luís miguel bernardo departamento de física e astronomia ... · • nas teorias extramissivas da...

Luís Miguel Bernardo

Departamento de Física e Astronomia Faculdade de Ciências / Universidade do Porto

20/05/15 Velocidade da Luz / IPQ 2

Ø  Introdução Ø  A experiência de Galileu Ø  Observações de Roemer Ø  Observações de Bradley Ø  Experiência de Fizeau Ø  Experiências de Foucault Ø  Experiências de Michelson Ø  Outras experiências Ø  Considerações finais


•  Na concepção peripatética da luz não fazia sentido falar em velocidade

•  Nas teorias extramissivas da visão supunha-se que a velocidade da luz era infinita

•  A velocidade da luz é finita — Empédocles, Alhazen, Roger Bacon

•  A propagação da luz é instantânea — Al-Kindi, Avicena, Averróis, Grosseteste, Vitelo e Kepler

A propagação instantânea da luz é para mim um facto tão certo que, se alguma vez se viesse a provar o contrário, estaria disposto a confessar que não sabia absolutamente nada de filosofia...

•  Descartes (1596-1650)


•  Experimentadores a uma distância de 1 ou 2 milhas

Diálogos sobre Duas Novas Ciências, Mecânica e Balística (1638)

•  Recomenda um período de treino a curta distância, tapando e destapando as lanternas.

•  Para distâncias de 8 a 10 milhas Galileu sugere o uso do telescópio

•  Galileu concluiu apenas que a velocidade da luz é muito grande


•  Atraso no eclipse da lua mais brilhante de Júpiter Io – 22 min

•  Roemer observou os eclipses dos satélites de Júpiter entre 1668 e 1677

•  Roemer não apresentou o cálculo para a velocidade da luz, afirmando apenas que era muito grande. Se o tivesse feito teria obtido 225 000 km/s


•  Edmond Halley (1656-1742) melhorou o valor da medida do atraso de 22 min para 17 min.

•  Jean Baptiste Joseph Delambre (1749-1822) faz a análise de mais de um milhar de eclipses, observados entre 1662 e 1802

•  Concluiu que o atraso era 16 min e 26,40 s

•  Gian Domenico Cassini (1625-1712) discordou da interpretação de Roemer

•  Christiaan Huygens (1629-1695) felicitou Roemer, concordando com ele inteiramente

•  Robert Hooke (1635-1703) também discordou

•  Opiniões sobre as conclusões de Roemer


c = v cotan α

c = 295 000 km/s

v=30 Km/s ; α=20,47”

Gama draconis


•  Polémica entre as teorias corpuscular e ondulatória da luz

•  Tentativas para medir a velocidade da eletricidade

•  Experiência de Wheatstone (1838) •  Interesse de Arago (1834, 1838)

•  Tentativa de Arago para medir a velocidade da luz (1838):

•  Espelho rotativo de Weatstone •  Colaboração de Bréguet, Bessel, Fizeau, Foucault, Froment ... •  Perda da vista de Arago (diabetes) •  Desentendimento entre Fizeau e Foucault


Fizeau, H.: 1849, C.R. hebd. Acd. Sci. 29, 90-94 & 132. H. Fizeau, Sur une experience relative a la vitesse de propagation de la lumiere, C.R. 29 (1849) 90–92.


c = 315 324 km/s

d = 2 × 8,633 km ω = 12,6 rot/s

Roda dentada

versão moderna pouca precisão

720 dentes


Espelho rotativo ( R ) e espelho esférico ( S )

l

l’


c = 298 000 ± 500 km/s

motor activado por ar – regulador estroboscópico – cadeia de espelhos (20 m).

•  A unidade astronómica (distância média da Terra ao Sol) pôde ser estabelecida com maior precisão

Determination experimentale de la vitesse de la lumiere, C.R. 55 (1862) 792–796.


•  Foucault pensou em aumentar a distância entre espelhos para algumas centenas de metros, mas faleceria pouco depois com 49 anos

•  No séc. XIX muitos outros físicos realizaram experiências para medir a velocidade da luz:

298 500 ± 1000 km/s ( Cornu, 1874) 300 400 ± 300 km/s (Cornu, 1876) 301 382 km/s (Young e Forbes, 1882) 299 860 ± 30 km/s (Newcomb, 1882) 299 880 ± 50 km/s km/s (Perrotin*, 1902)

•  Cornu foi o último experimentalista francês a dedicar-se à medição da velocidade da luz.


Século XIX: 299 910 km/s (1879) 299 910 ± 50 Km/s (1880) 299 853 ± 60 km/s (1885)

Século XX: 299 910 ± 50 km/s (1902) 299 796 ± 4 km/s (1926) 299 774 ± 50 km/s (1933)

•  Experiência de Michelson e Morley (1887) mostrou que :

•  O movimento relativo do éter não é detectável ou a velocidade da luz é independente desse movimento

•  Simetria da velocidade da luz: postulado da Teoria da Relatividade

O valor atualmente estabelecido por convenção é: 299 792,458 km/s


c = (µοεο)-1/2

•  James Clerk Maxwell mostrou em 1864 que a velocidade da luz c era

•  A permitividade εo pode medir-se medindo a capacidade eléctrica de um condensador de placas paralelas:

C = εrεo A/d

•  Com a actual definição do ampère, µo fica com um valor fixo:

µo = 4π 10-7 H/m

•  Edward Rosa e Noah Dorsey (1907) estimaram a velocidade da luz em

2,99788×108 ms-1


Data Experimentador Método Velocidade (m/s) Incerteza (± m/s)

1928 Karolus and Mittelstaedt

Célula de Kerr 299 778 000 10 000

1941 Anderson Célula de Kerr 299 776 000 14 000 1950 Bergstrand Geodímetro 299 792 700 250

1950 Essen Cavidade de microondas

299 792 500 3 000

1951 Aslakson Radar de Shoran 299 794 200 1 900 1952 Froome Interferómetro de

microondas 299 792 600 700

1954 Florman Interferómetro de microondas

299 795 100 1 900

1957 Bergstrand Geodímetro 299 792 850 160 1958 Froome Interferómetro de

microondas 299 792 500 100

1965 Kolibayev Geodímetro 299 792 600 60 1967 Grosse Geodímetro 299 792 500 50 1972 Evenson e

colaboradores Laser 299 792 457.4 1,1

1974 Blaney e colaboradores

Laser 299 792 459,0 0,6

1976 Woods e colaboradores

Laser 299 792 458,8 0,2

1977 Monchalin e colaboradores

Laser 299 792 457,6 0,73


•  A velocidade da luz (c) começou por ser encarada como uma propriedade da luz e do meio onde se propaga.

•  Identificada com a velocidade das ondas electromagnéticas passou a a ser uma grandeza universal.

•  Na teoria da Relatividade passou a ser •  a constante universal que liga o espaço e o tempo, •  a velocidade das ondas gravitacionais •  a velocidade de qualquer partícula sem massa.

•  Em 1983 o valor de c foi fixado por convenção.

•  O valor do metro foi definido a partir dos valores da velocidade da luz e do segundo.

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