A velocidade da luz é uma variável fundamental da natureza utilizada em formulações da Física Moderna. Ela serve para indicar o espaço percorrido pelas ondas eletromagnéticas a cada segundo.
No vácuo as ondas eletromagnéticas se propagam com velocidade constante de, aproximadamente, 299.792.458 metros por segundo. Quando se trata da matéria a propagação depende de características do meio material como densidade, espessura e composição.
A velocidade da luz no vácuo é simbolizada pela letra c, que se origina do latim celeritas e significa velocidade ou rapidez. Para simplificar os cálculos utiliza-se a notação científica: c = 3,0 x 108 m/s ou c = 3,0 x 105 km/s.
Em materiais transparentes, como o vidro ou o ar, a luz viaja a uma velocidade bem menor que no vácuo, ainda assim é extremamente elevada em relação a outros tipos de ondas. Por exemplo, enquanto a velocidade do som no ar é de aproximadamente 1 224 km/h, a velocidade da luz chega a 1 079 252 849 km/h.
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 comportamento das partículas no universo.
Velocidade da luz nos diferentes meios
A velocidade da luz depende de uma propriedade dos meios ópticos chamada refringência, ou seja, da capacidade de refração dos meios. Assim, quanto maior a capacidade de refração do meio, menor será a velocidade de propagação da luz em seu interior.
Quando a luz se propaga na matéria a sua velocidade 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. Já os demais, chamados de opacos, a luz simplesmente não passa.
Ao se propagar em outros meios a velocidade da luz é reduzida por uma fração, chamada índice de refração (denotada de n), que depende 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
Em cada um dos meios o índice de refração é definido pela razão entre os senos dos ângulos de incidência e de refração. Contudo, na maioria das vezes não é necessário fazer esses cálculos, uma vez que os índices de refração dos principais materiais são bastante conhecidos.
Na água o índice de refração é n = 1.3333, já no ar, em temperatura ambiente, o índice é n = 1.0003. Cabe ressaltar que a medida que a densidade do ar varia, consequentemente, seus índices de refração são alterados.
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.
Existe algo mais rápido do que a velocidade da luz?
De acordo com a Teoria da Relatividade de Albert Einstein, nada pode viajar mais rapidamente do que a luz. Ele foi um dos cientistas que se dedicou a essa questão, chegando à conclusão de que não seria possível qualquer objeto com massa viajasse superar a velocidade da luz.
Uma de suas principais conclusões é o conceito da Relatividade da Simultaneidade. Segundo a teoria, a distância pela qual dois eventos estão separados não é absoluta, na verdade, depende do referencial do observador.
As primeiras medições da velocidade da luz
A primeira tentativa de medir a velocidade da luz se deu com o cientista Galileu Galilei. Em seu experimento, calculou o tempo que levava para deixar uma lanterna no alto de uma montanha e chegar em outra a 2 quilômetros de distância. Galileu chegou à conclusão que o intervalo era muito pequeno para ser medido com os recursos tecnológicos disponíveis naquela época.
Em 1819, o físico francês Armand Hyppolyte Fizeau chegou a uma definição da velocidade da luz com uma margem de erro inferior a 10% em relação à medida atual. Através de um experimento com um espelho semirrefletor e de uma roda dentada giratória, conseguiu fornecer medidas precisas da velocidade da luz.
Em 1868, o físico escocês James Clerk Maxwell avançou nesse campo, por meio de suas equações, que tinham base os trabalhos de Ampère, Coulomb e Faraday. Ele afirmou que todas as ondas eletromagnéticas viajavam exatamente na mesma velocidade que a luz viaja no vácuo.
De acordo com o cientista, a luz, assim como outras ondas eletromagnéticas, devem viajar a uma certa velocidade fixa em relação a algum objeto que ele chamou de éter. Maxwell, no entanto, não soube explicar o funcionamento do éter.
Essa questão foi solucionada por Albert Einstein, que assinalou que a luz viaja de forma constante e não depende do observador. Desse modo, a compreensão da velocidade da luz se tornou o alicerce da Teoria da Relatividade.