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COLEGIO DE BACHILLERES

FÍSICA MODERNA I
FASCÍCULO 4. TEORÍA DE LA RELATIVIDAD ESPECIAL

Autores: María Isabel Villaseñor Díaz

1

COLEG IO DE
BACHILLERES

Colaboradores

Asesoría Pedagógica
María Elena Huesca del Río
Revisión de Contenido
Salvador Godoy Salas
Diseño Editorial

2

ÍNDICE

5

PROPÓSITO
INTRODUCCIÓN
CUESTIONAMIENTO GUÍA

7
9

CAPÍTULO 1. TEORÍA DELA RELATIVIDAD
ESPECIAL
1.1 TRANSFORMACIONES DE GALILEO
1.1.1 Marco de Referencia Inercial

1.2 SURGIMIENTO DE LA TEORÍA ESPECIAL
DE LA RELATIVIDAD

11

11
13
17

1.2.1 Principio de Simultaneidad

22

1.2.2 La Aparente Incompatibilidad de la Propagación
de la Luz con el Principio Relatividad

25

1.2.3 Transformación Galileana y la Teoría
Electromagnética

27

1.2.4Experimento de Michelson-Morley

29

1.2.5 Postulados de la Teoría Especial de la Relatividad

31

1.2.5.1 Principio de la Relatividad en Sentido
Restringido

32

3

1.3 LA TRANSFORMACIÓN DE LORENTZ

33

1.4 LA CONTRACCIÓN DE LORENTZFITZGERALD

43

1.4.1 Comportamiento de las Varillas Rígidas y
Cuerpos en Movimiento

43

1.4.2 Dilatación del Tiempo

48

1.4.3Relatividad de la Masa

53

1.5 FORMA RELATIVISTA DE LA SEGUNDA
LEY DE NEWTON Y LA ENERGÍA

RECAPITULACIÓN
ACTIVIDADES DE CONSOLIDACIÓN
AUTOEVALUACIÓN
GLOSARIO
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

4

62

66
67
68
71
72

PROPÓSITO

Antes de empezar a leer este fascículo, te sugerimos consideres las siguientes
preguntas para que organices tu estudio en función de ellas.

¿QUÉ VOY AAPRENDER?

COMPRENDER LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD
ESPECIAL DE EISNTEIN CONSIDERANDO PRINCIPIOS Y
POSTULADOS EN SISTEMAS DE REFERENCIA
INERCIALES PARA CUERPOS QUE SE MUEVEN A
VELOCIDADES CERCANAS A LA VELOCIDAD DE LA LUZ
Y ESTABLECER QUE EL ESPACIO, LA MASA Y EL
TIEMPO SON MAGNITUDES RELATIVAS.

¿CÓMO LO VOY A
LOGRAR?

MEDIANTE
EL
ANÁLISIS
TEÓRICO
DE
LAS
MODIFICACIONES QUE HIZO LORENTZA LAS
TRANSFORMACIONES DE GALILEO Y QUE DESPUÉS
UTILIZÓ EINSTEIN PARA FORMULAR SU TEORÍA DE LA
RELATIVIDAD.
RESOLVIENDO EJERCICIOS DE APLICACIÓN PARA
VERIFICAR LOS RESULTADOS TEÓRICOS.

¿PARA QUÉ ME VA
A SERVIR?

PARA DETERMINAR LA CONSERVACIÓN DE LA
MASA-ENERGÍA Y DAR CUENTA DE LOS LÍMITES DE LA
MECÁNICA CLÁSICA. TAMBIÉN PARA EXPLICAR LOS
FENÓMENOS FÍSICOS EN EL MUNDO MICROSCÓPICO(MICROESCALA) DENTRO DEL ÁTOMO, Y LOS QUE
OCURREN A GRAN ESCALA (MACROESCALA), CUANDO
LOS CUERPOS SE DESPLAZAN A VELOCIDADES
CERCANAS A LA VELOCIDAD DE LA LUZ.

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6

INTRODUCCIÓN

El siglo XVII está considerado como el comienzo de la era científica; en él se operó un
cambio en la concepción del universo natural y la investigación científica emprendió una
serie de actitudes quellevó a la necesidad práctica de nuevos inventos y nuevas
explicaciones.
Hacia los años 1970-79, la electricidad y el magnetismo se estudiaban como
contracciones y desplazamientos de éter, y las ecuaciones de James Clerk Maxwell
expresaban en términos matemáticos las diferentes relaciones existentes entre las
fuerzas electromagnéticas, visualizadas en el marco del éter.
Mientras que laaberración* de la luz “demostraba” que el éter se encontraba en reposo,
y bajo estas condiciones, según el astrónomo inglés James Bradley, la tierra al describir
su revolución anual alrededor del sol (movimiento de traslación), tenía que moverse a
través del éter y crear algo así como “viento del éter”; algo parecido a lo que ocurre
cuando en un día sin corrientes de viento en la atmósfera te subes a unautomóvil que al
desplazarse origina un viento para los ocupantes del vehículo. Por otro lado, los
experimentos de Michelson-Morley mostraban que al no ser detectado, éste debía
moverse junto con la tierra.
En éste fascículo aprenderás en qué se transforman las Coordenadas Galileo, cuando la
velocidad del cuerpo que nos interesa analizar se desplaza con velocidades muy
cercanas a la...