TEMA 7 FISICA MODERNA
TEMA 7– FISICA MODERNA
Curso 2011-12
Toni Rama
0. INTRODUCCIÓN
OBJETIVO FISICA:
Entender los fenómenos de la Naturaleza y explicarlos
mediante ecuaciones matemáticas que nos permitan
recrearlos, predecirlos o controlarlos.
UNIFICARLOS en una única ley o principio.
0. INTRODUCCIÓN
FISICA CLÁSICA:
ISAAC NEWTON
(1642) GRAVEDAD
(1642) GRAVEDAD
G
3
0. INTRODUCCIÓN
FISICA CLÁSICA:
ELECTROMAGNETISMO
EM
JAMES CLERK MAXWELL
(1831)
EM
0. INTRODUCCIÓ
FÍSICA CLÁSICA:
NATURALEZA DE LA LUZ: ONDA o PARTÍCULA?
CONSTITUCIÓN DEL UNIVERSO?
ÉTER: REALIDAD O FICCIÓN?
FENÓMENOS A NIVEL ATÓMICO o SUBATÓMICO
FÍSICA CUÁNTICA (RELATIVISTA)
5
0. INTRODUCCIÓ
FÍSICA CUANTICA: La Energía NO puede tomar cualquier valor, sino unos valores determinados, que son múltiplos de un valor fundamental (QUANTUM).
HIPÓTESIS DE PLANCK
FENÓMENO DE RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE LOS CUERPOS CALIENTES.
EFECTO FOTOELÉCTRICO.
DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
HIPOTESIS DE DE BROGLIE.
PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG
TEORIA DE LA RELATIVIDAD
1. HIPÓTESIS DE PLANCK
FÍSICA CUANTICA: La Energía NO puede tomar cualquier valor, sino unos valores determinados, que son múltiplos de un valor fundamental (QUANTUM).
f
h
E
=
⋅
MAX PLANCK (1858)
f: frecuencia de radiación
h: constante de Planck (6.62·10-34Js)
E: Energía de radiación
7
1. HIPÓTESIS DE PLANCK
FÍSICA CUANTICA: La Energía NO puede tomar cualquier valor, sino unos valores determinados, que son múltiplos de un valor fundamental (QUANTUM).
f
h
E
=
⋅
C
ll
ó M
Pl
k
MAX PLANCK (1858)
Como llegó Max Planck a
esta hipótesis matemática?
2.- Fenómeno de la radiación EM
Fenómeno de radiación EM de los cuerpos calientes
Altas Temperaturas: Filamento emite luz (fotones)
LUZ BLANCA (3000 K) los cuerpos calientes.
Ley de Stefan-Boltzman
9
S
T
P
=
σ
⋅
4
⋅
Radiación de un cuerpo negro que está a una temperatura de T [K]
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
⋅
=
σ
−4 2 8
10
67
,
5
K
m
W
2.- Fenómeno de la radiación EM
LUZ CUERPO NEGRO ABSORBE
TODA LA ENERGÍA
CALOR
CUERPO NEGRO EMITE TODA LA ENERGÍA (RADIACIÓN TÉRMICA)
10
S
T
P
=
σ
⋅
4
⋅
2.- Fenómeno de la radiación EM
Fenómeno de radiación EM de los cuerpos calientes
Altas Temperaturas: Filamento emite luz (fotones)
LUZ BLANCA (3000 K) los cuerpos calientes.
Ley de Stefan-Boltzman
13
S
T
P
=
ε
⋅
σ
⋅
4
⋅
Radiación de un cuerpo “gris”que estáa una temperatura de T [K]
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
⋅
=
− 4 2 810
67
,
5
K
m
W
σ
0
≤
ε
≤
1
2.- Fenómeno de la radiación EM
4
8
)
,
(
λ
⋅
⋅
π
=
λ
k
T
T
I
(
)
4λ
k: constante de Boltzman
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
⋅
=
−K
J
k
1
,
3805
10
23CATÁSTROFE DEL ULTRAVIOLETA
( )
↑
⇒
↓
↓
λ
f
I
si
14
2.- Fenómeno de la radiación EM
48
)
,
(
λ
⋅
⋅
π
=
λ
k
T
T
I
1. Los átomos de un cuerpo negro vibran armónicamente con frecuencia f y emiten o absorben la radiación EM con la misma frecuencia.
2. Cada átomo es capaz de absorber/emitir una energía que es múltiplo de la frecuencia fundamental (Energía NO continua).
f
h
E
=
⋅
152.- Fenómeno de la radiación EM
4
8
)
,
(
λ
⋅
⋅
π
=
λ
k
T
T
I
(
)
4λ
5 1
1
)
(
8
)
,
(
λ
−
⋅
⋅
π
=
λ
− λ KT hce
c
h
T
I
16h: constante de Plank
2.- Fenómeno de la radiación EM
]
[
10
987
,
2
3max
m
T
T
A
=
⋅
μ
=
λ
17
2.- Fenómeno de la radiación EM
PROBLEMA:
a) A partir del espectro de emisión del Sol calcule la Temperatura en su superficie.
b) Si el sol tiene un radio aproximado de 650 000 Km cuanta energía emite en b) Si el sol tiene un radio aproximado de 650.000 Km, cuanta energía emite en un día.
2.- Fenómeno de la radiación EM
PROBLEMA:
a) A partir del espectro de emisión del Sol calcule la Temperatura en su superficie.
b) Si el sol tiene un radio aproximado de 650 000 Km cuanta energía emite en b) Si el sol tiene un radio aproximado de 650.000 Km, cuanta energía emite en un día.
]
[
10
987
,
2
3 maxm
T
T
A
μ
λ
=
=
⋅
K
A
T
2
,
987
10
5974
3=
⋅
=
=
19597
5
,
0
maxλ
2.- Fenómeno de la radiación EM
PROBLEMA:
a) A partir del espectro de emisión del Sol calcule la Temperatura en su superficie.
b) Si el sol tiene un radio aproximado de 650 000 Km cuanta energía emite en b) Si el sol tiene un radio aproximado de 650.000 Km, cuanta energía emite en un día.
K
A
T
5974
5
,
0
10
987
,
2
3 max=
⋅
=
=
λ
2 4 44
R
sT
S
T
P
=
σ
⋅
⋅
=
σ
⋅
⋅
π
20
(
)
24 8
000
.
000
.
650
4
5974
10
67
,
5
⋅
⋅
⋅
π
=
−P
]
[
42
,
383
24W
P
=
1. HIPÓTESIS DE PLANCK
FÍSICA CUANTICA: La Energía NO puede tomar cualquier valor, sino unos valores determinados, que son múltiplos de un valor fundamental (QUANTUM).
f
h
E
=
⋅
MAX PLANCK (1858)
¿Pero se trata de un mero
recurso matemático, o es un
hecho real?
21
3.- EFECTO FOTOÉLECTRICO
--
UVRadiación de luz ultravioleta (UV). Fotones.
Heinrich Hertz (1887): Electroscopio: aparato para medir cantidad de carga.
----
-e e
-ELECTROSCOPIO
Electrones absorben la radiación luminosa (energía del fotón) y “saltan”. FOTOELECTRONES.
3.- EFECTO FOTOÉLECTRICO
RADIACIÓN INCIDENTE
Philip Lenard y Milleva Maric (1900): Cuando se irradia un metal fotosensible con una onda electromagnética se observa que de la superficie del metal saltan electrones..
METAL FOTOSENSIBLE
FÍSICA CLÁSICA
2
A
I
∝
Intensidad radiación ÆEnergía Onda
↑
⇒
↑
⇒
↑
Ec
v
I
si
A
B Cualquier f hace emitir electrones
23
C Tiempo de transición entre radiación y primera emisión
3.- EFECTO FOTOÉLECTRICO
PRÁCTICA
cte
v
cte
Ec
I
↑⇒
=
⇒
=
A
B Cualquier f hace emitir electrones
↑
↑⇒
↑⇒
Ec
v
f
A1
↑
↑⇒
−e
n
I
º
A2
B Cualquier f hace emitir electrones
B Existe una frecuencia mínima (fpara emitir fotoelectrones (depende o)
de cada METAL)
24
3.- EFECTO FOTOÉLECTRICO
Ef(fotón)
v
METAL (W)
e
ALBERT EINSTEIN
(1879-1955)-> 1905 La luz incide sobre los electrones NO como una onda, sino como un flujo de partículas. Estas partículas se denominan FOTONES
Parte de esa energía se utiliza para que el electrón pueda
escaparse del metal (W: función trabajo) y parte para adquirir una energía cinética (movimiento).
TODA LA ENERGÍA DE 1 FOTÓN ES ABSORBIDA POR 1 ÚNICO ELECTRÓN. Esta energía del fotón coincide con el quantum propuesto por Max Planck.
25
Estas partículas se denominan FOTONES.
3.- EFECTO FOTOÉLECTRICO
Ef(fotón)
e v
METAL (W)
ALBERT EINSTEIN
(1879-1955)
h
f
m
v
W
e
+
=
⋅
2
2
1
↑
↑⇒
↑⇒
Ec
v
f
A1
B Existe una frecuencia mínima (fo) para emitir fotoelectrones (depende de cada METAL)
↑
↑⇒
↑⇒
−e
n
fotones
n
I
º
º
A2
2
W: función trabajo (depende de cada metal)
3.- EFECTO FOTOÉLECTRICO
Ef(fotón)
e v
METAL (W)
ALBERT EINSTEIN (1879-1955)
B frecuencia mínima (f ) ??
W
v
m
f
h
⋅
=
e
2
+
2
1
B frecuencia mínima (fo) ??
2
h
W
f
0
=
FRECUENCIA MÍNIMA PARA
EMITIR FOTOELECTRONES
273.- EFECTO FOTOÉLECTRICO
W
v
m
f
h
⋅
=
e
2
+
2
1
ALBERT EINSTEIN (1879-1955)
f
e
2
http://www sc ehu es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico htm
28
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm
3.- EFECTO FOTOÉLECTRICO
W
v
m
f
h
⋅
=
e
2
+
2
1
ALBERT EINSTEIN (1879-1955)
f
e
2
RESOLUCIÓN DE LA DUALIDAD
ONDA - PARTICULA
29
La luz incide sobre los electrones NO como una onda, sino como un flujo de partículas. Estas partículas se denominan FOTONES.
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO MODELO
CORPUSCULAR ONDULATORIO
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
VERSUS
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
Ejemplos:
• Bola por un plano inclinado • Lluvia
• Órbitas de los planetas • Flujo de agua por un canal
Ejemplos: • Sonido.
• Ondas en el agua.
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO MODELO
CORPUSCULAR ONDULATORIO
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
VERSUS
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
NEWTON
HUYGENS - HOOKE
31
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO
CORPUSCULAR
NEWTON (s.XVII)
HIPOTESIS 1: “La luz está compuesta por partículas que son emitidas en todas las direcciones y a gran velocidad por el foco luminoso.”
HIPOTESIS 2: “Estas partículas, animadas por un movimiento rectilíneo, producen la sensación de la visión cuando llegan al ojo.”
HIPOTESIS 3: “Para explicar los colores, Newton postulaba que cada color está formado por partículas de naturaleza diferente.”
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO
CORPUSCULAR
NEWTON (s.XVII)
(+): “Formación de sombras: Las sombras que observamos normalmente son nítidas. Partículas de la luz rebotan contra un cuerpo opaco y las otras continúan su movimiento rectilíneo.”
(+): “El campo gravitatorio no parece afectar la trayectoria rectilínea de la luz: La velocidad de la luz es tan grande que la trayectoria de las partículas que la forman no se ven afectadas por el campo gravitatorio.”
(+): “Ley de la reflexión: Se interpreta fácilmente como consecuencia del choque elástico que tiene lugar entre las partículas constituyentes de la luz y la superficie reflectora (principio de la conservación de la cantidad de movimiento)”
33
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO
CORPUSCULAR
NEWTON (s.XVII)
(-): “Si la luz consiste en un haz de partículas emitidas por la fuente, está tendría que perder masa de manera apreciable. Esto no se observa en la realidad.”
(-): “Choque entre dos rayos??.”
(-): “Ley de la refracción: (medio menos denso a uno más denso) Æángulo de refracción se acerca a la normal”???”
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO ONDULATORIO
HUYGENS(s XVII)
HOOKE (s.XVII)
HIPOTESIS HOOKE: “La luz es una onda mecánica transversal, que se transmite a través de los medios materiales, como el sonido.”
HIPOTESIS HUYGENS: “La luz es una onda mecánica longitudinal.”
HUYGENS(s.XVII)
35
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO ONDULATORIO
HUYGENS(s XVII)
HOOKE (s.XVII)
HUYGENS(s.XVII)
(+): “Colores que forman la luz blanca: Cada color corresponde a una longitud de onda diferente, y que la luz se separe en diferentes colores es
(+): “Ley de la reflexión y refracción: ondas se reflejan y se refractan (medio menos denso a uno más denso)”
(+): “Dos rayos se cruzan sin perturbarse una vez han interferido.”
g , y q p
debido a los fenómenos de reflexión y refracción de la luz.”
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO ONDULATORIO
HUYGENS(s XVII)
HOOKE (s.XVII)
HUYGENS(s.XVII)
(-): “El sonido a causa de la difracción, puede atravesar obstáculos y cambia la dirección de propagación. La luz NO presenta este efecto ya que produce sombras bien definidas.”
(-): “Si bien la propagación de la luz en forma de ondas a través de los medios materiales se puede explicar si se admiten que las partículas del medio vibran al paso del rayo de la luz, a través de que medio material se propaga la luz que proviene del SOL y de las estrellas .”
ÉTER (ocupa todo el espacio)
MUY DENSO (partículas del éter tendrían que ejercer fuerzas elásticas
muy grandes)
MUY TÉNUE (para no dificultar el movimiento de los planetas)37
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO ONDULATORIO
HUYGENS(s XVII)
HOOKE (s.XVII)
HUYGENS(s.XVII)
(-): “El sonido a causa de la difracción, puede atravesar obstáculos y cambia la dirección de propagación. La luz NO presenta este efecto ya que produce sombras bien definidas.”
(-): “Si bien la propagación de la luz en forma de ondas a través de los medios materiales se puede explicar si se admiten que las partículas del medio vibran al paso del rayo de la luz, a través de que medio material se propaga la luz que proviene del SOL y de las estrellas .”
ÉTER (ocupa todo el espacio)
MUY DENSO (partículas del éter tendrían que ejercer fuerzas elásticas
muy grandes)
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO MODELO
CORPUSCULAR ONDULATORIO
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
VERSUS
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
39
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO MODELO
CORPUSCULAR ONDULATORIO
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
VERSUS
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
S.XIX
Æ
(1801) EXPERIMENTO DE THOMAS YOUNG
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
S.XIX
Æ
(1801) EXPERIMENTO DE THOMAS YOUNG
41
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
S.XIX
Æ
(1801) EXPERIMENTO DE THOMAS YOUNG
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
S.XIX
Æ
(1801) EXPERIMENTO DE THOMAS YOUNG
x
O
λ
a
nL
x
=
λ
a
L
x
=
Δ
43
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO MODELO
CORPUSCULAR ONDULATORIO
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
VERSUS
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
1
0 -
(Thomas Young 1801)
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
Ef(fotón)
e v
METAL (W)
ALBERT EINSTEIN (1879-1955)
W
mv
f
h
⋅
=
2
+
2
1
2
45
La luz incide sobre los electrones NO como una onda, sino como un flujo de partículas. Estas partículas se denominan FOTONES.
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO MODELO
CORPUSCULAR ONDULATORIO
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
VERSUS
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS LUZ = ONDA
1
1 -
(Thomas Young 1801)
(Albert Einstein 1916)
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO MODELO
CORPUSCULAR ONDULATORIO
LUZ = HAZ DE PARTÍCULAS y ONDA
DUALIDAD ONDA-PARTÍCULA: concepto de la física cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa.
DUALIDAD ONDA-PARTÍCULA: La luz se comporta como ONDAS durante la radiación, y como PARTÍCULA cuando interactúa con la MATERIA. 47
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
MODELO MODELO
CORPUSCULAR ONDULATORIO
HIPOTESIS DE DE BROGLIE: NO SOLO LA LUZ, SINO TODA PARTÍCULA ELEMENTAL (MATERIA) TIENE ESE CARÁCTER DUAL.
MATERIA SE COMPORTA TAMBIÉN COMO UNA ONDA !!!!
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
HIPOTESIS DE DE BROGLIE: NO SOLO LA LUZ, SINO TODA PARTÍCULA ELEMENTAL (MATERIA) TIENE ESE CARÁCTER DUAL.
{
}
{
}
2mc
E
c
v
mv
c
E
p
c
E
=
⋅
⇒
=
⋅
⇒
=
⇒
=
ENERGIA RELATIVISTA
f
h
E
=
⋅
ENERGIA FOTÓN
mv
h
p
h
=
=
λ
LONGITUD DE ONDAA LA QUE VIBRAN LOS OBJETOS (MATERIA)
49
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
HIPOTESIS DE DE BROGLIE: NO SOLO LA LUZ, SINO TODA PARTÍCULA ELEMENTAL (MATERIA) TIENE ESE CARÁCTER DUAL.
h
h
mv
h
p
h
=
=
λ
)
)
)
)
)
)
50
)
)
)
)
)
4. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
HIPOTESIS DE DE BROGLIE: MATERIA SE COMPORTA COMO UNA ONDA.
)
,
(
r
r
t
ψ
MATERIA
FISICA CLÁSICA
DETERMINISMO
51
POSICIONES EXACTAS
e FISICA CUÁNTICA LAS COSAS VIBRAN
PROBABILISTICO
(INCERTIDUMBRE)
5. PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE
PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG
DETERMINISMO
PROBABILISTICO
(INCERTIDUMBRE)
FISICA CLÁSICA
FÍSICA CLASICA: Margen de incertidumbre debido al aparato de medida. Instrumento de medida no afecta, generalmente, en la medida.
FISICA CUANTICA
52
(INCERTIDUMBRE)
5. PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE
PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG:
Establece que es IMPOSIBLE medir simultáneamente y con TOTAL exactitud la posición y la cantidad de movimiento de la partícula, verificando que:
π
4
h
p
x
⋅
Δ
≥
Δ
53
Incertidumbre cantidad de movimiento
Incertidumbre posición
5. PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE
PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG:
Establece que es IMPOSIBLE medir simultáneamente y con TOTAL exactitud la posición y la cantidad de movimiento de la partícula, verificando que:
π
4
h
t
E
⋅
Δ
≥
Δ
54
Incertidumbre tiempo
6. EFECTO COMPTON
EFECTO COMPTON:
Al irradiar con rayos X una muestra de grafito, se observa que los rayos X se difractan en todas las direcciones del espacio con diferente longitud de onda.
λ
λ1
λ2
α1
α3
55
λ3
3
( )
↓
↑
↑⇒
λ
f
α
cambios en la longitud de onda!!! (en contra La difracción de una onda (luz) provoca de la física clásica)6. EFECTO COMPTON
EFECTO COMPTON:
Al irradiar con rayos X una muestra de grafito, se observa que los rayos X se difractan en todas las direcciones del espacio con diferente longitud de onda.
Fotón incidente e
E=h·f
56
Choque elástico de partículas
6. EFECTO COMPTON
EFECTO COMPTON:
Al irradiar con rayos X una muestra de grafito, se observa que los rayos X se difractan en todas las direcciones del espacio con diferente longitud de onda.
c c f o
E
E
p
p
=
=
r
r
Fotón difractado Ed=h·f’α
foton o
p
p
r
=
r
f o c c 57 v e electron foton
f
p
p
p
r
=
r
'
+
r
'
electron foton
foton
p
p
p
r
=
r
'
+
r
'
6. EFECTO COMPTON
EFECTO COMPTON:
Al irradiar con rayos X una muestra de grafito, se observa que los rayos X se difractan en todas las direcciones del espacio con diferente longitud de onda.
)
cos
1
(
'
α
λ
λ
=
h
Fotón difractado Ed=h·f’
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
SISTEMAS INERCIALES
FISICA CLÁSICA
SISTEMAS INERCIALES
FISICA CLÁSICA
FÍSICA CLASICA: Búsqueda de un sistema en reposo absoluto. ÉTER posible solución. ¿Existía? Dualidad Onda-Partícula no necesitaba ya de ÉTER como medio material para que la luz se propagase.
v
60
V
c
rayo
c v’ = c- v
rayo
c v’ = c+v
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
Experimento de Michelson-Morley (INTERFERÓMETRO)
v
c c-v
√(c2+v2)
c+v
√(c2+v2)
61
c+v
√(c2+v2)
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
Experimento de Michelson-Morley (INTERFERÓMETRO)
v
c-v
√(c+v2)
c+v
√(c2+v2)
√(c2+v2)
Patrón interferencias
62
c
c-v c-v
IGUAL QUE EL
ANTERIOR!!!
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
Experimento de Michelson-Morley (INTERFERÓMETRO)
v
c c
Patrón interferencias
c
c c
c
63
c
c c
IGUAL QUE EL
ANTERIOR!!
http://galileoandeinstein.physics.virgi6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
Experimento de Michelson-Morley (INTERFERÓMETRO)
V’ = C
V C
Punto de partida de Einstein para la
Teoría de la Relatividad
1 P i i i d E i l i l d i ió d l i f ó li d
64
1. Principio de Equivalencia: la descripción de cualquier fenómeno realizado por dos observadores INERCIALES con movimiento relativo uniforme son igualmente válidas. Las leyes de la física son las mismas para los dos.
2. La velocidad de la luz en el vacío (c) es una CONSTANTE UNIVERSAL invariante para todos los observadores inerciales.
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
Experimento de Michelson-Morley (INTERFERÓMETRO)
V’ = C
V C
2. FOTÓN: El más adelantado de la clase.
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
Experimento de Michelson-Morley (INTERFERÓMETRO)
V’ = C
V C
2. Límite de velocidad en el universo: 300.000 Km/s
66
http://www.iac.es/cosmoeduca/relatividad/charlaespecial.htm
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
Experimento de Michelson-Morley (INTERFERÓMETRO)
V’ = C
V C
2. La velocidad de la luz en el vacío (c) es una CONSTANTE UNIVERSALinvariante para todos los observadores inerciales.
CONTRACCIÓN DE LA LONGITUD
67
DILATACIÓN TEMPORAL
CONTRACCIÓN DE LA LONGITUD
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
DILATACIÓN TEMPORAL
c
l
t
t
t
T
A=
1+
2=
2
1=
2
TIEMPO OBSERVADOR A
68
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
DILATACIÓN TEMPORAL
69
c
vt
l
c
s
t
t
t
T
B2 1 2
1 1
2 1
)
'
(
2
'
2
'
2
'
'
+
=
=
=
+
=
TIEMPO OBSERVADOR
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
DILATACIÓN TEMPORAL 70 2 2 1 2 2 2 1 2 1 2 11
'
'
)
'
(
'
c
v
c
l
t
v
c
l
t
c
vt
l
t
−
=
⇒
−
=
⇒
+
=
TIEMPOOBSERVADOR B
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
DILATACIÓN TEMPORAL TIEMPO TIEMPO 2 2
1
2
c
v
c
l
T
B−
=
TIEMPO OBSERVADOR B TIEMPOOBSERVADOR A
c
l
T
A=
2
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
DILATACIÓN TEMPORAL
T
2 2
1
'
c
v
T
T
AB
−
=
Dado que c es una constante universal, el suceso tendrá una duración diferente según el observador (SISTEMA INERCIAL)
PARADOJA DE LOS GEMELOS!!!
72
http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/more_stuff/flashlets/lightclock.swf
A B
T
T
c
v
si
<<
⇒
=
A B
T
T
c
v
si
≈
⇒
>>
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
DILATACIÓN TEMPORAL
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
Teoría
naves espaciales
con velocidades cercanas
a la de la luz nos llevarían
al futuro
Realidad
el “muón viajero”
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
CONTRACCIÓN DE LA LONGITUD
t
Sa B B At
c
v
t
t
=
⋅
−
=
γ
2 21
A Av
t
l
=
⋅
Sb la v B A B
A
t
l
l
t
≠
⇒
≠
76
B B
v
t
l
=
⋅
2 2
1
c
v
l
l
t
v
t
v
l
A A AB
B
=
⋅
=
⋅
γ
=
γ
=
−
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
CONTRACCIÓN DE LA LONGITUD Sa Sb l v 2 2
1
c
v
l
l
B=
A−
Longitud (propia) solidaria
77 Longitud (propia) solidaria
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
m
EQUIVALENCIA MASA-ENERGÍA
Einstein redefinió la
2 2 0
1
c
v
m
m
−
=
Masa (propia) estáticaMasa relativista para un
Einstein redefinió la masa:
78 p
observador en reposo cuando la masa propia va a una cierta
velocidad
2
mc
E
=
6. TEORIA DE LA RELATIVIDAD
Experimento de Michelson-Morley (INTERFERÓMETRO)
V’ = C
V C
2. La velocidad de la luz en el vacío (c) es una CONSTANTE UNIVERSALinvariante para todos los observadores inerciales.
CONTRACCIÓN DE LA LONGITUD
80
DILATACIÓN TEMPORAL
CONTRACCIÓN DE LA LONGITUD
EQUIVALENCIA MASA-ENERGÍA 2 2 0