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Lic. Javier Pulido Villanueva
Escuela Académico Profesional de Educación SecundariaEspecialidad: Matemática, Computación y Física
FÍSICA MODERNA
FACULTAD DE EDUCACIÓN Y HUMANIDADES
Introducción
FÍSICA IV Javier Pulido VillanuevaIng. Energía
Finales del siglo XIX e inicios del siglo
XX
1. El problema de la radiación térmica de los cuerpos (CATASTROFE ULTRAVIOLETA DE RAYLEIGH-JEANS)
La mayoría de los fenómenos eran explicados por la mecánica de Newton
Faltaban resolver un par de problemas… eran las nubes de LORD KELVIN
2. El problema del éter (EXPERIMENTO DE MICHELSON-MORLEY)
¡¡Demostrarlo sólo era cuestión de tiempo!!
La teoría electromagnética de Maxwell
La termodinámica de Boltzmann
Conferencia titulada:“Las nubes del siglo XIX en la
teoría dinámica del calor y la luz”Expuesta el 27 de abril de 1900
Un largo tiempo de pruebas e intentos por hallar una solución definitiva a estos dos problemas, fueron en vano,…
MAX PLANCK
Los resultados experimentales no se podían explicar con la MECÁNICA CLÁSICA
Surgieron…¡¡ ideas revolucionarias !!
¡¡no se hallo un modelo físico aceptable alguno!!
ALBERT EINSTEIN
Establece la DISCONTINUDIDAD DE LA ENERGÍA, es decir, la energía radiante continua de JAMES CLERK MAXWELL en realidad se propagaba en forma discontinua, en paquetes llamados cuantos de energía.
Formula la TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD, modificando la idea acerca del espacio y del tiempo, es decir, el espacio y tiempo absoluto en el universo de ISAAC NEWTON en realidad eran relativos.
En consecuencia, los dos problemas de Kelvin desaparecieron con el surgimiento de la TEORÍA DE LA RELATIVIDAD y LA TEORÍA CUÁNTICA, dando inicio a la FÍSICA MODERNA.
FÍSICA IV Javier Pulido VillanuevaIng. Energía
Principio de relatividad de GalileoEn cinemática las características del movimiento mecánico dependen del SISTEMA DE REFERENCIA INERCIAL (SRI) desde el cual se analiza el movimiento, en consecuencia, el movimiento es relativo.
ANIMACIÓN 1. Visto por el observador en el paradero
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El principio de relatividad de Galileo dice:
Las leyes de la mecánica son iguales si permanecemos en reposo o nos movemos a velocidad constante
ANIMACIÓN 2. Visto por el observador desde el autobús
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Del evento o fenómeno mecánico observado, surgen interrogantes:
Transformaciones de Galileo
• ¿Cómo se observará un fenómeno visto desde un sistema que se mueve con velocidad respecto del sistema ?
• Si las ecuaciones que describen el movimiento en el sistema son conocidas, ¿se podrá determinar las ecuaciones para el sistema ?
Estas interrogantes son resueltas con las llamadas transformaciones de Galileo.
A continuación veamos dichas transformaciones.
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Consideremos dos observadores O y O’ que se mueven, uno con respecto al otro, con movimiento de traslación uniforme.
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Escogemos por simplicidad, los ejes X y X’ a lo largo de la línea del movimiento relativo y los eje YZ y Y’Z’ paralelos entre sí.
Para , O y O’ coinciden, luego
𝑣 𝑡+𝑟 ′=�⃗�
despejando , se tiene
𝑟 ′= �⃗�− �⃗� 𝑡
como
𝑟=𝑥 �⃗�+𝑦 �⃗�+𝑧 �⃗�𝑟 ′=𝑥 ′ �⃗�+𝑦 ′ �⃗�+𝑧′ �⃗�𝑣=𝑣𝑥 �⃗�+𝑣 𝑦 �⃗�+𝑣 𝑧 �⃗�
reemplazando, se tiene
(𝑥 ′ �⃗�+ 𝑦 ′ �⃗�+𝑧 ′ �⃗� )=( 𝑥 �⃗�+𝑦 �⃗�+𝑧 �⃗� )− (𝑣𝑥 �⃗�+𝑣 𝑦 �⃗�+𝑣𝑧 �⃗� )𝑡
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como el movimiento de respecto a es a lo largo del eje , se tiene
𝑣 𝑥=𝑣
𝑣 𝑦=𝑣𝑧=0
por tener un movimiento uniforme
reemplazando en la ecuación dada anteriormente e igualando componentes, se tiene
�⃗� :𝑥′=𝑥−𝑣𝑡
�⃗� : 𝑦 ′=𝑦
�⃗�: 𝑧′=𝑧
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En sistemas en los que , la longitud y el tiempo se conserva en ambos sistemas, en consecuencia, .
Luego las transformadas de coordenadas de Galileo, son
; ; ;
Las transformadas inversas de Galileo, son
; ; ;
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-------- (1)
-------- (2)
Derivando la ecuación (1) respecto al tiempo y notando que es constante, tenemos
𝑑𝑥 ′
𝑑𝑡 ′=𝑑𝑥𝑑𝑡−𝑣 𝑑 𝑦 ′
𝑑𝑡 ′=𝑑𝑦𝑑𝑡
𝑑 𝑧 ′
𝑑𝑡 ′=𝑑𝑧𝑑𝑡
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Si es la velocidad en el sistema , y
es la velocidad en el sistema
Se tiene𝑢𝑥′ =𝑢𝑥−𝑣
𝑢𝑦′ =𝑢𝑦 𝑢𝑧
′ =𝑢𝑧
de forma análoga,
Así obtenemos las transformadas de velocidades de Galileo.
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; ; ------------ (3)
Derivando la ecuación (3) respecto al tiempo y como es constante, , así entonces
𝑑𝑢𝑥′
𝑑𝑡=𝑑𝑢𝑥
𝑑𝑡𝑑𝑢 𝑦
′
𝑑𝑡=𝑑𝑢𝑦
𝑑𝑡𝑑𝑢𝑧
′
𝑑𝑡=𝑑𝑢𝑧
𝑑𝑡
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Así obtenemos las transformadas de aceleraciones de Galileo.
; ; ------------ (4)
En consecuencia la aceleración de una partícula es la misma para todos los observadores en movimiento de traslación uniforme.
Como
, y
.
Se a encontrado que la aceleración es invariante cuando se pasa de un sistema de referencia a otro que se encuentra en movimiento relativo de traslación uniforme.
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El experimento de Michelson y Morley
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F: Fuente de luzE1 y E2: EspejosE: Espejo semiplateadoT: Telescopio
E deja pasar el haz 2 a través de él y refleja el haz 1.
E1 refleja el haz 1 y el espejo E2 refleja el haz 2, tal que ambos vuelven al espejo E
Finalmente los dos haces inciden en el telescopio T, interfiriéndose mutuamente.
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Diferencia de tiempos entre 1 y 2
Michelson y Morley no detectaron ningún cambio en la velocidad de la luz, es decir no hubo ningún corrimiento.
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