Experimentos Cuciales

EXPERIMENTOS CRUCIALES (Extracción del Libro: De Arquímedes a Einstein, Manuel Lozano Leyva)

1. Interferencia de electrones en una doble rejilla (Young)

Un estudio detallado del experimento de Young realizado con electrones como ejemplo de partículas materiales, muestra algunas propiedades desconcertantes de la dualidad onda-partícula que constituyen, a pesar de su carácter paradójico, los fundamentos mismos de la física cuántica.

Si se coloca el detector de electrones detrás de una de las rendijas y se tapa la otra se obtendrá una curva de distribución de electrones máxima en el centro y que disminuye progresivamente hacia los extremos, análoga a la que resultaría si el experimento se hubiera realizado con perdigones u otro tipo de corpúsculos materiales. Si los detectores de electrones se sitúan detrás de cada una de las dos rendijas, entonces la curva resultante es la suma de las otras dos; es decir, en nada parecida al diagrama característico del fenómeno de interferencias en el que se alternan los máximos y los mínimos de intensidad.

El experimento de Young efectuado con luz y con electrones arroja resultados parecidos. El diagrama de interferencias indica que la curva de distribución de electrones por la pantalla tiene la misma forma que la de intensidad de la onda luminosa que resulta si el experimento se efectúa con luz.

Más información sobre este experimento: http://www.natureduca.com/fis_ondypar_prindeterm01.php

2. La caída libre de los Cuerpos de Galileo

Hacia 1589 había terminado Galileo su formación universitaria y era ya famoso por su labor en el campo de la mecánica. Al igual que Arquímedes, había aplicado las matemáticas a situaciones estáticas, inmóviles; pero su espíritu anhelaba volver sobre el problema del movimiento.

Toda su preocupación era hallar la manera de retardar la caída de los cuerpos para así poder experimentar con ellos y estudiar detenidamente su movimiento. (Lo que hace el científico en un experimento es establecer condiciones especiales que le ayuden a estudiar y observar los fenómenos con mayor sencillez que en la naturaleza.)

Galileo se acordó entonces del péndulo. Al desplazar un peso suspendido de una cuerda y soltarlo, comienza a caer. La cuerda a la que está atado le impide, sin embargo, descender en línea recta, obligándole a hacerlo oblicuamente y con suficiente lentitud como para poder cronometrarlo.

Como decimos, el péndulo, a diferencia de un cuerpo en caída libre, no cae en línea recta, lo cual introducía ciertas complicaciones. La cuestión era cómo montar un experimento en el que la caída fuese oblicua y en línea recta. ¡Estaba claro! Bastaba con colocar un tablero de madera inclinado, que llevara en el centro un surco largo, recto y bien pulido. Una bola que ruede por el surco se mueve en línea recta. Y si se coloca la tabla en posición casi horizontal, las bolas rodarán muy despacio, permitiendo así estudiar su movimiento.

Galileo dejó rodar por el surco bolas de diferentes pesos y cronometró su descenso por el número de gotas de agua que caían a través de un agujero practicado en el fondo de un recipiente. Comprobó que, exceptuando objetos muy ligeros, el peso no influía para nada: todas las bolas cubrían la longitud del surco en el mismo tiempo.

Para saber más sobre este experimento: http://www.portalplanetasedna.com.ar/ideas04.htm

3. El experimento de Milikan para determinar la unidad de carga eléctrica

El experimento de la gota de aceite fue un experimento realizado por Robert Millikan y Harvey Fletcher en 1909 para medir la carga elemental (la carga del electrón).

El experimento implicaba equilibrar la fuerza gravitatoria hacia abajo con la flotabilidad hacia arriba y las fuerzas eléctricas en las minúsculas gotas de aceite cargadas suspendidas entre dos electrodos metálicos. Dado que la densidad del petróleo era conocida, las masas de las “gotas ", y por lo tanto sus fuerzas gravitatorias y de flotación, podrían determinarse a partir de sus radios observados. Usando un campo eléctrico conocido, Millikan y Fletcher pudieron determinar la carga en las gotas de aceite en equilibrio mecánico. Repitiendo el experimento para muchas gotas, confirmaron que las cargas eran todas múltiplos de un valor fundamental, y calcularon que es 1,5924|(17).10-19 C, dentro de un uno por ciento de error del valor actualmente aceptado de 1,602176487|(40).10-19 C. Propusieron que esta era la carga de un único electrón.

Para más información sobre este experimento: http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Millikan

4. La descomposición de luz al pasar por un prisma (Newton)

Newton sabía muy poco sobre la naturaleza de la luz, no sabía que era una onda y menos aún que era una onda electromagnética. Creía que estaba formada por corpúsculos, pero consiguió descomponerla en sus colores espectrales. Hoy sabemos que la luz es a la vez partícula y onda.

Los seres humanos (y algunos animales) apreciamos una amplia gama de colores que, por lo general, se deben a la mezcla de radiaciones (luces) de diferentes longitudes de onda. El color de la luz con una única longitud de onda o una banda estrecha de ellas se conoce como color puro.

Al hacer pasar la luz por un prisma de cristal, las distintas longitudes de onda que componen el haz de luz viajan dentro de él a diferente velocidad y se curvan de manera diferente al entrar y al salir (doble refracción al cambiar de medio) dando como resultado un haz desviado de la dirección inicial y con sus componentes separados. Así surge el espectro solar.

Cada uno de los diferentes rayos de luz atraviesa el cristal con distinta velocidad y la velocidad media de la luz dentro del prisma es menor que en el vacío. La luz es una onda con un campo eléctrico oscilante que interfiere con las partículas cargadas que hay en la materia.

Siempre que la luz incide en una cara se refleja y se refracta al mismo tiempo. Las radiaciones visibles están comprendidas entre las siguientes longitudes de onda: desde 350 nm (nanometros) para el color violeta hasta 750 nm para el rojo. Las gotas de agua suspendidas en la atmósfera también descomponen la luz y forman el arco iris.

Más sobre este experimento: http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/color/Luz_descomposicion.htm

5. La interferencia de la luz en la doble rejilla de Young

El experimento de Young, también denominado experimento de la doble rendija, fue realizado en 1801 por Thomas Young, en un intento de discernir sobre la naturaleza corpuscular u ondulatoria de la luz. Young comprobó un patrón de interferencias en la luz procedente

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