Los fundamentos de la Física

1. Los siglos XVII y XVIII: Mecánica

2. El siglo XIX: Termodinámica y Electromagnetismo

3. El siglo XX: Relatividad y Mecánica Cuántica

4. El siglo XXI: nuevas fronteras de la Física

1. El siglo XVII: Galileo

o Principio de la inercia

o Principio de relatividad de Galileo:

“Las leyes de la Mecánica son equivalentes para cualquier observador inercial”

o Aplicación a la balística

1. El siglo XVIII: Newton

o Leyes de la Dinámica

o Teoría de la Gravitación

Universal

o Unificación de la Mecánica terrestre y la del Universo

2. Termodinámica

o Ciencia que estudia los intercambios de energía entre los sistemas

o Energía: magnitud que mide la capacidad de un sistema de realizar una acción física

2. Teorema de conservación de la energía

o Primer Principio de la Termodinámica:

“La variación de energía interna de un sistema es la suma del calor y trabajo intercambiados con el entorno”

o Unificación del trabajo mecánico y calor como formas de intercambio de energía

2. Segundo Principio de la Termodinámica

o Imposibilidad de transformación íntegra del calor en trabajo en máquinas térmicas

o Medida de la degradación de energía

2. Entropía

o Entropía: magnitud física que mide el grado de desorden de un sistema

o Proceso irreversible: sólo se produce en un sentido de forma espontánea

2. Segundo Principio de la Termodinámica

o “En todo proceso irreversible, la entropía del universo aumenta”

2. Electromagnetismo

o M. Faraday: unificación de la electricidad y el magnetismo

o Tecnología eléctrica: alternadores, motores..

o Leyes de Maxwell: unificación de los fenómenos eléctricos, magnéticos y ópticos

2. Radiación electromagnética

o La luz es un tipo de radiación electromagnética

o La velocidad de la luz depende de parámetros eléctricos y magnéticos del vacío

o H . Hertz: emisión de ondas de radio

oo

cµε .

1=

3. Teoría de la Relatividad Restringida

o Todas las leyes de la Física son equivalentes en cualquier sistema de referencia inercial

o La velocidad de la luz en el vacío, c, es una constante física, independiente del movimiento del observador

3. Dilatación del tiempo

El tiempo medido por un observador depende de su estado de movimiento

oo tt

cv

t .γ=−

=2

21

1

10. Contracción de la longitud

La longitud medida por un observador depende de su estado de movimiento

olcvl .22

1−=

3. Conversión masa-energía

2.cmE =

3. Aproximación relativística

o Sólo se utiliza si v ≈ c o Extensión del principio

de Relatividad de Galileo a todos los campos de la Física

o Ampliación del teorema de conservación de masa- energía

3. Hipótesis cuántica de Planck

1900 La materia no absorbe o

emite energía de forma continua, sino en paquetes, cantidades mínimas (cuantos de energía) o múltiplos de ellas”

E = n. hν

h = 6,63.10-34 J.s

3. Hipótesis cuántica de Planck

o Los niveles discretos de energía son distinguibles para valores próximos a h

o Extensión de la Física al mundo subatómico

3. Dualidad onda-corpúsculo

o Enunciado por L. De Broglie (1923 )

o Toda partícula tiene una onda asociada cuya longitud de onda viene dada por:

λ = h / p

3. Difracción de electrones

Cambio de propagación de una onda cuando encuentra un objeto de las dimensiones de su longitud de onda

3. Principio de incertidumbre

o Enunciado por W. Heisenberg en 1927

o “Es imposible determinar simultáneamente y con total precisión la posición y velocidad de una partícula”

3. Mecánica Cuántica

o Extensión de la Física al dominio subatómico

o Relación entre los fenómenos de emisión de luz y la estructura atómica

3. Aceleradores de partículas

o Investigación del núcleo mediante colisiones entre partículas (aceleradores, 1950)

o Desarrollo de detectores

o Dispersión de una gran diversidad de partículas subatómicas (zoo de partículas)

3. Modelo estándar

o 1964: Murray Gell-Mann propone la existencia de quarks (Finnegans Wake, Joyce), de carga fraccionaria

o 1969: Premio Nobel de Física

o Cromodinámica Cuántica: estudia las interacciones de los quarks

4. Partículas elementales

o Quarks y leptones: componentes básicos de la materia

o Bariones: formados por tres quarks (protones y neutrones)

o Bosones: partículas portadoras de un tipo de interacción

4. Interacciones fundamentales

4. Las nuevas fronteras de la Física

o Extensión de nuestro conocimiento de la materia desde el mundo subatómico hasta los confines del cosmos (más de 20 órdenes de magnitud)

o Integración en un conjunto coherente de la Mecánica, el calor, Electromagnetismo, y Física atómica

4. Los retos del siglo XXI

o Unificación de todas las interacciones

o Detección del bosón de Higgs