UFU 2021-2 (demais cursos) — questão 23 de Física
Enunciado em texto
No final do século XIX, os cientistas Michelson e Morley buscaram analisar a existência de um sistema de referência absoluto, a partir do qual todos os movimentos pudessem ser analisados. Supuseram que há uma espécie de “substância”, que preenche todo o espaço sideral. Quando a luz viaja através dela, sua velocidade poderia ser afetada por tal “substância”, da mesma forma que a velocidade de um barco varia quando ele está se movendo no sentido da correnteza do rio por onde navega ou perpendicular a ela.
Para testar tal influência, eles montaram um experimento, apresentado de modo simplificado na imagem a seguir.
Nele, um feixe de luz é dividido em dois (I e II), ao passar por uma lâmina parcialmente espelhada, seguindo caminhos que formam um ângulo reto entre si. Tais raios atingem os espelhos planos, são refletidos, recombinados e desviados para um anteparo. Com tal aparato, buscaram checar se havia qualquer diferença na rapidez média ao longo dos dois caminhos de ida e volta, que tinham o mesmo comprimento (d). O experimento foi montado de tal forma que o caminho (II) estava paralelo ao movimento orbital da Terra e o (I), perpendicular, uma vez que, se nosso planeta estivesse viajando através da tal substância, isso afetaria a velocidade do feixe luminoso.
[Figura: um “feixe de luz” chega pela esquerda, na horizontal, a uma “lâmina parcialmente espelhada” inclinada a 45°. Parte da luz segue reto para a direita, percorre a distância d até um “espelho plano” vertical e volta (caminho II, horizontal); parte sobe na vertical, percorre a distância d até outro “espelho plano” horizontal e volta (caminho I, vertical). Os dois feixes se recombinam na lâmina e descem até o “anteparo”, embaixo. Uma seta horizontal para a direita indica a “direção do movimento orbital da Terra”, paralela ao caminho II.]
À luz dos conhecimentos atuais, que relação há entre as velocidades dos feixes (I) e (II)?
A) A velocidade do feixe (I) é igual à do feixe (II), o que mostra a inexistência de tal “substância”.
B) A velocidade do feixe (II) é maior do que a do feixe (I), pois ele viajou mais rápido, aproveitando a velocidade favorável de deslocamento da Terra.
C) A velocidade do feixe (I) é igual à do feixe (II), pois a “substância”, apesar de existente, não provoca nenhum efeito nos feixes de luz.
D) A velocidade do feixe (I) é maior do que a do feixe (II), pois, apesar de a “substância” interferir na velocidade da luz, ela é arrastada junto com a Terra no seu deslocamento.
(Enunciado e figura: Processo Seletivo UFU 2021-2 (demais cursos, prova de 21/08/2021), 1ª fase — Universidade Federal de Uberlândia.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e à sua Diretoria de Processos Seletivos (DIRPS/UFU).
Resolução comentada
O que a questão pede: o resultado do experimento de Michelson-Morley e o que ele significa para a tal “substância” (o éter).
Passo 1 — o que se esperava. Se a luz se propagasse num éter em repouso e a Terra se movesse através dele com velocidade , a luz teria velocidade num sentido e no outro ao longo do caminho II, como o barco na correnteza. O tempo de ida e volta seria diferente nos dois braços:
Com , girar o aparelho deveria deslocar as franjas de interferência no anteparo.
Passo 2 — o que se observou. Nenhum deslocamento de franjas compatível com o movimento da Terra, em qualquer orientação e em qualquer época do ano: a luz leva o mesmo tempo nos dois braços. A rapidez da luz é a mesma nas duas direções.
Passo 3 — a interpretação atual. Esse resultado nulo foi uma das bases da Relatividade Restrita de Einstein (1905): a velocidade da luz no vácuo é a mesma para qualquer observador inercial, e não há um referencial absoluto. O éter deixou de ter qualquer papel e foi abandonado. As velocidades dos feixes (I) e (II) são iguais.
Por que não as outras: B é a expectativa clássica, que não se confirmou; e, mesmo nela, a rapidez média de ida e volta no braço II seria menor, não maior (o ganho na ida não compensa a perda na volta). C aceita a existência do éter, mas uma substância que não produz efeito mensurável nenhum é exatamente o que a Física moderna descartou. D mistura hipóteses: se o éter fosse arrastado com a Terra, as velocidades seriam iguais, e não a do feixe (I) maior; além disso, o arrasto total do éter foi descartado por outras observações, como a aberração da luz das estrelas.
⚠️ A armadilha: a alternativa C, que acerta a igualdade das velocidades, mas erra na conclusão. O ponto do experimento é que não existe o referencial absoluto que o éter representaria.
A ideia em uma frase: Michelson e Morley não acharam diferença nenhuma: a luz tem a mesma velocidade em todas as direções, e o éter saiu da Física.
Resposta: alternativa A (velocidades iguais; não há a “substância”).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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