UNIDAD DE APRENDIZAJE Introducción a la física

UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA, SISTEMA DE EDUCACION SUPERIOR  [pic 1][pic 2]

Centro Universitario de las Ciencias Exactas e Ingenierías / QFB

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SISTEMA DE EDUCACION SUPERIOR

Centro Universitario de las Ciencias

Exactas e Ingenieras

“10. Introducción a la relatividad especial”

UNIDAD DE APRENDIZAJE

Introducción a la física

Guadalajara, Jalisco, México.                                     20 de marzo de 2020

Índice

Introducción

La física tiene un sinfín de temas de desarrollo; donde dicha ciencia conlleva su expansión en el estudio de las cosas. En el presente documento se abordará sobre la relatividad especial, en la cual se mostrará un poco de historia, desarrollo y evolución del conocimiento que hoy en día ya conocemos. Albert Einstein es uno de los principales aportadores a este conjunto de conocimientos, donde por medio del análisis conllevó a la deducción sobre la relatividad.

Dentro del presente trabajo, se pretende ser concreto y específico, mostrando solo la información necesaria para comprender los temas de forma sintetizada. Así mismo, se incluyen ejemplos ya sea prácticos como de imaginación. En el caso de los de imaginación, se crean ciertos escenarios para entender más sobre lo que se habla, mientras que en los prácticos se realiza una seria de pasos en los cuales van en la colocación de datos, fórmula, sustitución y resultados.

El presente documento es el análisis a fondo de libros, que hoy en día tienen gran importancia, uno de ellos es “Física conceptual” de Paul Hewit donde se abordó la observación de la parte teórica. Por otro parte, el libro “Física conceptual y aplicaciones” de Paul Tippens aportó en el desarrollo de ejercicios, para entender el funcionamiento del tema.

Einstein demostró que, tal como las fuerzas son afectadas por el movimiento, las mismísimas mediciones del espacio tiempo también son afectadas por el movimiento. Todas las mediciones del espacio y el tiempo dependen del movimiento relativo. Por ejemplo, la longitud de una pelota extraordinaria, en un movimiento cercano a la velocidad de la luz, cambiaría completamente la medición de la longitud inicial. Einstein tuvo que ignorar el sentido común para poder derivar que en el movimiento también cambiamos el ritmo del avance hacia el futuro, es decir, el propio tiempo se altera. Albert demostró que más allá de una relación del espacio tiempo, también hay una relación entre masa y energía que comúnmente la asociamos con: E= mc2.

Estas son las ideas las cuales abordaremos en este trabajo de investigación, probablemente sea difícil al inicio porque tenemos que salir de lo común para entender lo extraordinario, sin embargo, con mucha imaginación y creatividad se puede entender lo que el famoso Einstein realmente quería transmitir al mostrar dichos conocimientos.

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10.1 Movimiento y sistemas de referencia.

Se podría definir a un sistema de referencia como un sistema de coordenadas respecto del cual estudiamos el movimiento de un cuerpo. Supone la posición del observador respecto al fenómeno (Fernández J. s.f.).  

Un gran ejemplo sería el observar el fenómeno de una persona que camina por el pasillo de un tren en movimiento puede caminar con una rapidez de 1 kilómetro por hora con respecto a su asiento, pero a 60 kilómetros por hora con respecto a la estación del ferrocarril. Siempre antes de medir la velocidad de un objeto o cosa, es necesario tomar un marco de referencia, ya sea en el caso del tren tanto en el interior, exterior o algún otro lugar donde se pueda poner dicho marco. En el ejemplo anterior, si mides desde una posición de reposo en el interior del tren, la rapidez de la persona que camina es de 1 kilómetro por hora. Si mides desde una posición de reposo en el suelo, la rapidez de la persona que camina es de 61 kilómetros por hora.

Pero el suelo en realidad no está quieto, porque la Tierra gira como un trompo en torno a su eje polar. Dependiendo de cuán cerca del ecuador esté el tren, la rapidez de la persona que camina puede ser de hasta 1,600 kilómetros por hora con respecto a un marco de referencia en el centro de la Tierra. Y el centro de la Tierra se mueve con respecto al Sol. Si colocas el marco de referencia en el Sol, la rapidez de la persona que camina en el interior del tren, que está en la Tierra que orbita, es de casi 110,000 kilómetros por hora. Y el Sol no está en reposo: orbita el centro de la galaxia, que se mueve con respecto a otras galaxias. Este ejemplo fue expuesto en el libro de Física de Paul Hewitt, y con esta expansión podemos derivar sobre lo inmenso que puede ser el panorama de la observación de un objeto en movimiento y esto produce que sea algo amplio la selección de un marco de referencia.  Sin embargo, Einstein anticipó de que la rapidez de la luz en el espacio libre es la misma en todos los marcos de referencia, una idea que era contraria a las ideas clásicas del espacio y tiempo. La rapidez es una razón entre la distancia a través del espacio y un correspondiente intervalo de tiempo. Para que la rapidez de la luz sea constante, debe descartarse la idea clásica de que el espacio y el tiempo son independientes entre sí. Einstein observó que el espacio y el tiempo estaban ligados, y, con postulados sencillos, construyó una profunda relación entre los dos.

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