9ª Série de Problemas
Sugestões para os problemas
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a) A frequência de uma onda electromagnética é alterada por efeito Döppler
relativista, se houver movimento relativo de afastamento entre a fonte e o observador com velocidade V,
pela razão
f'/f = [ (vl-V) / (vl+V) ]1/2,
em que vl é a velocidade da luz nesse meio (neste caso o vácuo).
Basta aplicar este efeito duas vezes, a primeira em que a fonte é a nave GNR e a segunda em que
a fonte é a nave USS-Enterprise.
b) Distância = tempo x velocidade da luz...O Tempo total foi 4 minutos, e o percurso de ida
(da luz emitida) é igual ao percurso de volta (da luz reflectida), pois no momento da
reflexão a distância entre a(s) fonte(s) e o(s) observador(es) não é alterada.
c) Contracção dos espaços: d' = d * [ 1 - (v/c)2 ]1/2
d) Dilatação dos tempos: t' = t / [ 1 - (v/c)2 ]1/2
Mas agora t' = 50 anos, pois é o tempo passado no sistema Terra-Lua. Quanto ao tempo que o capitão
da nave USS-Enterprise (para saber como se chama, lembre-se dos episódios da série televisa/cinema
'O Caminho das Estrelas') acha que passou na terra, é crucial determinar se em todo o seu
percurso desde que saíu da Terra ele poderia ter feito alguma experiência que determinasse
ter sido ele a estar em movimento, e não a Terra. Se existisse essa possibilidade, não há
dúvida de que ele concluiria que na Terra, em repouso, o tempo teria passado mais rapidamente, e as
pessoas nascidas na mesma altura que ele estariam agora mais velhas...
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a) Lei de adição das velocidades ...
b) Basta aplicar a regra do efeito Döppler relativista, usando as velocidades medidas nos respectivos
referenciais...
Poderia convencer um seu amigo, bastando para isso entrar na sala, e muito rapidamente dirigir-se ao pé
dele, para então pedir-lhe que olhasse na direcção da porta no mesmo instante em que chegasse
da porta o raio de luz emitido por si anteriormente.
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a) Contracção dos espaços
b) Idem...
c) Calcule os intervalos de tempo entre os respectivos acontecimentos nos respectivos referenciais, usando
as transformações de Lorentz.
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a) Simplesmente a contração dos espaços...
b) Adicção de velocidades
(Vb/A = (Vb/av+Vav/T)
/(1+Vb/avx Vav/T/c2)
c) Qual o espaço que a luz tem de percorrer no referencial do Professor ?
E qual a velocidade da luz no mesmo referencial ?
No referencial da
águia, este cálculo não é válido, pois o
avião também está em movimento (no referencial da
águia). Mas podemos aplicar as transformações de
Lorentz para o segundo acontecimento (transformação completa)
d) No referencial do aluno, esta conta é fácil (somar ao tempo
da alínea anterior no referencial do Professor o tempo que a borracha
precisa para percorrer 50 m), no referencial da águia podemos voltar
a aplicar as transformações de Lorentz
(há uma abordagem que inclusivamente dispensa as contas anteriores no
referencial da águia)...
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a) A Energia total de um objecto em movimento respeita a relação (m é a massa e p é
o momento linear)
E2 = m2 c4 + p2 c2
A velocidade de um objecto com energia E e momento linear p no
referencial do laboratório, é v=(p/E)c,
e um tempo t' medido no referencial próprio desse objecto, é medido
no laboratório como sendo t=t'E/m. No laboratório o pião
(
)
vive então um tempo t e viaja uma distância d=vt.
b) [i)-iii)] A energia (e o momento) conservam-se em todos os referenciais!
A Energia libertada no processo corresponde só à energia
cinética dos produtos de decaimento (=Energia total inicial subtraída
das energias em repouso (massa) dos produtos de decaimento).
No referencial do pião (em repouso), a energia total antes do
decaimento, terá de ser igual à energia total após o
decaimento, e como o momento linear inicial é nulo, no final o momento
linear do muão e do anti-neutrino têm de ser opostos e com
o mesmo módulo:
E
=
E
+En
P
=Pn
E ainda podemos usar a relação universal entre energia, massa e momento
referida em cima. Ficamos com uma equação a uma incógnita,
por exemplo P(=P
).