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FISICA MODERNA

Cesar Porras Spanisch

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FISICA MODERNA

MOVIMIENTO RELATIVO
- Después
  - TEORIA DE LA GRAVITACION
    - Espacio
    - Tiempo
    - Todos los cuerpos se atraen con una fuerza
- Antes
  - cambios en
    - Espacio
    - Tiempo
    - Materia
- Albert Einstein
  - Teoria Especial de la relatividad
    - Espacio
    - Tiempo
    - Materia
    - Energia
    - No existe movimiento absoluto
    - Evolucionó
      - Teoria general de la relatividad
    - Lorenz
      - Constancia Velocidad de la luz
MARCO DE REFERENCIA
- Inercial
  - Ley de Newton
Galileo
- Fenómenos Elecromagneticos
  - Ecuaciones de Maxwell
    - Velocidad de la Luz
Curvatura del espacio
- Geometria del espacio
  - Euclidiana
  - Esférica
  - Hiperbólica
- EXPERIMENTO DE MICHELSON-MORLEY
  - Experimento diseñado para detectar pequeños cambios en la velocidad de la luz con el movimiento de un observador a través del eter
    - Realizado en 1887
    - El experimento fue fallido y se dijo que la luz podía viajar en el espacio sin nada que intermediara entre esta y el espacio
  - Se observaba que la luz de las estrellas se veía en la tierra pensando que había algo en el intermedió que permitia que esta rebotara
TRANSFORMACIONES DE LORENTZ
- Relación las medidas de una magnitud física obtenidas por dos observadores diferentes
  - Base matemática de la teoría de la relatividad especial de Einstein
- medidas de una magnitud física realizadas por dos observadores inerciales diferentes, siendo el equivalente relativista de la transformación de Galileo
- Minkowski y Poincaré
  - Mostraron Fórmulas de transformación para rotación en el espacio-tiempo cuatridimensional mediante las relaciones de Lorentz
- Transformación para el momento y la energía
- La transformación de Lorentz se convierte en la transformación para velocidades bajas comparadas con la velocidad de la luz
- transformaciones de las coordenadas
  - se consideran dos sistemas de referencia inerciales u observadores inerciales: O y Ó y se supone que cada uno de ellos representa un mismo suceso S o punto del espacio-tiempo (representable por un instante de tiempo y tres coordenadas espaciales) por dos sistemas de coordenadas diferentes
- Permite
  - preservar el valor de la velocidad de la luz constante para todos los observadores inerciales
    - Tiempo = Tiempo
RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO
- Absorbe la luz y energía radiante que incide sobre él
  - Emite la energía en forma de ondas electromagnéticas
    - La energía emitida depende también de la naturaleza de la superficie; así, una superficie mate o negra tiene un poder emisor mayor que una superficie brillante
      - La energía radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible
        de menor frecuencia, como las de la luz infrarroja, o de frecuencia aún más corta
- La ley de Kirchhoff
  - La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiación de cuerpo negro.
    - un cuerpo que es buen emisor de energía es también buen absorbente de dicha energía. Así, los cuerpos de color negro son buenos absorbentes
- sistema físico idealizado para el estudio de la emisión de radiación electromagnética
- Ley de Rayleigh-Jeans (modelo clásico)
  - el modelo que define la radiación del cuerpo negro a una longitud de onda concreta
    - Esta ley predice una producción de energía infinita a longitudes de onda muy pequeñas, es conocida como la catástrofe ultravioleta.
- EFECTO FOTOELECTRICO
  - Fenomeno
    - Emisión de electrones de una superficie metálica cuando ésta es iluminada por luz.
      - Las partículas de luz llamadas fotones impactan con los electrones en un metal arrancando sus átomos
        El electrón se mueve durante el proceso
        Da origen a una corriente electrica
        La luz actúa como onda pero al chocar con el metal
        Se convierte en partícula llamada fotón quienes transfieren energía a los electrones
  - En el año 1905 Albert Einstein basándose en la teoría de los cuantos de Planck,
    - para tratar de explicar el mecanismo del efecto fotoeléctrico externo sugirió que podría considerarse que la luz se comporta en determinados casos como una partícula
      - Einstein consideró la luz como un conjunto de "proyectiles" que chocan contra el metal.
  - Fue descubierto por Heinrich Hertez en 1887
    - descubrió el efecto fotoeléctrico por accidente, al tratar de probar la teoría de Maxwell sobre la radiación electromagnética
      - Al observar que el arco que salta entre dos electrodos alcanza grandes distancias con la luz ultravioleta
- MODELO DEL ÁTOMO
  - ESPECTRO ATÓMICO
    - Es la radiación caracteristíca emitida por los átomos en un elemento individual en una llama o en un gas excitado por una descarga eléctrica.
      - En 1666 Isaac Newton hizo uno de los más importantes descubrimientos en la historia de la astronomia
        EL ESPECTRO
        En 1859, Gustav Kirchhoff y Robert Bunser cientificos alemanes comprobaron la teoria de Newton, utilizando un espectroscopio de prisma
      - Cada átomo es capaz de emitir o absorver radiación electromagnetica, aunque solamente en ciertas frecuencias que son propias de cada uno de los difrentes elementos quimicos
      - ESPECTRO DE ABSORCIÓN
        Se produce por la radiación electromagnética, se caracteriza, por ser una luz oscura que aparecen en el fondo luminoso del espectro visible
        Generados a partir de Sólidos, líquidos , gases a alta presión
    - Según el procedimiento de generación
      - ESPECTRO DE EMISIÓN
        Se produce por suministro de energía caloríca, o por descarga eléctrica de alta tensión, se caracterizan por ser una linea brillante.
        Pueden ser
        Continuos
        Descontinuos
    - ECUACIÓN DE SHCRODINGER
      - La evolución temporal de una partícula subatómica masiva de naturaleza ondulatoria y no relativista
      - En la teoría de la mecánica cuántica
        Representa
        Las partículas microscópicas un papel análogo a la segunda ley de Newton en la mecánica clásica
        De importancia central
        Las partículas microscópicas incluyen a las partículas elementales, tales como electrones, así como sistemas de partículas, tales como núcleos atómicos
      - Ecuación dependiente del tiempo
        Aplicación
        Ecuación de Schrödinger no relativista para una partícula simple moviéndose en un campo eléctrico (pero no en un campo magnético; ecuación de Pauli)
      - Ecuación Independiente del tiempo
        Aplicación
        es la ecuación de Schrödinger no relativista para una partícula simple moviéndose en un campo eléctrico (pero no en uno magnético)
      - NÚMEROS CUÁNTICOS
        La propuesta de Schrodinger , considerado como el 5° modelo atómico , radica en describir las características de todos los electrones de un átomo , y para ello uso lo que conocemos como números cuánticos .
        Los números cuánticos se denominan con las letras n, m, l y s
        Nos indican la posición y la energía del electrón.
        Ningún electrón de un mismo átomo puede tener los mismos números cuánticos.
        n = número cuántico principal, que indica el nivel de energía donde se encuentra el electrón, asume valores enteros positivos, del 1 al 7 .
        l = número cuántico secundario, que indica el orbital en el que se encuentra el electrón , puede ser s , p , d y f (0 , 1 , 2 y 3 ).
        m = número cuántico magnético , representa la orientación de los orbitales en el espacio, o el tipo de orbital , dentro de un orbital especifico. Asume valores del número cuántico secundario negativo (-l) pasando por cero, hasta el número cuántico positivo (+l) .
        s = número cuántico de spin, que describe la orientación del giro del electrón. Este número tiene en cuenta la rotación del electrón alrededor de su propio eje a medida que se mueve rodeando al núcleo. Asume únicamente dos valores +1/2 y -
        En física atómica, los números cuánticos son valores numéricos discretos que indican las características de los electrones en los átomos
        ESTRUCTURA NUCLEAR
        Tamaño y estructura
        Investigados por Rutherford
        Dirigió núcleos de átomos de helio cargados positivamente hacia una delgada lamina metalica.
        Empleo un calculo de energía y encontró una expresión para la distancia, a la que una particula que se aproxima a un núcleo da la vuelta debido a la repulsión de Coulomb.
        Resonancia magnética nuclear
        Los momentos magnéticos nucleares realizan un movimiento de precisión cuando se colocan en un campo magnético externo.
        La frecuencia a la que siguen este movimiento de precisión , denominada frecuencia de precisión de Larmor, es directamente proporcional al campo magnético.
        Modelos Nucleares
        Modelo de la gota liquida
        Trata a los nucleones como si fuesen moléculas en una gota de liquido.
        Modelo de la partícula independiente
        Se basa en la suposición de que cada nucleón se mueve en un estado orbital bien definido dentro del núcleo en un campo promedio producido por los otros nucleones.
        Radiactividad Natural
        Los núcleos radiactivos suelen clasificarse en dos grupos
        Núcleos Inestables
        Se encuentran en la naturaleza, originan la radiactividad natural.
        Núcleos producidos en Laboratorio
        a través de reacciones nucleares, que muestran radiactividad artificial.
        ESTRUCTURA MOLECULAR
        Mecanismos de Enlace
        Debido a la fuerza de atracción neta entre dos átomos, éstos se pueden combinar para formar moléculas
        Enlaces Iónicos
        Cuando dos átomos se combinan de forma que uno o más electrones se transfieren de un átomo al otro, el enlace formado se denomina enlace iónico
        Enlaces Covalentes
        Es aquel en que los electrones suministrados por uno o ambos átomos son compartidos por los dos átomos.
        Rotación y vibración moleculares
        Rotación Molecular
        Se considerará la rotación de una molécula al rededor de su centro de masa.
        Toda la energia de una molécula que rota de manera rígida es cinética.
        Vibración Molecular
        Una molécula es una estructura flexible cuyos átomos están enlazados entre sí, por lo que se consideran resortes efectivos.
        Si es perturbada , la molécula puede vibrar , adquiriendo energía de vibración
  - Describe la estructura y las propiedades de la materia
  - CIENTIFICOS
    - John Dalton Año 1808
      - Durante el siglo XVIII con su teoría atómica el explica que el átomo es la minúscula partículas esfericas indivisibles e inmutables, iguales entre si en cada elemento.
    - J.J Thomson Año 1897
      - Descubrio que entre los atomos hay unas particulas diminutas decia que el atomo debia ser una esfera de materia cargada positivamente y en el interior esta lleno de electrones
    - E. Rutherfor Año 1911
      - Demostro que los atomos no eran macizos sino que enta vacio en su mayor parte y en el centro hay un nucleo, deduciendo que el atomo debia estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central positivamente
    - Niels Bohr Años 1913
      - Propuso un nuevo modelo atómico según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos
PARTICULAS ELEMENTALES
- Las partículas en la naturaleza están sometidas en 4 fuerzas fundamentales
  - Fuerza fuerte
    - Es responsable de unir a los quarks estrechamente entre sí para formar protones, neutrones y otras particulas pesadas.
  - Fuerza electromagnética
    - Une a los electrones y a los protones en el interior de átomos y moléculas para formar materia normal.
  - Fuerza gravitatoria
    - actúa sobre todas las partículas confiriendo cohesión a la materia. Es de largo alcance y es la interacción que domina entre los cuerpos del universo.
  - Fuerza débil
    - es la responsable de la desintegración radiactiva de algunos núcleos. A energías muy altas la interacción débil y la electromagnética parecen estar ligadas íntimamente.
- Son inestables, y se presentan en forma ocasional, son creadas en abundancia por el ser humano en colisiones de particulas de alta energía
- A. M. Dirac postuló que existía una partícula con la misma masa del electrón, pero con carga positiva, el positrón
  - Esta teoría de demostró en [[1932] con la radiación cósmica, cuando un electrón y un positrón chocan, se destruyen, y producen una radiación de aniquilación.
    - Las partículas que desaparecen al chocar se llaman antipartículas, los antiprotones se descubrieron en 1955 y los antineutrones en 1956.
      - Las propiedades de las partículas elementales se estudian bombardeando con ellas núcleos a atómicos u otras partículas, después de acelerarlas para darles gran energía.
        En la actualidad se sabe que estas partículas (más de cien) están compuestas por otras más pequeñas llamadas quarks,