Fuerza centrípeta

225 Pages·2017·8.17 MB·Spanish

Física clásica, relativista y
cuántica
Introducción para media superior
Morelia, Michoacán. México
Noviembre de 2017
Directorio
Secretario de Educación Pública
Maestro Aurelio Nuño Mayer

Subsecretario de Educación Media Superior
Dr. Rodolfo Tuirán

Directora General del Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica ( CONALEP )
Mtra. Candita Victoria Gil Jiménez

Gobernador Constitucional del Estado de Michoacán
Lic. Silvano Aureoles Conejo

Secretaria de Educación en el Estado de Michoacán
Mtro. Alberto Frutis Solís

Directora General del Colegio de Educación Profesional Técnica en el Estado ( CONALEPMICH )
Lic. Minerva Bautista Gómez

Coordinador General de la Unidad de Seguimiento
Ing. Inés Barrios Díaz

Directores de área

Dirección Académica
M.C. Fernando Medina Pérez

Dirección de Enlace Jurídico
Lic. Luz María del Rosario Pinta

Dirección de Promoción y Vinculación
Lic. Gueilon Arteaga Sánchez

Dirección Administrativa
C.P.  Simón López Páramo

Dirección de Planeación
Lic. Luz Adriana Pantoja Cordero

Dirección de Informática
Lic. Filo Enrique Borjas García
Directores  de Plantel

Directora Plantel Apatzingán
Ing. Erika Gámez Martínez

Director del Plantel Cd. Hidalgo
Mtro. Miguel Aguilar Guzmán

Director del Plantel La Piedad
Lic. Juan Cabrera Ayala

Director Plantel Lázaro Cárdenas
Ing. Miguel Arcángel Núñez Torres

Directora Plantel Los Reyes
L.I.A. Gabriela Morales Mújica

Director Plantel  Morelia I
MGYPT.  José Edmundo Díaz Salmerón

Director Dirección Plantel Morelia II
Ing. Benjamin Hernández Luna

Director Plantel Pátzcuaro
Lic. Crispín Ángel Carranza

Director Plantel Sahuayo
Lic. Roberto de Jesús García Ávila

Director Plantel Uruapan
Lic. José Manuel Durán Molina

Encargado de la Dirección Plantel Zacapu
Lic. Nora Lilia Pérez Ferrer

Director Plantel Zamora
MVZ. Reynaldo Francisco Valdés Manzo

Director Plantel Zitácuaro
LIE. Francisco Román Hernández Reyes
PRESENTA:
Física clásica, relativista y
cuántica
Introducción para media superior
Autores:
Eduardo Ochoa Hernández
Filo Enrique Borjas García
Rogelio Ochoa Barragán
Nicolás Zamudio Hernández
Ochoa H. E., Borjas G. F.E., et al (2017) Física clásica, relativista y cuántica: introducción para media superior. Morelia:
CONALEP-CIE
Título original de la obra:
La Integral: Técnica y Método. Copyright © 2017 Avenida San José del Cerrito,
No. 2750, Colonia San José del Cerrito, C.P. 58341, Morelia, Michoacán
Teléfono [phone]
Email: [email protected]
ISBN:
Programa: Profesor escritor.
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Contenido
Capítulo I. Determinar fuerzas de cuerpos en reposo
1.1 Newton 2
1.2 Equilibrio traslacional 9
1.3 Equilibrio rotacional 14
1.4 Problemario 20
1.5 Autoevaluación 21
1.6 Soluciones del problemario 23
1.7 Soluciones de la autoevaluación 26
1.8 Conclusiones 26
Referencias 27
Capítulo II. Ecuaciones de movimiento en dos dimensiones
2.1 Movimiento 2
2.2 El tiempo es esa referencia de cambio infinitesimal 5
2.3 Pero ... el tiempo no es una muy buena referencia 7
2.4 El tiempo es una dimensión 8
2.5 Posición, distancia y desplazamiento 9
2.6 Velocidad y dirección 10
2.7 Movimiento acelerado 13
2.8 Cálculo de la caída libre 23
2.9 Tiro vertical 26
2.10 Representación gráfica 27
2.11 Determinar el movimiento en tres dimensiones 28
2.12 Tiro parabólico en dos dimensiones 32
2.13 Movimiento circular uniforme 36
2.14 Problemario 47
2.15 Soluciones 51
2.16 Conclusiones 52
Capítulo III. A 100 años de la teoría de la relatividad general
3.1 Introducción 4
3.1.1 Primera época: calor, luz, métricas de energía 5
3.1.2 Segunda época: forma matemática de la energía 8
3.1.3 Tercera época: el desarrollo termodinámico y relativista 10
3.2 Marcos de referencia 12
3.2.1 Movimiento en marcos de referencia 14
3.2.2 La falta de un marco de referencia 15
3.3 Movimiento relativo 16
3.4 Invariancia de la velocidad de la luz 18
3.5 Principios de la relatividad especial 19
3.6 Consecuencias de la relatividad 20
3.7 La falta de simultaneidad 21
21
3.8 Transformaciones de Lorentz 22
3.8.1 Luz, masa y energía 22
3.8.2 Transformaciones de Galileo 23
3.8.3 Transformadas de Lorentz 25
3.8.4 Dilatación del tiempo 30
3.8.5 Contracción del espacio 31
3.9 E=mc2 31
3.10 La termodinámica 36
3.11 Trabajo 39
3.12 Cálculo de la energía cinética 39
3.13 Cálculo de la energía potencial 42
3.14 La adición de velocidades en la relatividad 43
3.15 Intervalos de espacio-tiempo 48
3.16 Diagramas de Minlowski: visualización de espacio tiempo 50
3.17 Momento, masa y energía relativistas 53
Capítulo IV. Introducción a la cuántica
4.1. El nacimiento de la mecánica cuántica 3
4.2 Entropía 27
4.3 Lógica cuántica 41
4.4 Fenómenos cuánticos 56
4.4.1 Interferencia 57
4.4.2 Entrelazamiento 59
4.5 Configuración electrónica de elementos químicos 62
Referencias 73
Prefacio
A principios del siglo pasado, un físico joven iconoclasta transformó nuestra comprensión del
universo. Con sus teoría especial y general de la relatividad, Albert Einstein anuló la sólida
certeza de que fue el universo de relojería de Newton y lo reemplazó con una imagen que
2
desafía el sentido común. Su obra nos trajo la famosa ecuación E=mc , luz definida como el
límite de velocidad cósmico, espacio unificado con el tiempo, redefiniendo gravedad y marcó el
comienzo de la idea que el universo comenzó en una bola de fuego caliente, densa llama ahora
el big bang. Estas ideas más adelante dieron lugar algunos de los más intrigantes y
sorprendentes conceptos de la física moderna: los agujeros negros, viajes en el tiempo, materia
oscura y energía oscura. Los físicos de hoy todavía están lidiando con sus revelaciones y sus
consecuencias. Solo recientemente el 11 de febrero de 2016, se cumplieron las predicciones
claves de Einstein sobre la existencia de ondas gravitaciones, esta confirmación finalmente fue
consecuencia del avance tecnológico, mismo avance que impulsaron sus experimentos
mentales empleando las matemáticas como medio de observación.
Es difícil exagerar la influencia de Einstein para la vida moderna, sin embargo, sus teorías
siguen menudo por la mayor parte de los ciudadanos del mundo, incomprendidas. A pesar de
su asombroso éxito, la teoría de la relatividad, no menos que es compatible con la mecánica
cuántica. Einstein pasó la última parte de su carrera tratando de conciliar las dos teorías en lo
que el llamo la teoría del todo. ¿Los científicos de hoy tendrán éxito donde Einstein fracaso?
¿Los profesores de hoy tendrán éxito en romper los prejuicios sobre las matemáticas de la
mente de los joven de hoy?, ¿los inspiraran lo suficiente como para provocar en ellos la
curiosidad de luchar por comprender la revelaciones que logró Einstein al superar la física
clásica de Newton? Y finalmente, ¿Lograran introducir a estos jóvenes en el compleja y
fascinante teoría que apertura Einstein como la Cuántica?