de la manzana de newton a los agujeros negros de einstein.pdf
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De la manzana de
Newtona los agujeros negros dea los agujeros negros de
EinsteinEinstein
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Introduccin La Fsica...
... Ciencia de explicaciones y respuestas a fenmenos y preguntas fundamentales
Pero tambin...... Bsqueda de solucin a las ms elementales
cuestiones
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Por qu caen los cuerpos?Por qu caen los cuerpos?
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Introduccin
La mejor respuesta de la fsica a esta sencilla pregunta...
...es el resultado de 2400 aos de reflexin y bsqueda!
Pero, conocemos todos esa respuesta?...
...generalmente nuesta solucin a la pregunta es el resultado de
Ilustracin (educacin) + sentido comn!
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Buenos das. Bienvenidos alfascinante mundo de la fsica
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Un grave deseo
por qu caen los cuerpos? Intuicin ms simple: Algo los atrae
hacia abajo!... pero qu es ese algo?
Aristoteles c. 330 a.c. Cuerpos desean estar en el piso! Universo: 4 elementos Elementos ocupan lugar natural en el
Universo Cuerpo hecho de elementos tiende a su lugar
natural Cuerpos graves hechos de Tierra tienden a
moverse hacia abajo!
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Un grave deseo
Una teora intuitiva sobre el movimiento y sus causas:
2 tipos de causas: natural y violenta Natural: tendencia a estar en el lugar que ocupa en el
Universo (lnea recta Tierra, circulos espacio) Violento: inducido por el hombre
Movimiento de los graves (velocidad) = (peso) / (resistencia) Cuerpos pesados caen ms rpido
Y cmo es el movimiento de un proyectil?
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Un grave deseo
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Movimiento violentoMovimiento natural
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Un grave deseo Problemas?
As no parecen moverse los balones de baloncesto!
Composicin del mundo es muy compleja! Movimiento en el vaco? distinto peso distintos tiempos?
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Remolinos invisibles Tal vez debamos primero estudiar cmo caen
los cuerpos! Galileo c. 1610 D.C.
caen cuerpos de distinto pesoen tiempos distintos?
Consultemos a la realidad...
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Remolinos invisibles
Conclusiones de Galileo: Todos los cuerpos (despreciando el efecto
retardador del aire) caen en tiempos iguales! Otra interesante conclusin ...
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Remolinos invisibles
Pero retornemos a la pregunta de por qu caen?...
Una explicacin alternativa...
Rene Descartes c. 1644: Universo lleno de Eter! Movimiento de cuerpos en eter producen
remolinos... Remolinos empujan cuerpos
(planetas, manzanas) y los hacen moverse!
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Una atraccin universal
La respuesta parece todava esquiva...... Cas 2,000 aos despus de Aristoteles una
respuesta clara y acertada parece estar fuera del alcance!
Sir Isaac Newton, c. 1687...... organicemos un poco las ideas disponibles!
Primero es necesario entender cabalmentecmo funciona el movimiento!...
Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687)
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Una atraccin universal
Leyes del movimiento (Principia, 1687):
Ley de Inercia (Galileo, Descartes)
Ley de fuerza...... una fuerza cambia el estado de
movimiento (direccin y rapidez)
(cambio de estado movimiento) = (Fuerza) / (masa)
Ley de accin-reaccin12
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Una atraccin universal
y la cada de los cuerpos?...
Cuerpo inicialmente en reposo...... Cada debe ser producida por una fuerza: gravedad!
Caractersticas de esa fuerza:
Para producir el mismo movimiento en cuerpos de distinta masa... (fuerza de gravedad) ~ (masa)
No es una fuerza de contacto!......la Tierra ejerce esta fuerza sin tocar las cosas!
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Una atraccin universal
Por qu todas las cosas que rodean la Tierra caen sobre ella y la Luna no?
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Newton habra descubierto la ley de gravitacin Universal si William
Tell no hubiera intervenido
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Una atraccin universal
La Luna SI cae sobre la Tierra como los dems cuerpos...
La Luna es atrada por la fuerza de gravedad de nuestro planeta...
Los planetas son atrados por la gravedad que produce el Sol...
Todos los cuerpos en el Universo tienden a atrerse mutuamente...
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... Los Cielos y la Tierra se rigen con las mismas leyes!
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Una atraccin universal
Usando ley de gravitacin Universal Newton y 200 aos de sucesores...
... Consiguen exitosamente explicar cada de los cuerpos y el funcionamiento del Universo!
Entre otras se explica: El movimiento de los planetas,
cometas, etc. rbitas no son circulares. Sobre sus rbitas planeta ms
rpidos cuanto ms cerca. Planetas cercanos tardan menos
tiempo en completar sus rbitas.
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Una atraccin universal Debido a que la fuerza de gravedad acta entre
todos los cuerpos del Sistema Solar...
... Movimiento de los planetas no es exacatmente como lo dicta el Sol...
... los otros planetas tambin molestan!(desplazamiento del perihelio) = 90o /
5876 aos
17Precesin del perihelio de Mercurio
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Una atraccin universal
Despus de tanto esperar todo parece estar explicado...
... NO! ...... NO! ... Ley de gravitacin Universal describe propiedades de
fuerza de gravedad...... Pero no explica su origen o naturaleza!
Como puede un cuerpo actuar sobre otro sin tocarlo? (accin a distancia)
Observaciones reales rbita de Mercurio:(desplazamiento del perihelio) = 90
o
/ 5844 aos
.. El perihelio se desplaza ms rpido que lo predicho!
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Una atraccin universal
Un pregunta stil pero central:
por qu la masa que determina la resistencia de un cuerpo a moverse (masa inercial) tiene el mismo valor que la masa que
determina la fuerza de gravedad (masa gravitacional)?
(cambio de estado movimiento) = (fuerza) / (masa inercial)
(fuerza de gravedad) ~ (masa gravitacional)
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??
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La manzana en el ascensor
Panrama desolador...... Ni siquiera la teora de la gravedad de Newton
es capaz de responder sin dudas a la pregunta!
Es 1905 y han transcurrido ya 2,200 aos desde el primer intento de responderla!
Albert Einstein, 1905-1916:(un par de preguntas simples) + (intuicin) +
(independencia y valenta cientfica) =
(La teora del movimiento de Newton no es valida bajo todas las condiciones!)
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La manzana en el ascensor
Cuando los cuerpos se mueven en lnea recta y con rapidez constante a grandes velocidades...
... La medida del espacio, el tiempo y la masa cambian!
TEORA DE LA RELATIVIDAD ESPECIAL
Ejemplo: en los cuerpos a gran velocidad el tiempo transcurre ms lentamente...
...Dilatacin del tiempo por movimiento!
Estando la teora del movimiento de Newton basada en medidas de espacio y tiempo...
... Estos nuevos hecho exigen una revisin de la teora de Newton!
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La manzana en el ascensor
Y la cada de los cuerpos?... 1907: qu sucede con el movimiento de los cuerpos dentro
de un ascensor que se acelera?
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La manzana en el ascensor
Principio de equivalencia:Principio de equivalencia:
No es posible distinguir lo que pasa dentro de un ascensor que se acelera con lo que pasa en
presencia de la gravedad!
Si creemos en el principio de equivalencia...... Podemos explicar todo lo que pasa en presencia de la
gravedad estudiando lo que pasa en un ascensor acelerado!
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La manzana en el ascensor
Un rayo de luz se filtra dentro del ascensor...
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... En presencia de la gravedad la luz describe trayectorias curvas ...
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La manzana en el ascensor
Dos lneas paralelas en el espacio vecino a un cuerpo con masa (que produce gravedad)...
... Se intersectan! La geometra del espacio cerca de los cuerpos con masa no es
la que nos ensearon en el colegio! ...
AnalogaAnaloga en dos dimensiones:
Espacio plano: Espacio curvo:
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La manzana en el ascensor
pero es esta idea tan loca, cierta?... 1919: Eclipse total de Sol...
... Teora de Einstein sobre curvatura del espacio y deflexin de la luz es
comprobada!
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La manzana en el ascensor Un ascensor en el parque de diversiones...
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Velocidad mayor
Aceleracin mayorRelojes se atrasan mucho
Relojes se atrasan poco
Relojes no se atrasan!Cero aceleracin
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La manzana en el ascensor
Obedeciendo principio de equivalencia...
... En presencia de gravedad el tiempo se dilata
pero, esta idea tan loca, es cierta?!
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Aceleracin mayor
Relojes se atrasan mucho
Relojes se atrasan poco
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La manzana en el ascensor
CONCLUSIN:
En presencia de un cuerpo con masa el espacio y el tiempo vecinos al cuerpo se alteran!
TEORA DE LA RELATIVIDAD GENERAL
(Einstein, 1915)
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La manzana en el ascensor
Y entonces ...... por qu caen los cuerpos?
Ahora que entendemos los fenmenos extraos que ocurren en presencia de un cuerpo con masa...
... Veamos como usar estas ideas para entender el movimiento de los cuerpos en presencia de gravedad
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La manzana en el ascensor Se lanza una manzana cerca a la superficie de la Tierra...
... cmo se mueve?
No existe una fuerza de gravedad!31
Sobre la manzanano hay ninguna fuerza Sobre la manzanano hay ninguna fuerza
Principio de Equivalencia
La manzana semueve por inercia
La manzana semueve por inercia
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La manzana en el ascensor
Cuando se mueve por inercia un cuerpo lo hace siguiendo...
el camino ms corto entre dos puntos del espacio-tiempoespacio-tiempo
Cmo el espacio-tiempo esta curvado...... El camino ms corto entre dos puntos es una curva!
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La manzana en el ascensor
Los planetas obedecen el mismo principio......se mueven sobre curvas porque el espacio-tiempo alrededor
del Sol esta curvado!
Una analogaanaloga...
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Sol
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La manzana en el ascensor
Pero si el cuerpo se suelta en lugar de lanzarse...
...describe una lnea recta!...
QU PASA?
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Tiempo
1 seg
0.9 seg 0.9 seg
0.8 seg
1 seg
NotaNota: los intervalosDe tiempo estan exagerados
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La manzana en el ascensor
Por qu caen los cuerpos?Por qu caen los cuerpos?
Un cuerpo cae por qu el tiempo transcurre mas lentamente en lugares
ms bajos!
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La eterna cada
El tiempo se dilata al aproximarnos a un cuerpo astronmico...
... cunto es lo mximo que puede dilatarse?
Un experimento mental...
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Al entrar en el cuerpo Al entrar en el cuerpo la intensidad de la gravedad la intensidad de la gravedad
(de la dilatacin) disminuye(de la dilatacin) disminuye
Si el cuerpo se haceSi el cuerpo se hacemas pequeomas pequeo
(sin cambiar la masa)(sin cambiar la masa)el proceso continuael proceso continua
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La eterna cada
Qu pasa si el cuerpo es un PUNTO?!
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A una cierta distanciaA una cierta distanciael tiempo se DETIENE!el tiempo se DETIENE!
AGUJERO NEGRO
HorizonteHorizonte
Cuerpo singularCuerpo singular(Singularidad)(Singularidad)
Si se emite un rayo Si se emite un rayo de luz desde aqu, nuncade luz desde aqu, nunca
abandona este puntoabandona este punto
Si se deja caer unSi se deja caer unCuerpo despusCuerpo despus
De alcanzar horizonteDe alcanzar horizonteNo se podr devolverNo se podr devolver
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Gracias!
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