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Apenas alguns elementos podem se tornar ímãs permanentes - ferro é um deles. Cobre não é. Mas se você passar
uma corrente elétrica através de qualquer metal ele vira um ímã - um eletroímã. Mas como isso
funciona? Bom, se já não fosse estranho o bastante, esta é uma consequência da relatividade especial.
Relatividade especial é o fato de que em nosso universo, comprimento e tempo não são absolutos;
eles são percebidos diferentemente por observadores se movendo em relação a outro (daí o nome, "relatividade").
Por exemplo, se você medir com muito cuidado, vai descobrir que o tempo passa mais devagar para observadores
se movendo em relação a você.
Ei Derek, quando foi a última vez que você fez a barba? Derek1: Seis horas atrás.
DerekEmMovimento: Na verdade foi há cinco horas, 59 minutos e 59.99999999999 segundos
E objetos em movimento também são contraídos na sua direção de movimento.
Você parece mais fino hoje. Apenas no seu ponto de referência.
Então, quando um objeto está se movendo em relação a você, na verdade ele ocupa menos espaço do que quando
não está se movendo. E mesmo este efeito sendo obviamente muito menor do que mostramos,
contração de comprimento É o que faz um eletroímã funcionar.
Imagine um fio de cobre - ele consiste de íons positivos de metal nadando em um oceano de elétrons
negativos. Agora o número de prótons é igual ao número de elétrons, então o fio está
neutro. Então, se houvesse uma par... err, um gato positivamente carregado nas redondezas,
ele não sofreria absolutamente nenhuma força vinda do fio de cobre.
E mesmo se houvesse corrente no fio, os elétrons apenas estariam se deslocando em
uma direção, mas a densidade de cargas positivas e negativas ainda seria a mesma,
e então o fio ainda seria neutro, sem nenhuma força no bichano.
Mas e se o gato começar a se mover? Para simplificar, imagine que o gato está se movendo
na mesma direção dos elétrons com a mesma velocidade. Agora, no meu ponto de referência
o fio ainda está neutro e então não deveria haver nenhuma força no gato, mas considere
a mesma situação no ponto de referência dele.
No referencial do gato as cargas positivas é quem estão se movendo, então de acordo
com a relatividade especial, a distancia entre elas será um pouquinho menor. Também, da mesma
perspectiva, os elétrons não estão se movendo, então eles vão estar um pouco mais afastados do que antes
- lembre-se, objetos ocupam mais espaço quando não estão se movendo do que quando estão. Estas
duas mudanças juntas significam uma maior densidade de cargas positivas no fio, então
ele não está mais neutro, e sim positivamente carregado! O que significa que um gato positivamente carregado
sofrerá uma força elétrica repulsiva do fio.
Mas no meu ponto de referência isso é estranho: não há força em um gato parado,
mas um gato que se move é repelido de alguma maneira do fio neutro.
Como você explica essa força? Bom, nós dizemos que é uma força magnética, e isso é principalmente
porque um fio com corrente desvia ímãs próximos. Então, na verdade, o que este experimento
mostra é que um campo magnético é apenas um campo elétrico visto de um diferente ponto de
referência.
No referencial do gato, ele é repelido do fio pelo campo elétrico criado
pelo excesso de cargas positivas produzido pelos efeitos de contração de comprimento. No MEU ponto
de referencia, o gato é repelido de um fio neutro devido ao campo magnético gerado
pela corrente atravessando o fio.
Então se o que você ve é um campo elétrico ou magnético depende apenas do seu ponto
de referencia, mas em ambos os casos os resultados são os mesmos. Então um elétroímã é um exemplo
do dia-a-dia da relatividade especial em ação!
Agora isto pode parecer louco, porque elétrons atravessam os fios a mais ou menos 0.0000000001%
da velocidade da luz - então como pode a relatividade especial ter alguma coisa a ver com isso? Bom, a verdade é
que há tantos elétrons no fio, e a interação elétrica é tão forte
que até mesmo minúsculos efeitos de contração de comprimento podem produzir desequilíbrios
significantes de cargas e produzir uma força notável.
Então, relatividade especial explica eletroímãs - mas, e ímãs permanentes?
Isso! Digo, não pode haver corrente elétrica fluindo dentro de montes de rocha, pode?
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