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Por que a velocidade da luz tem que ser constante, independente da velocidade do objeto emissor?

Queria entender isso: Imagine uma nave voando na velocidade da luz. Se tivesse escuro à frente da nave e o piloto tivesse que ligar os faróis, a luz não poderia sair do farol por a nave estar na velocidade da luz. Mas segundo Einstein, e sua teoria da relatividade, a luz sairia do farol a trezentos mil quilômetros por segundo. Alguém pode me explicar isso? 

Pergunta originalmente feita em http://br.answers.yahoo.com/question/

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

A velocidade da luz NO VÁCUO é a mesma em qualquer sistema de referência inercial. Tal decorre dos dois postulados da Teoria da Relatividade Restrita (TRR) de Einstein em 1905, onde um deles afirma a invariância da velocidade da luz em relação à fonte. Sendo um POSTULADO, este enunciado não pode ser demonstrado nesta teoria. Portanto, o fato da velocidade da luz não depender da velocidade da fonte é apenas uma das circunstâncias em que tal invariância ocorre.

A tua dúvida é muito pertinente e tem a ver com o célebre “experimento mental da perseguição do raio de luz” que, segundo Einstein, em suas Notas Autobiográficas, desempenhou um papel importantíssimo na gênese da TRR. O “experimento mental da perseguição do raio de luz” é o seguinte:

Imagine-se viajando junto com uma onda eletromagnética, uma onda luminosa, isto é, surfando em um raio de luz. Ver-se-ia então um campo elétrico e um campo magnético variando no espaço senoidalmente, mas que seriam constantes no tempo. Entretanto, segundo as Equações de Maxwell (Lei de Faraday e Lei de Ampére-Maxwell para o vácuo), equações fundamentais da teoria eletromagnética, não podem existir tais campos. Para resolver esta dificuldade que as Equações de Maxwell colocavam, Einstein postulou a invariância da velocidade da luz. Desta forma, citando literalmente Einstein: A Teoria da Relatividade Restrita se originou das equações do campo eletromagnético de Maxwell (Einstein, 1982; p. 63 das Notas Autobiográficas).

Para mais detalhes sobre o “experimento mental da perseguição do raio de luz” vide  o artigo no Research Gate.

Vide também

Enunciado do segundo postulado da Teoria da Relatividade Restrita

NÃO é verdade que os experimentos de Michelson-Morley derrubaram a “teoria do éter luminífero”!

Relatividade de Einstein: demonstração dos princípios?

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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9 comentários em “Por que a velocidade da luz tem que ser constante, independente da velocidade do objeto emissor?

  1. Vítor Marum disse:

    Que a velocidade da luz seja independente da velocidade da fonte, ainda se aceita, ( faz sentido, é compreensível ) mas que seja independente da velocidade do referencial, isso é uma completa falácia, ( é absurdo e paradoxal ) aliás, a versão original de Einstein não dizia isso.
    Aqui mesmo, na pergunta que é feita em cima, temos um paradoxo: pois as velocidades da luz desvinculadas por um lado, da velocidade da fonte e, por outro lado, da velocidade do referencial, entram em choque. Este paradoxo surge sempre quando a fonte emissora da luz está em repouso no respetivo referencial. Se se considera constante em relação ao referencial, então não é independente da velocidade da fonte; se é independente da velocidade da fonte, então não é independente da velocidade do referencial. As duas coisas em simultâneo, são completamente impossíveis.

    • Fernando Lang disse:

      Dos dois postulados da Teoria da Relatividade Restrita (TRR), onde um deles é a invariância da velocidade da luz em relação à fonte, Einstein no artigo de 1905 DEMONSTRA a invariância da velocidade da luz em relação a qualquer referencial. Este resultado certamente não é intuitivo mas absolutamente consistente com a TRR e, portanto, NÃO é absurdo ou paradoxal. Vide Enunciado do segundo postulado da Teoria da Relatividade Restrita

      • Vítor Marum disse:

        Não é intuitivo, não é compreensível, é completamente ininteligível, pois tem uma contradição lógica e mesmo assim, acha que não é absurdo e paradoxal?! Com tais defensores não admira que a Teoria seja considerada provada!! Na verdade, a Teoria da Relatividade é uma polémica que se arrasta há mais de 100 anos.

        • Fernando Lang disse:

          Que a Teoria da Relatividade (TR) seja polêmica não há nada de estranho pois a discordância faz parte e é importante para avanço do conhecimento científico. A TR, como qualquer teoria, não é imune a críticas e talvez um dia seja dada como superada. Aliás o próprio Einstein chocou Cornelius Lanczos, seu amigo, ao declarar a TR como “efêmera”.
          A TR tem tido espetaculares corroborações (por exemplo recentemente a detecção das ondas gravitacionais) e está incorporada em tecnologias atuais (por exemplo no GPS). Finalmente indico outra postagem que responde a alguns questionamentos: Ainda a velocidade das ondas eletromagnéticas.

  2. Nelson R X Nazareno disse:

    O efeito dopller é perfeitamente entendível para as onds sonoras porque estas se somam à velocidade da fonte. Mas se a luz não tem esta dependência, é constante 300.000 Km/s, como entender este efeito dopller para as ondas eletromagnéticas, como o radar móvel, por exemplo?

    • Fernando Lang disse:

      Estás enganado sobre as ondas sonoras. A velocidade com a qual a fonte se desloca NÃO afeta a velocidade de propagação do som. Vide qualquer livro de Física ou Efeito Doppler: velocidade do som quando a fonte está em movimento.

    • Lorenzo disse:

      Com relação às ondas sonoras, a velocidade de propagação do som não é diretamente afetada, mas o que conseguimos perceber, como a diferença entre o som de um carro que se aproxima e o som desse mesmo carro se afastando, para citar um exemplo, é a variação da frequência.
      No caso das ondas sonoras (pressão) a velocidade da fonte provoca uma “compressão” ou “esticamento” da onda “sendo emitida”. É esse efeito que causa a percepção da alteração da frequência.

  3. Marcos Silva disse:

    Boa noite Fernando. Não consigo compreender como Einstein afirmou que C é uma constante. Entendi que os seus 2 postulados entram em conflito, porém não entendo como ele chegou a uma determinada conclusão com isso. Pode me explicar melhor por e-mail? Att, Marcos

    • Fernando Lang disse:

      Os dois postulados não entram em conflito. Leste os materiais indicados na postagem?

      Se tens interesse no tema sugiro que procures na internet materiais e aulas sobre a Teoria da Relatividade. Existem bons vídeos no YT de aulas de professores universitários tratando do tema. Outra opção adquirires livros didáticos de Física sobre o tema.

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