Electrodinamica de los cuerpos en movimiento

ELECTRODINAMICA DE LOS CUERPOS EN MOVIMIENTO

Todos los días en nuestra vida cotidiana utilizamos corriente eléctrica, en actividades tan simples como ver televisión, escuchar música, hacer un jugo en la licuadora, pero alguna vez nos hemos tomado un tiempo solo para pensar como es el funcionamiento y ¿que está más allá de estos aparatos? ¿Qué los hace funcionar? En este texto explicaremos de qué se trata la electrodinámica, todo lo que se deriva de esta, en cuerpos rígidos y en movimiento; con analogías daremos una visión más clara del tema ya mencionado.

La electrodinámica es la parte de la Física que estudia los efectos de las cargas eléctricas en movimiento, es decir, de la corriente eléctrica. Se pueden dar dos cosas dependiendo  de los cuerpos si estos se encuentran estáticos o si por el contrario están movimiento. Por citar un ejemplo daremos el de la relación del imán con un material conductor (es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de la carga eléctrica.) Si el imán es que se encuentra en movimiento y el conductor en reposo, aparece en los lugares cercanos del imán un campo eléctrico con una cierta energía definida, produciendo una corriente en los lugares donde se sitúan partes del conductor. Pero si el imán está estacionario y el conductor en movimiento, no aparece ningún campo eléctrico en los lugares cercanos del imán. En el conductor, sin embargo, encontramos una fuerza electromotriz(es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado.), para la que no hay una energía correspondiente. Estos dos casos que se presentan anteriormente tienen una explicación la electrodinámica funciona de distintas maneras según el estado en el que se encuentran los elementos que son objeto de estudio por  lo que si tomamos un sistema de coordenadas en la que se encuentra un cuerpo estático su posición puede definirse con un sistema rígido de medición, puede expresarse en coordenadas cartesianas pero si queremos estudiar el movimiento de un punto material, damos los valores de sus coordenadas como funciones del tiempo pero para poder entender de qué es lo que se está hablando debemos tener claro el concepto de tiempo y no solo por decir que es lo que muestra un reloj.

La cinemática es quien se encarga de dar estudio al movimiento en sus dos aspectos de espacio y tiempo, no importa de qué manera se tome una medición  ni el tiempo en que haga este, terminara siendo el mismo con cualquier método que se utilice para la medición del mismo elemento.

En el largo estudio que ha tenido la ciencia se han encontrado personajes los cuales han hecho aportes de gran relevancia; uno estos y no menos importante fue Albert   Einstein, el cual dio muchas teorías que en la actualidad se utilizan en varios campos de la física, pero los que nos interesa para este tema que hemos tratado durante todo el escrito son el principio de relatividad y el principio de la constancia de la velocidad de la luz, el primero de este habla el requerimiento formal de las ecuaciones que describen un sistema físico deben ser invariantes por el grupo de Lorentz (el grupo de transformaciones lineales que deja invariante la métrica del espacio de Minkowski o grupo de isometría del espacio de Minkowski. Matemáticamente está formado por cualquier matriz que satisfaga una relación), es decir, dados dos sistemas de referencia relacionables mediante una transformación de Lorentz las ecuaciones que describen dicho sistema deben tener la misma forma. Eso implica que un observador dentro de un sistema de referencia sin comunicación o contacto visual con otro sistema de referencia no puede determinar la velocidad de desplazamiento de un sistema respecto a otro mediante ningún experimento. En cambio un observador que se mueve aceleradamente respecto a otro observador puede determinar el valor de la aceleración relativa respecto a ese observador. Pero en este caso el principio de relatividad especial de Einstein no es aplicable a observadores en movimiento acelerado relativo por el motivo que Einstein planteo un principio más completo que se pudiera utilizar en cualquiera de los dos escenarios (cuerpos en movimiento, cuerpos estáticos) y sus ecuaciones deben ser las misma.

El otro principio que mencione fue constancia de la velocidad de la luz el cual se refiere a es especialmente importante cuando se comparan las observaciones entre dos marcos de referencia inerciales, aquellos marcos de referencia que están en reposo o se mueven con una velocidad uniforme relativa entre sí, ya que dependemos principalmente de la luz para hacer observaciones. Einstein fue en contra de la teoría planteada por Maxwell la cual se refería a que nada podría ir a la velocidad con la que viaja un rayo de luz, Albert quería desmentir esta teoría pues pensaba que porque él no podría viajar a la velocidad de la misma. Lo que lo llevo a pensar que La luz y todas las demás formas de radiación electromagnética se propagan en el espacio vacío con una velocidad constante c que es independiente del movimiento del observador o del cuerpo emisor. Maxwell hace mención a la relatividad  si las ecuaciones de Maxwell-Hertz para el vacío son válidas en el sistema K, también lo sean en el sistema k; es decir que los vectores de fuerza eléctrica y magnética - (X’, Y’, Z’) y (L’, M’, N’) - del sistema en movimiento k, que se definen por sus efectos pondero motrices en masas eléctricas y magnéticas respectivamente. Las ecuaciones de Maxwell predecían resultados no intuitivos como que la velocidad de la luz es la misma para cualquier observador y que no obedece a la invariancia de Galileo. Se creía, pues, que las ecuaciones de Maxwell no eran correctas y que las verdaderas ecuaciones del electromagnetismo contenían un término que se correspondería con la influencia del éter lumínico... Evidentemente los dos sistemas de ecuaciones encontrados en el sistema k deben expresar exactamente lo mismo, puesto que ambos sistemas de ecuaciones son equivalente las ecuaciones de Maxwell-Hertz en el sistema K. Puesto que, además, las ecuaciones de los dos sistemas coinciden, excepto por los símbolos para los vectores, las funciones que ocurren en lugares correspondientes en los sistemas de ecuaciones deben coincidir. Con todas las ecuaciones que el postula se puede llegar a una conclusión Sea una carga eléctrica puntual de magnitud “uno” medida en el sistema estacionario K, i.e. que cuando está en reposo en el sistema estacionario ejerce una fuerza de una dina sobre la misma cantidad de electricidad a una distancia de un cm. Por el principio de relatividad esta carga también tiene magnitud “uno” cuando se mide en el sistema en movimiento. Si esta cantidad de electricidad está en reposo relativo al sistema estacionario, entonces por definición el vector (X, Y, Z) es igual a la fuerza que actúa sobre ella.

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