TEORÍA DE LA RELATIVIDAD Índice b Biografía de Einstein b Aproximación a la relatividad b La...

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD RELATIVIDAD ÍndiceÍndice

Biografía de EinsteinBiografía de Einstein Aproximación a la relatividadAproximación a la relatividad La relatividad en la mecánica clásicaLa relatividad en la mecánica clásica Características atribuidas a la luzCaracterísticas atribuidas a la luz Experimento de Michelson - MorleyExperimento de Michelson - Morley Transformaciones de LorentzTransformaciones de Lorentz Consecuencias de las transformaciones de Consecuencias de las transformaciones de

LorentzLorentz Comienzos de la relatividadComienzos de la relatividad

TEORÍA DE LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD RELATIVIDAD ÍndiceÍndice

Origen del pensamientoOrigen del pensamiento La necesidad de la teoría La necesidad de la teoría Desarrollo de la teoríaDesarrollo de la teoría La relatividad: teoría especial y general La relatividad: teoría especial y general

de la relatividadde la relatividad ConsecuenciasConsecuencias BibliografíaBibliografía

BIOGRAFÍA DE EINSTEINBIOGRAFÍA DE EINSTEIN

Nacido de padres Nacido de padres judíos en 1879 en judíos en 1879 en Ulm. Con 16 años Ulm. Con 16 años ingresó en el ingresó en el politécnico de Zürich.politécnico de Zürich.

Su obra principal es Su obra principal es la teoría de la la teoría de la relatividad, publicada relatividad, publicada siendo un completo siendo un completo desconocido en el desconocido en el mundo de la física.mundo de la física.

BIOGRAFÍA DE EINSTEINBIOGRAFÍA DE EINSTEIN

Actualmente, es Actualmente, es considerado como el considerado como el físico más importante físico más importante de nuestro siglo, y de nuestro siglo, y por muchos físicos por muchos físicos como el mayor como el mayor científico de todos los científico de todos los que han existido. que han existido.

Einstein falleció en el Einstein falleció en el año 1955 en año 1955 en Pricenton.Pricenton.

APROXIMACIÓN A LA APROXIMACIÓN A LA RELATIVIDADRELATIVIDAD

¿ Quién es más grande ?¿ Quién es más grande ?

En el dibujo A el pastor es, evidentemente, En el dibujo A el pastor es, evidentemente, más grande que el conejo; en el B, el más grande que el conejo; en el B, el conejo es más grande que el pastor. Aquí conejo es más grande que el pastor. Aquí tampoco hay contradicción alguna. El tampoco hay contradicción alguna. El asunto reside en que estos dibujos fueron asunto reside en que estos dibujos fueron hechos por observadores desde puntos hechos por observadores desde puntos diferentes: uno se encontraba más cerca diferentes: uno se encontraba más cerca del conejo y el otro más cerca del pastor. del conejo y el otro más cerca del pastor.

APROXIMACIÓN A LA APROXIMACIÓN A LA RELATIVIDADRELATIVIDAD

Para un cuadro es esencial el ángulo Para un cuadro es esencial el ángulo bajo el cual vemos el objeto y no las bajo el cual vemos el objeto y no las dimensiones de estos, las dimensiones dimensiones de estos, las dimensiones angulares de los objetos son relativas. angulares de los objetos son relativas. Para hablar de éstas hay que indicar el Para hablar de éstas hay que indicar el punto del espacio desde el cual se punto del espacio desde el cual se efectúa la observación sino, no tiene efectúa la observación sino, no tiene sentido.sentido.

SISTEMAS DE REFERENCIASISTEMAS DE REFERENCIA

SISTEMAS SISTEMAS INERCIALES:INERCIALES:

Se cumple la 1ª ley Se cumple la 1ª ley de Newton.de Newton.

Las únicas fuerzas Las únicas fuerzas que causan que causan variaciones en los variaciones en los movimientos son movimientos son fuerzas reales que fuerzas reales que cumplen la 3ª ley de cumplen la 3ª ley de Newton.Newton.

SISTEMAS NO SISTEMAS NO INERCIALES:INERCIALES:

No se cumple la 1ª No se cumple la 1ª ley de Newton.ley de Newton.

Aparecen fuerzas Aparecen fuerzas ficticias, estas no ficticias, estas no tienen reacción tienen reacción con lo que no se con lo que no se cumple la 3ª ley de cumple la 3ª ley de Newton.Newton.

SISTEMAS DE REFERENCIASISTEMAS DE REFERENCIA

Estos sistemas Estos sistemas están en reposo o están en reposo o en MRU con en MRU con respecto a otrosrespecto a otros

Estos sistemas se Estos sistemas se encuentran encuentran acelerados acelerados respecto a respecto a cualquier sistema cualquier sistema inercial.inercial.

LA RELATIVIDAD EN LA LA RELATIVIDAD EN LA MECÁNICA CLÁSICAMECÁNICA CLÁSICA

En el siglo XVII Galileo Galilei En el siglo XVII Galileo Galilei enunció el principio de relatividad: enunció el principio de relatividad: cualquier experimento mecánico cualquier experimento mecánico realizado en un sistema en reposo realizado en un sistema en reposo se desarrollará exactamente igual se desarrollará exactamente igual en un sistema que se mueva a en un sistema que se mueva a velocidad constante en relación al velocidad constante en relación al primero. primero.

De este principio se deduce, que no De este principio se deduce, que no podemos distinguir si un sistema de podemos distinguir si un sistema de referencia está en reposo o si se referencia está en reposo o si se mueve con velocidad constante. Sólo mueve con velocidad constante. Sólo podremos conocer si se mueve o podremos conocer si se mueve o permanece en reposo en relación con permanece en reposo en relación con otro sistema de referencia. Además, otro sistema de referencia. Además, permite asegurar que todos los permite asegurar que todos los sistemas inerciales son equivalentes.sistemas inerciales son equivalentes.



TRANSFORMACIONES DE GALILEOTRANSFORMACIONES DE GALILEO Las ecuaciones de transformación de Las ecuaciones de transformación de

Galileo permite a un observador O’ Galileo permite a un observador O’ (sistema de referencia S’) interpretar (sistema de referencia S’) interpretar la información que le llega de un la información que le llega de un observador O (sistema de referencia observador O (sistema de referencia S), y viceversa. Consideraremos que S), y viceversa. Consideraremos que S’ se aleja con velocidad u de S. S’ se aleja con velocidad u de S.


En la velocidad, se basa en la derivación de En la velocidad, se basa en la derivación de la ecuación vectorial de las la ecuación vectorial de las transformaciones de Galileo con respecto al transformaciones de Galileo con respecto al tiempo, además tendremos en cuenta que tiempo, además tendremos en cuenta que el tiempo es el mismo para ambos el tiempo es el mismo para ambos observadores ( t = t’) y que u es constante.observadores ( t = t’) y que u es constante.

r = r - utr = r - ut dr’/ dt’ = dr’ /dt = dr/ dt - d(ut)/dtdr’/ dt’ = dr’ /dt = dr/ dt - d(ut)/dt

v’ = v - uv’ = v - u


Esta ecuación vectorial recibe el nombre Esta ecuación vectorial recibe el nombre de de fórmula clásica de adición de fórmula clásica de adición de velocidadesvelocidades..

Derivaremos ésta para hallar la relación Derivaremos ésta para hallar la relación entre las aceleracionesentre las aceleraciones

v’ = v - uv’ = v - u dv’ / dt’ = dv’ / dt = dv/dt - du / dt = dv’ / dt’ = dv’ / dt = dv/dt - du / dt =

dv/dt - 0dv/dt - 0 a’ = aa’ = a


La aceleración de un cuerpo tendrá el La aceleración de un cuerpo tendrá el mismo valor en todos los sistemas mismo valor en todos los sistemas inerciales.inerciales.

Por último, como la aceleración y la masa Por último, como la aceleración y la masa no varía al pasar de un sistema de no varía al pasar de un sistema de referencia inercial a otro, es fácil deducir referencia inercial a otro, es fácil deducir que la fuerza media en los dos sistema de que la fuerza media en los dos sistema de referencia tampoco varía.referencia tampoco varía.

Como Como a’ = aa’ = a y y m’= m m’= m , entonces , entonces m’a’ m’a’ = = mama y por tanto : y por tanto : F’ = FF’ = F


Todos los observadores inerciales miden Todos los observadores inerciales miden la fuerza y aceleración para un cuerpo, la fuerza y aceleración para un cuerpo, aunque registren trayectorias diferentes. aunque registren trayectorias diferentes. Es decir, en todos los sistemas inerciales Es decir, en todos los sistemas inerciales se cumplen la segunda ley de Newton.se cumplen la segunda ley de Newton.

Y dado que todas las fuerzas son Y dado que todas las fuerzas son iguales, también lo son los pares de iguales, también lo son los pares de fuerza de acción y reacción, por lo que fuerza de acción y reacción, por lo que también se cumple la 3ª ley de Newton.también se cumple la 3ª ley de Newton.


Y debido a que el Y debido a que el tiempotiempo, la , la masamasa, la , la aceleraciónaceleración y la y la fuerzafuerza son son magnitudes que no cambian al pasar magnitudes que no cambian al pasar de un sistema inercial a otro reciben de un sistema inercial a otro reciben el nombre de el nombre de invariantes de Galileoinvariantes de Galileo y como consecuencia de esto, y como consecuencia de esto, también lo son los también lo son los intervalos de intervalos de tiempotiempo y la y la distanciadistancia entre dos entre dos puntos fijos.puntos fijos.

CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS ATRIBUIDAS A LA LUZATRIBUIDAS A LA LUZ

La visión mecanicista que tenían los La visión mecanicista que tenían los físicos en el siglo XIX les hicieron físicos en el siglo XIX les hicieron formular hipótesis sobre la naturaleza de formular hipótesis sobre la naturaleza de la luz que se basaron en la comparación la luz que se basaron en la comparación de ésta con ondas mecánicas conocidas de ésta con ondas mecánicas conocidas en ese momento( por ejemplo, el en ese momento( por ejemplo, el sonido). De tal manera que se le sonido). De tal manera que se le atribuye a la luz las siguientes atribuye a la luz las siguientes características similares a las del sonido.características similares a las del sonido.

CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS ATRIBUIDAS A LA LUZATRIBUIDAS A LA LUZ

Las ondas de luz debían de necesitar un Las ondas de luz debían de necesitar un medio mecánico para propagarse que medio mecánico para propagarse que recibió el nombre de éter.recibió el nombre de éter.

Las ondas de luz debían de propagarse con Las ondas de luz debían de propagarse con una velocidad fija de módulo c, con respecto una velocidad fija de módulo c, con respecto a su medio de propagación, el éter.a su medio de propagación, el éter.

Y la velocidad de la luz en un sistema que se Y la velocidad de la luz en un sistema que se mueve respecto al éter podría hallarse a mueve respecto al éter podría hallarse a partir de la fórmula clásica de adición de partir de la fórmula clásica de adición de velocidades.velocidades.

EXPERIMENTO DE EXPERIMENTO DE MICHELSON - MORLEYMICHELSON - MORLEY

El ser humano ha observado que la El ser humano ha observado que la Tierra se mueve en el universo desde Tierra se mueve en el universo desde la antigüedad. El físico norteamericano la antigüedad. El físico norteamericano Michelson ( 1852-1931) y su ayudante Michelson ( 1852-1931) y su ayudante Morley ( 1838-1923) se basaron en las Morley ( 1838-1923) se basaron en las características atribuidas a la luz para características atribuidas a la luz para intentar medir en 1887 la velocidad de intentar medir en 1887 la velocidad de la Tierra en el sistema del éter, es la Tierra en el sistema del éter, es decir, su velocidad absoluta.decir, su velocidad absoluta.


A finales del siglo XIX se consideraba A finales del siglo XIX se consideraba que la velocidad de la luz era que la velocidad de la luz era cc sólo sólo en el sistema de referencia del éter. en el sistema de referencia del éter. Así, en un sistema de referencia que Así, en un sistema de referencia que se moviese a la velocidad se moviese a la velocidad uu respecto respecto al del éter, la velocidad de la luz al del éter, la velocidad de la luz sería sería c’ = c - uc’ = c - u, según la adición , según la adición clásica de velocidades.clásica de velocidades.


Teniendo en cuenta esto, Teniendo en cuenta esto, Michelson y Morley formularon la Michelson y Morley formularon la siguiente hipótesis: siguiente hipótesis: si se mide la si se mide la velocidad de la luz en dos velocidad de la luz en dos direcciones perpendiculares en un direcciones perpendiculares en un sistema fijo en la tierra, podrá sistema fijo en la tierra, podrá hallarse la velocidad v de la Tierra hallarse la velocidad v de la Tierra en el sistema del éter. en el sistema del éter.


La experiencia consistía en medir la La experiencia consistía en medir la velocidad de la luz en dos direcciones velocidad de la luz en dos direcciones perpendiculares en un sistema de referencia perpendiculares en un sistema de referencia fijo en la Tierra. Para ello, utilizaron un fijo en la Tierra. Para ello, utilizaron un dispositivo denominado interferómetro de dispositivo denominado interferómetro de Michelson - Morley.Michelson - Morley.

Esperaban obtener un patrón de interferencia Esperaban obtener un patrón de interferencia en el punto en el punto O’O’ que les permitiera medir las que les permitiera medir las pequeñas diferencias de tiempo por cada haz pequeñas diferencias de tiempo por cada haz y de aquí obtener la velocidad y de aquí obtener la velocidad vv..


Como no obtuvieron los resultados Como no obtuvieron los resultados esperados, repitieron el esperados, repitieron el experimento en diferentes lugares experimento en diferentes lugares y posiciones.y posiciones.

Michelson y Morley Michelson y Morley no detectaron no detectaron ninguna variación de tiemponinguna variación de tiempo en en ninguna de las direcciones en que ninguna de las direcciones en que giraron el aparato.giraron el aparato.


La explicación más coherente con La explicación más coherente con estos resultados y que se estos resultados y que se demostró cierta posteriormente, es demostró cierta posteriormente, es que que la velocidad de la luz es la velocidad de la luz es constante independiente del constante independiente del movimiento del observador y del movimiento del observador y del movimiento de la fuente emisora.movimiento de la fuente emisora.

EXPERIMENTO DE EXPERIMENTO DE MICHELSON - MORLEY: MICHELSON - MORLEY:

EXPLICACIONESEXPLICACIONES

Al obtener un valor constante para Al obtener un valor constante para la velocidad de la luz, se dieron la velocidad de la luz, se dieron varias explicaciones, aunque todas varias explicaciones, aunque todas se demostraron falsas:se demostraron falsas:

Resolución insuficiente del Resolución insuficiente del instrumento de medida.instrumento de medida.

Movimiento del éter con la Tierra.Movimiento del éter con la Tierra.

EXPERIMENTO DE EXPERIMENTO DE MICHELSON - MORLEY: MICHELSON - MORLEY:

EXPLICACIONESEXPLICACIONES

Contracción de los objetos en la Contracción de los objetos en la dirección del movimientodirección del movimiento

Esta última hipótesis, supuesta por Esta última hipótesis, supuesta por el físico irlandés Fitzgerald y el físico irlandés Fitzgerald y formulada por el físico holandés formulada por el físico holandés Lorentz se denomina contracción Lorentz se denomina contracción de Fitzgerald - Lorentz.de Fitzgerald - Lorentz.

TRANSFORMACIONES DE TRANSFORMACIONES DE LORENTZLORENTZ

Como la velocidad de la luz era la Como la velocidad de la luz era la misma para todos los observadores misma para todos los observadores inerciales teniendo en cuenta esto inerciales teniendo en cuenta esto las transformaciones de Galileo las transformaciones de Galileo debían de ser reemplazadas. debían de ser reemplazadas. Einstein vio que las Einstein vio que las transformaciones válidas eran las transformaciones válidas eran las transformaciones de Lorentz transformaciones de Lorentz propuestas en 1892 por Lorentz.propuestas en 1892 por Lorentz.


Inicialmente las transformaciones Inicialmente las transformaciones de Lorentz se consideraron un de Lorentz se consideraron un simple pasatiempo matemático, simple pasatiempo matemático, pero Einstein se dio cuenta que pero Einstein se dio cuenta que explicaba la realidad física y explicaba la realidad física y conducía a una nueva conducía a una nueva interpretación de los conceptos de interpretación de los conceptos de espacio y tiempo.espacio y tiempo.


Estas ecuaciones permite a un Estas ecuaciones permite a un observador inercial O’ ( sistema S’ ) observador inercial O’ ( sistema S’ ) interpretar la información procedente interpretar la información procedente de un observador inercial O ( sistema de un observador inercial O ( sistema S ), y viceversa. Para simplificarla se S ), y viceversa. Para simplificarla se definen las siguientes constantes definen las siguientes constantes auxiliares:auxiliares:

u / c ; 1 / 1 - x’ = x - uty’ = y ; z’ = z ; t’ = t - (xc

Dibujo: página 303


Así, las transformaciones de Lorentz para Así, las transformaciones de Lorentz para un sistema S’ que se aleja a velocidad u un sistema S’ que se aleja a velocidad u de un sistema S son:de un sistema S son:

De ella se interpreta que:De ella se interpreta que: - El tiempo que mide cada observador es - El tiempo que mide cada observador es

diferente ( t = t’) por lo que el tiempo diferente ( t = t’) por lo que el tiempo pierde el carácter absoluto que tenía en pierde el carácter absoluto que tenía en la mecánica clásica ( t = t’).la mecánica clásica ( t = t’).


- No es posible superar la - No es posible superar la velocidad de la luz, c. Si la velocidad de la luz, c. Si la velocidad u fuera igual o superior a velocidad u fuera igual o superior a la velocidad de la luz c, la la velocidad de la luz c, la constante gamma sería infinita o constante gamma sería infinita o imaginaria, algo sin ningún sentido imaginaria, algo sin ningún sentido físico.físico.


- Las transformaciones de Lorentz se - Las transformaciones de Lorentz se reduce a la de Galileo en el límite de reduce a la de Galileo en el límite de velocidades pequeñas respecto a la velocidades pequeñas respecto a la de la luz. Si de la luz. Si uu es mucho menor que es mucho menor que cc, la constante beta se hace 0, de , la constante beta se hace 0, de modo que gamma es igual a uno y modo que gamma es igual a uno y recuperamos las transformaciones recuperamos las transformaciones de Galileo.de Galileo.

TRANSFORMACIONES DE TRANSFORMACIONES DE LORENTZ: LORENTZ:

CONSECUENCIASCONSECUENCIAS

Las transformaciones de Lorentz Las transformaciones de Lorentz permitieron dar respuestas a las permitieron dar respuestas a las siguientes cuestiones:siguientes cuestiones:

- Si dos sucesos son simultáneos en - Si dos sucesos son simultáneos en un determinado sistema de referencia un determinado sistema de referencia inercial S, inercial S, ¿ lo serán también en otro¿ lo serán también en otro sistema de referencia inercial S’ que sistema de referencia inercial S’ que se mueva respecto al primero?se mueva respecto al primero?



- Si un suceso tiene una duración - Si un suceso tiene una duración determinada en el sistema de referencia determinada en el sistema de referencia S, S, ¿ tendrá la misma duración en el ¿ tendrá la misma duración en el sistema de referencia S’ ?sistema de referencia S’ ?

- Si un cuerpo tiene una determina - Si un cuerpo tiene una determina longitud x en el sistema de longitud x en el sistema de referencia S,referencia S, ¿ tendrá la misma longitud ¿ tendrá la misma longitud en el sistema de referencia S’ ? en el sistema de referencia S’ ?



Simultaneidad en la relatividadSimultaneidad en la relatividad: dos : dos sucesos que son simultáneos para un sucesos que son simultáneos para un observador no lo son para otro observador observador no lo son para otro observador que se mueva respecto al primero. que se mueva respecto al primero.

Dilatación relativista del tiempoDilatación relativista del tiempo: el tiempo : el tiempo de un sistema en movimiento parece de un sistema en movimiento parece dilatarse respecto al tiempo medido en un dilatarse respecto al tiempo medido en un sistema en reposo solidario con el sistema en reposo solidario con el observador. observador.



Contracción relativista del espacioContracción relativista del espacio: : en un sistema en movimiento la en un sistema en movimiento la longitudes paralelas al longitudes paralelas al desplazamiento parece contraídas desplazamiento parece contraídas respecto a las longitudes propias respecto a las longitudes propias de los cuerpos. Este fenómeno de los cuerpos. Este fenómeno también se conoce como también se conoce como contracción de Fitzgerald - Lorentz.contracción de Fitzgerald - Lorentz.



Adicción relativista de velocidadesAdicción relativista de velocidades: : se obtienen derivando las se obtienen derivando las ecuaciones de las ecuaciones de las transformaciones de Lorentz con transformaciones de Lorentz con respecto al tiempo. respecto al tiempo. , , v’v’x = x = vvx x - u / 1 - v- u / 1 - vx x u / c 2u / c 2

COMIENZOS DE LA COMIENZOS DE LA RELATIVIDADRELATIVIDAD

En lo que concierne a las posibles En lo que concierne a las posibles influencias sobre el pensamiento de influencias sobre el pensamiento de Einstein hay que distinguir al menos dos Einstein hay que distinguir al menos dos apartados:apartados:

– Influencias de orden técnicoInfluencias de orden técnico– Influencia de orden filosófico.Influencia de orden filosófico.

INFLUENCIAS DE ORDEN INFLUENCIAS DE ORDEN TÉCNICOTÉCNICO

Con respecto a esta influencia el propio Con respecto a esta influencia el propio Einstein ofreció una indicación importante Einstein ofreció una indicación importante en su “en su “Autobiographical NotesAutobiographical Notes”: ”: ““ Entré en Entré en el instituto politécnico de Zürich como el instituto politécnico de Zürich como estudiante de física y matemáticas pero estudiante de física y matemáticas pero trabajé la mayor parte del tiempo en el trabajé la mayor parte del tiempo en el laboratorio de física fascinado con el laboratorio de física fascinado con el contacto directo con la experiencia. El contacto directo con la experiencia. El resto del tiempo lo dediqué a estudiar en resto del tiempo lo dediqué a estudiar en casa los trabajos de otros físicos…”casa los trabajos de otros físicos…”

INFLUENCIAS DE ORDEN INFLUENCIAS DE ORDEN FILOSÓFICOFILOSÓFICO

Einstein estudiando a Helmholtz pudo haber Einstein estudiando a Helmholtz pudo haber extraído un cierto gusto por un enfoque extraído un cierto gusto por un enfoque conscientemente epistemológico, así como conscientemente epistemológico, así como una impresión de que los experimentos no una impresión de que los experimentos no cuentan de forma crucial.cuentan de forma crucial.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Epistemología: rama de la filosofía que se encarga del estudio Epistemología: rama de la filosofía que se encarga del estudio sobre el conocimiento.sobre el conocimiento.

Helmholtz: científico y filósofo alemán cuya doctrina es una Helmholtz: científico y filósofo alemán cuya doctrina es una forma de neokantonismo (movimiento relacionado con Kant forma de neokantonismo (movimiento relacionado con Kant que niega la imposibilidad de la Metafísica)que niega la imposibilidad de la Metafísica)

¿ Cómo surgió en Einstein ¿ Cómo surgió en Einstein esta forma de ver y entender esta forma de ver y entender la física ?la física ?

Según sus propias manifestaciones fue Según sus propias manifestaciones fue resultado de un largo proceso, iniciado resultado de un largo proceso, iniciado cuando era un estudiante de 16 años en cuando era un estudiante de 16 años en una escuela suiza donde se preguntó: qué una escuela suiza donde se preguntó: qué ocurriría si persiguiese, con una velocidad ocurriría si persiguiese, con una velocidad “c” (velocidad de la luz), un rayo de luz. “c” (velocidad de la luz), un rayo de luz.

¿Observaría entonces tal rayo de luz ¿Observaría entonces tal rayo de luz como un campo espacial como un campo espacial electromagnético en reposo?electromagnético en reposo?


La respuesta de Einstein era clara: no parece La respuesta de Einstein era clara: no parece que exista tal cosa, ya sea en base a la que exista tal cosa, ya sea en base a la experiencia o de acuerdo con las ecuaciones de experiencia o de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell. Le parecía intuitivamente claro que Maxwell. Le parecía intuitivamente claro que juzgando desde el punto de vista de tal juzgando desde el punto de vista de tal observador, todo debería ocurrir de acuerdo a observador, todo debería ocurrir de acuerdo a la misma leyes que para un observador que la misma leyes que para un observador que estuviese en reposo, con relación a la teoría. Ya estuviese en reposo, con relación a la teoría. Ya que que ¿ cómo de otra forma, podía ser capaz de ¿ cómo de otra forma, podía ser capaz de determinar el primer observador que está en un determinar el primer observador que está en un estado de movimiento uniforme rápido?estado de movimiento uniforme rápido?


En otras palabras ya a la edad de 16 años En otras palabras ya a la edad de 16 años Einstein poseía los conceptos que al Einstein poseía los conceptos que al desarrollarse constituiría el principio de la desarrollarse constituiría el principio de la relatividad, como el mismo reconocía cuando, relatividad, como el mismo reconocía cuando, escribía en 1949: “ ...que en esta paradoja ya escribía en 1949: “ ...que en esta paradoja ya está contenido el germen de la teoría de la está contenido el germen de la teoría de la relatividad especial...”relatividad especial...”

Campo espacial electromagnético: es el producido por cargas Campo espacial electromagnético: es el producido por cargas eléctricas aceleradas y este campo se propagaría en el espacio con eléctricas aceleradas y este campo se propagaría en el espacio con la velocidad de la luz en forma de ondas electromagnéticas y su la velocidad de la luz en forma de ondas electromagnéticas y su forma disminuiría de forma inversamente proporcional al cuadrado forma disminuiría de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente.de la distancia de la fuente.

NECESIDAD DE LA TEORÍANECESIDAD DE LA TEORÍA

Las transformaciones de Galileo, uno de los Las transformaciones de Galileo, uno de los pilares de la mecánica clásica, no explicaban la pilares de la mecánica clásica, no explicaban la constancia de la velocidad de la luz. Por ello, el constancia de la velocidad de la luz. Por ello, el resultado del experimento de Michelson-Morley resultado del experimento de Michelson-Morley provocó un conflicto entre dos teorías centrales provocó un conflicto entre dos teorías centrales de la física, el electromagnetismo y la mecánica de la física, el electromagnetismo y la mecánica clásica.clásica.

Las transformaciones de Galileo tenían que ser Las transformaciones de Galileo tenían que ser reemplazadas teniendo en cuenta que la reemplazadas teniendo en cuenta que la velocidad de la luz era la misma para todos los velocidad de la luz era la misma para todos los observadores inerciales. observadores inerciales.


Einstein enunció en el siglo XX en el principio de Einstein enunció en el siglo XX en el principio de relatividad: relatividad: cualquier experimento mecánico cualquier experimento mecánico realizado en un sistema en reposo se desarrollará realizado en un sistema en reposo se desarrollará exactamente igual en un sistema que se mueva a exactamente igual en un sistema que se mueva a velocidad constante en relación al primerovelocidad constante en relación al primero. De este . De este principio se deduce que no podemos distinguir si principio se deduce que no podemos distinguir si un sistema de referencia está en reposo o si se un sistema de referencia está en reposo o si se mueve a velocidad constante sólo podremos mueve a velocidad constante sólo podremos conocer si se mueve o permanece en reposo en conocer si se mueve o permanece en reposo en relación con otros sistemas de referencia. Y relación con otros sistemas de referencia. Y considera además que todos los sistemas considera además que todos los sistemas inerciales son equivalentes. inerciales son equivalentes.


Después de estudiar las transformaciones Después de estudiar las transformaciones de Galileo, Einstein observó que las de Galileo, Einstein observó que las transformaciones válidas eran las transformaciones válidas eran las transformaciones de Lorentz :transformaciones de Lorentz :

Se interpreta que el tiempo que mide cada Se interpreta que el tiempo que mide cada observador es diferente, con lo que pierde observador es diferente, con lo que pierde el carácter absoluto que tenía en la el carácter absoluto que tenía en la mecánica clásica.mecánica clásica.

No es posible superar la velocidad de la No es posible superar la velocidad de la luzluz


Estas transformaciones se reducen a las de Estas transformaciones se reducen a las de Galileo en el límite de velocidades pequeñas Galileo en el límite de velocidades pequeñas respecto a la de la luz.respecto a la de la luz.

Todo esto originó una serie de consecuencias: Todo esto originó una serie de consecuencias: dos sucesos que son simultáneos para un dos sucesos que son simultáneos para un observador no lo son para otro, que se observador no lo son para otro, que se muevan con respecto al primero; el tiempo de muevan con respecto al primero; el tiempo de un sistema en movimiento parece dilatarse un sistema en movimiento parece dilatarse respecto al tiempo medido en un sistema en respecto al tiempo medido en un sistema en reposo solidario con el observador... reposo solidario con el observador...


...en un sistema en movimiento, las ...en un sistema en movimiento, las longitudes paralelas al desplazamiento longitudes paralelas al desplazamiento parecen contrarias respecto a las parecen contrarias respecto a las longitudes propias de los cuerpos.longitudes propias de los cuerpos.

Durante un tiempo, se buscaron Durante un tiempo, se buscaron soluciones para salvar la hipótesis del soluciones para salvar la hipótesis del éter, aunque no era detectado. Sin éter, aunque no era detectado. Sin embargo, sólo se consiguió que crecieran embargo, sólo se consiguió que crecieran las dificultades y las incoherencias.las dificultades y las incoherencias.


Fue Einstein quien impulsó a los físicos de su Fue Einstein quien impulsó a los físicos de su época a abandonar el concepto erróneo del éter época a abandonar el concepto erróneo del éter y modificó las transformaciones de Galileo, lo que y modificó las transformaciones de Galileo, lo que ocasionó una auténtica revolución en la física.ocasionó una auténtica revolución en la física.

Al desestimar el concepto de éter, tampoco Al desestimar el concepto de éter, tampoco puede existir el sistema de éter y , por eso, el puede existir el sistema de éter y , por eso, el único sistema de referencia consentido para un único sistema de referencia consentido para un observador debe de ser el sistema fijo a él observador debe de ser el sistema fijo a él mismo, por tanto, no es extraño que cualquier mismo, por tanto, no es extraño que cualquier observador obtenga el mismo resultado para la observador obtenga el mismo resultado para la velocidad de la luz.velocidad de la luz.


Es decir, con el desarrollo de la teoría de la Es decir, con el desarrollo de la teoría de la relatividad en 1905, se explicaron todos los relatividad en 1905, se explicaron todos los fenómenos físicos desde una nueva fenómenos físicos desde una nueva perspectiva disipándose las dudas presente perspectiva disipándose las dudas presente en la comunidad científica anteriormente.en la comunidad científica anteriormente.

Éter: es un medio especial introducido por los Éter: es un medio especial introducido por los científicos como consecuencias de las limitaciones científicos como consecuencias de las limitaciones de la física clásica en el cual la luz se propaga de de la física clásica en el cual la luz se propaga de la misma manera que el sonido en el aire.la misma manera que el sonido en el aire.

DESARROLLO DE LA DESARROLLO DE LA TEORÍA TEORÍA 1ª Etapa1ª Etapa

Del germen de la teoría hay una cierta Del germen de la teoría hay una cierta distancia que a Einstein le llevo 10 años distancia que a Einstein le llevo 10 años recorrerla.recorrerla.

Durante estos años intentó primero realizar Durante estos años intentó primero realizar un experimento (que el mismo planeó) para un experimento (que el mismo planeó) para detectar cambios en la velocidad de la luz detectar cambios en la velocidad de la luz debido al movimiento de la Tierra. No debido al movimiento de la Tierra. No consiguió llevarlo hacia delante debido al consiguió llevarlo hacia delante debido al escepticismo de sus maestros en el instituto escepticismo de sus maestros en el instituto de Zürich.de Zürich.


Posteriormente, dedicó gran parte de su Posteriormente, dedicó gran parte de su tiempo a investigar la relación existente tiempo a investigar la relación existente entre las leyes que regían los fenómenos entre las leyes que regían los fenómenos ópticos y electromagnéticos y el movimiento ópticos y electromagnéticos y el movimiento del observador. Se daba cuenta que si era del observador. Se daba cuenta que si era cierto lo que Maxwell afirmaba, respecto a un cierto lo que Maxwell afirmaba, respecto a un sistema no eran válidas con respecto a otro, sistema no eran válidas con respecto a otro, y para él esto no era admisible. Por y para él esto no era admisible. Por consiguiente, se dedicó a intentar modificar consiguiente, se dedicó a intentar modificar la teoría de Maxwell. Pero sin éxito. la teoría de Maxwell. Pero sin éxito.


La causa del fracaso era debido a que él La causa del fracaso era debido a que él buscaba una construcción teórica para los buscaba una construcción teórica para los fenómenos ópticos y electromagnéticos en la fenómenos ópticos y electromagnéticos en la que sólo tuviese significado físico el que sólo tuviese significado físico el movimiento relativo. Se había planteado un movimiento relativo. Se había planteado un problema conectado con la forma, más que problema conectado con la forma, más que con el contenido de la teoría, pero siendo como con el contenido de la teoría, pero siendo como era en aquel entonces, un empirista, no se dio era en aquel entonces, un empirista, no se dio cuenta de esto hasta que reflexionó sobre las cuenta de esto hasta que reflexionó sobre las consecuencias de la fórmula de radiación de consecuencias de la fórmula de radiación de Planck.Planck.


A partir de 1900, Einstein tras años de A partir de 1900, Einstein tras años de investigación llegó a la conclusión que investigación llegó a la conclusión que después de 10 años de reflexión el después de 10 años de reflexión el principio formal universal que él buscaba principio formal universal que él buscaba se encontraba en la paradoja que había se encontraba en la paradoja que había pensado a la edad de 16 años (rayo de pensado a la edad de 16 años (rayo de luz). Y lo que le fallaba era la noción luz). Y lo que le fallaba era la noción tradicional que se poseía del tiempo que tradicional que se poseía del tiempo que era opuesto a la teoría de la relatividad.era opuesto a la teoría de la relatividad.

LA RELATIVIDADLA RELATIVIDAD

LA RELATIVIDAD ENGLOBA DOS RAMAS LA RELATIVIDAD ENGLOBA DOS RAMAS FUNDAMENTALES: FUNDAMENTALES: * *LA TEORÍA ESPECIAL DE LA TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD:LA RELATIVIDAD: desarrollada por Einstein desarrollada por Einstein en 1905, se ocupa del estudio de los en 1905, se ocupa del estudio de los sistemas inerciales.sistemas inerciales.

**LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD:LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD: desarrollada por Einstein en 1916, se ocupa desarrollada por Einstein en 1916, se ocupa del estudio de los sistemas no inerciales y de del estudio de los sistemas no inerciales y de la teoría de la gravitación.la teoría de la gravitación.

TEORÍA ESPECIAL DE LA TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDADRELATIVIDAD

Postulados:Postulados: 1._ Las leyes de la física son las 1._ Las leyes de la física son las

mismas en todos los sistema de mismas en todos los sistema de referencia inerciales.referencia inerciales.

2._ La 2._ La velocidadvelocidad de la luz es la de la luz es la misma en todos los sistema de misma en todos los sistema de referencias inerciales, cualquiera referencias inerciales, cualquiera que sea la velocidad de la fuente.que sea la velocidad de la fuente.


Einstein pensó que el espacio-tiempo Einstein pensó que el espacio-tiempo era una unidad ya que nosotros nos era una unidad ya que nosotros nos desplazamos en el tiempo a razón de desplazamos en el tiempo a razón de 24 horas / días; él afirmó que si 24 horas / días; él afirmó que si estás parado sólo te mueves en el estás parado sólo te mueves en el tiempo, mientras que si te mueves, tiempo, mientras que si te mueves, también varías el espacio aunque también varías el espacio aunque predomina la variación del tiempo.predomina la variación del tiempo.


¿ Qué le ocurriría al tiempo si viajases ¿ Qué le ocurriría al tiempo si viajases en el espacio a lo velocidad de la luz?en el espacio a lo velocidad de la luz? Sucedería que avanzarías en el espacio Sucedería que avanzarías en el espacio pero NO EN EL TIEMPO. Debido a que si pero NO EN EL TIEMPO. Debido a que si te mueves en el espacio a la velocidad te mueves en el espacio a la velocidad de la luz (velocidad máxima) la variación de la luz (velocidad máxima) la variación del espacio es del espacio es enorme enorme con respecto a la con respecto a la variación del tiempo; a partir de esto variación del tiempo; a partir de esto Einstein explica la dilatación del tiempo.Einstein explica la dilatación del tiempo.

TEORÍA GENERAL DE LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDADRELATIVIDAD

Se refiere al caso de movimientos que Se refiere al caso de movimientos que se producen con velocidad variable y se producen con velocidad variable y tiene como postulado fundamental el tiene como postulado fundamental el principio de equivalencia, según el cual principio de equivalencia, según el cual los efectos producidos por un campo los efectos producidos por un campo gravitacional equivalen a los producidos gravitacional equivalen a los producidos por el movimiento acelerado.por el movimiento acelerado.

LA TEORÍA GENERAL DE LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDADLA RELATIVIDAD

Tras varios intentos fallidos de Tras varios intentos fallidos de acomodar la interacción gravitatoria con acomodar la interacción gravitatoria con la relatividad, Einstein sugirió que la la relatividad, Einstein sugirió que la gravedad no es una fuerza como las gravedad no es una fuerza como las otras, sino que es una consecuencia de otras, sino que es una consecuencia de que el espacio-tiempo se encuentra que el espacio-tiempo se encuentra deformado por la presencia de masa (o deformado por la presencia de masa (o energía, que es lo mismo).energía, que es lo mismo).

TEORÍA GENERAL DE LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD: RELATIVIDAD: APLICACIONESAPLICACIONES

1º_Explica una desconcertante 1º_Explica una desconcertante discrepancia en la órbita de discrepancia en la órbita de Mercurio; el planeta más interior del Mercurio; el planeta más interior del Sistema Solar. El perihelio del Sistema Solar. El perihelio del planeta (el punto mas cercano al planeta (el punto mas cercano al Sol) avanza cada año en una Sol) avanza cada año en una cantidad significativamente más cantidad significativamente más grande que la predicha por las leyes grande que la predicha por las leyes de Newton. de Newton.


En sus esfuerzos por explicar la diferencia, En sus esfuerzos por explicar la diferencia, los astrónomos habían pensado algún los astrónomos habían pensado algún tiempo en la existencia de un pequeño tiempo en la existencia de un pequeño planeta que orbitara entre Mercurio y el planeta que orbitara entre Mercurio y el Sol. Einstein demostró que ese cuerpo era Sol. Einstein demostró que ese cuerpo era innecesario. Su nueva teoría de la innecesario. Su nueva teoría de la gravedad explicaba el misterio de la órbita gravedad explicaba el misterio de la órbita de Mercurio como una consecuencia del de Mercurio como una consecuencia del espacio intensamente curvado en la espacio intensamente curvado en la cercanía del Sol.cercanía del Sol.


Explica: la desviación Explica: la desviación experimentada por los rayos experimentada por los rayos luminosos que pasan cerca del sol.luminosos que pasan cerca del sol.

Y también, el desplazamiento Y también, el desplazamiento hacia el rojo de los espectros hacia el rojo de los espectros atómicos por la acción gravitatoria.atómicos por la acción gravitatoria.

CONSECUENCIAS DE LA CONSECUENCIAS DE LA RELATIVIDADRELATIVIDAD

Esta teoría rompe con los moldes Esta teoría rompe con los moldes de la Física Clásica ya que de la Física Clásica ya que demuestra la unidad esencial del demuestra la unidad esencial del espacio y el tiempo, de la materia espacio y el tiempo, de la materia y energía y por último, la y energía y por último, la equivalencia de las fuerzas de equivalencia de las fuerzas de gravitación y los efectos de la gravitación y los efectos de la aceleración en un sistema.aceleración en un sistema.

““Soy en verdad un viajero solitario - expresó Soy en verdad un viajero solitario - expresó Einstein en una ocasión -, y los ideales que han Einstein en una ocasión -, y los ideales que han iluminado mi camino y han proporcionado una iluminado mi camino y han proporcionado una y otra vez nuevo valor para afrontar la vida y otra vez nuevo valor para afrontar la vida han sido: la han sido: la bellezabelleza, la , la bondadbondad y la y la verdadverdad. ”. ”

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA

Sánchez Ron, J.M: Sánchez Ron, J.M: El origen y desarrollo El origen y desarrollo de la relatividadde la relatividad ; Alianza Universal. ; Alianza Universal.

Landau, L.. y Rumer, Y.: Landau, L.. y Rumer, Y.: Qué es la teoría Qué es la teoría de la relatividad de la relatividad ; Mir-Moscu.; Mir-Moscu.

Física conceptualFísica conceptual; Addison Wesley ; Addison Wesley Longman.Longman.

Gamow, G.: Gamow, G.: El país de las maravillas.El país de las maravillas. FísicaFísica. Edebé 2º de Bach.. Edebé 2º de Bach. Enciclopedia Salvat.Enciclopedia Salvat.

BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA

Apuntes de Filosofía. José MaríaApuntes de Filosofía. José María Enciclopedia encarta 2001 Enciclopedia encarta 2001 www.biografíayvida.comwww.biografíayvida.com www.astrocosmo.comwww.astrocosmo.com www.fq.cebollada.netwww.fq.cebollada.net www.google.eswww.google.es www.cienciayagua.orgwww.cienciayagua.org www.wikilearning.comwww.wikilearning.com

RELATIVIDADRELATIVIDAD

Mª Victoria Becerra CastroMª Victoria Becerra Castro

Inmaculada Gomato Inmaculada Gomato FernándezFernández

TEORÍA DE LA RELATIVIDAD Índice b Biografía de Einstein b Aproximación a la relatividad b La...

Documents

Transcript of TEORÍA DE LA RELATIVIDAD Índice b Biografía de Einstein b Aproximación a la relatividad b La...