A velocidade da luz é caracterizada como uma das constantes de mais destaque quando se fala em Física Moderna. Isso porque, a descrição da velocidade determina diversas teorias e cálculos que auxiliam no estabelecimento das partículas no universo.
Vale lembrar que, por ser uma constante, a velocidade da luz depende do meio em que se propaga. Isso significa que, dependendo do meio óptico em que a luz esteja, o valor da velocidade pode variar.
A velocidade, de forma geral, mede o espaço que as ondas eletromagnéticas demoram para sair de um ponto e chegar ao outro.
O único valor fixo, o mais veloz de todos, é a velocidade da luz no vácuo, espaço que não existe matéria. Sendo assim, no vácuo, a velocidade das ondas é de, aproximadamente, 299.792.458 metros por segundo.
Ou seja, a luz não altera o valor da velocidade quando propagada no vácuo. A informação é bastante valiosa no meio científico, pois determina que uma luz emitida por uma fonte em movimento se propaga na mesma proporção que a luz emitida por uma fonte estática.
Quando a luz é propagada em outros meios ópticos, além do vácuo, os valores da velocidade se alteram.
História da velocidade da luz
Em síntese, a velocidade da luz já era algo discutido por filósofos como Aristóteles e Heron de Alexandria. Ainda na Antiguidade, os filósofos acreditavam que a luz possuía um valor finito, apesar da alta velocidade em que se propagava.
Entretanto, os estudos não foram aprofundados naquele tempo, por conta da falta de aparatos tecnológicos que possibilitassem a medição.
Já em 1638, foi a vez de Galileu Galilei testar, de diversas formas, qual era o real valor da velocidade da luz. Entretanto, o físico italiano não obteve sucesso nos experimentos.
Mais tarde, em 1676, o astrônomo dinamarquês Ole Romer chegou à conclusão aproximada do qual seria o real valor da velocidade da luz. As observações foram feitas com base no eclipse das Luas de Júpiter.
Porém, foi apenas em 1849, que os cálculos acerca da velocidade se aproximaram ao valor que sabemos hoje. Ou seja, os 299.792.458 metros por segundo, já mencionados.
Os estudos foram realizados pelo francês Armand Hyppolyte Fizeau, por meio de um experimento com espelhos e uma roda dentada. Ao final do experimento, o físico chegou ao valor aproximado da velocidade, se divergindo apenas 10% do valor atual.
Evolução dos trabalhos
Alguns anos mais tarde, em 1868, os estudos sobre a velocidade da luz foram aprofundados pelo físico escocês James Clerk Maxwell. O físico se baseou nos trabalhos desenvolvidos por Ampère, Coulomb e Faraday. Em suma, ele chegou à conclusão que as ondas eletromagnéticas viajavam na mesma velocidade quando propagadas no vácuo.
Na época, o físico explicou que a velocidade era fixa, se comparada a algum objeto, como no caso do éter. Porém, Maxwell não identificou o que, exatamente, seria o éter.
Mais tarde, Albert Einstein resolveu o problema, assinalando que a velocidade da luz não era uma constante que dependia do observador. A partir disso, as descobertas sobre a velocidade da luz passaram a ser base dos estudos da Teoria da Relatividade.
Velocidade da luz em outros meios ópticos
Em síntese, o valor da velocidade da luz no vácuo é de, aproximadamente, 299.792.458 metros por segundo. Esse é o único valor que não se altera. Porém, quando a luz é propagada em outros meios ópticos, ocorre a variação de valores.
Isso porque, a velocidade é afetada pelo índice de refração. Ou seja, quanto maior o índice de refração, menor será a velocidade de propagação da luz.
Quando falamos em “meio”, estamos nos referindo ao lugar onde a luz se propaga. Dessa forma, pode ser a atmosfera (quando os raios solares atingem a Terra), a água, plástico, vidro, etc.
A única característica que une os exemplos citados é a transparência, ou seja, a luz só consegue se propagar em meios translúcidos ou transparentes. No caso de uma porta, por exemplo, as ondas eletromagnéticas não conseguem ultrapassar.
Com isso, quando a luz atinge algum meio translúcido ou transparente, a velocidade da luz é diminuída por fração. Na física, a fração é chamada de índice de refração, determinada pelo material onde a luz se propagada.
Além disso, o índice de refração é representado pelo símbolo “n”. Dessa forma, para que o cálculo da velocidade da luz seja feito em outros meios ópticos (além do vácuo), utiliza-se a seguinte fórmula:
v = c/n
Onde:
v – representa a velocidade das ondas eletromagnéticas no meio;
c – valor da velocidade da luz no vácuo;
n – é o índice de refração.
Índice de refração
Normalmente, os índices de refração dos principais materiais são de conhecimento do mundo científico. No entanto, caso o valor não seja evidente, o cálculo é feito com base na razão entre os senos dos ângulos, chamados de incidência ou de refração. Assim, para cada meio óptico, é utilizado um valor diferente.
No caso da água, por exemplo, o índice de refração é n = 1.3333. Já no caso do ar, quando em temperatura ambiente, o índice é n = 1.0003. Porém, o índice de refração do ar, não é um valor fixo, já que pode variar dependendo da densidade do local.
Além disso, existem outros índices de refração bastante conhecidos, que dispensam cálculos para serem encontrados. São eles:
- Vidro – n = 1,50
- Glicerina – n = 1,90
- Álcool etílico – n = 1,36
- Diamante – n = 2,42
- Acrílico – n = 1,49
Velocidade da luz no ar e na água
Em síntese, grande parte da luz que vemos no dia a dia é propaga por meio do ar. Inclusive, a propagação da luz no ar é semelhante ao que ocorre quando a luz está no vácuo.
Quando propagada em outros meios, como o próprio ar, a velocidade sofre interferência por conta do índice de refração. Dessa forma, no caso do ar, o índice é dado pelo valor n = 1.0003.
Porém, o índice de refração da velocidade propagada no ar não é um valor fixo. Isso porque, a densidade do ar varia muito dependendo da situação. Sendo assim, em uma fogueira, por exemplo, é possível perceber que existem variadas temperaturas, sendo o centro o local de maior calor.
Com isso, quanto mais longe da fogueira, mais frio fica. Ou seja, a densidade do ar varia e, consequentemente, os índices de refração também sofrem variação.
Por outro lado, na água, o índice de refração é maior se comparado ao índice do ar. A água possui n = 1.3333, e o valor reflete na forma como a velocidade da luz é propagada. Já reparou que, ao colocar um objeto qualquer na água e deixar parte desse objeto para fora, a parte que está imersa parece distorcida ou quebrada?
Ou seja, isso ocorre por conta do índice de refração, que muda o sentido da posição real com a posição da imagem refletida.
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Fontes: Educa mais Brasil, Toda Matéria e Brasil Escola
Imagens: Mistérios do Mundo, O Universo, Unicentro, MeteoWeb, Só Biologia e Super Abril
