FÍSICA – QUÍMICA EDWIN QUISBERT GUTIERREZ
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INSTITUTO NORMAL SUPERIOR CATÓLICO Enviado por: EDWIN QUISBERT GUTIERREZ www.mundoedwin-fisica.blogspot.com FÍSICA MODERNA LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD 1
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Es la Física que se inicia en el 1 900, con la teoría de la Relatividad y los 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 tu mano en un horno caliente durante un minuto minuto y te parecerá una hora Siéntate junto a una chica preciosa durante una hora y te parecerá un minuto. ESO ES LA RELATIVIDAD” RELATIVIDAD ALBERT ALBERT EINSTEIN cambió nuestras ideas acerca del ESPACIO 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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En 1905 Albert Albert Einstein enunció la TEORÍA DE LA
RELATIVIDAD. ESTA TEORÍA SE DIVIDE EN 2 PARTES.
► Relatividad. ► La teoría Especial de a Relatividad. ► ► La teoría General de la Relatividad
LA TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD Se consideran las leyes de la física para observadores que se mueven con velocidad constante unos con respecto a 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
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LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD Se consideran observadores en 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 físicas son las mismas para todos los observadores que s e mueven a velocidades constantes unos con respecto a otros. ESTE POSTULADO EXPRESA LA AUSENCIA DE UN SISTEMA DE COORDENADAS UNIVERSAL, ESTABLECE QUE LAS NATURALEZA
SON
LAS
MISMAS
LEYES
INDEPENDIENTES
DE DE
LA LOS
OBSERVADORES EN MOVIMIENTO RELATIVO.
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SEGUNDO POSTULADO: CONSTANCIA EN LA VELOCIDAD DE LA LUZ
La velocidad de la luz es la misma para todo los observadores en todas las direcciones, independientemente 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, ES SIEMPRE IGUAL A LA VELOCIDAD QUE MIDE CUANDO ÉL ESTA EN REPOSO EN RELACIÓN CON LA FUENTE.
MASA, TIEMPO Y 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−
v2 c3
m0 < m
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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 − to =
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 c2
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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 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
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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 MECÁNICA CUÁNTICA es la teoría que por primera
vez
permitió
entender
el
mundo
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 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 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). Planck estableció: La materia está formada por partículas que oscilan , emitiendo energía en forma de radiación electromagnética La cantidad más pequeña de energía que puede transformarse en luz de frecuencia (F), llamada CUANTO CUANTO DE ENERGÍA, ENERGÍA,
Cuanto de Energía se expresa como.
Ecuanto = 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 partícula en movimiento, movimiento, con una cantidad de movimiento lineal, lleva asociada una onda, de modo que la longitud de onda λ se expresa en función de la cantidad de 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 simultáneamente y con precisión absoluta electrón. rón. la posición y la cantidad de movimiento de un elect No es posible determinar simultáneamente y sin error cuándo tiene lugar un proceso y la energía asociada a él.
Ecuaciones que representan matemáticamente el Principio de Incertidumbre
∆ x = representa la incertidumbre en la posición ∆ p = reprsenta la incertidumbre en el momentum lineal ∆ x• ∆ p =
ENTONCES
h 2π
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∆ p = ∆ (mv) = m ∆ v
m ∆ x• ∆ v =
h 2π
MECÁNICA CUÁNTICA
Explica
Se basa
TEORÍA DE PLANCK
RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO
HIPÓTESIS DE BROGLIE
EFECTO FOTOELÉCTRIC O
PRINCIPIO DE
ESPECTROS
INCERTIDUMBRE
ATÓMICOS
Trabajo enviado por: EDWIN QUISBERT GUTIERREZ
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