*A Teoria da Relatividade - Albert Einstein

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 conseqüência 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 no estudo de situações em que se têm velocidades muito elevadas - ou seja, não desprezíveis se comparadas com a velocidade da luz no vácuo.


A teoria da relatividade surgiu com o físico alemão Albert Einstein. 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.

Einstein trocou os conceitos independentes de espaço e tempo da Teoria de Newton pela ideia de espaço-tempo como uma entidade geométrica. O espaço-tempo na relatividade especial tem uma variedade de 4 dimensões, uma temporal e três espaciais, nas quais noções de geometria podem ser utilizadas.
O termo especial é usado porque ela é um caso especial do princípio da relatividade onde efeitos da gravidade são ignorados.

Essa Teoria 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.


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 conseqüência 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.

*Corrente Convencional

*Sentido da corrente elétrica (a) positivo (b) negativo:
O valor da corrente elétrica corresponde ao número de elétrons por segundo atravessando o circuito. Os elétrons podem estar "indo" ou "voltando", o que é representado atribuindo-se sinal '+' ou '-' à corrente elétrica, respectivamente.
Fisicamente ("realmente") a corrente elétrica é um movimento de elétrons - cargas negativas. Entretanto, a corrente elétrica foi descoberta antes de se ter uma teoria coerente sobre o átomo, o que levou ao erro de considerar a corrente elétrica como um movimento de cargas positivas. Temos assim duas representações.




Corrente Real -movimento de cargas negativas: é o fenômeno que ocorre realmente no circuito;
Corrente Convencional - movimento de cargas positivas: não ocorre realmente no circuito, sendo apenas uma convenção.

A corrente convencional tem sentido oposto àquele da corrente real, o que torna as duas representações perfeitamente válidas.

Como elétrons repelem carga negativa e são atraídos por carga positiva teremos uma corrente de elétrons do ponto de menor voltagem para o de maior voltagem. Exemplo: o ponto A é mantido a 30 Volts e o ponto B em 100 Volts; ligando-os com um fio fluirá corrente de elétrons de A para B (corrente real), o que é equivalente a uma corrente convencional de B para A. Se baixarmos para 10Volts o ponto B o sentido da corrente será revertido. Geralmente representamos com o sinal '-' a menor voltagem e com '+' a maior, embora elas não sejam necessariamente negativa e positiva.

*Princípio da incerteza

Um dos pilares da Mecânica Quântica é o princípio da incerteza de Heisenberg. De acordo com este princípio, para prever a posição e velocidade futuras de uma partícula é necessário poder medir a posição e velocidade atuais. Para se observar a partícula é necessário fazer incidir sobre ela um raio de luz, por exemplo.
Se o comprimento de onda do raio (fóton) for longo, ou seja, menos energético, perturbará menos o movimento da partícula e será possível conhecer a sua velocidade com alguma precisão. Todavia, não conseguimos determinar a posição da partícula com maior rigor do que a distância entre cristas de onda sucessivas. Sendo o comprimento de onda longo, essa distância será maior e, portanto, maior será também a incerteza quanto à posição da partícula. O oposto ocorrerá se fizermos incidir um raio com um comprimento de onda mais curto: perturbará mais o movimento da partícula (tornando mais incerta a sua velocidade), mas permitirá localizá-la com maior precisão.
Heisenberg demonstrou que a incerteza quanto à posição multiplicada pela incerteza quanto à velocidade nunca pode ser inferior a uma certa quantidade - a chamada constante de Planck.

Campos Físicos

Campos

Em Física, um campo é a atribuição de uma quantidade a todo ponto do espaço. Por exemplo, pode-se falar de campo gravitacional, que atribui um potencial gravitacional a cada ponto do espaço. As isotermas mostradas diariamente nos boletins meteorológicos são uma imagem de um campo de temperatura ou térmico na superfície terrestre. Os campos são classificados por simetrias de espaço-tempo ou por simetrias internas.
Os campos podem ser quantidades estruturadas, isto é, formadas por diversas componentes. Assim, por exemplo, o campo gravitacional é um campo vetorial, como o campo elétrico ou o campo magnético, quantidades que associam três valores a cada ponto do espaço em cada instante de tempo - a saber, as suas componentes num dado sistema de coordenadas. Além da necessidade de possuir um dado número de componentes, elas precisam obedecer uma dada lei de transformação para que se trate, efetivamente, de um vetor. Em física clássica, por exemplo, a magnitude de um vetor precisa ser invariante sob rotações espaciais.
A Teoria de Campos refere-se usualmente à construção da dinâmica de um campo, isto é, à especificação de como um campo muda com o tempo. Usualmente, isso é feito em um desenho de uma Lagrangiana ou uma Hamiltoniana do campo, tratando-o como na Mecânica clássica (ou na Mecânica quântica) de um sistema com um infinito número de graus de liberdade.

*Campo magnético


Quando dois ímãs são aproximados, pode ocorrer uma força de atração, de repulsão ou um torque. Por convenção, a extremidade do ímã que é atraida para o sul geográfico da terra é rotulada de sul (S) e a outra de norte (N). Se realizarmos experimentos com dois ímãs rotulados desta maneira, observaremos que o pólos iguais se repelem e pólos distintos se atraem. Note que, de acordo com a convenção adotada, o sul geográfico da Terra é na verdade o pólo norte de um imã.
A interação entre pólos N e S parece semelhante à interação eletrostática entre cargas positivas e negativas. Entretanto, enquanto um dipolo elétrico pode ser quebrado em uma carga positiva e negativa, o mesmo não ocorre para um imã. O dipolo magnético não pode ser separado em dois pedaços, um possuindo somente N e outro somente S. Quando um ímã é quebrado em dois, cada um dos pedaços constitui um dipolo N-S. Até o presente, não se descobriu nenhum constituinte da matéria possuindo as propriedades de um monopolo magnético. A inexistência de monopolos magnéticos é um fato experimental de fundamental importância no eletromagnetismo.
Da mesma maneira que a interação entre cargas elétricas é descrita em termos de um campo elétrico, também a interação entre os dipolos magnéticos é mediada por um campo magnético que propaga-se por todo o espaço. Este campo é denotado pelo símbolo . Em geral, semelhantemente ao campo elétrico, em cada ponto do espaço aponta em uma direção diferente.
O vetor associado à um dipolo magnético pode ser mapeado utilizando-se um dipolo de prova, semelhantemente à carga de prova utilizada para mapear o campo elétrico. Quando colocamos o dipolo de prova em uma região onde há campo magnético, ele gira orientando seu eixo N-S na direção do campo magnético. Assim por exemplo, se quisermos mapear o campo magnético da Terra, devemos percorrer o espaço a sua volta, munidos de uma bússola, e observar a orientação N-S da bússola em cada ponto (estamos considerando uma bússola que possa girar em torno de um único ponto, e apontar em todas as direções do espaço). Um outro experimento simples que permite visualizar as linhas de campo magnético consiste em espalhar pequenos limalhas de ferro (por exemplo, fragmentos de um esponja de aço) sobre uma folha de papel colocada encima de um imã. Cada pedacinho de ferro comporta-se como um pequeno imã (uma ``bússola'') que será girado pelo campo magnético. A orientação dos diversos pedaços de ferro nos dá uma idéia da projeção das linhas do campo ao longo da superfície plana do papel. Em regiões onde a densidade de limalhas é maior, o campo é mais intenso (maior densidade de linhas de campo). A convenção utilizada para o sentido de é tal que as linhas de saem de N e entram em S. A figura abaixo mostra um esboço das linhas do campo produzido por um imã em forma de barra.





*Campo Elétrico

Um campo elétrico é uma região do espaço onde se manifesta a ação das cargas elétricas(elétrons, prótons ou íons). Esta ação verifica-se à distância, sem contato entre as cargas.

Uma carga elétrica que se encontre num campo elétrico fica sujeita a uma força. Há cargas elétricas positivas e negativas. Se a carga for positiva, a força que sobre ela se exerce tem o sentido do campo elétrico. Se for negativa dá-se o inverso. O campo elétrico é originado em cargas positivas e termina em cargas negativas. O seu sentido pode representar-se por imaginárias linhas de força.


A fórmula do campo elétrico é dada pela relação entre a força elétrica F e a carga de prova q:




Unidade no SI,







*Campo Gravitacional


Campo gravitacional é o campo vetorial que representa a gravitação de um corpo maciço (isto é, um corpo caracterizado pelo atributo de massa), sem especificar qual é o corpo que está sendo atraído. É dado pelo quociente entre a força gravítica e a massa do corpo que sofre a acção do campo:






Nesta fórmula, o primeiro G é a norma do campo gravítico (N/kg), o segundo é a constante de gravitação universal (~6,67 x 10^-11), M é a massa do corpo criador do campo e d é a distância em relação à massa criadora a que estamos a medir o valor do campo. Pela equivalência entre a massa inercial e a massa gravitacional, a definição acima não depende do corpo que sofre a ação do campo.
Em termos vetoriais, a fórmula deve ser escrita:

Em que r é um vetor. O sinal negativo(-), mostra que o campo é atrativo, ou seja, a força tem o sentido oposto ao raio vetor.

Diferença entre sentido e direção.

Quando dizemos direção, estamos falando sobre um ponto ao outro, sem especificar de onde o corpo sai ou para onde o corpo vai. Especificamos apenas qual a rota.

Já o sentido indica de onde o corpo está saindo para onde está indo em uma dada direção. Por exemplo: um carro se deslocando na Imigrantes, sentido praias-planalto, indica que ele está na direção dada pelo traçado da rodovia Imigrantes e seu sentido é subindo a serra, ou seja, vindo da praia para a capital.

Falar de direção e sentido em um movimento é muito importante, pois muitas pessoas acreditam que se tratam da mesma coisa, o que na verdade não é. Para entender qual a diferença entre direção e sentido, observe a gravura que se segue:

Nessa gravura temos dois pares de seguimentos de reta. Em um dos pares, como se pode observar, as retas estão opostas uma em relação à outra. Ao observar essas retas podemos concluir que direção está ligada ao que diz respeito à posição horizontal, vertical, norte, sul, leste e oeste. Já o sentido é a orientação do móvel. Unindo direção e sentido podemos determinar a posição de qualquer corpo ou objeto que esteja descrevendo uma trajetória curvilínea. Voltando a gravura podemos dizer que as retas a e b tem a mesma direção e sentido, já as retas c e d tem a mesma direção, porém sentidos contrários. No estudo de física é muito importante fazer diferenciação entre dois tipos de grandezas: grandezas escalares e grandezas vetoriais. As grandezas escalares são aquelas que para serem representadas necessitam apenas de um número. Massa, energia, tempo e temperatura são exemplos desse tipo de grandeza. As grandezas vetoriais, ao contrário das grandezas escalares, necessitam de algo a mais para que possam ser representadas corretamente. Além da parte numérica, também chamada de módulo, ela necessita de uma direção e um sentido para sua perfeita determinação. Força, aceleração, impulso, quantidade de movimento entre outros são exemplos de grandezas vetoriais.

Grandeza física escalar:É considerado grandeza escalar o comprimento, a velocidade, o tempo, temperatura, massa e energia dentre outros, pois para representá–los basta ter um valor numérico com sua respectiva unidade de medida. Por exemplo, massa igual a 5 kg; grau igual a 30°C; tempo 10s; um comprimento de 20 m.

Grandeza física vetorial: A diferença da grandeza física escalar para a vetorial é que na vetorial além do valor numérico deverá ter também direção e sentido. Por exemplo: Se uma pessoa perdida receber a informação de que sua casa está a 3 km dela, não será suficiente para chegar até a sua casa, pois precisará saber qual a direção e o sentido dessa direção que deverá seguir para andar 3 km e chegar até a sua casa.