POR QUE A MASSA AUMENTA COM A VELOCIDADE? E DE ONDE VEM ESSA MASSA?

POR QUE A MASSA AUMENTA COM A VELOCIDADE? E DE ONDE VEM ESSA MASSA?

A frase "a massa de um objeto aumenta com sua velocidade" pode dar uma ideia errada do que realmente está acontecendo.

A famosa equação E = mc^2 em suma, reflete que a energia contida em um objeto é igual à sua massa, multiplicada pela velocidade da luz ao quadrado. Como a velocidade da luz é um número enorme (cerca de 300.000 km/s), esta equação sugere que mesmo os menores objetos contêm enormes quantidades de energia dentro deles.

Mas originalmente, Einstein havia escrito a equação "de trás para frente", colocando massa contra energia: m = E/c^2.

Essa nuance é importante porque mostra que Einstein não estava tentando refletir a enorme quantidade de energia contida em um sistema que tem uma massa específica, mas apontar que a massa de um objeto (ou sua inércia) é uma manifestação direta da quantidade de energia que o compõe, que é o conceito que deve ser mantido em mente hoje.

Até aqui, tudo bem, mas também tenha em mente que a versão da fórmula de Einstein que todos conhecem está incompleta. A verdadeira forma da famosa equação é esta: E^2 = (mc^2)^2 + (pc)^2.

Nessa equação, o termo pc representa o momento do objeto (ou, o que dá no mesmo, o produto de sua massa pela velocidade com que ele se move), multiplicado pela velocidade da luz. De fato, a versão desta equação que todos conhecemos (E = mc^2) representa a energia que um objeto possui quando está parado (quando v = 0 e, portanto, pc = 0, então E = mc^2) .

O ponto é que a equação completa de Einstein nos diz que a energia total de um objeto é igual à raiz quadrada do quadrado da energia que ele tem quando está parado (mc^2)^2, mais o quadrado da energia cinética que ele tem. ganha quando começa a se mover (pc)^2. Portanto, um objeto que está se movendo muito rápido terá mais energia do que outro objeto idêntico, mas que está em repouso.

E como massa e energia são dois conceitos equivalentes, o objeto que está se movendo mais rápido terá mais massa do que aquele que está parado.

Mas vale esclarecer uma nuance: em primeiro lugar, a massa é a propriedade que determina quanta resistência um corpo oferece a ser acelerado. Para ilustrar este conceito, vamos imaginar que estamos flutuando no meio do vácuo, tentando fazer com que uma caixa estacionária atinja uma certa velocidade. Apesar de nessa situação não haver nenhuma força externa agindo sobre ela (como atrito ou gravidade), a caixa ofereceria alguma resistência aos nossos empurrões, justamente porque a inércia de sua própria massa (ou melhor, de sua energia ) se oporia ao movimento.

Agora, como dita a equação de Einstein, se a mesma caixa está se movendo no vácuo, sua energia total aumenta, porque ela adquire uma certa quantidade de energia cinética que é adicionada à sua própria energia. E, como essa energia cinética extra tem inércia associada a ela, o esforço necessário para acelerar a caixa quando ela está em movimento será maior do que quando ela está em repouso.

Assim, como a massa é uma medida da inércia de um corpo, a massa de um objeto aumentando com a velocidade significa simplesmente que, à medida que um objeto acelera, sua inércia aumenta, e mais e mais energia é necessária para acelerá-lo até uma velocidade ainda maior. Em outras palavras, esta frase não está tentando dizer que a quantidade de material que compõe um objeto aumenta à medida que ele acelera, ou algo assim. A única coisa que acontece é que, quanto mais rápido ele se move, mais sua energia e, portanto, sua inércia aumenta.

Vamos colocar números para ilustrar esse fenômeno.

Vamos pegar a mesma caixa parada no vácuo e imaginar dar dois empurrões consecutivos com a mesma energia, aproximadamente 136 bilhões de megajoules (MJ). Após o primeiro empurrão, a caixa, que estava parada, acelera para 225.000 km/s. Mas, em vez disso, o segundo impulso apenas o acelera de 225.000 km/s para 283.000 km/s, o que representa um aumento de velocidade de apenas 58.000 km/s. Por que esse segundo empurrão tem menos efeito, se a caixa é a mesma?

A diferença é que a inércia da caixa é muito maior quando está se movendo a 225.000 km/s do que quando está em repouso e, portanto, sua resistência ao movimento é muito maior. 51% maior, para ser mais específico. Portanto, embora a caixa seja a mesma, sua inércia aumentou muito quando queremos dar o segundo empurrão. De fato, quando a caixa atinge sua velocidade final de 283.000 km/s após o segundo empurrão, sua inércia é 94% maior do que quando estava em repouso. De qualquer forma, o segundo empurrão é muito menos eficaz que o primeiro porque, apenas movendo-se em alta velocidade, a caixa oferece uma resistência muito maior ao movimento.

Agora, esses efeitos só se manifestam quando as coisas se movem em velocidades próximas à velocidade da luz, por isso não os percebemos no nosso dia a dia. Por exemplo, a massa de um carro em movimento a 120 km/h aumenta apenas 0,00000000000005% em comparação com quando está em repouso. De fato, nem mesmo os veículos mais rápidos criados por seres humanos experimentam efeitos relativísticos perceptíveis aos nossos sentidos. Por exemplo, a Estação Espacial Internacional orbita a Terra a 7 quilômetros por segundo e, no entanto, sua massa é apenas 0,0000000027% maior do que se estivesse estacionária.

Claro, deve-se levar em conta que a magnitude desses efeitos cresce exponencialmente à medida que a velocidade de um objeto se aproxima da velocidade da luz. Por exemplo, a metade da velocidade da luz (0,5c), a massa de um objeto aumenta apenas cerca de 15%, mas a três quartos dessa velocidade (0,75c), sua massa terá aumentado 51% no geral. Quanto mais nos aproximamos da velocidade da luz, mais rápido ocorre esse aumento: um objeto se movendo a 0,99c terá uma massa 7 vezes maior que em repouso, 20 vezes maior se atingir 0,999c, 1000 vezes maior em 0,9999c… E , bem, ele começa a crescer muito.

Como você pode ver, a quantidade de energia necessária para acelerar um corpo à velocidade da luz tende a infinito à medida que você se aproxima dele. Esta é a razão pela qual nenhum objeto pode atingir a velocidade da própria luz: porque seria necessária uma quantidade infinita de energia.

E tudo isso que a massa aumenta com a velocidade já foi observado? Ou é algum tipo de fenômeno teórico que ninguém verificou?

Uau, se foi observado. Por exemplo, no LHC, as partículas são aceleradas a velocidades muito próximas às da luz, a ponto de os prótons que viajam por esse acelerador de partículas atingirem uma massa 7460 vezes maior que sua massa de repouso... Ou, melhor dizendo, , uma energia.

Mas um exemplo mais cotidiano é o das TVs de tubo extintas, que funcionam disparando um fluxo de elétrons na tela para iluminar cada pixel individual.

Nesse caso, um campo magnético é responsável por direcionar os elétrons para a área específica da tela contra a qual eles devem impactar, mas, devido a efeitos relativísticos, essas partículas se movem rápido o suficiente para que sua massa aumente em 0,5%. comparado a quando estão parados. Portanto, os circuitos que produzem o campo magnético desses televisores precisam ser ajustados para poder compensar esse fenômeno, pois, tendo um pouco mais de inércia, é necessária mais energia para desviar os elétrons para o local onde eles pertencem.

Referências: Cienciaesofa.com

Via Facebook Lokos por la fisica