Ver Categorías
astrofisica y cosmologia - bases conceptuales
bueno amigos espero que les guste el post saludos
espacio-tiempo
LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD
En 1906 el físico Albert Einstein (1879 - 1955) formuló la Teoría de la Relatividad Especial
El trabajo de Einstein comenzó con un acertijo:
Un móvil emite luz hacia adelante y hacia atrás. ¿Cuál de los dos rayos de luz se mueve con mayor velocidad en relación al suelo?
La respuesta correcta es:
.¿El rayo de luz delantero se mueve con mayor velocidad?NO
.¿El rayo de luz trasero se mueve con mayor velocidad? NO
.¿Los dos rayos se mueven a igual velocidad?SI
Según la mecánica clásica la primera respuesta sería la correcta, sin embargo un experimento realizado en 1887 por los físicos A. Michelson y E. Morley encontró que la respuesta correcta es la última.
La velocidad de la luz es constante sin importar quién ni cómo se emitió
¿Qué dice la teoría de la Relatividad Especial?
La Relatividad Especial toma el hecho de la constancia de la velocidad de la luz como condición básica para la construcción de la teoría.
Además, Einstein introduce otro elemento
Además, Einstein introduce otro elemento
La coordenada del tiempo se debe tratar simplemente como una coordenada más del espacio.
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
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 = mc2
(E = energía, m = masa, c = velocidad de la luz)
RELATIVIDAD GENERAL
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.
En 1916 Einstein extendió los conceptos de la Relatividad Especial para explicar la atracción gravitacional entre masas.
La estructura del espacio-tiempo es modificada por la presencia de un agujero negro
Según Newton la fuerza de gravedad aparece automáticamente siempre que hayan dos masas.
¿Cuál es el problema con esta teoría?
Para entender las dificultades con la teoría de Newton, que motivaron a Einstein a buscar una solución mejor, considere el siguiente experimento imaginario:
¿Cuál es el problema con esta teoría?
Para entender las dificultades con la teoría de Newton, que motivaron a Einstein a buscar una solución mejor, considere el siguiente experimento imaginario:
.La Tierra y la Luna se atraen gravitacionalmente de forma recíproca. Supongamos que la Luna cambia de lugar repentinamente (por ejemplo como consecuencia de un impacto con un asteroide). La Tierra siente ahora una fuerza de gravedad más intensa porque la Luna se encuentra más cerca. La pregunta es: ¿Cuánto tiempo le toma a la Tierra para 'sentir' la nueva posición de la Luna?
Según la teoría clásica de Newton este tiempo es 0.0 segundos, es decir, la acción de la gravedad se transmite a una velocidad infinita!!!
Esto es imposible! ya sabemos que la máxima velocidad que se da en la naturaleza es la velocidad de la luz, lo cual es justamente el postulado primordial que usó Einstein para su Teoría de la Relatividad Especial. Este dilema se resuelve con la teoría de la gravedad de Einstein o Teoría de la Relatividad General.
Esto es imposible! ya sabemos que la máxima velocidad que se da en la naturaleza es la velocidad de la luz, lo cual es justamente el postulado primordial que usó Einstein para su Teoría de la Relatividad Especial. Este dilema se resuelve con la teoría de la gravedad de Einstein o Teoría de la Relatividad General.
¿Qué dice la teoría de la Relatividad General?
.La gravedad (o atracción entre cuerpos con masa) es consecuencia de la forma del espacio
La fuerza que sentimos cuando nos movemos en un sistema acelerado (por ejemplo cuando la buseta frena) tiene la misma naturaleza que la fuerza de atracción entre masas (por ejemplo la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra sobre la Luna).
Una forma muy compacta de expresar el punto central de la Teoría de la Relatividad General es diciendo que
la gravedad es equivalente a la curvatura del espacio.
Pero, ¿Qué significa todo esto?
Para entenderlo, vamos a tomar un ejemplo en el que tenemos que poner a trabajar nuestra imaginación. Supongamos que vivimos en un mundo de dos dimensiones (en vez de tres), por ejemplo en una hoja de papel (sin profundidad).
Para entenderlo, vamos a tomar un ejemplo en el que tenemos que poner a trabajar nuestra imaginación. Supongamos que vivimos en un mundo de dos dimensiones (en vez de tres), por ejemplo en una hoja de papel (sin profundidad).
Vamos a medir la forma del espacio usando una rejilla. La distancia entre un nodo y su vecino es el patrón de medida:
Cuando no existe materia alguna el espacio es plano. Todas las celdas de la rejilla son del mismo tamaño.
Coloquemos una estrella en medio de este espacio. La presencia de la estrella (por su masa) ha deformado el espacio dandole una 'curvatura' en la región vecina a la estrella. Notar como la distancia patrón se modifica de forma más pronunciada en cercanías de la estrella:
¿Qué ocurre si en vez de la estrella colocamos un agujero negro muy masivo? En este caso la deformación del espacio es mayor:
LEYES DE NEWTON
LA MECÁNICA CLASICA
.¿Cómo diseñar un edificio para que no se caiga?
.¿Cómo calcular la órbita de un satélite?
.¿Cuánta energía se requiere para lanzar un cohete al espacio?
Estas preguntas se pueden responder con unos principios muy básicos de mecánica que fueron desarrollados por Galileo Galilei y por Isaac Newton.
Galileo Galilei
(1564 - 1642)
(1564 - 1642)
Sir Isaac Newton
(1642 - 1727)
(1642 - 1727)
En forma muy resumida las leyes de la mecánica clásica son:
0.Inercia:todo cuerpo tiende a mantener su estado de movimiento a no ser que una fuerza se interponga.
1.Fuerza:la rapidez con la que un cuerpo cambia la cantidad de movimiento (o momento) es directamente proporcional a la fuerza.
2.Acción y reacción: cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo, éste responde con una fuerza de reacción.
Son muchos los detalles técnicos y muy extensos los estudios que conllevan estas tres leyes. No hay espacio aquí para elaborar con detalle, sin embargo, se darán ejemplos a continuación:
Primera Ley: En el espacio vacío un cuerpo en movimiento rectilíneo continua indefinidamente ese estado de movimiento.
Segunda ley: La manzana es acelerada por la fuerza de atracción que ejerce la Tierra.Tercera ley: La Tierra atrae gravitacionalmente a la Luna, y la Luna atrae gravitacionalmente a la Tierra. Las fuerzas son iguales y reciprocas.
LAS LEYES DE KEPLER
LAS LEYES DE KEPLER SOBRE LAS ÓRBITAS PLANETARIAS
Usando la teoría de la gravedad de Newton se puede estudiar el movimiento de los planetas en órbitas en torno al Sol:
1) Los planetas se mueven en órbitas de forma elíptica, con el Sol en uno de los focos de la elipse
2) El radio de la órbita barre áreas iguales en tiempos iguales
3) El período (o tiempo en completar una vuelta) de un planeta depende de la distancia al Sol
TERMODINÁMICA
Recibimos del Sol una cantidad de energía equivalente a 1.350 Vatios por metro cuadrado. Suficiente para satisfacer la demanda energética de nuestra sociedad moderna.
Sin embargo, no toda la energía proveniente del Sol es utilizable. Mucha de esta energía no se puede convertir a formas útiles y se pierde.
En 1840 James Joule (1818 - 1889) pudo establecer que el calor es una forma de energía, intercambiable con otras formas de energía.
El calor se puede propagar de diversas maneras:
.En el espacio vacío por medio de radiación de ondas electromagnéticas, por ejemplo la radiación recibida del Sol.
.Entre objetos sólidos en contacto, el calor se propaga por conducción.
.Cuando masas de aire caliente (menos denso) se mueven hacia arriba desplazando las masas de aire más frías, se dice que el calor se propaga por convección.
Cuando un cuerpo sólido o una masa de gas reciben calor, el resultado es que aumenta la temperatura.
La diferencia entre un gas caliente y uno frío es que las moléculas del gas caliente tienen en promedio mayor energía cinética (o energía de movimiento).
La escala Kelvin de temperatura
Sabemos por la mecánica cuántica que el movimento de las partículas no puede determinarse con total certidumbre. Eso quiere decir que no es posible obtener un estado en el cual todas las partículas que forman un gas tengan energía cero. Éste es el origen de la escala absoluta de temperaturas (o escala Kelvin). El cero de la escala absoluta sería ese estado hipotético en el cual la energía de todas las partículas es cero. Por supuesto no existe en la naturaleza una temperatura absoluta igual a cero.
William Thomson (Lord Kelvin)
(1824 - 1907)
(1824 - 1907)
A la escala absoluta de temperaturas se le llama grados Kelvin en reconocimiento de las contribuciones del científico Lord Kelvin a la termodinámica. La escala de temperatura Celsius (o grados centígrados) está relacionada con la escala Kelvin así:
Celsius = Kelvin - 273,15
Celsius = Kelvin - 273,15
LA RADIACIÓN DE CUERPO NEGRO
¿Sabía usted que todos los objetos emiten ondas electromagnéticas?
Un carro, una casa, un libro, la Tierra, usted mismo, continuamente están emitiendo ondas electromagnéticas:
Cómo se puede explicar este fenómeno?
Para entender por qué emiten radiación los objetos ponga mucha atención a las siguientes consideraciones:
.Los objetos están hechos de átomos.
.Un átomo puede emitir radiación (como la luz) cuando uno de sus electrones pierde energía y así pasa a un orbital de menor energía.
.Un átomo puede absorber radiación cuando uno de sus electrones gana energía y así pasa a un orbital de mayor energía.
.El movimiento de los átomos en un objeto produce choques o vibraciones que estimulan la emisión y absorción de radiación.
.Un aumento en la temperatura de un objeto representa un aumento de la energía cinética de movimiento de sus átomos.
.En la naturaleza ningún objeto puede tener temperatura absoluta igual a cero.
El físico alemán Max Plank, descubrió la ley que gobierna la radiación de los cuerpos en equilibrio termodinámico. Según Plank, la intensidad de radiación para cada longitud de onda depende únicamente de la temperatura del cuerpo en questión.
El espectro de radiación (o intensidad para cada longitud de onda) al que llegó Plank tiene una forma característica así:
El espectro de radiación (o intensidad para cada longitud de onda) al que llegó Plank tiene una forma característica así:
Los físicos designan este espectro con el nombre de Radiación de Cuerpo Negro. Plank llegó a este resultado introduciendo el concepto de quantum de energía (es decir que la energía en la naturaleza sólo se puede intercambiar en paquetes con cantidades discretas). Este es el principio de la mecánica cuántica.
Max Plank
(1858 - 1947)
(1858 - 1947)
El Universo y la Radiación de Cuerpo Negro
El universo comenzó hace 15 mil millones de años con una gran explosión. Los astrofísicos que elaboraron esa teoría hicieron la predicción de que la energía presente en los primeros momentos del universo debe existir aún en el espacio y debe tener un espectro de Cuerpo Negro (a esta energía se le llama radiación cósmica de fondo).
El 13 de enero de 1990 el astrofísico John C. Mather anunció al mundo el resultado de la medición del espectro de la radiación cósmica de fondo obtenida por el proyecto COBE de la NASA: resultó ser exactamente un espectro de cuerpo negro correspondiente a una temperatura de 2.725 Kelvin. Éste es el espectro original obtenido por COBE:
ELECTROMAGNETISMO
.¿Qué es una corriente eléctrica?
.¿Cómo se propaga la luz?
.¿Cuál es la causa del magnetismo?
[/align]
Todas estas preguntas están relacionadas y se responden de manera coherente con la teoría del electromangetismo.
El origen de los fenómenos electromagnéticos es LA CARGA ELÉCTRICA: una propiedad de las partículas elementales que las hace atraer (si tienen signos opuestos) o repeler (si tienen signos iguales)
El Campo Eléctrico es una manera de representar la fuerza que sentiría una carga cercana a otra carga.
OPTICA
LA LUZ
La luz emitida por el Sol proviene de la fotosfera. Esta es la capa visible del Sol. Debido a sus altas temperaturas aquí se generan ondas de luz.
¿Cuál es la naturaleza de la luz?
Algunas veces la luz se manifiesta como onda. Otras veces se manifiesta como partícula. Todo depende de las circunstancias.
Algunas veces la luz se manifiesta como onda. Otras veces se manifiesta como partícula. Todo depende de las circunstancias.
LA LUZ COMO ONDA
Sabemos que la luz se comporta como onda cuando se producen los efectos de interferencia y difracción. Esto ocurre por ejemplo cuando dos ondas se encuentran en el mismo lugar y como resultado se anulan en unas partes y se refuerzan en otras, formando así un patrón característico de interferencia.
¿Cómo medimos una onda?
En una onda electromagnética, por ejemplo, el campo eléctrico cambia en intensidad de manera cíclica así:
.Cada ciclo de la onda se repite en intervalos separados por una longitud de onda
.La frecuencia mide el número de estos ciclos que ocurren cada segundo.
.En la luz, la longitud de onda determina el color de la luz (por ejemplo la longitud de onda correspondiente al color verde es de 550 nanómetros)
EL ESPECTRO ÓPTICO
La luz blanca está compuesta de ondas de diversas frecuencias. Cuando un rayo de luz blanca pasa por un prisma se separa en sus componentes de acuerdo a la longitud de onda así:
bueno amigos eso fue todo espero que les haya gustado saludos
1 Comentarios