1. INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA MODERNA Física Electivo III Medio 1 Juan E. Sepúlveda Medina

2. Mecánica Clásica La mecánica clásica es una formulación para describir mediante leyes el comportamiento de cuerpos físicos macroscópicos en reposo y a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. A través de la mecánica se quiere explicar las causas del movimiento y de los cambios que experimenta un cuerpo. Juan E. Sepúlveda Medina 2

3. Presupuestos básicos de la mecánica clásica (1) El Principio de Hamilton o principio de mínima acción (del cual las leyes de Newtonson una consecuencia). (2) La existencia de un tiempo absoluto, cuya medida es igual para cualquier observadorcon independencia de su grado de movimiento. (3) El estado de una partícula queda completamente determinado si se conoce su cantidad de movimiento y posición siendo estas simultáneamente medibles. Juan E. Sepúlveda Medina 3

4. Es interesante notar que en: Lamecánicarelativista el supuesto (2) es inaceptable aunque sí son aceptables los supuestos (1) y (3) La mecánica cuántica no es aceptable el supuesto (3) La mecánica cuántica relativista ni el supuesto (2) ni el (3) son aceptables Juan E. Sepúlveda Medina 4

5. Fuerza Acción que ejerce un cuerpo sobre otro y que puede originar cambios en el movimiento, los que pueden ser: A) Aceleración: Aumento de la velocidad B) Desaceleración: Disminución de la velocidad C) Cambio de dirección. Juan E. Sepúlveda Medina 5

6. Fuerzas de campo En la naturaleza existen cuatro fuerzas de distancia, llamadas también fuerzas de campo por que para explicar como interactúan con los cuerpos se dice que en torno a ellos hay una zona de acción llamada “campo”. Juan E. Sepúlveda Medina 6

7. Fuerzas fundamentales Las fuerzas de campo son: Gravitacional: Entre cuerpos con masa Electromagnética: Entre cargas eléctricas Interacción fuerte: Entre partículas subatómicas, al interior del núcleo Interacción débil: Surgen en ciertos procesos de decaimiento radiactivo. Juan E. Sepúlveda Medina 7

8. Galileo Galilei (1564 – 1642) Realizó observaciones al firmamento encontrando la existencia de satélites alrededor de Júpiter. Observó por primera vez las manchas solares. Observó las fases de Venus. Las Observaciones de Galileo permitieron dar sustento al modelo heliocéntrico. Juan E. Sepúlveda Medina 8

9. Issac Newton (1642 – 1727) Formuló los conceptos y las leyes fundamentales del movimiento. Descubrió la Ley de Gravitación Explicó los movimientos de los planetas Explicó las causas de las mareas. Juan E. Sepúlveda Medina 9

10. Leyes de Newton Primera Ley o principio de inercia Segunda Ley o Principios de las aceleraciones Tercera Ley o Principio de acción y reacción Juan E. Sepúlveda Medina 10

11. Marcos Inerciales de referencia Un marco inercial de referencia es un marco no acelerado. En este marco es válida la primera ley de Newton. Cualquier marco que se mueva con velocidad constante respecto de un marco inercial es por sí mismo un marco inercial. ¿Es la Tierra un marco de referencia inercial? Juan E. Sepúlveda Medina 11

12. Masa La inercia es una propiedad de un objeto y que se trata de una medida de la respuesta del objeto a una fuerza externa. La masa se usa para medir la inercia La masa es una propiedad inherente de un cuerpo y es independiente de los alrededores del cuerpo y del método utilizado para medirla. La masa y el peso son dos cantidades diferentes. Juan E. Sepúlveda Medina 12

13. Masa inercial y masa gravitacional El concepto de masa surge de la confluencia de dos leyes: la ley Gravitación Universal de Newton y la 2ª Ley de Newton. Según la ley de la Gravitación de Newton, la atracción entre dos cuerpos es proporcional al producto de dos constantes, llamadas masa gravitacional Por la 2ª ley) de Newton, la fuerza aplicada sobre un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que experimenta, denominándose a la constante de proporcionalidad: masa inercial del cuerpo. Juan E. Sepúlveda Medina 13

14. Newton, para quien peso e inercia eran propiedades independientes de la materia, propuso que ambas cualidades son proporcionales a la cantidad de materia, a la cual denominó "masa". Para Einstein, la coincidencia de masa inercial y masa gravitacional fue un dato crucial y uno de los puntos de partida para su teoría de la Relatividad Para Einstein la gravedad es una propiedad del espacio-tiempo: una deformación de la geometría del espacio-tiempo por efecto de la masa de los cuerpos Juan E. Sepúlveda Medina 14

15. En palabras de D. M. McMaster: «la masa es la expresión de la cantidad de materia de un cuerpo, revelada por su peso, o por la cantidad de fuerza necesaria para producir en un cuerpo cierta cantidad de movimiento en un tiempo dado.» En la física clásica, la masa es una constante de un cuerpo En física relativista, la masa es función de la velocidad que el cuerpo posee respecto al observador. Además, la física relativista demostró la relación de la masa con la energía, quedando probada en las reacciones nucleares Einstein propuso la ecuación E = mc2 Juan E. Sepúlveda Medina 15

16. El principio de la relatividad Newtoniana Un sistema inercial es uno en el cual un cuerpo libre no experimenta aceleración. Cualquier sistema que se mueve con velocidad constante respecto de un sistema inercial también debe ser un sistema inercial. “Las Leyes de la mecánica deben ser las mismas en todos los marcos de referecias inerciales” Juan E. Sepúlveda Medina 16

17. El Observador OA ve que el cuerpo sube y baja, además puede explicar este movimiento debido a la gravedad. El Observador O’B describe el movimiento del cuerpo como el movimiento de un proyectil y la explicación también es la acción de la gravedad. Juan E. Sepúlveda Medina 17

18. Juan E. Sepúlveda Medina 18 Las ecuaciones para describir el movimiento del cuerpo por ambos observadores son similares: Observador OA: (Lanzamiento vertical) Observador O’A: (Lanzamiento de proyectiles)