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La relatividad y la cuántica en nuestro día a día
Alvaro Rubio García, IEM-CSIC
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Indice
● Relatividad especial y general:
– GPS.● Mecánica cuántica:
– Teoría del color.– Resonancia magnética.– Láseres.– Transistores.
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Relatividad
● Relatividad especial (1905): descripción del espacio-tiempo.
● Relatividad general (1915): descripción de la gravedad.
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Relatividad especial
● Cómo percibimos un objeto en movimiento con velocidad constante.
● La velocidad de la luz en el vacío es constante (300.000 km/segundo).
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Relatividad especial
● Cómo percibimos un objeto en movimiento con velocidad constante.
● La velocidad de la luz en el vacío es constante (300.000 km/segundo).
● Consecuencias:
– Dilatación temporal.– Masa relativista: E = mc²– Velocidad máxima permitida: velocidad de la luz.
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Dilatación temporal
● Si yo miro una persona en un tren que va a cierta velocidad, veré cómo esa persona se mueve más despacio.
● Experimento mental: reloj de luz.
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Dilatación temporal
● Si yo miro una persona en un tren que va a cierta velocidad, veré cómo esa persona se mueve más despacio.
● Experimento mental: reloj de luz.
TIC TAC
1 segundo
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Dilatación temporal
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Dilatación temporal
50 km/h
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Dilatación temporal
50 km/h
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Dilatación temporal
50 km/h
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Relatividad general
● Descripción actual de la gravedad en el universo (a través de la curvaura del espacio-tiempo).
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Relatividad general
● Predicciones:
– Dilatación temporal gravitatoria.– Agujeros negros.– Lentes gravitacionales.
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Dilatación temporal gravitatoria.
● Si yo miro un objeto bajo mayor fuerza de la gravedad que yo, percibo cómo este se mueve más despacio.
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Dilatación temporal gravitatoria.
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Dilatación temporal gravitatoria.
Tierra
Sol
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Relatividad: el GPS
● Funciona triangulando cuatro satélites.
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Relatividad: el GPS
3400 km
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Relatividad: el GPS
3400 km
4500 km
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Relatividad: el GPS
3400 km
4500 km2100 km
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Relatividad: el GPS
3400 km
4500 km2100 km
1900 km
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Relatividad: el GPS
3400 km
4500 km2100 km
1900 km
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Relatividad: el GPS
● Debemos conocer dos cosas:
– Dónde están los cuatro satélites.– Qué distancia nos separa de cada uno.
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Relatividad: el GPS
● Debemos conocer dos cosas:
– Dónde están los cuatro satélites.– Qué distancia nos separa de cada uno.
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Relatividad: el GPS
● Debemos conocer dos cosas:
– Dónde están los cuatro satélites.– Qué distancia nos separa de cada uno.
● Distancia = diferencia tiempo x velocidad
de la luz
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Relatividad: el GPS
● Correcciones relativistas:
– Relatividad especial: -0.000007 segundos– Relatividad general: 0.000045 segundos
● Los relojes de un satélite se adelantan 0.000038 segundos al día.
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Relatividad: el GPS
● Correcciones relativistas:
– Relatividad especial: -0.000007 segundos– Relatividad general: 0.000045 segundos
● Los relojes de un satélite se adelantan 0.000038 segundos al día.
● Sin relatividad: Tiempo sin tener en cuenta la Relatividad
Precisión del GPS
20 segundos Varios metros
1 día 10 km
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Mecánica cuántica
● Teoría de todo lo muy pequeño
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El color: la luz
● La luz se compone de fotones.● Cada fotón tiene un color determinado.● Un rayo de luz tiene muchos fotones de distintos
colores.
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El color: la estructura del átomo
● Los átomos están formados por un núcleo y una capa electrónica.
● El núcleo se compone de neutrones y protones.
ee
e
ee
e
p nnp
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El color: la estructura del átomo
● Los átomos están formados por un núcleo y una capa electrónica.
● El núcleo se compone de neutrones y protones.● Los electrones solo pueden viajar en unas órbitas
determinadas.ee
e
ee
e
p nnp
1cm
1cm
2cm 3cm
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El color: la estructura del átomo
● Los electrones pueden saltar de una órbita a otra más lejana absorbiendo luz de un solo color.
Órbita 3
Órbita 1e
Órbita 2
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El color: la estructura del átomo
● Los electrones pueden saltar de una órbita a otra más lejana absorbiendo luz de un solo color.
e
e
2 órbitas
Órbita 3
Órbita 1
Órbita 2
Órbita 3
Órbita 1
Órbita 2
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El color: la estructura del átomo
● Los electrones pueden saltar de una órbita a otra más lejana absorbiendo luz de un solo color.
e e
Órbita 3
Órbita 1
Órbita 2
Órbita 3
Órbita 1
Órbita 21,5 órbitas
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El color
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La resonancia magnetica
● Todas las partículas se comportan como si tuviesen un imán en su interior.
● La RM usa el imán de los átomos de Hidrógeno para tomar imágenes del cuerpo.
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La resonancia magnetica
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La resonancia magnetica
Campo magnétic
o
N
S
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La resonancia magnetica
Campo magnétic
o
Ondas de radio
N
S
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La resonancia magnetica
Tejido Tiempo (milisegundos)
Grasa 180
Hígado 270
Músculo 600
Agua 2500
* http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/spinrel.html#c1
*
Campo magnétic
o
N
S
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El laser
● Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
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El laser
● Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
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El laser
● Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
● Luz:
– Del mismo color.– Coherente.
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El laser
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El laser
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El laser
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El laserEspejo Espejo
Espejo Espejo
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El laser
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El transistor● Aparato que permite o no que pase una corriente.● Base de toda la electrónica moderna: chips,
móviles, ordenadores, cámaras de fotos...
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El transistor● Aparato que permite o no que pase una corriente.● Base de toda la electrónica moderna: chips,
móviles, ordenadores, cámaras de fotos...
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El transistor● Aparato que permite o no que pase una corriente.● Base de toda la electrónica moderna: chips,
móviles, ordenadores, cámaras de fotos…
● Los de tu móvil miden 0.000000014 metros.
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En resumen
RelatividadCuántica