Física IIIFísica moderna: teoria da relatividade Tópico resolvido

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medyorianna
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Física moderna: teoria da relatividade

Mensagem não lida por medyorianna »

UNB 2011/2 - O experimento de Michelson-Morley foi realizado para se verificar a hipótese de haver um meio (o éter) em que as ondas de luz se propagam. O esquema desse experimento, anterior ao surgimento da teoria especial da relatividade, está mostrado na figura acima. Nele, um raio de luz parte de uma fonte S e, ao chegar a um espelho semitransparente, divide-se em um raio α, que trafega na direção AB (ida e volta), e em um raio B, que trafega na direção AC (ida e volta). A direção AC é posicionada de modo a ser paralela à direção do movimento da Terra ao redor do Sol, que se dá com velocidade v T (suposta retilínea para o experimento em questão). Os dois raios encontram-se novamente no espelho semitransparente e dirigem-se para um sensor de luz D, que capta eventuais interferências entre eles. As distâncias AB e AC são iguais a L.
1_fd81ad809178e2f7670d3442e601628f_d2b8d473522f8327a80ca87cb013c2bf.png
1_fd81ad809178e2f7670d3442e601628f_d2b8d473522f8327a80ca87cb013c2bf.png (28.94 KiB) Exibido 351 vezes
A partir do experimento de Michelson-Morley descrito e dos princípios da teoria especial da relatividade, julgue o item considerando [tex3]\gamma [/tex3] =[tex3]\frac{1}{\sqrt{1 - \frac{v^{2}}{c^{2}}}}[/tex3]

Do ponto de vista da teoria newtoniana, segundo a qual a velocidade da luz deve ser composta com a velocidade da Terra conforme somas ou diferenças usuais de velocidade, os tempos que a luz levava para percorrer as distâncias AB e AC (ida e volta) seriam, respectivamente, tAB=[tex3]\frac{2\gamma L}{c}[/tex3] e tAC= [tex3]\left(\frac{2\gamma ^{2}L}{c}\right)[/tex3]
Resposta

Correta
Não entendi como ele chegou nessas fórmulas.

"é justo que muito custe o que muito vale."
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παθμ
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Mai 2023 26 11:15

Re: Física moderna: teoria da relatividade

Mensagem não lida por παθμ »

medyorianna, nessa hipótese, a luz se propaga com uma velocidade [tex3]c[/tex3] em relação ao éter, e a Terra se propaga em relação a este último com uma velocidade [tex3]v[/tex3] .


Na primeira situação, no referencial do éter, perceba que, no movimento de ida (A -> B) a luz viaja uma distância [tex3]L[/tex3] vertical e uma distância [tex3]v\Delta t[/tex3] horizontal, onde [tex3]\Delta t[/tex3] é a duração do trajeto. Pelo teorema de pitágoras, vemos que a distância percorrida pela luz foi [tex3]d=\sqrt{L^2+v^2 \Delta t^2}[/tex3] , pois ela se propaga em linha reta, com velocidade [tex3]c[/tex3] (lembrando novamente que estamos fazendo a análise no referencial do éter). O tempo gasto no trajeto foi, então, [tex3]\Delta t=\frac{d}{c}[/tex3] .

Equacionando: [tex3]\Delta t=\frac{\sqrt{L^2+v^2 \Delta t^2}}{c}\rightarrow \Delta t=\frac{L}{\sqrt{c^2-v^2}}[/tex3] . Você pode verificar que [tex3]\gamma=\frac{c}{\sqrt{c^2-v^2}}[/tex3] , portanto [tex3]\Delta t=\frac{\gamma L}{c}[/tex3] .

Esse foi o tempo decorrido no movimento de ida. Simetricamente, o movimento de volta levou o mesmo tempo. Portanto: [tex3]t_{AB}=\frac{2\gamma L}{c}[/tex3].

Agora, vamos analisar o movimento AC. Segundo a teoria explicada no enunciado, a velocidade da luz em relação à terra é dada pela soma usual galileana de velocidades. Ou seja, no movimento de ida, a luz tem velocidade [tex3]c-v[/tex3] em relação à Terra, e, na volta, velocidade [tex3]c+v[/tex3] . Portanto: [tex3]t_{AC}=\frac{L}{c-v}+\frac{L}{c+v}=\frac{2cL}{c^2-v^2}[/tex3] .

Você pode verificar que [tex3]\frac{c}{c^2-v^2}=\frac{\gamma ^2}{c}[/tex3] . Portanto: [tex3]t_{AC}=\frac{2\gamma ^2L}{c}[/tex3].


(Note que a teoria explicada no enunciado é incorreta. A teoria correta para a cinemática de corpos com velocidades próximas à da luz é a teoria da relatividade especial.)

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