Como calculamos a velocidade da luz?

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No início do século 17, muitas pessoas acreditavam que a velocidade da luz era infinita.

Galileo Galilei discordou. Em 1638, ele tentou um experimento no qual ele e outra pessoa pegavam uma lanterna de veneziana e caminhavam quilômetros um do outro. A regra era que, assim que um deles piscava a lanterna, o outro piscava de volta. Então Galileu apenas dividiu a distância pelo tempo.

Ele descobriu que a velocidade da luz era pelo menos 10 vezes a velocidade do som (3,4 km/s). O problema com esse experimento é que ele não pode incluir seu tempo de reação e a velocidade de seus braços. Mas pelo menos ele forneceu um limite inferior para a velocidade da luz.

Em 1675, o astrônomo dinamarquês Ole Rømer notou, enquanto observava as luas de Júpiter, que os tempos dos eclipses das luas de Júpiter pareciam depender das posições relativas de Júpiter e da Terra.

Se a Terra estava perto de Júpiter, a aceleração de suas luas em sua órbita parecia acelerar. Se a Terra estava longe de Júpiter, eles pareciam desacelerar. Raciocinando que as velocidades orbitais das luas não deveriam ser afetadas por sua separação, ele deduz que a mudança aparente deve ter ocorrido devido ao tempo adicional para a luz viajar quando a Terra estava mais longe de Júpiter. Usando o valor comumente aceito para o diâmetro da órbita da Terra, ele chegou à conclusão de que a luz deve ter viajado a 300.000 km / s.

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Em 1728, James Bradley, um físico inglês, estimou a velocidade da luz no vácuo em cerca de 301.000 km/s. Ele usou a aberração estelar para calcular a velocidade da luz.

A aberração estelar altera a posição aparente das estrelas devido ao movimento da Terra em torno do sol. Ela é aproximadamente a razão entre a velocidade na qual a Terra gira em torno do Sol e a velocidade da luz. Ele conhecia a velocidade da Terra em torno do Sol e também podia medir esse ângulo de aberração estelar.

Esses dois fatos permitiram que ele calculasse a velocidade da luz no vácuo.

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Em 1849, um físico francês, Hippolyte Louis Fizeau, fez brilhar uma luz através dos dentes de uma roda dentada que girava rapidamente. Um espelho a mais de 5 milhas (mais de 8 km) de distância refletia o feixe, através do mesmo espaço entre os dentes da roda.

Havia mais de cem dentes na roda. A roda girou centenas de vezes por segundo; portanto, uma fração de segundo era fácil de medir. Variando a velocidade da roda, era possível determinar a velocidade com que a roda estava girando rápido demais para que a luz passasse pelo espaço entre os dentes, para o espelho distante e depois de volta pelo mesmo espaço. Ele sabia a distância que a luz viajava e quanto tempo demorava. Ao dividir essa distância pelo tempo, ele obteve a velocidade da luz.

Fizeau mediu a velocidade da luz em 313.300 km / s.

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Em 1862, outro físico francês, Léon Foucault, usou um método semelhante ao de Fizeau. Ele direcionou uma luz em direção a um espelho giratório, então ela saltou em direção a um espelho fixo distante, então em direção ao primeiro espelho giratório. Mas, como o primeiro espelho estava girando, a luz do espelho giratório acabou refletindo em um ângulo ligeiramente diferente do ângulo com o qual ela originalmente atingiu o espelho.

Ao medir esse ângulo, foi possível medir a velocidade da luz. Foucault tem aumentado continuamente a precisão desse método ao longo dos anos. Sua medição final determinou que a luz estava viajando a 299.796 km / s.

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Mais recentemente, os astronautas fixaram um espelho em uma rocha na lua. Cientistas na Terra podem apontar um laser para este espelho e medir o tempo de viagem do pulso de laser (cerca de 2,5 segundos) para a viagem de ida e volta.

O Laboratório Físico Nacional Britânico estimou a velocidade da luz em 299792,4590 ± 0,0008 km / s e o Instituto Nacional de Padrões dos Estados Unidos a considerou em 299792,4574 ± 0,0011 km / s.

299.792,458 km/s é o valor adotado para a velocidade da luz na Conferência Geral de Pesos e Medidas, 21 de outubro de 1983.

Desde 1983, o metro é definido internacionalmente como o comprimento do caminho percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/299792458 de segundo.

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