RELATIVIDAD ESPECIAL A. P. FRENCH
MIT
PHYSICS COURSE
(Massachusetts Institute I nstitute of Technology)
EDITORIAL REVERTÉ, S. A.
Título de la obra original:
Special Relativity Edición original en lengua inglesa publicada publicada por:
W. W. Norton & Company, Inc., New York, USA Copyright © by The Massachusetts Massachusetts Institute Institute of Technology Technology Versión española por:
Prof. J. Aguilar Peris Catedrático de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Madrid Con la colaboración de:
Dr. D. J. Doria Rico Profesor adjunto de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Madrid Propiedad de:
EDITORIAL REVERTÉ, S. A. Loreto, 13-15, Local B 08029 Barcelona Tel: (34) 93 419 33 36 Fax: (34) 93 419 51 89 E-mail:
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© EDITORIAL REVERTÉ, S. A., 1988 REIMPRESIÓN: REIMPRESIÓN: Junio de 2002 Impreso en España - Printed in Spain
ISBN: 84-291-4100-6 Obra completa ISBN: 84-291-4097-2 Tomo I ISBN: 978-84-291-9060-1 978-84-291-9060-1 eBook
Depósito legal: SE-2200-2002 Impresió Impresión: n: Publicaci Publicaciones ones Digitales Digitales,, S. A. (Sevilla) (Sevilla) www.publidisa.com – (+34) 95.458.34.25.
Distancia a recorrer : 8,4 m Primera
1
1 metro
sección del Linac
2 3
12
Linac de 15 MeV
4 9
10
5 6 7
11
8 Osciloscopio
∼ 3 x 10-9 s
1 Planos equipotenciales 2 Cañón electrónico
Distribución de la carga de la ráfaga de electrones en la fución de tiempo
3 Suministrador de pulsos rápidos 4 Tanque a presión de Van de Graaff 5 Célula fotoelétrica 6 Ventana 7 Fuente de destellos luminosos 8 Cinta de carga
9 Tubo corto que señala el comienzo del recorrido de la ráfaga de electrones a lo largo de la trayectoria 10 Cable que transmite la señal de barrido 11 Cables que tranmiten las señales de igual tiempo de tránsito 12 Disco de aluminio que recoge los electrones y la llegada de la señal de la ráfaga de los electrones al final de su recorrido
10,0 9,0 8,0 7,0 2
s / 6,0 2
m 5,0 0 1 4,0
Predicción newtoniana
6 1
, v
2
3,0 2,0 1,0 0
1,0
2,0 3,0 4,0 Energía cinética K en MeV
5,0
6,0
M
(a)
E L
E
(b)
∆ x
3
x 0
m / ] v [ m
Kaufmann Bucherer Guye y Lavanchy
2
x x x xx
1
0
0,1
0,2
0,3
xx x
0,4 0,5 v/c
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Estrella
(a) 3
2 Tierra c'
Sol
4
1
b
c
a
a' d
90ο θ0 v2 v1 v3
v4
(b)
50" 40"
30"
20"
10" 0 Sep. 1
Nov. 1
Ene. 1
Mar. 1
Mayo 1
Jul. 1
Sep. 1
Entrada de agua v M 3
M 2
l S M 1
P
Salida de agua T
v
Tierra
Júpiter con una luna v
B´
B
Sol
A
A´
M 2
C
P S M 1
Metalizada
T
0,05 λ
Al mediodía
0,00 0,05 0,00 λ
N S
E O l/8x
Teórico Experimental
Noche
S N
M 2 l2
«
Viento de éter »
P
S
l1 M 1
T
M 2 «
Viento de éter »
l2 S
M 1 l2
l1
P
M 2
P
M 1
l1 θ
S T
(a)
(b)
T
t
t
A1
t 1
0
A
B (a)
C
C 1´
t 2
C 1
x
0
A1´ A
B (b)
C
x
t
t'
C 1´
x´ A1´
0
A
B
C
x
t
t´
P
t P t P´
x´ x P´
0
x P
x
y
10 A
0
- 10
B
x C
D
E
F
ct
ct´´
ct´
Señal luminosa
P R
0
B A C
x´ Q
x x´´
t
t´
P2
P1 x´
0
x
t
t´
P2 P1
t´ = const. x´
0
x 1
x 2
x
Pulsos de desintegración de recuento en el fotomultiplicador Disparador Cámara Hierro
Amp. Reg.
Centelleador Fotomultiplicador
Pantalla
Señal de entrada
Amp. Regis.
B
l0
l0
v A
N
C
A1
B1
l
∆t 1 A2
B2
l
∆t 2 A3
B3
l
Mesa giratoria a prueba de choques
Laser 2
Fotomultiplicador
Instrumentos para medir y registrar frecuencia pulsante
Laser 1
Espejo semi-plateado
ct
ct
ct'
ct'
R'
Q
x' A'
0
x' B'
B' x
A (a)
0
B
x A (b)
l0 A
B
C
D
E
x
0 (a)
E B A
C
D
x' (b)
Relojes en reposo en S' (a)
-
2 A'
1 B'
0 C' -1 D' -2 E' -3 F'
-2 A
-1 B
0 C
1 D
2 E
3 F Relojes en reposo en S
Reloj en reposo en S''
3 A'
(b)
2 B'
1 C'
0 D' -1 E' -2 F'
-
-1 A
0 B
1 C
2 D
3 E
4 F
4 A'
3 B'
2 C'
(c)
1 D' 0 E' -1 F'
-
0 A
1 B
2 C
3 D
4 E
5 F
ct
ct '
x = - ct
Q P
x = ct'
x' o
x
Futuro Algún otro lugar Pasado
M 3
M 2
M 4
ω P1
v v
O
r
P
P2
M
M 1
S
Blanco Trayectoria del haz de protones
Colimador Imán
A
Pared protectora
D
Detector B
(a)
P1
u2
t=0 R (b)
P2
P1
u2
t= λ '
u2
w
R
La fuente en el instante t
( x 2, t 2)
t n ( o l s u P
) l +
( x 1, t 1)
o e r i m p r l s o u P
t = n
0
x 0
Observador
x
6 5 s / m K
4
λ /
λ ∆
4
0 1 , d a d i c o l e V
c
3 2 1
r 0
1,0
Distancia, 10 años luz 9
2,0
20 005 600 5 500 5 400 5 300 s / s o l c i c , a d i b i c e r a i c n e u c e r F
5 200 5 100 5 000 4 900 4 800 4 700 4 600 4 500 4 400 20 004 300 0334
0335
0336
0337
0338
0339
Tiempo respecto al meridiano de Greenwich
0340
0341
x 1
x 2
x = 0 v
θ
x 2 r 1
h
θ
Suelo
0
Para H3
0,050
Para H2
0,040
20755 volts
s m o r t s 0,030 g n a
, 2 λ ∆
13702 volts
0,020 H2 H3
0,010 7859 volts 0 (a)
5
10 15 ∆λ 1, angstroms (b)
20
25
En reposo
Moviéndose a través del éter
θ
u
u
v (a)
(b)
s l / a s o a l c d i i c b e n d e a a i c d n a e s u e r c p e x r f e e o d d n a u ó i t c c e a f i r e a o V i r g
1,15 1,10 1,05 1,00 AM 7 8
9 10 11 12 1 2 3 Hora del dia
4
5
6
7
8
9 10 PM
v
A0 (a)
∆ x
W 0 B1
B0
C 1 L 0 / γ
∆ x (b)
A'
(b)
B'
θ
C'
W W 0 0 L 0
θ
y
Observando en S v
u v
-u B (a)
A u0 -u0
Observando en S'
-u0 u0 B A u
-v -u (b)
-v
En S' (a)
u
-u
m(u)
m(u)
M 0
En S
u
U (b)
m(u)
m0
M
Fuente situada en el extremo del rotor
Rotor de acero
3 e t a n a l a l y n l o e r a s t t n o e r e t o e n n t ó n i s n e i r ó c e i s o p r s e C i d p s i d
2 1 Velocidad de la fuente en cm/s 0
Contador
Dispersor de mercurio o de plomo y blindaje de plomo (a)
2 x 104 0,1
4 x 104
6 x 104
0,5 0,9 Variación de energía en eV (b)
Absorbente Fuente
Pb
Pb
(a)
0 o t n e i c -0,2 r o p o -0,4 t n a t -0,6 n e n -0,8 ó i c u n -1,0 i m s i D -1,2
-4 (b)
-2
0
2
4
Velocidad, cm/s
6
8
10 12
P1
v1 = β c
P2
P
m, -p
m0 , 0
N
v2 = β c
m, p (a)
π+
m0 , 0 mπ , 0 (b)
p2 E , 1 p1
θ /2 θ /2
p2
Q, n Q0, n0
θ
φ
E, p
0,76 135o 0,75 s m o r t s g n a , λ
0,74 90o
0,73 0,72 45o
0,71
0o
0,70 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1- cos θ
Bloques de plomo Cápsula de material radiactivo
Contador de fotones Lámina de berilio θ = 30,0o ϕ = 31,3o
Bloques de plomo
Contador de electrones
1,8
Q' n M, p
θ
M', p'
m1, p1
m0, 0
En S (a)
m, p
m, -p
En S' (b)
S
S' u
P v 0
0'
En S'
En S
p2
p' m, E' , p'
p'
E 1 , p1
p' (a)
θ
/ 2
θ
/ 2 p2
(b)
Carga de prueba en movimiento
Carga de prueba en reposo F
F
q2
q2 r
r
q1
Carga-fuente en reposo r F = kq1 q2 3 (a) r
q1
Carga-fuente en reposo r F = kq1 q2 3 (b) r
y S
q1
v
t=0
q2 ( x , 0, 0)
z
y'
(a)
q1
x z'
S'
Tiempo t'
v
q2 ( x' , 0, 0)
(b)
x'
y q2
S
y'
t=0
q2
(0, y, 0)
S'
t' = 0
(0, y' , 0)
v q1 z
x v (a)
q1 z'
x' (b)
y
y'
t=0
S
q2
S'
( x, y, z)
r
r'
q1 z
Tiempo t' v
(a)
( x', y', z' )
q1
x v
q2
z'
x' (b)
ε p
X'
q1
X v
y
y'
t=0
S
t' = 0
S'
v q2
q2 (0, y, 0)
q1 z'
x v
(a)
(0, y' , 0)
q1 z'
x' (b)
y
y'
t=0
S
t' = 0
S'
v q2
q2 (0, y, 0)
q1 z'
x v
(a)
(0, y' , 0)
q1 z'
x' (b)
y
S
u y q2
S'
t' = 0
u' q2
(0, y, 0)
q1 z
y'
t=0
q1
x v
(0, y' , 0)
x'
z' (a)
(b)
y' S
t=0
S'
Tiempo t'
u y
q2
(x, y, 0)
q2
x v
(a)
(x', y' , 0)
r'
r q1
u'
q1
x' (b)
d ε
y P
θ
r b
θ
- 8 0
x
λ dx dx
8
d ε1
(a)
P
d ε2 - 8
Densidad de carga
8
1
2
v
(b)
P
d ε
r b
λ dx 0
x
dx
v
(a) - 8
En S
q2
P
u
b
Densidad lineal de carga λ
x
v (b) - 8 (c)
u'
q2
En S' Densidad lineal de carga λ '
b 8
En S v q1
v
v
q1
q1
8
δ
En S
(a )
v
-
q2
Electrones en movimiento
b
v
+
+
+
+
+
+
Iones positivos en reposo ( b )
-v
-
q2
En S'
+
+
-
Electrones en reposo
b
+
-
+
+
Iones positivos en movimiento
+
+
-
ct
Línea del universo del ion positivo
ct'
Línea del universo del electrón + -
x'
+ 0
x 1
-
+ x 2
-
+
x 3
-
En S
(a )
u
-
q2
Electrones en movimiento
b
v
+
+
+
+
+
+
Iones positivos en reposo ( b )
v' -u
-
q2
En S'
+
+
-
Electrones en movimiento
b
+
-
+
+
Iones positivos en movimiento
+
+
-
v2
2
I 2 b
1
l v1 I 1
