Velocidade da luz: qual é? É possível ultrapassar ela?

A velocidade da luz é uma das constantes mais importantes da Física Moderna. Isso porque a partir dela é que foram estabelecidas várias teorias e cálculos que ajudam a descrever o comportamento das partículas no universo.

Se você quer saber mais sobre a velocidade da luz, este texto é para você!

Qual a velocidade da luz?

A velocidade da luz é uma constante, mas é uma constante dependente do meio em que ela se propaga. Como assim? Denotada por c, a velocidade da luz do vácuo é de 299.792,458 km por segundo (na maioria dos cálculos do Ensino Médio, podemos usar 300 mil km/s). Mas atenção, porque esse valor só vale para o vácuo.

A velocidade da luz é tão importante no nosso dia a dia, que até mesmo a definição de quanto vale um metro é feita a partir de c no Sistema Internacional de Unidades (SI). No SI, um metro é a distância que a luz percorre no vácuo em 1⁄299792458 de um segundo.

O fato de que a velocidade da luz não se altera no vácuo exerce um papel fundamental na ciência. Isso quer dizer, por exemplo, que a luz emitida por uma fonte em alta velocidade se propaga na mesma velocidade que a luz emitida por uma fonte parada.

Se não estivermos falando de vácuo, ou seja, em situações reais na Terra, a velocidade da luz em qualquer meio pode ser calculada a partir de c. Vamos ver como fazer isso agora.

Qual a velocidade da luz em outros meios?

Sabemos a velocidade da luz no vácuo, mas em outros meios? E o que quer dizer “meio”? O meio é onde a luz vai se propagar, ou seja, pode ser pela atmosfera (quando olhamos para o Sol, por exemplo), pode ser no vidro, na água, no plástico. Repare que para que a luz se propague, o meio deve ser transparente ou translúcido, já que no resto dos casos — por exemplo, uma porta de madeira — a luz simplesmente não passa.

Em qualquer outro meio transparente, a velocidade da luz é reduzida por uma fração, chamada índice de refração, denotada n, que depende do material.

A fórmula que define a relação entre os três valores é:

v = c/n

Em que:

  • v é a velocidade da luz naquele meio;
  • c a velocidade da luz no vácuo;
  • n o índice de refração.

Para cada meio, o índice de refração é definido pela razão entre os senos dos ângulos de incidência e de refração. No entanto, na maioria das vezes não precisamos fazer essa conta, pois os índices de refração dos principais materiais são conhecidos.

Velocidade da luz no ar

trovões velocidade da luz

A luz que vemos na maioria do tempo se propaga pelo ar, que é bem parecida com a luz no vácuo. O índice de refração do ar em temperatura ambiente é n = 1.0003, ou seja, se diferencia muito pouco de c, já que, pela fórmula, temos:

v(ar) = c/1.0003

Isso ocorre porque o ar é basicamente transparente. Mas você já reparou que o ar em volta de uma fogueira distorce um pouco as imagens? As coisas parecem balançar.

Isso ocorre porque o ar em volta da fogueira tem várias temperaturas diferentes, em seu centro é mais quente e à medida em que se afasta do fogo, mais frio. Com isso, a densidade do ar varia, e por consequência, seus índices de refração. A luz então varia a velocidade em um espaço pequeno e, por isso, as mudanças são perceptíveis.

Velocidade da luz na água

Já na água, o índice de refração é bem maior, n = 1.3333. Portanto:

v(água) = c/1.3333, o que dá aproximadamente 3/4 de c, uma redução considerável.

E o que isso provoca?

Você talvez já reparou que quando enfiamos um objeto em um copo com água, deixando metade para fora, ele parece entortar. Isso é provocado exatamente pelo índice de refração que, como dissemos lá em cima, tem a ver com ângulos.

Pois bem, o lápis “entorta” quando enfiado no copo de água porque há uma diferença entre a posição real do lápis e a posição da imagem do lápis, deslocada pela diferença de velocidade de propagação da luz.

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Velocidade da luz em outros meios

O índice de refração é conhecido para alguns outros meios além do ar e da água, por exemplo:

  • vidro, n = 1,50;
  • glicerina, n = 1,90;
  • álcool etílico, n = 1,36;
  • diamante, n = 2,42;
  • acrílico, n = 1,49.

É possível ultrapassar a velocidade da luz?

Albert Einstein foi um dos físicos que se dedicou a esse problema, chegando à conclusão de que não seria possível que informação ou energia (ou seja, qualquer coisa com massa) viajasse a uma velocidade maior que c. Obviamente, não é possível reproduzir neste texto os detalhes dessa prova, que faz parte da Teoria da Relatividade, tamanha sua complexidade.

No entanto, é possível pensar em um modo mais simples de entendê-la. Uma das conclusões de Einstein é o conceito da Relatividade da Simultaneidade. Ele diz basicamente que a distância pela qual dois eventos estão separados não é absoluta, mas depende do referencial do observador.

Um exemplo: pense em dois acidentes de carro que ocorrem ao mesmo tempo, para um observador na Terra, um em Nova York e um em Londres. Mas para um observador voando de avião entre Nova York e Londres, os tempos vão parecer levemente alterados.

Se os dois acidentes são eventos independentes, dependendo do observador, pode parecer que A aconteceu antes de B, que B aconteceu antes de A ou que os dois ocorreram ao mesmo tempo. No entanto, se A é o causador de B, então, para todos os observadores, a causalidade será preservada, ou seja, A vai sempre acontecer antes (e causar) B.

Mas e a velocidade da luz?

Então, se a distância entre A e B é maior que o intervalo de tempo entre eles multiplicado por c, temos referenciais nos quais o evento A ocorre antes de B, B ocorre antes de A ou os dois ocorrem simultaneamente.

Mas como consequência disso, um avião viajando em uma velocidade maior que c em relação a um observador na Terra estaria voltando no tempo. Se A causou B, na viagem do tempo, B ocorreu antes de A, violando o efeito de causalidade garantido pela Relatividade da Simultaneidade.

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