Velocidade da luz

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Este é un dos 1000 artigos que toda Wikipedia debería ter.
Velocidade da luz
Nesta imaxe, unha luz láser móvese polo aire o 99,97% da velocidade da luz no baleiro.
Nesta imaxe, unha luz láser móvese polo aire o 99,97% da velocidade da luz no baleiro[1]
Valores exactos
Metros por segundo 299.792.458
Lonxitude de Planck por tempo de Planck
(i.e., unidades de Planck)
1
Valores aproximados
Quilómetros por segundo 300.000
Quilómetros por hora 1.080 milions
Unidades astronómicas por día 173
Tempo aproximado que tarda a luz en percorrer...
un centímetro 0,033 ns
un metro 3,3 ns
un quilómetro 3,3 μs
una milla 5,4 μs
ao redor do ecuador da Terra 0,13 s
desde a Terra á órbita xeoestacionaria e de volta 0,24 s
da Terra a Lúa 1,3 s
da Terra o Sol 8,3 min
da Terra a Alpha Centauri 4,4 anos
dun extremo o outro da Vía Láctea 100.000 anos
A luz do Sol tarda uns 8 minutos e 17 segundos en percorrer os 150 millóns de quilómetros de distancia media entre a superficie do Sol e a Terra.

A velocidade da luz no baleiro, comúnmente representada coa letra c, é unha constante física universal importante en moitos campos da física. O seu valor é de exactamente 299.792.458 metros por segundo (1.079.252.848,8 km/h), un valor exacto polo que a lonxitude do metro defínese a partir desta constante asi como a definición estándar internacional de segundo.[2] Como explicación da exactitude citada, hai que ter en conta que aínda que anteriormente a velocidade da luz medíase en función de espazo e tempo e as súas unidades, na actualidade é a unidade de lonxitude, o metro, a que é definida en función da velocidade da luz no baleiro, como o espazo que percorre a luz en 1/299.792.458 de segundo. Dacordo coa relatividade especial, c é a velocidade máxima á que todas as partículas sen masa e os seus campos asociados (incluíndo a radiación electromagnética tal como a luz e as ondas gravitacionais) viaxan no baleiro. É tamén a velocidade da gravidade (é dicir, das ondas gravitatorias ) predita polas teorías actuais. Estas partículas e ondas viaxan a c, independientemente do movemento da fonte ou do sistema de referencia inercial do observador. Na teoría da relatividade, c interrelaciona o espazo e o tempo, e tamén aparece na famosa ecuación de equivalencia masa-enerxía, E = mc2.[3]

Noutros medios, esta velocidade é menor e depende do índice de refracción. A velocidade á que a luz se propaga a través de materiais transparentes, como o vidro ou o ar, é menor que c. A relación entre c e a velocidade v á que viaxa a luz a través dun material denomínase o índice de refracción n do material (n = c / v). Por exemplo, o índice de refracción do vidro pola luz visible é típicamente de aproximadamente 1,5, o que significa que a luz no vidro viaxa a c / 1,5 ≈ 200.000 km/s; o índice de refracción do aire pola luz visible é de 1,000293, polo que a velocidade da luz no aire é de 299 705 km/s (preto de 88 km/s máis lenta que c).

Nalgúns casos, pódese considerar, de xeito aproximado, que a luz e outras ondas electromagnéticas móvense "instantáneamente", pero para longas distancias e medidas moi sensibles á súa velocidade finita ten efectos perceptibles. Por exemplo, na comunicación con sondas espaciais afastadas, unha mensaxe pode tardar varios minutos e ata horas en ir desde a Terra ata a sonda. A luz das estrelas que vemos e nos deixarón fai moitos anos, o que permite estudar a historia do universo mediante a observación de obxectos distantes. A velocidade finita da luz tamén limita a velocidade máxima teórica dos ordenadores, xa que a información debe ser enviada dentro do ordenador dun chip a outro. Finalmente, a velocidade da luz pódese utilizar en medidas de tempo de voo para medir grandes distancias cunha alta precisión.

A primeira proba experimental de que a luz tiña unha velocidade finita (a diferenza de facelo de xeito instantánea) débese a Ole Christensen Rømer, que a calculou cunha precisión notable, cando estudaba o movemento aparente da lúa de Xúpiter Ío, tendo en conta o suporte técnico e teórico de que dispuña (Newton aínda non escribira os Principia Mathematica).

Foi con James Clerk Maxwell, e coas Ecuacións de Maxwell, cando se dispuxo dun marco teórico que insiría a luz no eido do electromagnetismo, convertendo a velocidade da luz no baleiro, na velocidade das ondas electromagnéticas no mesmo.[4] Pero en 1905, será Albert Einstein, quen defendera que a velocidade da luz respecto calquera sistema inercial é independente do movemento da fonte de luz, [5] e explorou as consecuencias deste postulado a través da teoría especial da relatividade e mostrou que o parámetro c tiña relevancia fora do contexto da luz e o electromagnetismo. Logo de séculos de medidas cada vez máis precisas, en 1975 atopouse que a velocidade da luz era de 299.792.458 m/s, cunha incerteza de medida de 4 partes por mil millóns. En 1983, o metro foi redefinido no Sistema Internacional de Unidades (SI) como a distancia percorrida pola luz no baleiro en 1/299.792.458 segundos. Como resultado, o valor numérico de c en metros por segundo queda actualmente fixado exactamente pola definición do metro. [6]

Notación e unidades[editar | editar a fonte]

Normalmente utilízase o símbolo c, de "constante" ou do latín celeritas ("rapidez") para denotar a velocidade da luz no baleiro.[7] Orixinalmente utilizábase o símbolo V para a velocidade da luz, introducido por James Clerk Maxwell en 1865 En 1856, Wilhelm Eduard Weber e Rudolf Kohlrausch usaran c para unha constante diferente que no futuro mostraríase ser igual a \sqrt{2} veces a velocidade da luz no baleiro. En 1894, Paul Drude redefiniu c ao seu significado moderno. En 1905, Einstein utilizou V nos seus artigos orixinais en alemán sobre a relatividade especial, pero en 1907 pasouse a c, que entón se converteu xa no símbolo estándar.[8][9]

Ás veces, c utilízase para a velocidade das ondas en calquera medio, e c0 para a velocidade da luz no baleiro.[10] Esta notación onde se usa o subíndice, apoiada na documentación oficial do SI,[6] ten a mesma forma que outras constantes relacionadas: μ0 para a permeabilidade do baleiro ou constante magnética, ε0 para a permitividade do baleiro ou constante eléctrica, e Z0 para a impedancia característica do baleiro. Neste artigo utilízase c exclusivamente para a velocidade da luz no baleiro.

Desde 1983, o metro definiuse no SI como a distancia que a luz percorre no baleiro en 1/299.792.458 partes de segundo. Esta definición fixa a velocidade da luz no baleiro en exactamente 299.792.458 m/s.[11][12][13] Como unha constante física dimensional, o valor numérico de c é diferente para diferentes sistemas de unidades. Nas ramas da física na que c aparece a miúdo, como a relatividade, é común o uso dos sistemas de unidades naturais de medida ou o sistema de unidades xeometrizado, onde c=1.[14][15] Co uso destas unidades, c non aparece explícitamente porque a multiplicación ou división por 1 non afecta ao resultado.

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Michael De Podesta (2002) (en inglés). Understanding the Properites of Matter. CRC Press. ISBN 0415257883. http://books.google.cat/books?id=h8BNvnR050cC&pg=PA131&lpg=PA131. Consultado o 21/09/2014.
  2. Penrose 2004, p. 410-411:
    the most accurate standard for the metre is conveniently defined so that there are exactly 299,792,458 of them to the distance travelled by light in a standard second, giving a value for the metre that very accurately matches the now inadequately precise standard metre rule in Paris. o estándar do metro máis preciso defínese convenientemente de modo que sexa exactamente 299.792.458 a distancia que percorre a luz nun segundo estándar, resultando un valor do metro que coincide actualmente de xeito estándar mais precisa que a inadecuada e imprecisa do metro de París.
    Roger PenroseThe Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe
  3. Uzan & Leclercq 2008, p. 43-44.
  4. How is the speed of light measured? Philip Gibbs (1997) (en inglés)
  5. Stachel, JJ (2002) (en inglés). Einstein from "B" tono "Z "- Volume 9 of Einstein studies. Springer. p. 226. ISBN 0-8176-4143-2. http://books.google.com/books?id=OAsQ_hFjhrAC&pg=PA226.
  6. 6,0 6,1 The International System of Unidos (SI) (8a ed. ed.). International Bureau of weight and Measures. 2006. pp. 112. ISBN 92-822-2213-6.
  7. A C maiúscula é o símbolo nno Sistema Internacional de Unidades (SI) do culombio.
  8. Gibbs, P (2004). "Why is c the symbol for the speed of light?". Usenet Physics FAQ. University of California, Riverside. Arquivado do orixinal o 2009-11-17. http://www.webcitation.org/5lLMPPN4L. Consultado o 2009-11-16.
  9. Mendelson, KS (2006). "The story of c". American Journal of Physics 74. Bibcode 2006AmJPh..74..995M. DOI:10.1119/1.2238887.
  10. See for example:
  11. Sydenham, PH (2003). "Measurement of length". Instrumentation Reference Book (3a ed. ed.). Butterworth–Heinemann. pp. 56. ISBN 0-7506-7123-8. http://books.google.com/books?id=sarHIbCVOUAC&pg=PA56. "... if the speed of light is defined as a fixed number then, in principle, the time standard will serve as the length standard ..."
  12. "CODATA value: Speed of Light in Vacuum". The NIST reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?c. Consultado o 2009-08-21.
  13. Jespersen, J; Fitz-Randolph, J; Robb, J (1999). From Sundials to Atomic Clocks: Understanding Time and Frequency (1977a ed. ed.). pp. 280. ISBN 0-486-40913-9. http://books.google.com/?id=Z7chuo4ebUAC&pg=PA280.
  14. Lawrie, ID (2002). "Appendix C: Natural units". A Unified Grand Tour of Theoretical Physics (2a ed. ed.). pp. 540. ISBN 0-7503-0604-1. http://books.google.com/books?id=9HZStxmfi3UC&pg=PA540.
  15. Hsu, L (2006). "Appendix A: Systems of units and the development of relativity theories". A Broader View of Relativity: General Implications of Lorentz and Poincaré Invariance (2a ed. ed.). World Scientific. pp. 427–8. ISBN 981-256-651-1. http://books.google.com/books?id=amLqckyrvUwC&pg=PA428.

Bibliografia[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]

Commons
Commons ten máis contidos multimedia na categoría: Velocidade da luz

Artigos relacionados[editar | editar a fonte]