Nivelamento Física II- Lição

ENERGIA E ASTRONOMIA

3ª SÉRIE

Observando o universo (III):
O tempo e a velocidade da luz

AULA 64

299.792 quilômetros por segundo,
ou arrendondando, 300 000 km/s,
esse é o valor da velocidade da luz,
representado por c. Mas você, já

parou para pensar, como foi

calculada a velocidade da luz?

c = 299.792 km/s

Desde a antiguidade, filósofos árabes e gregos tentaram compreender a
natureza da luz e especularam sobre sua velocidade, mas como medir
algo tão rápido? A impressão era que a velocidade da luz fosse infinita.

A LUZ SE PROPAGA INSTANTANEAMENTE?

A luz dos principais acontecimentos ao longo do tempo!

Mas justifica o suposto “insucesso”

afirmando que a luz tem valor finito e

muito alto que é impossível de

mensurar com experimentos em

pequena escala.
Galileu Galilei
(1564 - 1642)

Em 1638, Galileu Galilei, em um dos seus trabalhos, fez anotações

de um experimento (pode ter sido um exercício teórico, pois não há
evidências que realmente o fez na prática), em que lanternas distantes
a uma milha de distância entre duas colinas eram acesas. Em uma das
colinas, Galileu tentava detectar o tempo de atraso da luz: sem sucesso!

A LUZ SE PROPAGA INSTANTANEAMENTE?

A luz dos principais acontecimentos ao longo do tempo!

Suposto experimento de Galileu Galilei para medir a velocidade da
luz utilizando lanternas – Ilustração: Marcelo Zurita.

Roemer conclui que o atraso

correspondia ao tempo que a luz

dos satélites demorava para chegar

a Terra e estimou a velocidade da

luz em 220 mil km/s.

A LUZ SE PROPAGA INSTANTANEAMENTE?
A luz dos principais acontecimentos!

Ole Roemer

(1644 - 1710)

Em 1676, o astrônomo
dinamarquês Ole Roemer observou
no telescópio os eclipses lunares
de Júpiter. Percebeu um atraso de
22 minutos em comparação com
seus cálculos.

Em 1849, Hippolyte Fizeau
desenvolve um aparato
experimental e chega a
um valor muito próximo
do que é aceito hoje —
300 000 km/s. Assista o
vídeo com atenção e
escreva em seu caderno,
qual o valor obtido por
Fizeau?

Hippolyte Fizeau (1819–1896)

2 min

EINSTEIN

TV

PRATICANDO 1
Chegando a um valor mais preciso da velocidade da luz!

Utilizando métodos
modernos, lasers e
sistemas de
medição e
equipamentos
precisos, foi
possível determinar
a velocidade da luz,
tal qual o valor
conhecido hoje.

O Experimento de Michelson-Morley
Prêmio Nobel de Física

Edward Morley

(1838-1923)

Albert Michelson

(1852-1931)

Nesse contexto, entre os
anos de 1880 e 1890,

destaca-se o experimento de
Albert Michelson, com apoio

de Edward Morley.

Em 1907, Albert Michelson recebe

o Prêmio Nobel de Física por

estabelecer a velocidade da luz
como constante e desenvolver

instrumentos ópticos de precisão.

O Experimento de Michelson-Morley
A melhoria da precisão na detecção da velocidade da luz!

A ideia do experimento era
separar em dois feixes de
menor intensidade o feixe
principal, fazendo com que
refletissem separadamente
e no seu percurso de volta,

se unissem novamente
exibindo no anteparo o

feixe de luz re-combinado.

Os cientistas
utilizaram um
equipamento
denominado de
interferômetro e
puderam obter
com mais precisão
o valor da
velocidade da luz.

Até o final do século XIX, associar vácuo a noção de espaço

vazio era inconcebível, tanto que se acreditava que existia uma
substância que preenchia esse espaço vazio, inclusive o espaço

no entorno dos planetas e entre eles, denominada éter.

Experimento de Michelson-Morley
O resultado inesperado também é importante!

Mas, engana-se quem pensa que o sucesso do experimento se

resume ao que almejava a célebre dupla. A experiência ganha
contornos de mais importância em função do debate por um
resultado inesperado, uma frustração, entenda o porquê:

Nesse contexto, Michelson e Morley…

Continua no

próximo slide…

…tinham a expectativa com experimento de
comprovar a existência do éter, meio no qual se
supunha na época que a luz pudesse se propagar.

Experimento de Michelson-Morley
O éter ou o nada!

Com todo aquele aparato preciso, esperavam determinar distintas
velocidades em diferentes direções, pois afinal, da mesma forma que a
correnteza pode interferir na velocidade de um barco a remo,
acreditavam que osefeitos do movimento da Terra iria interferir sobre
o éter que conduz a luz.

Continua no

próximo slide…

O célebre experimento não apresentou o resultado
desejado por eles, a luz, independente da direção,

mantinha velocidade constante, padrões de
interferência também não eram observados.

Experimento de Michelson-Morley
Indetectável e inexistente éter

Abandonar a teoria do éter não era tarefa

fácil, implicaria em abandonar as

propriedades dos conceitos newtonianos de

tempo e de espaço absolutos.

https://netnature.wordpress.com/wp-content

/uploads/2017/11/sem-tc3adtulo37.png?w=

524&h=324

Em 1905, publica-se a Teoria da Relatividade Especial, de

Albert Einstein. Nela, visando resolver uma incompatibilidade
entre a mecânica e eletromagnetismo, Einstein abandona a
tese do éter. Foi um duro golpe, mas a sua atitude não sugere
que ele não acredita no éter, pois em 1920:

Teoria da Relatividade
Einstein: uma transição para conceber a inexistência do éter?

Albert Einstein

(1879-1955)

Na Teoria da Relatividade Geral, utilizada na gravitação, Einstein volta a
falar de Éter. Contudo, de um jeito novo, esclarece que o estado do éter
em cada lugar depende das influências da matéria e do éter em pontos
próximos. Antes, se pensava em um éter igual em todos os pontos.

“Embora o nome éter seja um tabu e muitos prefiram dizer que estão

falando sobre as propriedades do espaço vazio, ele continua vivo e

forte sendo empregado de forma confiável na teoria da relatividade

geral e também, mais recentemente, na teoria do vácuo quântico,

empregado na mecânica quântica.”

A TEORIA DO ÉTER SERÁ UM DIA ABANDONADA?

Segundo o historiador da ciência, o brasileiro
Roberto de Andrade Martins (1993), o modelo
de éter do século XIX foi abandonado, mas o
avanço científico exigiu a introdução de novos
entes semelhantes ao antigo:

Historiador da ciência, brasileiro,

Roberto de Andrade Martins.

Multiple Choice

Qual é o valor da Velocidade da Luz?

• 299.792 Km/s, ou arrendondando, 300 000 km/s

• 299.792 m/s,

  ou arredondando 300 000 m/s.

• 299.792 km/h, ou arrendondando, 300 000 m/s,  esse é o valor da velocidade da luz

Multiple Choice

Diferente do esperado, em relação aos resultados obtidos na experiência Michelson-Morley é correto afirmar que:

• A  velocidade da luz depende do sentido em que é emitida, pois ela varia com as direções no vácuo.

• A velocidade da luz depende do sentido em que é emitida, pois ela varia com as direções no ar puro.

• A velocidade da luz independe do sentido em que é emitida e possui o mesmo valor, independente da direção, no vácuo.

• A velocidade da luz depende do sentido em que é emitida, pois ela varia conforme o movimento da Terra.

Multiple Choice

 Na Física, um ano-luz é uma medida que relaciona a velocidade da luz e o tempo de um ano e que, portanto, se refere a:

• a) tempo

• b) aceleração

• c) distância

• d) velocidade

Multiple Choice

O que é a "Teoria do Éter"?

• Acreditava-se que existia uma substância que preenchia esse espaço vazio, inclusive o espaço no entorno dos planetas e entre eles, denominada éter.

• Acreditava-se que existia uma Força Gravitacional que preenchia esse espaço vazio, inclusive o espaço no entorno dos planetas e entre eles, denominada éter

• Acreditava que existia uma radiação que preenchia esse espaço vazio, inclusive o espaço no entorno dos planetas e entre eles, denominada éter.

ENERGIA E ASTRONOMIA

3ª SÉRIE

OBSERVANDO O UNIVERSO IV:

LUZ, SOMBRA E ECLIPSES.

AULA 65

PARA INÍCIO DE CONVERSA

https://gifs.eco.br/wp-content/uploads/2022/06/gifs-do-sol-1.gif

3 min

Abra seus olhos e veja!

Muitos fenômenos astronômicos, intrigam a

humanidade, o eclipse é um deles. Quais são os
eclipses que podemos observar do planeta Terra?

Temos os

eclipses solares
e lunares, que
são observáveis.

O QUE SÃO OS ECLIPSES?

Os eclipses ocorrem quando astros celestes alinham-se em relação a

uma estrela (Sol), projetando a sombra de um no outro.

Na Terra podemos observar:

Eclipses Solares

Eclipses Lunares

Alinhamento Sol-Lua-Terra

Alinhamento Sol-Terra-Lua

SOMBRAS E PENUMBRAS

São geradas quando um corpo opaco é iluminado. O corpo intercepta os

raios de luz produzindo obscuridade.

Este fenômeno ocorre porque os raios de luz

propagam-se em linha reta.

SOMBRAS E PENUMBRAS

As penumbras são os pontos de transição da luz para a sombra.

Na penumbra a luminosidade
ainda existe, porém reduzida,
enquanto na sombra temos a
obscuridade, por isso pode ser

chamada de umbra.

Note que mesmo partindo da mesma fonte luminosa um

raio de luz não interfere no comportamento do outro.

PRATICANDO 1

3 min

Como o Sol emite muita luz, usar
equipamentos de proteção para os

olhos como óculos de solda é

importante, enquanto o lunar pode

ser observado sem restrições.

Respondam: quais são as precauções que

devemos ter para observar um eclipse

solar? E um eclipse lunar?

SOMBRAS E PENUMBRAS EM ECLIPSES

Quando um astro celeste obstrui a luz da estrela, produzindo sombra

em outro astro celeste, temos um eclipse.

Na Terra é possível observar
duas situações, quando a Lua

está entre o Sol e a Terra:
eclipse solar, e quando a

Terra está entre o Sol e a Lua:

eclipse lunar.

Os eclipses podem ser: totais, parciais

ou penumbrais.

Eclipse parcial

Eclipse total

ECLIPSES SOLARES

Alinhamento: Sol - Lua - Terra.
Ocorre somente durante a lua nova.

Cada eclipse é visível apenas em algumas

regiões do planeta.

A redução da luminosidade

durante o eclipse é usada para
encontrar planetas orbitando

estrelas.

ECLIPSES LUNARES

Alinhamento: Sol - Terra - Lua. Ocorre somente
durante a lua cheia.

Perceba que no ápice do

fenômeno a lua fica
avermelhada (lua de

sangue).

REVERSIBILIDADE DA LUZ

Ao observarmos o eclipse de referenciais diferentes (Sol, Terra ou Lua)

temos visões diferentes, mas o mesmo fenômeno.

Isso ocorre porque a

trajetória de um raio de luz,

independe do sentido de
sua propagação, é como

observar um espelho.

Multiple Choice

Um professor de Física perguntou a seus alunos como era possível a ocorrência de eclipses. Ele obteve as seguintes respostas:

João: O eclipse solar ocorre quando a lua posiciona-se na região de sombra da Terra. Para que o eclipse ocorra, os três astros devem estar alinhados.

Lucas: Os fenômenos da sombra e da penumbra explicam a ocorrência dos eclipses.

Aline: O princípio da propagação retilínea da luz possibilita a ocorrência dos eclipses.

• Os três alunos estão corretos.

• Aline a João estão errados.

• Somente João está errado.

•  Lucas é o único correto.

Multiple Choice

1. (Unitau) Dois raios de luz, que se propagam em um meio homogêneo e transparente, interceptam-se em certo ponto. A partir desse ponto, pode-se afirmar que:

• os raios luminosos cancelam-se.

• mudam a direção de propagação.

• continuam propagando-se na mesma direção e sentindo que antes.

• propagam-se em trajetórias curvas.

Multiple Choice

As penumbras são os pontos de transição da luz para a sombra.

• Na penumbra a luminosidade ainda existe, porém reduzida, enquanto na sombra temos a obscuridade, por isso pode ser chamada de umbra.

• Na penumbra a luminosidade não existe, o centro da sombra da penumbra temos a obscuridade, chamada de umbra.

• Na penumbra a luminosidade ainda existe, porém reduzida, enquanto na sombra temos a obscuridade, por isso pode ser chamada de Tundra.Esse é o nome das regiões do ártico

Escreva em seu caderno, por que ao

observar uma pessoa num espelho, ela

também poderá vê-lo?

PRATICANDO 2

3 min

Isso ocorre devido à reversibilidade
da luz, pois seu sentido independe

de sua propagação.

ENERGIA E ASTRONOMIA

3ª SÉRIE

OBSERVANDO O UNIVERSO V:

FORMAÇÃO DE IMAGENS.

AULA 66

Ao observar fenômenos astronômicos é

necessário registrar imagens, deles,
assim como fotografamos momentos
no dia a dia, como as diversas câmeras

captam as imagens?

PARA INÍCIO DE CONVERSA

https://gifs.eco.br/wp-content/uploads/2022/06/gifs-do-sol-1.gif

3 min

Existem várias tecnologias, inicialmente
as câmaras ópticas, atualmente as
digitais, cada uma com suas
características.

MÁQUINAS FOTOGRÁFICAS

A primeira câmera fotográfica surgiu no ano de 1839, criada por Louis

Jacques Mandé Daguerre, ela só popularizou-se em 1888 com o

surgimento da marca Kodak.

Deguerreótipo, gravava a imagem em vidro.

Um marco histórico foi o ano de
1901, quando a empresa americana
Kodak lançou a Brownie-Kodak.

MÁQUINAS FOTOGRÁFICAS

Em 1935, a Kodak introduziria o Kodachrome, o
pioneiro na linha de filmes coloridos. Nesta linha, a
Polaroid cria a fotografia colorida instantânea em
1963.

Outra inovação da Kodak seria a criação da
câmera digital DCS 100 em 1990, uma máquina
digital de fácil manipulação e barata.

MÁQUINAS FOTOGRÁFICAS

As câmeras fotográficas atuais são digitais, estão em vários aparelhos
(celulares, computadores) e usam duas tecnologias: a CMOS e a CCD.

O sensor de imagem CMOS

(semicondutor de óxido metálico
complementar), captura a luz e
converte-a em imagem, usando
fotodetectores e transistores.

O sensor CCD (dispositivo de

carga acoplada), converte luz em
carga elétrica, este chip de silício
usa uma combinação de pixels e

capacitores.

PRATICANDO 1

3 min

Atualmente os mais comuns são:

câmeras digitais, celulares,

notebooks, webcams.

Respondam: enumere os

equipamentos que possui em casa

(sua família possui) capazes de
capturar imagens (tirar fotos)?

COMO FORMAM-SE AS IMAGENS?

O primeiro conceito a conhecer é a “câmara escura” ou obscura.

Consiste em uma câmara
fechada com apenas um
orifício para a entrada de luz.

Na parede oposta ao orifício
forma-se uma imagem dos
objetos posicionados a frente
dele.

Por que a imagem fica invertida?

IMAGENS NA CÂMARA ESCURA

Nesta figura temos:

o⇒ altura do objeto

i⇒ altura da imagem

p⇒ distância do objeto

p’⇒ distância da imagem

Nossos olhos possuem o mesmo efeito.

IMAGENS

Os espelhos são melhores para focar imagens

do que as lentes ao reduzirem fenômenos
como absorção das radiações e distorções

geradas pela refração.

Em nossas próximas aulas estudaremos esses fenômenos.

IMAGENS

Nas câmeras fotográficas acopla-se uma lente para focar a imagem nos

sensores, basicamente são câmaras escuras com lentes.

Em grandes telescópios que
geram imagens do espaço,
usam-se espelhos e sensores
para capturar radiações que
nossos olhos não percebem.

Multiple Choice

Quando surgiu a primeira câmera Fotográfica?

• surgiu no ano de 1939, criada por Louis Jacques Mandé Daguerre, ela só popularizou-se em 2000 com o surgimento da marca Kodak. 

• surgiu no ano de 1839, criada por Louis Jacques Mandé Daguerre, ela só popularizou-se em 1888 com o surgimento da marca Kodak. 

• surgiu no ano de 1639, criada por Louis Jacques Mandé Daguerre, ela só popularizou-se em 1888 com o surgimento da marca Kodak. 

  
  

Multiple Choice

Por que uma foto do vazio no espaço, tornou-se extremamente importante para a humanidade?

• Mostrou que o Universo é muito maior do que imaginamos, apresentou-nos milhares de novas galáxias.

• Mostrou que a galáxia é muito maior do que imaginamos, apresentou-nos milhares de novas estrelas

  
  

• Mostrou que o Universo é limitados como imaginamos, apresentou-nos onde a luz não chega

• Mostrou que o Universo é cheio de estrelas mais do que imaginamos, mas o universo é limitado.