Teoria de La Relatividad

FÍSICA – QUÍMICA EDWIN QUISBERT GUTIERREZ

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INSTITUTO NORMAL SUPERIOR CATÓLICO Enviado por: EDWIN QUISBERT GUTIERREZ www.mundoedwin-fisica.blo www.mundoedw in-fisica.blogspot.com gspot.com FÍSICA MODERNA LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD 1



Es Es la la Física Física que se inicia en en el 1 900, con la teoría de la la Relatividad y los fenómenos fenómenos relacionados con ellos como los fenómenos cuánticos

Resulta difícil enumerar los fenómenos físicos que son imposibles de explicar sin la teoría de la RELATIVIDAD

¿QUÉ ES LA RELATIVIDAD? Pon mano en horno caliente Pon tu tu mano en un un horno durante un minuto m inuto y te parecerá una hora Siéntate junto junto a a una una chica Siéntate junto una chica preciosa durante una hora y te parecerá parecerá un un minuto. ESO ES LA RELATIVIDAD ” ” ALBERT ALBE RT RT EINSTEIN EINSTEIN cambió nuestras ideas acerca del ESPACIO y y el TIEMPO con su teoría de la RELATIVIDAD. El tiempo transcurre más lentamente para un piloto de un avión supersónico en pleno vuelo que para un habitante en reposo con respecto a la tierra.

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DE LA En 1905 Albert Albe rt rt Einstein enunció la TEORÍA DE RELATIVIDAD. ESTA TEORÍA SE DIVIDE EN 2 PARTES. ► ► ► ► ►

La teoría teoría Especial de a Relatividad.. EE special a Relatividad La teoría teoría General la Relatividad R elatividad G G eneral de la R

LA TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD Se consideran consideran las leyes de la física para para observadores que se mueven con velocidad unos con respecto a velocidad constante unos otros Las consecuencias de esta teoría son inimaginables: ► ► ►

Un intervalo de tiempo medido en tierra no es igual al mismo intervalo medido

desde un

móvil ► ► ►

Una distancia medida en tierra no es igual a la misma distancia medida desde un móvil

► ► ►

La masa y la energía son conceptos equivalentes. La masa puede convertirse en otras formas de energía (como, por ejemplo, ondas de luz ) y al contrario. De aquí sale la famosa fórmula

(E = energía, m = masa, c = velocidad de la luz)

Ejemplos donde se ha comprobado la conversión de MASA en ENERGÍA son: Fisión nuclear, Fusión nuclear Creación y aniquilación de materia. 3



LA TEORÍA GENERAL GENERAL DE LA RELATIVIDAD Se consideran observadores en movimiento movimiento relativo acelerado. acelerado . La gravedad es una fuerza de atracción universal que sufren todos los objetos con masa, sea este un electrón o una estrella. En 1916 Einstein extendió los conceptos de la Relatividad Especial para explicar la atracción gravitacional entre masas.

POSTULADOS DE LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD:

PRIMER POSTULADO INVARIANCIA DE LAS LEYES FÍSICAS

Las leyes leyes físicas físicas son sonlas las mismas mismas para para todos los los observadores que constantes unos con que s ee mueven a velocidades constantes respecto a a otros. ESTE POSTULADO EXPRESA LA AUSENCIA DE UN SISTEMA DE COORDENADAS UNIVERSAL, ESTABLECE QUE LAS LEYES DE LA NATURALEZA

SON

LAS

MISMAS

INDEPENDIENTES

DE

LOS

OBSERVADORES EN MOVIMIENTO RELATIVO.

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SEGUNDO POSTULADO: POSTULADO: CONSTANCIA EN LA VELOCIDAD DE LA LUZ

La velocidad velocidad de la la luz luz es esla la misma misma para para pa ra todo los observadores en todas las direcciones, independientemente del del estado de reposo o de movimiento tanto del observador como de la fuente. SI

UN

OBSERVADOR

ESTA

EN

MOVIMIENTO

RELATIVO

ACERCÁNDOSE O ALEJÁNDOSE DE UNA FUENTE DE LUZ, LA VELOCIDAD DE LA LUZ QUE ÉL MIDE, MIDE, ES SIEMPRE IGUAL A LA VELOCIDAD QUE MIDE CUANDO ÉL ESTA EN REPOSO EN RELACIÓN CON LA FUENTE.

MASA, TIEMPO Y LONGITUD LONGITUD EN LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD 

RELATIVIDAD DE LA MASA La masa de un objeto que se mueve con respecto a un observador parece mayor de lo que es cuando está en reposo con respecto a él. La relación entre la masa (mo) medida en reposo y la masa (m) medida en movimiento es m = m0

1 1−

v

2

c3

m0

<

m

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FÍSICA – QUÍMICA EDWIN QUISBERT GUTIERREZ 


EL TIEMPO ES RELATIVO, NO ABSOLUTO. No existe un tiempo único el concepto de intervalo de tiempo entre dos sucesos es relativo. Se refiere al aumento o dilatación del tiempo cuando un cuerpo se mueve a una velocidad mayor. Si alguien que está en una nave especial encuentra que el intervalo de tiempo entre dos acontecimientos en la nave espacial es (t 0), una persona situada sobre la tierra podría encontrar que el mismo intervalo de espacio tiene la duración (t) mayor

t t − t o

=

1 1−



v2 c2

CONTRACCIÓN DE LA LONGITUD La longitud no es absoluta. Las medidas de muchas cantidades físicas están afectadas por el movimiento relativo entre un observador y lo que él observa. Así la longitud (L) de un objeto en movimiento, es siempre más pequeño que su longitud (L 0 ) cuando está en reposo.

L

= L0

1−

v2 c

2

6



TREN EN REPOSO

TREN EN MOVIMIENTO v

v



=

0

=

c

2

SIMULTANEIDAD En la teoría de Einstein , NO HAY SIMULTANEIDAD ABSOLUTA, LA

SIMULTANEIDAD ES RELATIVA.

Sucesos separados en el espacio, que para dos dos observadores observadores parecen simultáneamente ,no lo son para otros dos observadores que se mueven con respecto a los dos primeros con velocidad constante. La posición de un punto en un sistema de referencia donde tiene lugar un suceso se determina por las coordenadas cartesianas del punto; el instante en que se produce el suceso se establece con la ayuda de un reloj instalado en ese punto.

Es posible sincronizar los relojes de un sistema de referencia por medio del envío de ondas luz.

Posición cuando el destello llega a los extremos del vagón. 7



Apreciación realizada por los observadores en reposo con respecto a la tierra.

PARADOJA DE LOS GEMELOS Pedro y Pablo son gemelos idénticos. Pablo realiza un viaje a un planeta muy lejano con una rapidez cercana a la luz y vuelve a la tierra. Pedro permanece en la tierra Cuando se reúnen de nuevo……Oh Sorpresa. Pablo ve que su hermano es más viejo que él

¿El tiempo que envejecen no es igual para todos? ….. Lo observado por Pablo es consecuencia de la DILATACIÓN DEL TIEMPO

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Se basa en dos postulados

INVARIANCIA DE LAS LEYES FÍSICAS

CONSTANCIA EN LA VELOCIDAD DE LA LUZ

CONSECUENCIAS DILATACIÓN DEL TIEMPO CONTRACCIÓN DE LA LONGITUD

AUMENTO EN LA MASA

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La LL a MECÁNICA CUÁNTICA es es la teoría que que por primera vez vez permitió permitió entender el mundo microscópico microscópico de la materia, es decir él de los ÁTOMOS. Entre los científicos que contribuyeron al desarrollo de la Mecánica Cuántica tenemos: Max Planck, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Pauli, Bardeen, Oppenheimer, Gabor, Schockley, Brattain, Roentgen, Dirac y Albert Einstein (quien cambió nuestras ideas acerca del espacio y el tiempo con su teoría de la relatividad) Imaginarse un mundo sin estos avances tecnológicos de la Mecánica Cuántica .. 

Serían muy limitadas las comunicaciones internacionales (significaría habernos quedado con el telégrafo de los símbolos de Morse )



no existiría la Internet,



No habría correo electrónico,



No sería posible el avance de la medicina, con la infinidad de instrumentos instrument os nuevos que permiten diagnósticos y tratamientos. Basta mencionar aquí el láser, el scanner, los equipos de resonancia magnética nuclear, los rayos X, etc.



Un teléfono portátil, tendría el tamaño de una casa, difícilmente posible de llevárselo al oído.

APLICACIONES DE LA MECÁNICA CUÁNTICA 

Rayos láser (cirugías)



Scanner (digitalización de textos e imágenes)



Resonancia magnética (RMN) (cardiovasculares, neurológicos, hepato biliares, en exámenes oncológicos para identificar tumores)



Rayos X (investigación (investigación científica, la industria y la medicina)

fibras ópticas

(telecomunicaciones

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MAX PLANCK Estableció su postulado sobre la RADIACIÓN DE UN CUERPO NEGRO (material que absorbe y emite todas las longitudes de onda del espectro electromagnético). electromagnéti co). Planck estableció:

La materia está formada por partículas que que oscilan , emitiendo energía en forma de radiación radiación electromagnética La cantidad más pequeña de que puede transformarse transformarse en de energía que en luz luz de frecuencia (F), llamada llamada CUANTO ENERGÍA,, CUANT O DE DE ENERGÍA

Cuanto de Energía se expresa como.

E cuanto

=

h f

h = constante de Planck y su valor es de 6,63×10-34 Js f = luz de frecuencia del quantum BROGLIE La hipótesis de Broglie se basa en el FENÓMENO FOTOELÉCTRICO que es explicable mediante la Teoría Corpuscular. Se considera que la Luz tiene NATURALEZA DUAL. Según a la experiencia a que se someta la luz presentará: 

Comportamiento ondulatorio



Comportamiento corpuscular

Broglie enunció este razonamiento en forma de principio

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Toda Toda partícula partícula en movimiento, movimiento movimie nto , con una una cantidad de movimiento lineal, lleva asociada una onda, de modo que la longitud de onda λ se expresa en función de la la cantidad de movimiento. movimiento.

λ =

h = Es la constante de PLANCK

h p

=

h mv

m = masa de la partícula v = velocidad con que la partícula se mueve. HEISEMBERG Werner Heisemberg establece el PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE que es una de las ideas fundamentales del pensamiento físico actual. Se basa en los ESPECTROS ATÓMICOS

No se puede conocer conoc er simultáneamente simultáneamen te y con conocer simultáneamente con precisión absoluta la posición posición y la cantidad de movimiento de un electrón. elect rón. No es posible determinar simultáneamente y sin sin error cuándo tiene lugar un proceso y la energía asociada a él.





Ecuaciones que representan matemáticamente el Principio de Incertidumbre ∆ x =

∆

p

=

representa la incertidumbre en la posición reprsenta la incertidum bre en el momentum lineal ENTONCES ∆ x • ∆

p

=

h

2 π

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(mv) = m ∆ v

∆

p

m

∆ x • ∆

=∆

v

=

h

2 π

MECÁNICA CUÁNTICA

Explica Se basa

TEORÍA DE PLANCK

RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO

HIPÓTESIS DE BROGLIE

EFECTO FOTOELÉCTRIC

PRINCIPIO DE

ESPECTROS

INCERTIDUMBRE

ATÓMICOS

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