28: Relatividade especial
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Modern relativity is divided into two parts. Special relativity deals with observers who are moving at constant velocity. General relativity deals with observers who are undergoing acceleration. Einstein is famous because his theories of relativity made revolutionary predictions. Most importantly, his theories have been verified to great precision in a vast range of experiments, altering forever our concept of space and time.
- 28.0: Prelúdio da Relatividade Especial
- É importante observar que, embora a mecânica clássica, em geral, e a relatividade clássica, em particular, sejam limitadas, elas são aproximações extremamente boas para objetos grandes e de movimento lento. Caso contrário, não poderíamos usar a física clássica para lançar satélites ou construir pontes. No limite clássico (objetos maiores que o submicroscópico e se movendo mais devagar que cerca de 1% da velocidade da luz), a mecânica relativista se torna a mesma da mecânica clássica.
- 28.1: Postulados de Einstein
- A relatividade é o estudo de como diferentes observadores medem o mesmo evento. A relatividade moderna está correta em todas as circunstâncias e, no limite da baixa velocidade e da gravitação fraca, fornece as mesmas previsões da relatividade clássica. Um quadro de referência inercial é um quadro de referência no qual um corpo em repouso permanece em repouso e um corpo em movimento se move a uma velocidade constante em linha reta, a menos que seja acionado por uma força externa. A relatividade moderna é baseada nos dois postulados de Einstein.
- 28.2: Simultaneidade e dilatação do tempo
- Dois eventos simultâneos não são necessariamente simultâneos para todos os observadores — a simultaneidade não é absoluta. A dilatação do tempo é o fenômeno do tempo passar mais devagar para um observador que está se movendo em relação a outro observador. Observadores que se movem a uma velocidade relativa não medem o mesmo tempo decorrido para um evento. O tempo adequado é medido por um observador em repouso em relação ao evento observado e implica que a velocidade relativa não pode exceder a velocidade da luz.
- 28.3: Contração do comprimento
- Todos os observadores concordam com a velocidade relativa. A distância depende do movimento do observador. O comprimento adequado é a distância entre dois pontos medida por um observador que está em repouso em relação a ambos os pontos. Os observadores terrestres medem o comprimento adequado ao medir a distância entre dois pontos estacionários em relação à Terra. A contração do comprimento é o encurtamento do comprimento medido de um objeto em movimento em relação à moldura do observador.
- 28.4: Adição relativista de velocidades
- Com a adição clássica de velocidade, as velocidades aumentam vetorialmente. A adição de velocidade relativista descreve as velocidades de um objeto se movendo a uma velocidade relativista. Um observador da radiação eletromagnética vê efeitos relativísticos do Doppler se a fonte da radiação estiver se movendo em relação ao observador. O comprimento de onda da radiação é maior do que o emitido pela fonte quando a fonte se afasta do observador e menor quando a fonte se move em direção ao observador.
- 28.5: Momento relativista
- A lei da conservação do momento é válida sempre que a força externa líquida é zero e para o momento relativístico. O momento relativístico é o momento clássico multiplicado pelo fator relativista. Em baixas velocidades, o momento relativístico é equivalente ao momento clássico. O momentum relativístico se aproxima do infinito quando uu se aproxima de cc. Isso implica que um objeto com massa não pode atingir a velocidade da luz. O momentum relativista é conservado, assim como o momentum clássico é conservado.
- 28.6: Energia relativista
- A conservação da energia é uma das leis mais importantes da física. Não só a energia tem muitas formas importantes, mas cada forma pode ser convertida em qualquer outra. Sabemos que, classicamente, a quantidade total de energia em um sistema permanece constante. Relativisticamente, a energia ainda é conservada, desde que sua definição seja alterada para incluir a possibilidade de mudança de massa para energia, como nas reações que ocorrem dentro de um reator nuclear.
Miniatura: uma representação diagramática do espaço-tempo. Uso da imagem com permissão (CC-BY-SA 3.0; Stib).