A Teoria da Relatividade de Albert Einstein 1 Prof Marcos Ribeiro Rabelo de Sá

Prof.ª Dra. Vanessa Carvalho de Andrade3 Prof.ª Dra. Maria de Fatima Da Silva Verdeaux3

1 – Desenvolvido no âmbito do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física – Polo 1 – Universidade de Brasília (UnB). Contato: [email protected]

2 – Professor da Secretaria de Estado de Educação do Distrito Federal e do Colégio Rogacionista de Brasília

3 – Instituto de Física da Universidade de Brasília - UnB

Física: da Clássica à Moderna

Durante séculos, a mecânica (estudo do movimento dos corpos) sintetizada por Isaac Newton (1642-1727) foi a base do desenvolvimento tecnológico e científico realizado a partir de então. De fato, é em grande parte com as ideias decorrentes de Newton que, ainda hoje, desenvolvemos meios de transporte cada vez mais modernos, lançamos satélites em órbita em torno da Terra e sondas em direção a Marte.

Entretanto, no início do século passado, evidências teóricas e experimentais começaram a apontar limitações para a mecânica de Newton. Não se

conseguia explicar o movimento de corpos muito pequenos – como átomos e moléculas – e nem de objetos muito velozes ou próximos de corpos de massa muito elevada. Assim, ao longo do século, muitos cientistas se engajaram em construir duas novas mecânicas: a Mecânica Quântica, voltada ao primeiro caso, e a Teoria da Relatividade (ou Mecânica Relativística), voltada para o segundo. Isso representou uma verdadeira revolução na Física, de modo que a Física desenvolvida a partir do século passado passou a ser chamada de Física Moderna, enquanto as ideias anteriores, incluindo as de Newton e todos que o precederam, ficaram conhecidas como Física Clássica.

No iniciozinho dessa revolução, em 1905, o físico alemão Albert Einstein (1879-1955) publicou cinco importantes artigos científicos. O primeiro, sobre o chamado efeito- fotoelétrico, contribuiu para o início da formulação da

Mecânica Quântica e rendeu o Prêmio Nobel a Einstein – um dos maiores reconhecimentos de qualidade e importância de um trabalho científico. Os dois últimos podem ser considerados o início da Teoria da Relatividade. Esses trabalhos, portanto, nos permitem afirmar que Einstein esteve envolvido nas duas frentes que revolucionaram a Física no século passado. Entretanto, Einstein ficou mais famoso pela revolução que causou por meio da Teoria da Relatividade, sendo seu principal desenvolvedor.

A Mecânica Quântica explica o movimento de coisas muito pequenas, como os elétrons dentro dos átomos.

A Teoria da Relatividade explica o movimento de coisas quase tão rápidas quanto a luz!

As revoluções trazidas pela Teoria da Relatividade

Einstein esteve entre os primeiros cientistas a levar a sério as evidências que surgiam contra as ideias tão estabelecidas de Newton e dos que o precederam, ou seja, esteve entre os primeiros a pôr em cheque a Física Clássica. E, para desenvolver a Teoria da Relatividade, ele teve que questionar os elementos mais fundamentais do estudo do movimento dos corpos: o tempo e o espaço!

Ao longo de todo o desenvolvimento da Física Clássica, o tempo sempre foi tratado como absoluto. Isto significa dizer que o tempo passa igualmente para todos e não há por que pensar o contrário – exceto, talvez, se considerarmos o caráter psicológico da nossa percepção de tempo que faz uma aula chata de 50 minutos parecer demorar muito mais do que 50 minutos assistindo a um filme divertidíssimo. Acontece que, na Teoria da Relatividade, o tempo é verdadeiramente relativo! Se uma pessoa parte em viagem com altíssima velocidade e você permanece parado em sua cadeira esperando o seu retorno, vocês discordarão a respeito da duração dessa viagem. Isso mesmo: a viagem demorará mais para uma pessoa e menos para a outra. Provavelmente você já viu algum filme ou leu algum livro que se inspirou nesse caráter relativo do tempo para falar de viagens no tempo ou

coisas semelhantes.

O espaço também perde seu caráter absoluto e torna-se relativo nessa nova mecânica. Isso significa que você e outra pessoa podem discordar a respeito do comprimento de um mesmo objeto, caso um de vocês esteja se movendo em altíssima velocidade. Entretanto a teoria de Einstein prevê que tempo e espaço são mais do que relativos, são altamente interdependentes, de modo que podem ser tratados como uma coisa só, chamada de espaço-tempo. Talvez você também já tenha ouvido esse termo em algum lugar.

Como se não bastassem essas bizarrices, depois de alguns anos de desenvolvimento desde aqueles dois artigos de 1905, Einstein consegue reinterpretar a ideia de gravidade. A resposta que a Teoria da Relatividade fornece para a antiga pergunta “por que os corpos caem?” é totalmente diferentes da que foi proposta gloriosamente por Newton alguns séculos antes. A gravidade passa a ser interpretada como uma modificação na estrutura do espaço- tempo, dispensando a ideia newtoniana de Força Gravitacional.

Para completar essa pequena lista de revoluções trazidas pela Teoria da Relatividade, podemos adicionar uma que tem a ver com mais um conceito fundamental da Física: a massa de um corpo. Einstein descobre uma fortíssima relação entre massa e energia – tão forte quanto a explosão de uma bomba atômica! Foi a partir das ideias da Teoria da Relatividade que se tornou possível extrair imensas quantidades de energia da massa dos corpos, seja numa explosão brusca e catastrófica (como nas bombas atômicas), seja na produção pacífica e controlada de energia elétrica, em usinas nucleares.

Atividade: O grupo deverá preparar dois cartazes com figuras, desenhos, esquemas, diagramas e/ou palavras-chaves e utilizá-los para apresentar, em até 5 minutos, os principais pontos abordados em cada texto aos demais integrantes da turma. Não será permitido escrever e ler longos textos nos cartazes, nem ler trechos do texto durante a apresentação! Todos os integrantes do grupo devem falar durante a apresentação!

Tempo e espaço são relativos e interdependentes na Teoria da Relatividade!

Terrível destruição causada por uma bomba atômica: uma triste consequência da Teoria da Relatividade.

TEMA 2 – Velocidade relativa: a velocidade da luz