É a idéia mais brilhante de todos os tempos - e certamente também uma das menos

compreendidas. Em 1905, o genial físico alemão Albert Einstein afirmou que tempo e

espaço são relativos e estão profundamente entrelaçados. Parece complicado? Bem, a

idéia é sofisticada, mas, ao contrário do que se pensa, a relatividade não é nenhum

bicho-de-sete-cabeças. A principal sacada é enxergar o tempo como uma espécie de

lugar onde a gente caminha. Mesmo que agora você esteja parado lendo a Mundo

Estranho, você está se movendo - pelo menos, na dimensão do tempo. Afinal, os

segundos estão passando, e isso significa que você se desloca pelo tempo como se

estivesse em um trem que corre para o futuro em um ritmo constante. Até aí, nenhuma

novidade bombástica. Mas Einstein também descobriu algo surreal ao constatar que

esse "trem do tempo" pode ser acelerado ou freado. Ou seja, o tempo pode passar mais

rápido para uns e mais devagar para outros. Quando um corpo está em movimento, o

tempo passa mais lentamente para ele.

Se você estiver andando, por exemplo, as horas vão ser mais vagarosas para você do

que para alguém que esteja parado. Mas, como as velocidades que vivenciamos no dia-

a-dia são muito pequenas, a diferença na passagem do tempo é ínfima. Entretanto, se

fosse possível passar um ano dentro de uma espaçonave que se desloca a 1,07 bilhão

de km/h e depois retornar para a Terra, as pessoas que ficaram por aqui estariam dez

anos mais velhas! Como elas estavam praticamente paradas em relação ao movimento

da nave, o tempo passou dez vezes mais rápido para elas - mas isso do seu ponto de

vista. Para os outros terráqueos, foi você quem teve a experiência de sentir o tempo

passar mais devagar. Dessa forma, o tempo deixa de ser um valor universal e passa a

ser relativo ao ponto de vista de cada um - daí vem o nome "Relatividade". Ainda de

acordo com os estudos de Einstein, o tempo vai passando cada vez mais devagar até

que se atinja a velocidade da luz, de 1,08 bilhão de km/h, o valor máximo possível no

Universo.

A essa velocidade, ocorre o mais espantoso: o tempo simplesmente deixa de passar! É

como se a velocidade do espaço (aquela do velocímetro da nave) retirasse tudo o que

fosse possível da velocidade do tempo. No outro extremo, para quem está parado, a

velocidade está toda concentrada na dimensão do tempo. "Einstein postulou isso

baseado em experiências de outros físicos e trabalhou com as maravilhosas

conseqüências desse fato", diz o físico Brian Greene, da Universidade de Columbia, nos

Estados Unidos, autor do livro O Universo Elegante, um best seller que explica em

linguagem simples as idéias do físico alemão. Mas as descobertas da Relatividade não

param por aí. Ainda em 1905, Einstein concluiu que matéria e energia estavam tão

entrelaçadas quanto espaço e tempo. Daí surgiu a célebre equação E = mc2 (energia =

massa x a velocidade da luz ao quadrado), que revela que uma migalha de matéria

pode gerar uma quantidade absurda de energia.

Por fim, em 1916, Einstein examinou a influência do espaço e do tempo na atração

entre os corpos e redefiniu a gravidade - até então, a inquestionável física clássica de

Isaac Newton (1642-1727) considerava apenas a ação da massa dos corpos. Sua Teoria

da Relatividade, definida em uma frase dele mesmo, nos deixou mais próximos de

"entender a mente de Deus".

Uma descoberta genialEinstein mostrou que espaço, tempo, massa e gravidade estão intimamente ligados1 - Segundo o físico alemão Albert Einstein, tudo no Universo se move a uma velocidade

distribuída entre as dimensões de tempo e espaço. Para um corpo parado, o tempo

corre com velocidade máxima. Mas quando o corpo começa a se movimentar e ganha

velocidade na dimensão do espaço, a velocidade do tempo diminui para ele, passando

mais devagar. A 180 km/h, 30 segundos passam em 29,99999999999952 segundos. A

1,08 bilhão de km/h (a velocidade da luz), o tempo simplesmente não passa

2 - Uma conseqüência dessa alteração da velocidade do tempo é a contração no

comprimento dos corpos. Segundo a Teoria da Relatividade Especial - a primeira parte

da teoria de Einstein, elaborada em 1905 -, quanto mais veloz alguma coisa está, mais

curta ela fica. Por exemplo: quem visse um carro se mover a 98% da velocidade da luz o

enxergaria 80% mais curto do que se o observasse parado

3 - Na chamada Teoria Geral da Relatividade (a segunda parte do estudo, publicada em

1916), Einstein usou a constatação anterior para redefinir a gravidade. Isso pode ser

demonstrado com um exemplo simples: em alguns tipos de brinquedo comum em

parques de diversões, a rotação da máquina mantém as pessoas grudadas na parede

pela força centrífuga, como se houvesse uma "gravidade artificial".

4 - A gravidade real também funciona assim. O Sol curva tanto o espaço ao seu redor

que mantém a Terra em sua órbita - como se ela estivesse "grudada na parede",

lembrando o exemplo do brinquedo. Já a força que prende as pessoas ao chão é a

curvatura criada pela Terra no espaço ao seu redor. Einstein também descobriu que,

quanto maior a gravidade, mais lento é o ritmo da passagem do tempo. Por isso, ele

chamou essa força de "curvatura no tecido espaço-tempo".

5 - Uma aplicação prática da Relatividade é a calibragem dos satélites do GPS, que

orientam aviões e navios. Pela Relatividade Especial, sabe-se que a velocidade de 14 mil

km/h dos satélites faz seus relógios internos atrasarem 7 milionésimos de segundo por

dia em relação aos relógios da Terra. Mas, segundo a Relatividade Geral, eles sentem

menos a gravidade (pois estão a 20 mil km de altitude) e adiantam 45 milionésimos de

segundo por dia. Somando as duas variáveis, dá um adiantamento de 38 milionésimos

por dia, que precisa ser acertado no relógio do satélite. Portanto, se não fosse pela

teoria de Einstein, o sistema acumularia um erro de localização de cerca de 10

quilômetros por dia.

Um novo livro da coleção "Para Saber Mais" - editado pela revista Superinteressante -

ajuda você a mergulhar fundo nestas fascinantes idéias de Einstein. Teoria da

Relatividade, do físico Oscar Matsura já está nas bancas.

No estudo da Mecânica, a velocidade, por exemplo, é uma grandeza relativa, ou seja, sua medida

depende do referencial do qual está sendo medido. Em consequência disso, outras grandezas que

dependem da velocidade também são relativas como, por exemplo, a energia cinética e a

quantidade de movimento. A energia potencial também é uma grandeza relativa, pois o seu valor

(mgh) depende do referencial que se adota para medir a altura. Comprimento, massa e tempo são

tidos como grandezas absolutas no estudo da Mecânica, mas também se tratam de grandezas

relativas. No entanto, a relatividade dessas grandezas só evidencia-se quando no estudo de

situações em que se têm velocidades muito elevadas, ou seja, não desprezíveis se comparadas

com a velocidade da luz no vácuo, que é aproximadamente 3,0 x108 m/s.

O Início da Teoria da Relatividade

A teoria da relatividade foi uma revolução para o século XX, pois ela provocou inúmeras

transformações em conceitos básicos como também proporcionou que fatos importantes, ainda não

explicáveis, pudessem ser explicados. Essa teoria surgiu com o físico alemão Albert Einstein.

Nascido em Ulm, Einstein foi físico e pesquisador muito conhecido por ter proposto a teoria da

relatividade, mas também foi ele quem explicou corretamente o efeito fotoelétrico, fato esse que

possibilitou o desenvolvimento da bomba atômica, mesmo sem ele saber para quais fins se

destinava.

A teoria da relatividade é composta de duas outras teorias: Teoria da Relatividade Restrita, que

estuda os fenômenos em relação a referenciais inerciais, e a Teoria da Relatividade Geral, que

aborda fenômenos do ponto de vista não inercial. Apesar de formar uma só teoria, elas foram

propostas em tempos diferentes, no entanto ambas trouxeram o conhecimento de que os

movimentos do Universo não são absolutos, mas sim relativos.

A teoria da relatividade restrita foi construída por Einstein a partir de dois importantes postulados:

1ª – Postulado da Relatividade: as leis da Física são as mesmas em todos os sistemas de

referência inercial.

2ª – Postulado da Constância da Velocidade da Luz: a velocidade da luz no vácuo tem o mesmo

valor para qualquer referencial inercial, ou seja, c = 300 000 km/s.

A Relatividade no Cotidiano

A relatividade pode não ser um assunto muito comum no dia a dia, mas ela faz parte do nosso

cotidiano. Quando aproximamos da velocidade da luz tudo muda, nesse sentido a relatividade é

muito importante. Não é possível ver como que isso ocorre utilizando carros e aviões, mas as

partículas subatômicas podem se movimentar muito rápido, podendo alcançar velocidades bem

próximas à velocidade da luz.

Um instrumento muito comum na atualidade utiliza mecanismos advindos da relatividade para

determinar com alta precisão a posição na Terra, esse é o chamado GPS. Encontrado em celulares

de última geração, esse instrumento depende de 24 satélites ao redor da Terra para a determinação

correta da posição, mas se não fosse a relatividade, todas as medidas estariam erradas. Os cálculos

e correções relativísticos são necessários em consequência da velocidade dos satélites,

aproximadamente 14 mil km/h. Essa velocidade é realmente pequena se comparada com a

velocidade da luz, mas mesmo assim os cálculos são necessários. O aparelho de GPS está cada

vez mais presente em nosso cotidiano, seja no avião, nos automóveis, navio, em muitos lugares

podemos encontrá-lo. Caso não fossem calculados os efeitos da relatividade, poderiam acontecer

grandes desastres.

6 provas da teoria da relatividade em nosso cotidiano43COMENTÁRIOS

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Por Vinicius Munhoz 

05 dez 2014 - 16h 55

A teoria da relatividade foi inventada há mais de 100 anos por Albert

Einstein e é uma das mais famosas teorias da física. Você deve pensar que

sua complexidade envolvendo velocidade da luz e espaço-tempo nunca

estaria visível para você.  Mas, na verdade, não é tão difícil assim, e

podemos presenciá-la em nosso dia a dia. Veja abaixo seis exemplos da

relatividade no cotidiano:

1- Magnetismo

Sim, magnetismo só é possível graças à Relatividade e é um dos

fenômenos mais fáceis de provar que Einstein estava certo há um século.

Mas como podemos observar isso em nossos ímãs de geladeira?

Se considerarmos que o tempo é relativo, duas pessoas próximas à

velocidade da luz veriam dois fenômenos diferentes ao observar o

magnetismo: uma veria um campo magnético e outra um campo elétrico.

Ambos estão correlacionados, e não há um único ponto de referência. É

relativo.

2 – GPS

Os aparelhos de GPS já são bem populares hoje em dia e estão presentes

em grande parte dos smartphones. Mas você sabia que os efeitos da

Relatividade devem ser levados em conta para seu funcionamento?

Nossa localização no GPS é calculada com o tempo de resposta entre os

satélites que orbitam a Terra e nossos aparelhos. O problema é que estes

satélites estão a uma altura de 20 mil quilômetros acima da Terra e sofrem

efeitos muito menores de gravidade em relação às estações terrestres e

aparelhos de localização.

Some isso à velocidade de movimento de 10.000 km/h dos satélites em

órbita e teremos como resultado cerca de sete microssegundos de diferença

em relação a nós. Pode parecer pouco, mas essa variação de tempo

implicaria em uma diferença de 10 quilômetros na localização de seu GPS

diariamente. Por isso, todos os aparelhos no espaço contam com

cronômetros precisos que se adaptam ao tempo na Terra.

3 – Energia atômica

Outra comprovação da Teoria da Relatividade está presente em mais da

metade de nossos dias. O brilho e energia do Sol existe graças aos efeitos

da relatividade, assim como qualquer usina nuclear na Terra.

A teoria de Einstein é provada na prática pela fissão nuclear, em que

grandes quantidades de energia podem ser obtidas por pequenas

quantidades de massa, como um átomo que se divide em duas partículas

de massas diferentes. Essas mesmas reações estão presentes na

superfície solar e são responsáveis pela energia que utilizamos.

4 – O funcionamento da velha TV de tubo

As TVs antigas funcionavam com uma tecnologia comumente chamada de

CRT, do inglês cathode ray tube, ou “tubo de raio catódicos”. Basicamente,

elétrons são disparados em alta velocidade – cerca de 30% da velocidade

da luz – na parte de trás da tela, tornando cada pixel individualmente visível.

Se os efeitos da relatividade não fossem levados em conta, os elétrons

teriam uma margem de erro suficiente para não projetar os pixels nas

posições corretas, e os fabricantes tiveram que levar em conta esses efeitos

para inventarem a TV.

5 – O ouro ser dourado

Se os efeitos da relatividade não existissem, o ouro provavelmente seria

mais azulado. Mas por quê? O ouro é um átomo pesado, e isso significa

que os elétrons de camadas mais internas se movem muito mais rápido que

o normal.

O aumento de velocidade em uma distância menor – a distância para orbitar

o núcleo diminui em camadas mais próximas – culmina no aumento do

momento, e consequentemente na ampliação de energia e massa deste

elétron se levarmos em conta a fórmula de Einstein.

A energia destes elétrons se torna próxima à dos elétrons nas camadas

exteriores, resultando em absorção e reflexão de ondas de luz maiores, que

aos nossos olhos correspondem às cores amarelo, laranja e vermelho. Sem

os efeitos da relatividade, as ondas seriam curtas – que produzem cores

azuladas e violetas.

6 – Mercúrio ser líquido

Podemos encontrar o mercúrio no estado líquido na natureza pelo mesmo

motivo do ouro ter sua coloração única. Acontece que, assim como no caso

anterior, este metal é um átomo pesado e seus elétrons sofrem a mesma

aceleração próximo ao núcleo.

O aumento de massa e energia dos elétrons torna o ligamento entre seus

próprios átomos fraco. Esta ligação fraca entre o próprio elemento químico

do mercúrio é o que o torna líquido.

A Evolução da CiênciaO conhecimento científico não permanece igual ao longo dos anos. O que é considerado verdade hoje, pode não ser nofuturo. Há 6 séculos pensava-se que a Terra era o centro do universo. Hoje sabemos que ela não é sequer o centro do Sistema Solar. A teoria da relatividade de Einstein  mudou as bases da Física alterando conceitos tão fundamentais como tempo e espaço.

A Relatividade de GalileuA posição e a velocidade de um corpo devem ser medidas a partir de um referencial. O referencial é um espaço graduado, como uma régua ou uma estrada marcada a cada quilômetro. Junto a esse espaço deve haver um cronômetro para medir o tempo.

Algumas vezes, porém, o próprio refencial que escolhemos está em movimento. Pode ser o caso de um referencial preso em um ônibus, barco ou avião. Se um referencial A estiver em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme (MRU) ele é considerado inercial. Da mesma forma, se um outro referencial B está em repouso ou se move em linha reta com velocidade constante em relação ao referencial A, o referencial B também é considerado inercial.

Segundo Galileu, se um corpo se move em relação a um referencial e o próprio referencial se move em relação ao solo por exemplo, a velocidade do corpo em relação ao solo será a soma das duas velocidades. Nada mais natural! Se alguém corre dentro de um ônibus, a sua velocidade para quem está na rua será a velocidade do ônibus mais a velocidade com que a pessoa corre.

O ProblemaSabemos há muito tempo que a Terra movimenta-se girando ao redor do Sol. Existem também estrelas com movimentos conhecidos e de grande velocidade. Porém, ao medir a velocidade da luz  vinda de diferentes direções e de astros em movimento, não encontrou-se qualquer alteração na sua velocidade. Esta velocidade é a constante c= 300.000 Km/s, comprovada pelos estudos de óptica e eletromagnetismo feitos até então. Alguma coisa deveria estar errada! Como tornar este resultado compatível com as teorias aceitas até o momento?

A Relatividade RestritaPara resolver estes impasses, Albert Einstein propôs a Teoria da Relatividade Restrita, que está baseada em dois postulados:

Postulado 1 : Todas as leis da física assumem a mesma forma em todos os referenciais inerciais; Postulado 2 : Em qualquer referencial inercial, a velocidade da luz no vácuo c é sempre a

mesma, seja emitida por um corpo em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme;

As consequências desses postulados contrariam o senso comum. Se a velocidade da luz permanece constante mesmo com o emissor em movimento, alguma coisa deveria mudar para que as leis da física continuem as mesmas. Para Einstein, o tempo e o espaço variam de acordo com a velocidade de um referencial em movimento. Isso quer dizer que se alguém observasse um ônibus próximo à velocidade da luz, o comprimento do ônibus pareceria maior e o tempo dentro dele correria mais lentamente em relação ao tempo medido pelo observador. Ao calcular a velocidade da luz, os dois chegariam ao mesmo resultado.

Relatividade GeralEm sua teoria da Relatividade Geral, Einstein procura avaliar o que acontece em referenciais não inerciais (que possuem aceleração). Ele chega a algumas importantes conclusões:

Um referencial que sofre aceleração é equivalente a um referencial submetido a uma força

atuando à distância.

Por exemplo, quando um elevador sobe, o passageiro não tem como distinguir se o elevador realmente iniciou o movimento ou se alguma força começa a empurrá-lo para baixo (exceto pelo indicador dos andares).

A Força Gravitacional é provocada por uma distorção na relação entre espaço e tempo.

Isso pode ser observado por um corpo em queda que percorre espaços maiores em tempos cada vez menores. Toda massa provoca essa distorção e quanto maior a massa maior a distorção.

As teorias de Einstein revolucionaram a Física e foram sendo comprovadas com experiências e observações. Entre essas observações está o eclipse do sol, visto na cidade de Sobral, no Ceará. Uma estrela posicionada atrás do sol não poderia ser vista, segundo as teorias antigas. Mas se a gravidade distorce o próprio espaço-tempo, até mesmo a luz poderia ser atraída e desviada. Se Einstein estivesse correto, uma estrela escondida atrás do sol seria vista quando ocorresse um elipse total. Ele veio pessoalmente ao Brasil e a prova foi obtida: o astro que deveria estar oculto pelo sol tinha sua luz desviada e foi visto durante o eclipse