Mostrar código-fonte de Velocidade da luz

[[Ficheiro:Sol Terra Lua.JPG|thumb|300px|A luz do Sol demora aproximadamente 8 minutos para chegar à Terra.
{| class="wikitable" width=100%
|-
!colspan="2"|Velocidade da luz em várias unidades
|-
| [[metros por segundo]] (m/s)
| 299&nbsp;792&nbsp;458 ''(exactos)''
|-
| [[quilómetros por segundo]] (km/s)
| ≈ 300&nbsp;000
|-
| [[quilómetros por hora]] (km/h)
| ≈ 1079 milhões
|-
| [[milhas por segundo]]
| ≈ 186&nbsp;000
|-
| [[milhas por hora]]
| ≈ 671 milhões
|-
| [[Unidade Astronómica|Unidades Astronómicas]] por dia
| ≈ 173
|-
| [[Unidade Natural|Unidades Naturais]] (ou [[unidades de Planck]])
| 1 
|-
!colspan="2"|Tempo aproximado para a luz percorrer:
|-
| 1 metro
| 3,3 [[nanossegundo]]s
|-
| 1 quilómetro
| 3,3 [[microssegundo]]s
|-
| De uma [[órbita geoestacionária]] até à Terra
| 0,12 [[segundo]]s
|-
| O perímetro da Terra ([[Equador (linha)|Equador]])
| 0,13 segundos
|-
| da [[Terra]] à [[Lua]]
| 1,3 segundos
|-
| Do [[Sol]] à Terra
| 8,3 [[minuto]]s
|-
| Da estrela [[Alfa Centauro]] à Terra
| 4,4 [[ano]]s
|-
| Atravessar a [[Via-Láctea]]
| 100&nbsp;000 anos
|-
| Da [[Galáxia de Andrómeda]] à Terra
| 2&nbsp;500&nbsp;000 anos
|}|alt=A Terra orbita (gira) à volta do Sol a uma distância de 150 milhões de km e a Lua orbita à volta de Terra a uma distância média de 384&nbsp;000&nbsp;km]]

[[Ficheiro:Lightning NOAA.jpg|thumb|200px|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 da luz''' no [[vácuo]], simbolizada pela letra '''c''', é, por definição, igual a 299&nbsp;792&nbsp;458 [[metro]]s por [[segundo]]<ref>{{Citar web | url = http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/chapter2/2-1/metre.html | titulo = Unit of length (metre) | accessdata = 28-11-2007 | author = [[BIPM]] | obra = SI brochure, Section 2.1.1.1 | publicado = [[BIPM]] }}</ref>. O símbolo '''c''' origina-se do [[latim]] ''celeritas'', que significa [[velocidade]] ou rapidez<ref>{{Citar web | url = http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/c.html | titulo = Why is c the symbol for the speed of light? | accessdata = 05-06-2007}}</ref>. A velocidade da [[luz]] em um meio material [[Transparência (óptica)|transparente]], tal como o [[vidro]] ou o [[ar]], é menor que '''c''', sendo a fração função do [[índice de refração]] do meio.

A unidade fundamental do [[Sistema Internacional de Unidades]] (SI) para [[comprimento]]s, o metro, é definida desde [[21 de outubro]] de [[1983]] como a [[distância]] que a luz viaja no vácuo em 1/299&nbsp;792&nbsp;458 do segundo. Sendo assim, a definição do metro passou a ser dependente da velocidade da luz, numa inversão do que havia anteriormente. Assim, qualquer mudança na definição do correspondente numérico da velocidade da luz modificaria a definição do metro, ao passo que eventuais novos cálculos da velocidade da luz poderiam, ao invés de mudar o valor numérico do "c", modificar a medida do metro.

== Valor numérico, notação e unidades ==
A velocidade da luz no vácuo é geralmente denotada por ''c'', de "constante" ou da palavra latina {{lang|la|''[[celeritas]]''}} (que significa "rapidez"). Originalmente, o símbolo ''V'' era usado, 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 {{radic|2}} vezes a velocidade da luz no vácuo. Em 1894, [[Paul Drude]] redefiniu ''c'' para o seu significado moderno. [[Albert Einstein|Einstein]] usou ''V'' em seus [[Annus Mirabilis papers|artigos originais em alemão]] sobre a relatividade restrita em 1905<!--, a tradução de 1923 deles para o inglês por Perrett e Jeffery usava ''c''-->, mas em 1907 ele mudou para ''c'', que então tinha se tornado o símbolo padrão.<ref name=Yc>
{{cite web
 |last=Gibbs |first=P
 |year=2004 |origyear=1997
 |title=Why is ''c'' the symbol for the speed of light?
 |url=http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/c.html
 |work=Usenet Physics FAQ
 |publisher=[[University of California, Riverside]]
 |accessdate=2009-11-16
 |archiveurl=http://www.webcitation.org/5lLMPPN4L
 |archivedate=2009-11-17
}}</ref><ref>
{{cite journal
 |last=Mendelson |first=KS
 |year=2006
 |title=The story of ''c''
 |journal=[[American Journal of Physics]]
 |volume=74 |issue=11 |pages=995–997
 |doi=10.1119/1.2238887
|bibcode = 2006AmJPh..74..995M }}</ref>

Às vezes ''c'' é usado para a velocidade de ondas em ''qualquer'' meio material, e ''c''<sub>0</sub> para a velocidade da luz no vácuo.<ref name=handbook>Por exemplo, em:
*{{Cite book
 |last=Lide |first=DR
 |year=2004
 |title=CRC Handbook of Chemistry and Physics
 |url=http://books.google.com/?id=WDll8hA006AC&pg=PT76&dq=speed+of+light+%22c0+OR+%22
 |pages=2–9
 |publisher=[[CRC Press]]
 |isbn=0849304857
}}
*{{Cite book
 |last=Harris |first=JW |coauthors=''et al.''
 |year=2002
 |title=Handbook of Physics
 |url=http://books.google.com/?id=c60mCxGRMR8C&pg=PA499&dq=speed+of+light+%22c0+OR+%22+date:2000-2009
 |page=499
 |publisher=[[Springer (publisher)|Springer]]
 |isbn=0-387-95269-1
}}
*{{Cite book
 |last=Whitaker |first=JC
 |year=2005
 |title=The Electronics Handbook
 |url=http://books.google.com/?id=FdSQSAC3_EwC&pg=PA235&dq=speed+of+light+c0+handbook
 |page=235
 |publisher=[[CRC Press]]
 |isbn=0849318890
}}
*{{Cite book
 |last=Cohen |first=ER |coauthors=''et al.''
 |year=2007
 |title=Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry
 |url=http://books.google.com/?id=TElmhULQoeIC&pg=PA143&dq=speed+of+light+c0+handbook
 |page=184
 |edition=3rd
 |publisher=[[Royal Society of Chemistry]]
 |isbn=0854044337
}}</ref> Esta notação com índice, que é endossada na literatura oficial SI,<ref name=BIPM_SI_units>{{citation | author = International Bureau of Weights and Measures | authorlink = International Bureau of Weights and Measures | year = 2006 | url = http://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_brochure_8_en.pdf | title = The International System of Units (SI) | edition = 8th | isbn = 92-822-2213-6 | page = 12}}</ref> tem a mesma forma que outras constantes relacionadas: nomeadamente, ''μ''<sub>0</sub> para a [[permeabilidade do vácuo]] ou constante magnética, ''ε''<sub>0</sub> para a [[Constante de permissividade do vácuo|permissividade do vácuo]] ou constante elétrica, e ''Z''<sub>0</sub> para a [[impedância do espaço livre]].

No [[Sistema Internacional de Unidades]] (SI), o metro é definido como a distância que a luz percorre no vácuo em {{frac|1|{{val|299792458|}}}}299 792 458 de um segundo. Essa definição fixa a velocidade da luz no vácuo em exatamente 299 792 458&nbsp;m/s.<ref name=Boyes>
{{Cite book
 |last=Sydenham |first=PH
 |year=2003
 |chapter=Measurement of length
 |chapterurl=http://books.google.com/books?id=sarHIbCVOUAC&pg=PA56
 |editor=Boyes, W
 |title=Instrumentation Reference Book
 |edition=3rd
 |page=56
 |publisher=[[Butterworth–Heinemann]]
 |isbn=0750671238
 |quote=... if the speed of light is defined as a fixed number then, in principle, the time standard will serve as the length standard ...
}}</ref><ref name="Fundamental Physical Constants">
{{cite web
 |title=CODATA value: Speed of Light in Vacuum
 |url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?c
 |work=The NIST reference on Constants, Units, and Uncertainty
|publisher=[[National Institute of Standards and Technology|NIST]]
 |accessdate=2009-08-21
}}</ref><ref name=Jespersen>
{{Cite book
 |last=Jespersen |first=J |last2=Fitz-Randolph |first2=J |last3=Robb |first3=J
 |year=1999
 |title=From Sundials to Atomic Clocks: Understanding Time and Frequency
 |url=http://books.google.com/?id=Z7chuo4ebUAC&pg=PA280
 |page=280
 |edition=Reprint of National Bureau of Standards 1977, 2nd
 |publisher=[[Courier Dover]]
 |isbn=0486409139
}}</ref>
Como uma constante física dimensional, o valor numérico de ''c'' é diferente para sistemas de unidades diferentes.{{nota de rodapé|A velocidade da luz em [[unidades imperiais]] e [[Unidades usuais nos Estados Unidos|unidades dos EUA]] é baseada em uma polegada de exatamente 2,54&nbsp;cm e é exatamente 186 282 miles, 698 jardas, 2 pés, e {{frac|5|21|127}} polegadas por segundo.<ref>{{cite web
 |last=Savard |first=J
 |title=From Gold Coins to Cadmium Light
 |url=http://www.quadibloc.com/other/cnv03.htm
 |work=[http://www.quadibloc.com/ John Savard's Home Page]
 |accessdate=2009-11-14
 |archiveurl=http://www.webcitation.org/5lHYVsp5E
 |archivedate=2009-11-14}}</ref>
}}
Em ramos da física em que ''c'' aparece frequentemente, como na relatividade, é comum usar sistemas de [[unidades naturais]] de medida em que {{nowrap|''c'' {{=}} 1}}.<ref name=Lawrie>
{{Cite book
 |last=Lawrie |first=ID
 |year=2002
 |chapter=Appendix C: Natural units
 |chapterurl=http://books.google.com/books?id=9HZStxmfi3UC&pg=PA540
 |title=A Unified Grand Tour of Theoretical Physics
 |page=540
 |edition=2nd
 |publisher=[[CRC Press]]
 |isbn=0750306041
}}</ref><ref name=Hsu>
{{Cite book
 |last=Hsu |first=L
 |year=2006
 |chapter=Appendix A: Systems of units and the development of relativity theories
 |chapterurl=http://books.google.com/books?id=amLqckyrvUwC&pg=PA428
 |title=A Broader View of Relativity: General Implications of Lorentz and Poincaré Invariance
 |pages=427–8
 |edition=2nd
 |publisher=[[World Scientific]]
 |isbn=9812566511
}}</ref> Usando essas unidades, ''c'' não aparece explicitamente porque multiplicação ou divisão por 1 não afeta o resultado.

== Papel fundamental na física ==
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 pode depender de movimento da fonte relativo 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,<ref name="stachel">{{cite book |title=Einstein from "B" to "Z" - Volume 9 of Einstein studies |first1=JJ |last1=Stachel |publisher=Springer |year=2002 |isbn=0817641432 |page=226 |url=http://books.google.com/books?id=OAsQ_hFjhrAC&pg=PA226}}</ref> motivado pela [[Eletromagnetismo|teoria de Maxwell do eletromagnetismo]] e a falta de evidências para suportar o [[éter luminífero]];<ref>
{{cite journal
 |last=Einstein |first=A
 |year=1905
 |title=Zur Elektrodynamik bewegter Körper
 |url=http://www.pro-physik.de/Phy/pdfs/ger_890_921.pdf
 |journal=[[Annalen der Physik]]
 |volume=17 |pages=890–921
 |doi=
 |language=German
}}{{dead link|date=September 2011}} English translation: {{cite web
 |last=Perrett |first=W
 |last2=Jeffery |first2=GB (tr.)
 |last3=Walker |first3=J (ed.)
 |title=On the Electrodynamics of Moving Bodies
 |url=http://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/
 |work=[[Fourmilab]]
 |accessdate=2009-11-27
}}</ref> e desde então tem sido consistentemente confirmado por diversos experimentos. Somente é possível verificar experimentalmente que a velocidade da luz de ida e volta (por exemplo, de uma fonte para um espelho e então de volta) independe do referencial, porque é impossível medir a velocidade de ida da luz (por exemplo, de uma fonte para um detector distante) sem uma convenção sobre como os relógios na fonte e no detector devem ser sincronizados. No entanto, adotando a [[sincronização de Einstein]] para os relógios, a velocidade de ida da luz fica igual à velocidade da luz de ida e volta, por definição.<ref name=Hsu>
{{Cite book
 |last=Hsu |first=J-P |last2=Zhang |first2=YZ
 |year=2001
 |title=Lorentz and Poincaré Invariance
 |url=http://books.google.com/?id=jryk42J8oQIC&pg=RA1-PA541#v=onepage&q=
 |publisher=[[World Scientific]]
 |series=Advanced Series on Theoretical Physical Science
 |volume=8 |pages=543''ff''
 |isbn=9810247214
}}</ref><ref name=Zhang>
{{Cite book
 |last=Zhang |first=YZ
 |year=1997
 |title=Special Relativity and Its Experimental Foundations
 |url=http://www.worldscibooks.com/physics/3180.html
 |publisher=[[World Scientific]]
 |series=Advanced Series on Theoretical Physical Science
 |volume=4 |pages=172–3
 |isbn=9810227493
}}</ref> 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.<ref>
{{Cite book
 |last=d'Inverno |first=R
 |year=1992
 |title=Introducing Einstein's Relativity
 |pages=19–20
 |publisher=[[Oxford University Press]]
 |isbn=0-19-859686-3
}}</ref><ref>
{{Cite book
 |last=Sriranjan |first=B
 |year=2004
 |chapter=Postulates of the special theory of relativity and their consequences
 |chapterurl=http://books.google.com/books?id=FsRfMvyudlAC&pg=PA20#v=onepage&q=&f=false
 |title=The Special Theory to Relativity
 |publisher=[[PHI Learning]]
 |isbn=812031963X
 |pages=20 ''ff''
}}</ref> Uma consequência é que ''c'' é a velocidade a que todas as [[Partícula sem massa|partículas sem massa]] e toda [[radiação eletromagnética]], incluindo a [[luz]] visível, se propaga (ou move) no vácuo. É também a velocidade de propagação da [[atração gravitacional]], na [[teoria geral da relatividade]].

Distâncias [[astronomia|astronômicas]] são frequentemente medidas em [[ano-luz|anos-luz]], que é a distância que a luz percorre em um ano solar, aproximadamente 9,46{{E|12}} quilômetros.

== Interação com materiais transparentes ==
{{sem-fontes|Esta seção|data=agosto de 2012}}
Passando por materiais transparentes, a velocidade da luz é reduzida a uma [[fração]] de '''c''' , sendo esse seu [[índice de refração]], uma característica do material. 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'''. [[Fibra óptica|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''.<ref>{{Citar web|lingua=Inglês|autor=Hau, Lene; Harris, S. E.; Dutton, Zachary; Behroozi, Cyrus H.|titulo= Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas|obra=[[Nature]]|url=http://www.nature.com/nature/journal/v397/n6720/abs/397594a0.html|data=18/09/1999|acessodata=7/7/2011}}</ref>

== História ==
Desde a antiguidade clássica, vários filósofos especularam sobre a velocidade da luz.<ref name="PORTSF">{{citar web|url=http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/velocidade-da-luz/velocidade-da-luz-1.php|título=Velocidade da Luz|publicado=Portal São Francisco|acessodata=8 de fevereiro de 2012}}</ref> [[Empédocles]], [[Aristóteles]] e [[Heron de Alexandria|Heron]] na [[Grécia]] e os [[árabe]]s [[Avicena]] e [[Alhazen]] deixaram, também, suas opiniões. O [[Índia|indiano]] , no [[século XIV]], deixou um comentário no [[Rig Veda]] (estimados 302&nbsp;000&nbsp; m/s).{{carece de fontes|data=abril de 2012}} 

[[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 [[1676]] por [[Ole Romer]]. Enquanto observava [[Júpiter (planeta)|Júpiter]] e seu satélite [[Io (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. [[Isaac Newton|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 Fizeau|roda]] de medir a velocidade da luz inventada por [[Hippolyte Fizeau|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]]<ref name="UNIC">{{citar web|url=http://www.ime.unicamp.br/~vaz/maxwell.htm|título=As Equações de Maxwell|publicado=UNICAMP|acessodata=8 de fevereiro de 2012}}</ref> no [[vácuo]] e sem fontes de campo é possível obter a velocidade de uma [[onda eletromagnética]]. Segue o procedimento:

:<math>\nabla \cdot \mathbf{E} = 0</math>

:<math>\nabla \cdot \mathbf{B} = 0</math>

:<math>\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial\mathbf{B}} {\partial t} </math>

:<math>\nabla \times \mathbf{B} = \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t} </math>

Estas equações têm uma solução simples em termos de ondas progressivas planas [[senóide|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:

:<math>\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}</math>

:<math>\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}</math>

Mas:

:<math>0 - \nabla^2 \mathbf{E}= -\frac{\partial}{\partial t} \left(\mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}\right)</math>
:<math>0 - \nabla^2 \mathbf{B}= \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial}{\partial t} \left(-\frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t}\right)</math>

O que permite obter a [[equação da onda]] eletromagnética:

:<math>\nabla^2 \mathbf{E}= \mu_0 \varepsilon_0 { \partial^2 \mathbf{E} \over \partial t^2 }  </math>

:<math>\nabla^2 \mathbf{B}= \mu_0 \varepsilon_0 { \partial^2 \mathbf{B} \over \partial t^2 }  </math>

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

:<math>c = \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \varepsilon_0}} </math>

Em [[1865]] [[James Clerk Maxwell|Maxwell]] escreveu:

{{quote1|Esta velocidade é tão próxima da velocidade da luz que parece que temos fortes motivos para concluir que a [[luz]] em si (incluindo calor radiante, e outras radiações do tipo) é uma perturbação eletromagnética na forma de ondas propagadas através do campo eletromagnético de acordo com as leis eletromagnéticas.}}

== {{Ver também}} ==
* [[Ano-luz]]
* [[Relatividade geral]]
* [[Experiência de Michelson-Morley]]
* [[Astronomia]]
* [[Física]]
* [[Espaço-tempo]]
* [[Teoria da relatividade]]

{{Notas}}

{{Referências|col=3}}

== {{Ligações externas}} ==
{{portal-física}}
* {{link|en|2=http://www.itl.nist.gov/div898/bayesian/datagall/michelso.htm|3=Experiência de Michelson}}
* [http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?c NIST]
* {{link|en|2=http://physicsweb.org/article/news/7/12/5|3=Desligando a luz}}

[[Categoria:Constantes fundamentais]]

{{Link FA|de}}
{{Link FA|en}}
{{Link FA|es}}
{{Link FA|sk}}