Teoria da relatividade: o que é e como ela funciona?

Por muito tempo tido como um gênio incompreendido, Albert Einstein foi responsável por uma das maiores descobertas para as Ciências da Natureza: a Teoria da Relatividade.

Se você já conheceu um pouco da biografia de Einstein sabe que ele tenha sido, talvez, o mais improvável cientista da história. Porém, até conseguir ser reconhecido, ele nunca parou de “sonhar”. Esses sonhos eram o que ele chamava de “experiência imaginária”, um método de raciocínio lógico que, para nós, meros mortais, seria algo como sonhar acordado, imaginando as mais diversas fantasias.

Graças a essas escapadas do mundo real, Einstein conseguiu tornar ciência o que era hipótese, criando e aperfeiçoando a Teoria da Relatividade, que viria a revolucionar por completo a nossa compreensão em relação ao universo.

Afinal, o que é a Teoria da Relatividade e por que incluí-la em seus estudos de Física no vestibular? É sobre esse assunto que vamos conversar agora.

O que é a Teoria da Relatividade?

A Teoria da Relatividade consagrou-se como uma resposta às dúvidas existentes na chamada Lei da Gravitação Universal de Isaac Newton, uma vez que, até o início do século XX, basicamente a Física era regida por suas leis. Einstein teve a brilhante ideia de supor que a gravidade está intimamente ligada ao espaço e ao tempo.

Ele propôs que o elo entre esses elementos (espaço-tempo) era a geometria. Einstein dizia que, na presença de uma massa, o espaço-tempo é “deformado”, de modo que qualquer outra massa percebe tal deformação e é forçada a seguir caminhos diferentes do que quando o espaço não estava deformado (sem massa).

Ainda, o tempo deixa de ser algo estático, para se tornar dinâmico em sua própria dimensão, variando em razão da gravidade, da velocidade e do espaço. Portanto, não vivemos em um mundo estático; tempo e espaço são flexíveis e sua relação depende das circunstâncias em que vivemos.

Levando isso em conta, o tempo pode ser atrasado ou acelerado, encurtado ou prolongado, e isso faz a maneira como enxergamos o universo ter pontos de vista tão diferentes.

Tipos de Teoria da Relatividade

Existem dois tipos de Teoria da Relatividade: a Restrita e a Geral. A Restrita afirma que a luz viaja pelo espaço vazio a 300 mil quilômetros por segundo e que nada é capaz de igualar essa velocidade, muito menos superá-la.

E não para por aí: não importa as condições do espaço de propagação da luz (por exemplo, no vácuo), sua velocidade sempre deveria ter o mesmo referencial, ou seja, c = 300.000 km/s.

Já a Geral propõe que tempo e espaço são dois aspectos do mesmo tecido. Nela, Einstein determinou que corpos causam uma distorção, curvando o espaço-tempo — incluindo grandes volumes, como planetas — e que essa curvatura é a gravidade.

Quando a Teoria da Relatividade foi elaborada?

Em 1905, Albert Einstein introduziu uma nova estrutura que seria a base da Física moderna ao propor novos conceitos de espaço e tempo. Foi quando surgiu a Teoria da Relatividade Restrita.

Depois de terminar seu trabalho em Relatividade Restrita, Einstein passou uma década ponderando o que aconteceria se alguém introduzisse a “aceleração”. Isso formou a base de sua Relatividade Geral, publicada em 1915 ― a qual tornou o cientista mundialmente famoso.

Qual seu impacto na área das ciências e exemplos de funcionamento?

A Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, apresentada há pouco mais de 100 anos, tornou-se um das equações mais famosas do mundo — E = mc². Suas implicações vão muito além do laboratório de Física e, sem a sua descoberta, o mundo moderno e a maneira como o entendemos seria bem diferente. Veja alguns exemplos práticos.

Campo eletromagnético

O campo eletromagnético é um efeito relativístico e, se você usa eletricidade, pode agradecer à relatividade pelo fato de os geradores funcionarem.

Sem a relatividade, não existiriam nem o magnetismo nem a luz, porque a relatividade exige que as mudanças em um campo eletromagnético ocorram a uma velocidade determinada (embora muito rápida), mas não instantaneamente.

Se a relatividade não aplicasse esse conceito, os campos elétricos sofreriam mudanças instantâneas, em vez de através das ondas eletromagnéticas, extinguindo-os.

GPS

Os satélites que alimentam os GPS também são influenciados pela relatividade. Como eles estão em órbita na Terra a uma velocidade em torno de 14 mil km/h, poderia haver uma grande defasagem entre o envio dos sinais do espaço para as estações terrestres.

Para corrigir isso, eles utilizam relógios atômicos com precisão de alguns bilionésimos de segundo (nanossegundos). Assim, conseguimos ter informações muitos mais próximas do que consideramos “tempo real“.

Energia nuclear

A Teoria da Relatividade Restrita lida diretamente com a energia armazenada dentro de um átomo. As usinas nucleares produzem energia renovável que não polui o ar nem produz gases de efeito estufa. Alguns países, como França, Lituânia e Eslováquia, criam quase toda a sua eletricidade a partir da energia nuclear.

Como estudar a Teoria da Relatividade para o Enem e outros vestibulares?

Estudar sozinho a Teoria da Relatividade no vestibular, incluindo o Enem, é entendê-la na prática por meio de situações do cotidiano como as que acabamos de elencar. A premissa básica é compreender a diferença entre a teoria Restrita e a Geral e cada um de seus conceitos, pois estes apareceram em perguntas muitas vezes simples, porém capciosas.

Então, alguns pontos-chave da Teoria da Relatividade são:

  • ponto de referência: não existe um ponto único no universo como referência para a velocidade dos objetos. Todos os corpos se movimentam de um ponto a outro com estimativas em relação a outros corpos, os quais também se movimentam;
  • todas as velocidades de deslocamento têm uma relação: a falta de um “ponto de referência”, ou número absoluto de comparação para indicar velocidade, é o que rege a Teoria da Relatividade. Isso porque não podemos falar sobre qualquer tipo de movimento sem um termo de comparação. Digamos, quando estamos falando sobre a velocidade de um caminhão, estamos nos referindo em comparação com a velocidade da estrada;
  • tudo se move: tudo de move no Universo: os planetas do Sistema Solar ao redor do sol; o sol orbitando na nossa galáxia, que, por sua vez, gira na Via Láctea. Então, até onde se sabe, não existe um ponto fixo para calcular a velocidade absoluta dos corpos;
  • gravidade: é quando uma matéria dobra (ou curva o espaço-tempo);
  • igualdade na Física: as leis da Física são idênticas para qualquer observador;
  • E = mc²: é a fórmula que diz que energia e massa são equivalente. A inércia, de Newton, é a referência;
  • espaço e tempo: são maleáveis e flexíveis;
  • dilatação do tempo: dois objetos em movimento ou campos gravitacionais diferentes experimentam a passagem do tempo de forma diferente.

Cobrança no Enem e em vestibulares

É muito provável que você não tenha que fazer um milhão de cálculos sobre a Teoria da Relatividade. Normalmente, são questões reflexivas que evidenciam os principais conceitos de Einstein.

Então, o mais indicado ao estudar online ou em um curso pré-vestibular é fazer exercícios e simulados e rever provas antigas. Afinal, esse é um tema que possibilita uma abordagem transversal e diferentes cobranças que misturam muito raciocínio lógico. Inclusive, além dos inúmeros conteúdos da internet, você pode se cadastrar em sites como o Trilha do Enem e ter um plano de estudos atualizado com as mais recentes propostas do exame.

Esperamos que depois deste post, você esteja craque na Teoria da Relatividade. Agora, aproveite que está aqui e veja as principais previsões para o Enem 2020.

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