Velocidade da luz

[M.a.r.c.e.l]

Quando a luz entra num bloco de vidro transparente, ela reduz a velocidade correto. Quado ela sai, a velocidade aumenta certo? De onde vem a energia pra "acelerar" a luz quando sai do meio vítreo?

[Gorducho]

Indo o Sr. pra certo endereço c/certa pressa na hora do rush n'1 cidade grande, mantém certa velocidade Vₒ nas calçadas empregando certa potência orgânica W.
Adentrando o Metro s/velocidade efetiva na direção desejada diminui pela interação c/as pessoas, mesmo usando = W corporal.
Vᵢ < Vₒ
Ao sair retoma Vₒ (= W).

[Fernando Silva]

Quando a luz entra num bloco de vidro transparente, ela reduz a velocidade correto. Quado ela sai, a velocidade aumenta certo? De onde vem a energia pra "acelerar" a luz quando sai do meio vítreo?

Não entendo do assunto, mas imagino que certas leis da física, como a inércia e a energia cinética podem não se aplicar aos fótons.

[Gorducho]

QUE EU SAIBA a explicação canônica é essa mesmo da m/analogia. γs perdem velocidade na direção principal (note que eles podem zig-zaguear dentro do meio) pela interação c/as moléculas do meio. Aí são absorvidos e reemitidos perdendo tempo e claro que vão perder alguma energia nisso (↓ ν).
No vácuo como não encontram átomos...
Ao questionamento consequente seguinte: ¿por que as radiações eletro-magnéticas (γs) ficam andando nessa velocidade = ... à velocidade delas, a resposta é:
é empírico. Então o Espaço-Tempo constrói-se a partir disso.
Tipo como na Física Aristotélica: é da natureza delas (EMRs) serem assim. Então monta-se o Modelo Científico a partir desse dado empírico.

[Huxley]

Quando a luz entra num bloco de vidro transparente, ela reduz a velocidade correto. Quado ela sai, a velocidade aumenta certo? De onde vem a energia pra "acelerar" a luz quando sai do meio vítreo?

O texto acima já faz a pressuposição implícita de que a energia da luz se altera durante o percurso na história contada. Não é assim que acontece se o material do vidro for perfeitamente transparente e não absorvente. Este diálogo com o Google Gemini ajuda a entender a razão:

Huxley:

Se uma bola perfeitamente esférica for arremessada num plano perfeitamente liso a 10 m/s e passar por um trecho apenas mais ou menos liso, então a sua velocidade diminuirá. O que acontecerá com a velocidade dessa bola se esse trecho mais ou menos liso for curto e o trecho perfeitamente liso aparecer logo à frente? A velocidade voltará à 10 m/s?

Google Gemini:

O que Acontece com a Velocidade da Bola?

Não, a velocidade da bola não voltará a 10 m/s depois de passar por um trecho menos liso, mesmo que o trecho perfeitamente liso apareça logo em seguida.

Isso acontece por causa do atrito. Quando a bola passa pelo trecho "mais ou menos liso", o atrito entre a superfície e a bola age como uma força que se opõe ao movimento, fazendo com que a bola perca energia cinética. Essa energia perdida é geralmente convertida em calor e som.

Uma vez que a energia cinética é perdida devido ao atrito, ela não é magicamente recuperada quando a bola retorna a uma superfície perfeitamente lisa. No trecho perfeitamente liso, a bola continuará se movendo, mas a uma velocidade menor do que os 10 m/s iniciais, pois não haverá mais atrito para diminuir sua velocidade (idealmente).

Em resumo, a perda de velocidade causada pelo atrito é irreversível no contexto do movimento da bola.

Huxley:

Porém, uma coisa análoga não acontece com um feixe de luz no vácuo que atravessa um trecho curto de vidro perfeitamente transparente e não absorvente. Por que não há perda de energia da luz e sua posterior recuperação?

Google Gemini:

A analogia entre a bola e a luz, nesse caso, não se sustenta por uma diferença fundamental na natureza de cada um e na forma como interagem com o meio. A luz não perde energia (e consequentemente, sua "velocidade" não diminui permanentemente) ao passar por um vidro transparente e não absorvente, ao contrário da bola que sofre atrito.

Vamos entender o porquê:

1. Interação com a Matéria

* Bola (Massa): Quando a bola se move sobre uma superfície, há atrito. O atrito é uma força dissipativa que converte a energia cinética da bola em outras formas de energia (principalmente calor e som), que não podem ser facilmente recuperadas pelo sistema. A bola está perdendo energia mecânica para o ambiente.

* Luz (Fótons): A luz é composta por fótons, partículas sem massa. Quando a luz entra em um meio transparente como o vidro, ela não "sofre atrito" no mesmo sentido que a bola. Em vez disso, os fótons interagem com os elétrons dos átomos do vidro. Eles são absorvidos e reemitidos repetidamente. Durante esse processo de absorção e reemissão, a luz diminui sua velocidade dentro do material. No entanto, é importante ressaltar que essa "diminuição da velocidade" é uma consequência do tempo gasto nessas interações, e não uma perda de energia.

2. Conservação de Energia

* Bola: A energia mecânica total da bola não se conserva devido à presença de forças não conservativas (como o atrito).

* Luz: Em um meio perfeitamente transparente e não absorvente, não há mecanismo para a luz perder energia de forma permanente. Os fótons não são "freios" e não dissipam sua energia em calor. A energia de um fóton é determinada por sua frequência (E = hf), e essa frequência não muda ao passar pelo vidro. Se o vidro não absorve, significa que os fótons que entram são os mesmos que saem, mantendo sua energia e, portanto, sua frequência e cor.

3. "Recuperação" da Velocidade

* Bola: Uma vez que a energia é perdida para o atrito, ela se dissipa e não é revertida para o movimento da bola.

* Luz: A luz apenas atrasa sua propagação dentro do material devido às interações. Uma vez que ela emerge do vidro e retorna ao vácuo, onde não há mais interações com elétrons, ela retorna imediatamente à sua velocidade original (c), a velocidade da luz no vácuo. Isso porque a natureza fundamental do fóton e sua energia não foram alteradas.

Em resumo, a diferença crucial reside na forma como a energia é tratada. O atrito com a bola causa uma perda irreversível de energia mecânica, enquanto a interação da luz com um material transparente causa apenas um atraso temporário na propagação, sem perda de energia dos fótons.

[Gorducho]

O texto acima já faz a pressuposição implícita de que a energia da luz se altera durante o percurso na história contada. Não é assim que acontece se o material do vidro for perfeitamente transparente e não absorvente.

A pergunta dele se refere ao fato que que a velocidade da "luz" = c só no meio = vácuo.
Outros meios Vluz < c.

os fótons interagem com os elétrons dos átomos do vidro. Eles são absorvidos e reemitidos repetidamente. Durante esse processo de absorção e reemissão, a luz diminui sua velocidade dentro do material. No entanto, é importante ressaltar que essa "diminuição da velocidade" é uma consequência do tempo gasto nessas interações, e não uma perda de energia.

A luz apenas atrasa sua propagação dentro do material devido às interações. Uma vez que ela emerge do vidro e retorna ao vácuo, onde não há mais interações com elétrons, ela retorna imediatamente à sua velocidade original (c), a velocidade da luz no vácuo. Isso porque a natureza fundamental do fóton e sua energia não foram alteradas.

E o que foi que eu disse
Mas ACHO que deve haver alguma perda de energia. SÓ QUE pra luz essa eventual perda nada tem a ver c/Energia Cinética (velocidade).
Vou tentar ver algo + detalhado sobre luz em não-vácuo...

[Gorducho]

Então... pelo que entendi perda de energia se dá por ABSORÇÃO de γs em certos átomos.
Efeito = redução da INTENSIDADE da luz – α n° γs no feixe (= AMPLITUDE da EMR) – não na energia individual (α ν) – dos γs reemitidos e que integrarão a luz reemergente ao meio não-vácuo (vidro no caso).
Perda posteriormente dissipada como calor.

[M.a.r.c.e.l]

Outra dúvida sobre fótons: O sol, por exemplo, emite uma quantidade limitada de fótons correto? Isso me leva a crer que, na difusão radial de fótons a partir do sol, vai chegar um momento em que, a uma grande distância do sol, um observador estará "entre" dois "raios" de difusão de fótons a partir só sol. Logo, provavelmente nenhum fóton do sol atingirá esse observador. Nesse cenário, o sol seria completamente invisível para esse observador. Faz sentido o meu raciocínio?

[Gorducho]

vai chegar um momento em que, a uma grande distância do sol, um observador estará "entre" dois "raios" de difusão de fótons a partir só sol. Logo, provavelmente nenhum fóton do sol atingirá esse observador. Nesse cenário, o sol seria completamente invisível para esse observador.

Partindo do princípio de que cada “ponto” da superfície da fotosfera emita, vem a estatística. Se não emite no instante t vai emitir @t + dt.
E note que devido à parte onda da luz qq. “ponto” emite pra todos 2π sr ângulos que ele (o “ponto”) enxerga do Firmamento.
Ainda: note que tanto a superfície da fotosfera quanto o Firmamento visto dela têm o mesmo n° 𝔠 de pontos. Então estatisticamente saem γs preenchendo todos 4π sr do Firmamento abarcados pela superfície da fotosfera.
Obs: note que cá 𝔠 = n° de “pontos” (cardinalidade) do contínuo (= n° de pontos em ℝ).
E como tem TANTOS átomos emitindo dá pra se fazer essa aproximação c/"∞²" so to speak.

[JungF]

Fótons, as partículas de luz, são produzidos quando átomos ou núcleos instáveis liberam energia. Essa liberação ocorre quando elétrons em átomos saltam entre diferentes níveis de energia ou quando núcleos sofrem decaimento radioativo.
Isso quer dizer que os átomos do sol e o decaimento de energia dos núcleos instáveis, produzem fotóns permanentemente. Daí, a premissa de que a quantidade de fótones produzida pelo sol é limitada, não é correta.

[Gorducho]

Entendo que ele se refere à potência [W] que ele irradia.

[M.a.r.c.e.l]

Fótons, as partículas de luz, são produzidos quando átomos ou núcleos instáveis liberam energia. Essa liberação ocorre quando elétrons em átomos saltam entre diferentes níveis de energia ou quando núcleos sofrem decaimento radioativo.
Isso quer dizer que os átomos do sol e o decaimento de energia dos núcleos instáveis, produzem fotóns permanentemente. Daí, a premissa de que a quantidade de fótones produzida pelo sol é limitada, não é correta.

Então se a quantidade não é limitada, o sol produz infinitos fótons? Seria isso?

[Gorducho]

N° γs emitidos por s depende da potência [W] energética dele – que pode ser consultada em qq. fonte de Astronomia.
Como tem MUITOS "pontos" (átomos) emitindo fiz a aproximação pra 𝔠 (contínuos) pontos, então espraiado luz pra todas direções do Firmamento.