Fisica

RELATIVIDAD PARA PRINCIPIANTES
Autor: SHAHEN HACYAN COMITÉ DE SELECCIÓN EDICIONES DEDICATORIA I. LA RELATIVIDAD DE GALILEO II. ÉTER, LUZ Y ELECTROMAGNETISMO III. LA RELATIVIDAD DE EINSTEIN IV. ESPACIO Y TIEMPO V. MATERIA Y ENERGÍA VI. RELATIVIDAD Y Y MECÁNICA CUÁNTICA VII. RELATIVIDAD Y GRAVITACIÓN VIII. LA GRAVITACIÓN EN EL UNIVERSO APÉNDICE COLOFÓN CONTRAPORTADA

COMITÉ DE SELECCIÓN
Dr.Antonio Alonso Dr. Juan Ramón de la Fuente Dr. Jorge Flores Dr. Leopoldo García-Colín Dr. Tomás Garza Dr. Gonzalo Halffter Dr. Guillermo Haro † Dr. Jaime Martuscelli Dr. Héctor Nava Jaimes Dr. Manuel Peimbert Dr. Juan José Rivaud Dr. Emilio Rosenblueth † Dr. José Sarukhán Dr. Guillermo Soberón Coordinadora Fundadora: Física Alejandra Jaidar † Coordinadora: María del Carmen Farías

EDICIONESPrimera edición,1989 Quinta reimpresión, 1996 La ciencia desde México es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Subsecretaría de Educación Superior e Investigación Científica de la SEP y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. D. R. © 1989, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA, S. A. DE C. V. D. R. © 1995, FONDO DECULTURA ECONÓMICA Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 México D.F. ISBN 968-16-3152-8 Impreso en México

DEDICATORIA
A ARTURO Y ESTER Lo enteramente incomprensible del mundo es que sea comprensible. ALBERT EINSTEIN

I. LA RELATIVIDAD DE GALILEO
TODOS LOS SISTEMAS DE REFERENCIA SON VÁLIDOS LA TIERRA se mueve en el espacio como un grano de polvo en un vendaval: gira alrededor del Sol a 30kilómetros por segundo, y este astro se mueve a su vez a 30 000 kilómetros por segundo alrededor del centro de la Vía Láctea, que es sólo una galaxia entre los millones de galaxias que efectúan un baile cósmico enlazadas por sus mutuas atracciones gravitacionales. Y, sin embargo, no percibimos ninguno de estos movimientos; la Tierra parece ser lo único firme e inmutable a nuestro alrededor. La distanciaentre dos puntos fijos de la Tierra o la altura de otro con respecto a la superficie son tipos de medición bien definidos, que pueden repetirse tantas veces cuanto sea necesario, sin incertidumbre, pues la Tierra es un excelente sistema de referencia. La inmovilidad y la inmutabilidad de nuestro planeta eran evidentes a los hombres de la Antigüedad, y sólo recientemente hemos podido aceptar quese mueve en el espacio. El hecho de que el movimiento de la Tierra sea prácticamente imperceptible en la experiencia cotidiana se debe a un principio fundamental que Galileo Galilei enunció claramente en el siglo XVII: las leyes de la física son independientes de cualquier sistema de referencia. La Tierra constituye el ejemplo más obvio de lo que es un sistema de referencia con respecto al cual seefectúan la mayoría de las mediciones. Podemos estudiar, por ejemplo, el movimiento de una piedra que se deja caer desde lo alto de un poste: la experiencia demuestra que 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 trayectoriacurva y llega al suelo a cierta distancia del pie del poste (Figura 1). Se puede demostrar que la trayectoria es una curva geométrica 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 lugarsin aire (en una campana de vacío o en la Luna; por ejemplo); en la práctica, la fricción del aire con la piedra influye ligeramente en su movimiento.

Figura 1. Trayectoria de una piedra.

Pero la Tierra no es el único sistema de referencia disponible. ¿Qué pasa si se repite el experimento de la piedra que cae en un barco en movimiento? Supongamos que la piedra se suelta desde lo alto de un...