Suponha que você esteja em um foguete sem janelas, viajando no espaço sideral, distante de qualquer outro objeto. Sem olhar para fora do foguete ou fazer qualquer contato com o mundo externo, explique como você poderia determinar se o foguete está (a) movendo-se para a frente a uma velocidade constante equivalente a 80 % da velocidade da luz e (b) acelerando para a frente.

Passo 1

Beleza, vamo lá. O enunciado diz que você está num foguete sem janelas, lá no espaço profundo, e quer saber duas coisas sem olhar pra fora:
a) Se o foguete está se movendo reto e a 0,8 c (80% da velocidade da luz) com velocidade constante.
b) Se ele está acelerando pra frente.
Conteúdo da matéria: Princípio da relatividade restrita (Einstein) e conceitos de aceleração em mecânica (força inercial, acelerômetro). Vamos usar:
  • No movimento retilíneo uniforme (velocidade constante), não tem como distinguir o “está parado” do “está indo a 0,8 c” só com experiências internas.
  • Com aceleração, surge uma força inercial detectável (F = ma), e dá pra usar um acelerômetro ou sentir “peso” fictício.

Passo 2

Parte (a) – Velocidade constante a 0,8 c
Teoria envolvida: Princípio da relatividade de Einstein. Ele diz que todos os referenciais inerciais (que se movem com velocidade constante) são equivalentes para as leis da física. Não existe “velocidade absoluta”.
Como aplicar:
  1. Qualquer experimento que você faça dentro do foguete (balança de mola, lâmpada piscando, cheiro de café…) vai se comportar exatamente igual se o foguete estivesse parado na Terra ou viajando a 0,8 c.
  2. Você não sente nenhuma força extra e não há nenhuma diferença nos fenômenos internos.
Conclusão do passo: não dá para saber se você está a 0,8 c ou parado – ambas as situações são indistinguíveis sem olhar pro exterior.

Passo 3

Parte (b) – Acelerando para a frente
Teoria envolvida: Segunda lei de Newton e força inercial. Num referencial acelerado aparece uma “força fictícia” (força inercial) que você sente como peso. Além disso, podemos usar um acelerômetro.
Como aplicar:
  1. Cole uma pequena massa numa mola presa ao teto do foguete. Se o foguete estiver acelerando pra frente com aceleração F = k,x, a massa puxa a mola com uma força .
  2. Você pode medir o deslocamento da mola e, sabendo sua constante elástica , usar para achar .
  3. Alternativamente, basta ter um acelerômetro de bolso: ele mostra um valor diferente de zero sempre que houver aceleração.
  4. Se você sente um “peso” pra trás – como se estivesse empurrado contra um assento – é sinal claro de aceleração para frente.

Resposta

a) Impossível determinar: por causa do princípio da relatividade, movimento retilíneo uniforme não deixa nenhum sinal interno de que você está “se movendo” a 0,8 c.
b) Possível: basta usar um acelerômetro ou sentir a força inercial (peso) que surge quando o foguete acelera.

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