Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo R.1 - Ex. 37
Humberto e Roberto são dois músicos de jazz gêmeos, que se apresentam como uma dupla tocando trombone e saxofone. Aos vinte anos, no entanto, Roberto recebeu uma irresistível oferta para tocar uma estrela distante anos-luz. Para comemorar sua boa sorte, ele comprou um novo veículo para a viagem – um cupê espacial de luxo que viaja a . Os gêmeos se comprometem a treinar com afinco, de modo a poderem recompor a dupla no futuro. Entretanto, a turnê de Roberto é tão bem-sucedida que ele leva exatos dez anos para voltar e reencontrar Humberto. Após o reencontro:
(a) Quanto anos terá Roberto treinado e
(b) Quanto anos terá Humberto treinado?
Passo 1
O relógio de Roberto, incluindo seu relógio biológico, estão sempre em relação a Roberto, então avançam com a mesma proporção que o tempo avança para Roberto. O mesmo é verdade para Humberto e seu relógio no seu referencial. Imgaine uma longa vara, em repouso em relação à Terra, com uma ponta na Terra e outra na estrela. O comprimento desta vara em repouso é de ( é a velocidade da luz e são anos). O tempo que Roberto tem para treinar é o tempo da viagem em relação ao referencial de Roberto, e o tempo que Humerto tem para treinar é o tmepo da viagem de Roberto no referencial de Humberto.
Passo 2
(a) A figura abaixo esquematiza a situação no referencial do Roberto. A distância entre a Terra e a estrela é o comprimento da vara em repouso:
Passo 3
Para achar o tempo , no referencial de Roberto, da viagem até a estrela de distância , aplicamos a fórmula:
Contudo, devemos achar , que é relacionado com pela fórmula de contração do espaço:
Passo 4
Substituindo por valores numéricos, a equação achada no Passo 3:
Passo 5
Enquanto Roberto estava na estrela, cada referencial estava em repouso em relação ao outro. Assim, devemos somar ao tempo achado. Como houve uma viagem de ida e uma de volta, o tempo deve ser multiplicado por dois, pois a relatividade ocorreu durante a viagem de Roberto:
Passo 6
(b) A figura abaixo esquematiza a situação no referencial do Humberto. A distância entre a Terra e a estrela é o comprimento da vara em movimento:
Passo 7
Para achar o tempo no referencial de Humberto para a viagem de Roberto até a estrela, devemos usar a fórmula:
Isolando, obtemos:
Trocando as variáveis pelos valores correspondentes:
Passo 8
Enquanto Roberto estava na estrela, cada referencial estava em repouso em relação ao outro. Assim, devemos somar ao tempo achado. Como houve uma viagem de ida e uma de volta, o tempo deve ser multiplicado por dois, pois a relatividade ocorreu durante a viagem de Roberto:
Resposta
a) anos
b) anos