Variável fundamental para os estudos da Física Moderna
A velocidade da luz é uma constante essencial usada para as formulações da física. Ela serve para indicar o espaço que as ondas eletromagnéticas percorrem a cada segundo. As ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo a uma velocidade constante de aproximadamente 299.792.458 metros por segundo. Ela é simbolizada pela letra c, que origina do latim celeritas e significa velocidade ou rapidez.
No meio material a velocidade de propagação varia de acordo com as características da densidade, espessura e composição. Como a velocidade em meios materiais é extremamente menor no vazio, ainda assim a velocidade da luz é extremamente elevada em relação a outros tipos de ondas.
Considerada uma das constantes mais importantes da Física Moderna, a velocidade da luz é fundamental para os estudos do comportamento das partículas. A partir dela foram estabelecidas diversas teorias e cálculos que ajudam a descrever o seu comportamento no universo.
Breve histórico da velocidade da luz
A velocidade da luz foi objeto de estudo pela primeira com o experimento do cientista Galileu Galilei. Ele mediu o tempo que a luz de uma lanterna no alto de uma montanha levava para chegar em outra montanha a 2 quilômetros de distância. A conclusão do cientista com o experimento foi de que o intervalo era minúsculo para ser calculado com os recursos tecnológicos disponíveis na época.
Por volta de 1819 houve uma definição mais próxima da velocidade da luz conhecida na atualidade. Por meio de um experimento com um espelho semirrefletor e uma roda dentada giratória, o físico francês Armand Hyppolyte Fizeau conseguiu capturar medidas precisas. Nesse período, ele chegou a definição de velocidade da luz com uma diferença inferior a 10% em relação à medida atual.
Os avanços nesse campo se deram com o físico escocês James Clerk Maxwell. Em 1868, Maxwell fez novas descobertas utilizando suas equações, que tinham base nos trabalhos de Ampère, Coulomb e Faraday. A sua descoberta foi de que todas as ondas eletromagnéticas viajavam exatamente na mesma velocidade da luz no vácuo.
Maxwell assinalou que a luz, assim como outras ondas eletromagnéticas, viaja a certa velocidade fixa em relação a algum objeto, que ele chamou de éter. O físico, no entanto, não explicou o funcionamento do éter, deixando uma lacuna nesses estudos.
O problema apenas foi solucionado por Albert Einstein, quando afirmou que a velocidade da luz é constante e não depende do observador. Assim, a compreensão sobre a velocidade da luz passou a ser o alicerce da Teoria da Relatividade.
Com uma distância média entre o Sol e a Terra é de 149.597.871 km e a velocidade da luz 299.792.458 m/s,
o tempo gasto pela luz do Sol para chegar à Terra é cerca de 8 minutos e 19 segundos. (Foto: Pixabay)
Velocidade da luz nos diferentes meios
A propagação da luz pode ocorrer em diferentes meios, mas a velocidade com que a luz se propaga depende da propriedade dos meios. Em óptica essa propriedade dos meios é denominado de refringência, ou seja, a capacidade de refração que os meios possuem.
Quanto maior a capacidade de refração do meio, menor será a velocidade de propagação da luz em seu interior. Assim, ao se propagar na matéria, a velocidade da luz varia de acordo com o meio material, levando em consideração suas características como composição, espessura e densidade.
A luz pode se propagar no ar, na água, no vidro, no plástico, entres outros, desde que sejam meios transparentes ou translúcidos, uma vez que em materiais opacos a luz simplesmente não passa. Quando a luz se propaga em outros meios a sua velocidade é reduzida por uma fração chamada índice de refração, que depende exclusivamente do material. A fórmula que define a relação entre os três valores é:
v = c/n
Onde:
v é a velocidade da luz no meio em questão
c é a velocidade da luz no vácuo
n é o índice de refração
Determinado pela razão entre os senos dos ângulos de incidência e de refração de cada um dos meios, na maioria das vezes, o cálculo para determinar o índice de refração é dispensável. Isso ocorre porque os índices de refração dos principais materiais são bastante conhecidos.
O índice de refração da água é n = 1.3333, já no ar com temperatura ambiente o índice é n = 1.0003. O índice do ar, no entanto, pode variar de acordo com a densidade.
Além da água e do ar, os índices de refração mais conhecidos são os dos seguintes meios:
Vidro – n = 1,50
Glicerina – n = 1,90
Álcool etílico – n = 1,36
Diamante – n = 2,42
Acrílico – n = 1,49