Como medimos a velocidade da luz?

Desde a Grécia antiga muitos filósofos já tentavam entender a luz. Já naquela época eles eram curiosos sobre como conseguimos enxergar as coisas. Segundo eles, nós enxergávamos porque a luz saía dos nossos olhos, batia nos objetos (os iluminando) e era refletida de volta para os nossos olhos, permitindo que fosse possível enxergar.

Durante muito tempo esse argumento foi aceito, mas durante o período do Iluminismo descobrimos que, na verdade, a luz sai de uma fonte externa, bate nos objetos, que reflete a luz para os nossos olhos e, assim, conseguimos enxergar o mundo a nossa volta. Apesar de entendermos diversas coisas sobre a luz uma característica ainda era tema de debate: sua velocidade era finita ou infinita?

A noção que temos hoje da luz ter uma velocidade finita e possível de medir é relativamente nova. Muitos cientistas achavam que a velocidade da luz era infinita e que poderia viajar qualquer distância instantâneamente, mas isso começou a mudar no século 17 com Galileu Galilei.

Galileu Galilei

Para medir a velocidade da luz Galileu e seu assitente ficaram em morros distântes um do outro, cada um segurando uma lamparina coberta. Quando Galileu removesse a coberta de sua lamparina e seu assistente visse a luz, ele também removeria a coberta de sua lamparina. Do instante em que Galileu mostrasse sua lamparina até o momento em que visse a luz da lamparina de seu assistente, a luz teria que fazer uma viagem de ida e volta, como a velocidade é a razão entre a distância e o tempo, Galileu conseguiria medir a velocidade da luz.

Experimento de Galileu (Fonte: Chegg.com)

O problema do experimento de Galileu é que a luz é muito rápida, então era díficil para ele medir o tempo, ainda mais para uma distância pequena, então ele concluiu que ou a velocidade da luz era muito rápida ou instântanea.

Em 1676 Ole Roemer foi o primeiro a mostrar que a luz viajava a uma velocidade finita, enquanto estudava o padrão dos eclipses da lua Io, de Júpiter (o eclipse é quando Io passa atrás de Júpiter). Ele reparou que os eclipses pareciam ocorrer em momentos diferentes, dependendo da posição relativa de Júpiter à Terra. Ele deduziu que isso não ocorria devido a mudança da órbita da lua, mas sim porque a luz viajava distância diferentes, ou seja, quando a Terra e Júpiter estavam mais distântes a luz viajava uma distância maior do que quando os planetas estavam mais próximos. A partir de seus cálculos, Roemer concluiu que a velocidade da luz era em torno de 240,000 km/s.

Ole Roemer
Experimento de Roemer (Fonte: ux1.eiu.edu)

Em 1849 Fizeau conseguiu calcular a velocidade da luz com mais precisão do que Roemer. Em seu experimento ele usou um feixe de luz refletido por um espelho que se encontrava a 8km de distância. O feixe atravessava os espaços entre as engrenagens de uma roda dentada, que estava em movimento de rotação. A velocidade dessa roda era aumentada até que a luz refletida pelo espelho passasse pelo espaço da próxima engrenagem e pudesse ser vista. Com esse experimento Fizeau concluiu que a velocidade da luz era em torno de 313,000 km/s.

Fizeau
Experimento de Fizeau (Fonte: wikimedia.org)

Mas foi Focault o primeiro a fazer o cálculo com precisão da velocidade da luz. Ele aprimorou o aparato que Fizeau havia construído e realizou o que ficou conhecido como o experimento de Fizeau – Focault.

Focault
Experimento de Fizeau – Focault (Fonte: Wikimedia.org)

Anos depois Einstein postulou que a velocidade da luz não depende da velocidade da fonte ou de quem a está medindo. A velocidade da luz é uma constante universal.Com o tempo diversos outros experimentos foram feitos para refinar o valor da velocidade da luz, até que em 1983 a comissão internacional de pesos e medidas definiu a velocidade da luz no vácuo como sendo 299,792,458 km/s, valor que usamos até hoje. Com o cálculo da velocidade da luz ficando cada vez mais preciso até o metro foi redefinido em termos dela. A definição do metro hoje é: ” o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/299, 792,458 de segundo”. Se você quiser saber mais da história da definição do metro, pode ler aqui nesse link Metro.


Referências:
1. Who determined the speed of light?
2. Brief History of speed of light
3. Physics History
4. A História da Velocidade da Luz

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