relativos ao observador.
• Para Galileu, um corpo em movimento retilíneo uniforme (MRU) permaneceria em movimento, contrariando a crença aristotélica de que o repouso é o estado natural.
• Essa visão de Galileu influenciou a Primeira Lei de Newton, a Lei da Inércia, que define a tendência de um corpo permanecer em seu estado de movimento ou repouso.
• As ideias de Galileu permitiram a Newton desenvolver a Lei da Gravitação Universal e as Leis do Movimento.

Espaço e Tempo na visão de Albert Einstein

• Maxwell, ao estudar o eletromagnetismo, observou que as equações das ondas eletromagnéticas eram semelhantes às do deslocamento mecânico das ondas.
• Maxwell propôs que a luz é uma onda eletromagnética.
• A Física clássica considerava o tempo e o espaço como grandezas absolutas, independentes do referencial.
• Einstein, após estudar as ideias de Maxwell, concluiu que tempo e espaço não são absolutos, mas dependem do referencial do observador.
• A velocidade da luz é uma grandeza absoluta, significando que um observador, seja em repouso ou se movendo a alta velocidade, a perceberia como 300.000 km/s.
• A dilatação do tempo é a diferença na medida do tempo entre dois relógios idênticos em diferentes referenciais, especialmente quando um deles se move próximo à velocidade da luz ou está sujeito a um campo gravitacional diferente.

Evidências da Dilatação do Tempo

• Vários experimentos corroboraram a dilatação do tempo:
  • Experimentos com partículas como o méson pi, que se desintegram mais lentamente a velocidades próximas à da luz.
  • Relógios atômicos em diferentes referenciais, demonstrando que o tempo passa mais lentamente para aqueles em movimento.
  • Aceleradores de partículas, onde partículas se movem a velocidades próximas à da luz, permitindo observar a dilatação do tempo.
  • Satélites com relógios atômicos, que demonstram a dilatação do tempo em campos gravitacionais diferentes.
  • Raios cósmicos, que viajam pelo espaço a velocidades próximas à da luz, com seus processos de decaimento afetados pela dilatação do tempo.

Consequências da Relatividade Restrita

• O conceito de tempo como uma quarta dimensão, interligado ao espaço, formando o espaço-tempo.
• A velocidade da luz como um limite máximo no universo.
• A dilatação do tempo e a contração do comprimento como consequências do movimento relativo.
• A equivalência entre massa e energia, expressa na famosa equação E=mc².

Impulso na Física

• O conceito de impulso é essencial para analisar colisões e quantificar o impacto de forças sobre corpos em movimento.
• O impulso é definido como a variação da quantidade de movimento de um corpo.
• A equação do impulso é: 𝐼⃗ = 𝑄 ⃗⃗𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑄 ⃗⃗𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙.
• A relação entre impulso e força é dada por 𝐼⃗ = 𝐹⃗.∆𝑡, onde ∆𝑡 é o tempo de aplicação da força.
• O teorema do impulso relaciona a força com a variação da quantidade de movimento: 𝐹⃗.∆𝑡 = ∆𝑄 ⃗⃗.
• O impulso pode ser visualizado graficamente, sendo a área sob a curva força versus tempo.

Colisões

• Uma colisão é um evento em que dois ou mais corpos interagem por um curto período de tempo, resultando em uma mudança significativa na quantidade de movimento de cada um dos corpos.
• As colisões podem ser elásticas (conservação da energia cinética) ou inelásticas (perda de energia cinética).
• O princípio da conservação da quantidade de movimento é fundamental para analisar colisões: a quantidade de movimento total de um sistema fechado permanece constante.