Princípio da relatividade

Em física, o princípio da relatividade é a exigência de que as equações que descrevem as leis da física sejam as mesmas que todos os quadros de referência.

Em 300 a.C., o filósofo grego Aristóteles pensava que os objectos pesados caem mais depressa do que os objectos não pesados. A ciência natural de Aristóteles foi mais popular no pensamento ocidental durante 2.000 anos.

Em 1600, o astrónomo italiano Galileo Galilei provou que todos os objectos caem com a mesma aceleração. Portanto, quanto mais tempo um objecto se move com aceleração constante, mais rápida é a sua velocidade final. Além disso, se diferentes objectos com uma massa diferente forem largados do repouso (a velocidade inicial é zero) à mesma altura no vácuo, todos eles atingirão o solo à mesma velocidade, independentemente da sua massa. As descobertas experimentais de Galileu e as Leis do Movimento desenvolvidas matematicamente por Newton deram origem à ciência moderna.

O princípio da relatividade de Galileu afirma "É impossível por meios mecânicos dizer se estamos em movimento ou se estamos em repouso". Se dois comboios estiverem a circular à mesma velocidade na mesma direcção, então um passageiro em qualquer dos comboios não será capaz de notar que qualquer um dos comboios está a circular. No entanto, se o passageiro tomar um quadro fixo de referência, um ponto fixo, como a terra, poderá então notar o movimento de qualquer um dos comboios. Outra coisa, se um se erguer sobre a terra, não será capaz de ver que está em movimento.

Este princípio é apenas retirado da observação. Por exemplo, se viajarmos de avião a uma velocidade constante, podemos andar pelo interior do avião sem reparar em nada de especial.

De um ponto de vista prático, isto significa que as leis de Newton são válidas em todos os sistemas inerciais, o que significa aqueles em repouso ou aqueles que se movem com velocidade constante em relação a um considerado em repouso. Esta é a lei da inércia: um corpo em repouso continua em repouso e um corpo em movimento continua em movimento em linha recta, a menos que seja influenciado por uma força externa. Um sistema de coordenadas Galileu é aquele em que a lei da inércia é válida. As leis da mecânica de Galileu e Newton são válidas num sistema de coordenadas Galileu. Se K é um sistema de coordenadas Galileu, então qualquer outro sistema K' é um sistema de coordenadas Galileu se estiver em repouso ou se se mover de acordo com a lei da inércia relativa a K', as leis mecânicas de Galileu e Newton são tão válidas como são relativas a K'.

       Se, em relação a K, K' é um sistema coordenado        que se move de acordo com a lei da       inércia e é desprovido de rotação, então        as leis da natureza obedecem aos mesmos        princípios gerais em K' que em K. Esta         afirmação é conhecida como o Princípio da Relatividade.

Por outras palavras, se uma massa m estiver em repouso ou em movimento com aceleração constante (a aceleração constante poderia ser igual a zero, caso em que a velocidade permaneceria constante) numa linha recta em relação a um sistema de coordenadas Galileu K, então também estará em repouso ou em movimento com aceleração constante numa linha recta em relação a um segundo sistema de coordenadas K', desde que a lei da inércia seja válida no sistema K' (por outras palavras, desde que seja um sistema de coordenadas Galileu).

Portanto, se quisermos observar um efeito num sistema em movimento a uma velocidade constante, podemos aplicar directamente as leis de Newton. Se o sistema em movimento acelerar (ou se acelerarmos em relação a ele, como se olhássemos para as estrelas da terra), então teremos de introduzir forças imaginárias para compensar este efeito.

Estas forças fictícias são chamadas força centrífuga e força de coriólis.

As Leis do Movimento de Newton são mecanicamente precisas para velocidades que são lentas em comparação com a velocidade da luz. Para velocidades que se aproximam da velocidade da luz, é necessário aplicar as descobertas da Teoria Especial da Relatividade de Einstein.

A fim de descrever o que acontece mecanicamente no universo, os físicos utilizam massa, duração e tempo. Na física de Galileu e Newton, estas quantidades permanecem as mesmas em todo o universo.

Com a Teoria Especial da Relatividade de Einstein, estas quantidades podem mudar.

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Perguntas e Respostas

P: Qual é o Princípio da Relatividade?


R: O Princípio da Relatividade diz que as equações que descrevem as leis da física são as mesmas em todos os quadros de referência.

P: Quem primeiro propôs este princípio?


R: O filósofo grego Aristóteles propôs esse princípio pela primeira vez em 300 a.C.

P: O que Galileu Galilei provou?


R: Galileu Galilei provou que todos os objetos caem com a mesma aceleração, independentemente de sua massa.

P: Como é que as descobertas de Galileu deram origem à ciência moderna?


R: As descobertas de Galileu e as Leis do Movimento de Newton, desenvolvidas matematicamente, deram origem à ciência moderna.

P: O que significa se dois trens estão se movendo na mesma velocidade e na mesma direção?


R: Se dois trens estão se movendo à mesma velocidade na mesma direção, então um passageiro de qualquer um dos trens não será capaz de notar que qualquer um dos trens está se movendo. No entanto, se eles tomarem um quadro fixo de referência (como a Terra), eles poderão notar seu movimento.

P: Como as leis de Newton se aplicam quando as velocidades se aproximam da velocidade da luz?


R: Quando as velocidades se aproximam da velocidade da luz, é necessário aplicar a Teoria Especial da Relatividade de Einstein em vez das Leis do Movimento de Newton, porque essas leis só permanecem mecanicamente precisas para velocidades que são lentas em comparação com a velocidade da luz.

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