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A luz do Sol demora aproximadamente oito minutos para chegar à Terra, que está a uma distância média de cerca de 150 milhões de quilômetros, o que corresponde a uma unidade astronômica.
Velocidade da luz no vácuo, em várias unidades
metros por segundo (m/s)	299 792 458
quilômetros por segundo (km/s)	299 792,458
quilômetros por hora (km/h)	1 079 252 848,8
Unidades Astronômicas por dia	173,1446
Unidades Naturais (ou unidades de Planck)	1
Tempo aproximado para a luz percorrer:
1 metro	3,3 nanossegundos
1 quilômetro	3,3 microssegundos
De uma órbita geoestacionária até à Terra	0,12 segundos
O perímetro da Terra (Equador)	0,13 segundos
Da Terra à Lua	1,25 segundos
Do Sol à Terra	8,3 minutos
1 ano-luz	1 ano (por definição)
1 parsec	3,26 anos
Da estrela Alfa Centauro à Terra	4,4 anos
Atravessar a Via-Láctea	100 000 anos
Da Galáxia de Andrômeda à Terra	2 500 000 anos

A velocidade da luz no vácuo, simbolizada pela letra c, é, por definição, igual a 299 792 458 metros por segundo.^[1] O símbolo c origina-se do latim celeritas, que significa velocidade ou rapidez.^[2] A velocidade da luz em um meio material transparente, tal como o vidro ou o ar, é menor que c, sendo a fração função do índice de refração do meio.

Valor numérico, notação e unidades |

A velocidade da luz no vácuo é geralmente denotada por c, de "constante" ou da palavra latina celeritas (que significa "rapidez"). Originalmente, era usado o símbolo V, introduzido por James Clerk Maxwell em 1865. Em 1856, Wilhelm Eduard Weber e Rudolf Kohlrausch usaram c para uma constante, que mais tarde mostrou-se que era igual a √2 vezes a velocidade da luz no vácuo. Em 1894, Paul Drude redefiniu c para o seu significado moderno. Einstein usou V em seus artigos originais em alemão, Annus Mirabilis papers (en), sobre a relatividade restrita em 1905, mas em 1907 ele mudou para c, que então tinha se tornado o símbolo padrão.^[3][4]

Às vezes c é usado para a velocidade de ondas em qualquer meio material, e c₀ para a velocidade da luz no vácuo.^[5] Esta notação com índice, que é endossada na literatura oficial SI,^[6] tem a mesma forma que outras constantes relacionadas: nomeadamente, μ₀ para a permeabilidade do vácuo ou constante magnética, ε₀ para a permissividade do vácuo ou constante elétrica, e Z₀ para a impedância do vácuo.

No Sistema Internacional de Unidades (SI), o metro é definido como a distância que a luz percorre no vácuo em ¹⁄_{7008299792458000000♠299792458} de um segundo. Essa definição fixa a velocidade da luz no vácuo em exatamente 299 792 458 m/s.^[7][8][9]
Como uma constante física dimensional, o valor numérico de c é diferente para sistemas de unidades diferentes.^{[nota 1]}
Em ramos da física em que c aparece frequentemente, como na relatividade, é comum usar sistemas de unidades naturais de medida em que c = 1.^[11][12] Usando essas unidades, c não aparece explicitamente porque multiplicação ou divisão por 1 não afeta o resultado.

Papel fundamental na física |

Os raios demonstram a diferença entre a velocidade da luz e a velocidade do som: primeiro vem a luz (relâmpago) e depois o som (trovão).

A velocidade a que as ondas de luz se propagam no vácuo é independente tanto do movimento da fonte de onda quanto do referencial inercial do observador, de modo que a velocidade da luz emitida por uma fonte em alta velocidade é a mesma que a de outra fonte estacionária. No entanto, a frequência da luz (que define a cor) e a energia podem depender do movimento da fonte em relação ao observador, devido ao efeito Doppler relativístico.

Todos os observadores que medem a velocidade da luz no vácuo chegam ao mesmo resultado. Essa invariância da velocidade da luz foi postulada por Einstein em 1905,^[13] motivado pela teoria de Maxwell do eletromagnetismo e a falta de evidências para suportar a hipótese de um éter luminífero;^[14] e desde então tem sido consistentemente confirmada por diversos experimentos.

Quando se usa o termo 'velocidade da luz', por vezes é necessário fazer a distinção entre a velocidade só de ida e a velocidade de ida e volta. A velocidade de ida da luz do emissor até o receptor, não pode ser medida independentemente da convenção de como sincronizar os relógios do emissor e do receptor. No entanto, o que pode ser medido experimentalmente é a velocidade aproximada durante o percurso total (ou a velocidade no percurso de ida e volta) do emissor para o receptor e o retorno ao emissor. Albert Einstein formulou uma convenção de sincronismo, determinando que a velocidade de ida seja igual à velocidade de ida e volta. A uniformidade da velocidade unidirecional em qualquer estrutura inercial dada, é a base de sua teoria especial da relatividade, embora todas as previsões experimentalmente verificáveis dessa teoria não dependam dessa convenção.^{[15][16][17][18]}

A teoria especial da relatividade explora as consequências dessa invariância de c com a suposição de que as leis da física são as mesmas em todos os referenciais inerciais.^[19][20] Uma consequência é que c é a velocidade a que todas as partículas sem massa (en) e toda radiação eletromagnética, incluindo a luz visível, se propaga no vácuo. É também a velocidade de propagação da atração gravitacional, na teoria geral da relatividade.

Distâncias astronômicas são frequentemente medidas em anos-luz, que é a distância que a luz percorre em um ano solar, aproximadamente 9,46×10¹²quilômetros.

Interação com materiais transparentes |

Passando por materiais transparentes, a velocidade da luz é reduzida a uma fração de seu valor no vácuo, sendo esse seu índice de refração, uma característica do material.^[21] No ar, a velocidade é pouco menor que c, enquanto materiais mais densos como água ou vidro podem reduzir a velocidade da luz para 70 a 60% de c. Fibras ópticas, muito utilizadas em telecomunicações, normalmente reduzem 30% da velocidade. Essa redução também é responsável pelo fenômeno da refração, quando a luz passa de um material para outro.

Como a velocidade depende do índice de refração, e este depende da frequência da luz, tem-se que a luz em diferentes frequências viaja a diferentes velocidades no mesmo material. Isto pode causar distorções das ondas eletromagnéticas chamadas de dispersão. Deve-se notar que ao voltar de um meio físico para o vácuo, a luz reassume a velocidade c sem receber nenhuma energia.

Desacelerando a luz |

Certos materiais especiais, como o condensado de Bose-Einstein, têm um índice de refração altíssimo, reduzindo a velocidade da luz a meros 17 metros por segundo. Em um experimento em 2001, a equipe da cientista Lene Hau conseguiu mesmo pará-la por instantes.^[22]

História |

Desde a antiguidade clássica, vários filósofos especularam sobre a velocidade da luz.^[23]Empédocles, Aristóteles e Heron na Grécia e os árabes Avicena e Alhazen deixaram, também, suas opiniões. Johannes Kepler, Francis Bacon e René Descartes, na Europa, também citaram o assunto. Galileu Galilei propôs um experimento em 1638, realizado em Florença no ano de 1667, que fracassou. A primeira técnica de medição foi acidentalmente descoberta em 7 de dezembro de 1676 pelo astrônomo dinamarquês Ole Romer.^[24] Enquanto observava Júpiter e seu satélite Io, notou que havia um atraso, o que o levou a comentar num congresso de astronomia que a velocidade da luz poderia ser muito alta. Suas medições, combinadas com outras de Christiaan Huygens, chegaram a um valor abaixo do valor real mas muito mais alto do que o de qualquer fenômeno conhecido então. Newton, em seu livro Opticks, aceita um valor quase igual ao de Romer.

Foram, no entanto, as observações de James Bradley, em 1728, que elucidaram a questão, calculando a velocidade num valor apenas um pouco menor que o aceito atualmente. Léon Foucault, usando a roda de medir a velocidade da luz inventada por Fizeau, publicou uma aproximação melhor, e finalmente, em 1926, Albert Michelson, do observatório Monte Wilson, publicou um valor preciso.

Eletromagnetismo |

Ao resolver as equações de Maxwell^[25] no vácuo e sem fontes de campo é possível obter a velocidade de uma onda eletromagnética. Segue o procedimento:

∇⋅E=0{displaystyle nabla cdot mathbf {E} =0}

∇⋅B=0{displaystyle nabla cdot mathbf {B} =0}

∇×E=−∂B∂t{displaystyle nabla times mathbf {E} =-{frac {partial mathbf {B} }{partial t}}}

∇×B=μ0ε0∂E∂t{displaystyle nabla times mathbf {B} =mu _{0}varepsilon _{0}{frac {partial mathbf {E} }{partial t}}}

Estas equações têm uma solução simples em termos de ondas progressivas planas senoidais, com as direções dos campos elétricos e magnéticos ortogonais um ao outro e à direção do deslocamento, e com os dois campos em fase:

∇×∇×E=∇(∇⋅E)−∇2E=∇×(−∂B∂t)=−∂(∇×B)∂t{displaystyle nabla times nabla times mathbf {E} =nabla (nabla cdot mathbf {E} )-nabla ^{2}mathbf {E} =nabla times left(-{frac {partial mathbf {B} }{partial t}}right)=-{frac {partial (nabla times mathbf {B} )}{partial t}}}

∇×∇×B=∇(∇⋅B)−∇2B=∇×(μ0ε0∂E∂t)=μ0ε0∂∇×E∂t{displaystyle nabla times nabla times mathbf {B} =nabla (nabla cdot mathbf {B} )-nabla ^{2}mathbf {B} =nabla times left(mu _{0}varepsilon _{0}{frac {partial mathbf {E} }{partial t}}right)=mu _{0}varepsilon _{0}{frac {partial nabla times mathbf {E} }{partial t}}}

Mas:

0−∇2E=−∂∂t(μ0ε0∂E∂t){displaystyle 0-nabla ^{2}mathbf {E} =-{frac {partial }{partial t}}left(mu _{0}varepsilon _{0}{frac {partial mathbf {E} }{partial t}}right)}

0−∇2B=μ0ε0∂∂t(−∂B∂t){displaystyle 0-nabla ^{2}mathbf {B} =mu _{0}varepsilon _{0}{frac {partial }{partial t}}left(-{frac {partial mathbf {B} }{partial t}}right)}

O que permite obter a equação da onda eletromagnética:

∇2E=μ0ε0∂2E∂t2{displaystyle nabla ^{2}mathbf {E} =mu _{0}varepsilon _{0}{partial ^{2}mathbf {E} over partial t^{2}}}

∇2B=μ0ε0∂2B∂t2{displaystyle nabla ^{2}mathbf {B} =mu _{0}varepsilon _{0}{partial ^{2}mathbf {B} over partial t^{2}}}

De onde se obtém a velocidade da onda eletromagnética (c):

c=1μ0ε0{displaystyle c={frac {1}{sqrt {mu _{0}varepsilon _{0}}}}}

Em 1865 Maxwell escreveu:

Ver também |

• Ano-luz


• Velocidade do som


• Relatividade geral


• Experiência de Michelson-Morley


• Astronomia


• Física


• Espaço-tempo


• Teoria da relatividade


• Velocidade da luz variável

Notas

Referências

Ligações externas |

A Wikipédia possui o Portal de Física.

• 
  Experiência de Michelson (em inglês)


• NIST


• 
  Desligando a luz (em inglês)