Relatividad

Departamento de Física

Relatividad Clásica e
Invariabilidad de
La Velocidad de La Luz

Fecha: 25/03
Curso: IV° Matemático
Índice

Introducción

Desarrollo

Sistema de referencia
La Tierra constituye el ejemplo más obvio de lo que es un sistema de referencia con respecto al cual se efectúan la mayoría de las mediciones. Podemos estudiar, por ejemplo, el movimiento de una piedra quese deja caer desde lo alto de un poste: la piedra cae exactamente a lo largo de una línea recta vertical (si no soplan vientos fuertes que la desvíen). Del mismo modo, si la piedra es arrojada con una cierta velocidad horizontal, la piedra cae siguiendo una trayectoria curva y llega al suelo a cierta distancia del pie del poste (Figura 1). Se puede demostrar que la trayectoria es una curvageométrica llamada parábola, y la distancia entre el pie del poste y el punto de caída es simplemente la velocidad inicial de la piedra multiplicada por el tiempo que dura la caída. De hecho, esto sería exactamente lo que sucedería si el experimento se realizara en un lugar sin aire (en una campana de vacío o en la Luna; por ejemplo); en la práctica, la fricción del aire con la piedra influye ligeramenteen su movimiento.

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FIGURA 1
Lanzamiento de una piedra

Ahora que pasaría si pensáramos en un crucero que va a una velocidad constante, en el cual dentro de él, se dejara caer una piedra desde el techo de un alto comedor, ¿la piedra caerá en línea recta o bien será afectada por la velocidad del barco y describirá una ligera curva en el sentidocontrario a la dirección de la velocidad del crucero? En este caso; la caída de la piedra ocurre exactamente como si el crucero no se moviera. Un sujeto X que se encuentra dentro de este barco que avanza en línea recta y a una velocidad constante no puede decidir, por ningún experimento físico, si el barco se mueve. Tendría que asomarse por una escotilla para saberlo. Es muy importante que el barco semueva en línea recta y no varíe su velocidad.

Sistema de referencia Inercial

Ahora, que pasaría si la velocidad del sistema variara, por ejemplo en un supuesto auto en MRU los pasajeros no se dan cuenta que el auto se mueve (despreciando su roce con el suelo y la vibración por el motor), sin embargo si tomara una súbitamente una curva a la izquierda, los pasajeros se ven empujados hacia laderecha, o si bien frenara serían arrojados hacia delante, es el automóvil el que se ha detenido mientras que sus pasajeros prosiguen su viaje.

Las fuerzas que surgen en un sistema de referencia únicamente por el cambio de velocidad o de trayectoria, y no por factores externos, se deben a la inercia de los cuerpos masivos; por esta razón, se les llama fuerzas inerciales. Un sistema dereferencia inercial es aquel que se mueve en línea recta sin variar su velocidad; evidentemente en tal sistema de referencia no surgen fuerzas inerciales. De acuerdo con el principio de relatividad de Galileo, las leyes de la física son las mismas en cualquier sistema de referencia inercial. En particular, no se puede distinguir un sistema de referencia inercial de otro por medio de experimentos físicos;cualquier sistema es válido y sólo es una cuestión de conveniencia escoger el más apropiado para describir un fenómeno físico. Mientras un autobús se mueve en línea recta y sin variar su velocidad, la única manera que tienen sus ocupantes de saber si avanzan o no es asomarse por la ventana.

Una nave espacial a la deriva es un ejemplo perfecto de un sistema de referencia inercial. Sus tripulantesno tienen ningún medio para determinar si se mueven o si están en reposo, a menos que puedan observar las estrellas en el exterior.

Relatividad de Galileo

“Dos sistemas de referencia en movimiento relativo de traslación rectilínea uniforme son equivalentes desde el punto de vista mecánico; es decir, los experimentos mecánicos se desarrollan de igual manera en ambos, y las leyes de la...