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Ignacio Alzueta Gamo - La reactividad especial accesible a Bachillerato - Contenido educativo

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Subido el 12 de enero de 2024 por Ies villadevaldemoro valdemoro

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Proyecto de investigación de Ignacio Alzueta Gamo titulado 'La reactividad especial accesible a Bachillerato'

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Seguramente ya conoceréis la teoría de la Relatividad Especial. 00:00:00
Si ya estáis familiarizados con esta teoría, 00:00:04
quiero que penséis en la primera vez que escuchasteis hablar acerca de ésta, 00:00:06
una teoría tan rara y con fórmulas tan extrañas y difíciles de entender. 00:00:10
Buenas tardes, soy Ignacio Zotagamu, 00:00:14
y en mi proyecto de investigación he decidido darle otro enfoque 00:00:17
a la teoría de la Relatividad Especial, 00:00:20
explicándola de una forma mucho más visual, 00:00:23
utilizando gráficas creadas por mí mismo, 00:00:25
en las que analizo las consecuencias y efectos de la teoría de la Relatividad, 00:00:28
así como algunos casos particulares. 00:00:33
Lo primero que debo explicar acerca de esta teoría son sus postulados, 00:00:36
y es que una de las maravillas de la Relatividad 00:00:41
es que se basa en tan solo dos afirmaciones. 00:00:43
La primera de ellas es el principio de Relatividad. 00:00:46
Según el principio de Relatividad, 00:00:49
cualquier sistema de referencia inercial es válido para describir un movimiento, 00:00:51
ya que las leyes de la física son iguales en todos los sistemas inerciales. 00:00:57
El otro postulado de esta teoría es la invariancia de la velocidad de la luz, 00:01:02
y es que ésta es siempre la misma en todos los sistemas de referencia inerciales. 00:01:06
Es decir, si yo corriera con una linterna y la encendiera, 00:01:11
un tercer observador no mediría la velocidad de la luz de la linterna 00:01:15
como mi velocidad corriendo más la velocidad de la luz, 00:01:19
sino simplemente la velocidad de la luz. 00:01:23
Esto tiene algunas consecuencias de lo más interesantes, 00:01:27
pero antes de entrar en ellas, 00:01:31
debo explicar brevemente cómo funcionan las gráficas que he creado. 00:01:32
Estas son gráficas espacio-tiempo, 00:01:36
también llamadas diagramas de Minkowski. 00:01:39
Sin embargo, están retocadas para que la velocidad de la luz sea 1, 00:01:41
es decir, recorra una unidad de espacio por cada unidad de tiempo. 00:01:45
Otro factor importante acerca de estas gráficas 00:01:50
es el cambio de sistema de referencia. 00:01:53
Para cambiar nuestro sistema de referencia, 00:01:55
primero debemos escoger el objeto que queremos que lo sea, 00:01:57
en este caso, la recta gris. 00:02:00
La línea de universo de este objeto, 00:02:03
es decir, la línea que traza en la gráfica, 00:02:05
pasará a ser nuestro nuevo eje de tiempo, 00:02:07
puesto que siempre estará en la coordenada de espacio igual a cero. 00:02:10
Para hallar el nuevo eje de espacio, 00:02:14
debemos trasladar el ángulo que forma el nuevo eje de tiempo 00:02:16
con la velocidad de la luz, 00:02:19
ya que ésta siempre será la bisectriz de los dos ejes, 00:02:21
puesto que he decidido que mi proyecto de investigación valga 1. 00:02:25
Lo último que debemos hacer es hallar los nuevos valores 00:02:29
de las unidades de espacio y tiempo. 00:02:32
Eso se hace hallando los puntos de corte de los nuevos ejes 00:02:34
con estas hiperbolas. 00:02:37
Una vez entendido esto, 00:02:40
vamos a analizar ciertas consecuencias de la teoría 00:02:42
en nuestro mundo. 00:02:45
La primera consecuencia que voy a mencionar 00:02:48
es la ruptura con el concepto de simultaneidad, 00:02:50
y es que gracias a la relatividad, 00:02:53
sabemos que dos sucesos que son simultáneos 00:02:55
en un sistema de referencia 00:02:58
no tienen por qué serlo en otro. 00:02:59
Según el sistema de referencia verde, 00:03:02
los sucesos 1 y 2 son simultáneos. 00:03:04
Sin embargo, si cambiamos nuestro sistema de referencia 00:03:08
y trazamos paralelas al nuevo eje de espacio, 00:03:11
podemos observar que cortan al eje de tiempo 00:03:15
en dos puntos distintos, 00:03:18
es decir, ya no son simultáneos. 00:03:19
Como acabo de mostrar, 00:03:23
el tiempo ya no es absoluto y único 00:03:24
en todos los sistemas de referencia. 00:03:26
Además, pasa más lento para un objeto 00:03:28
cuanto más rápido se mueve este. 00:03:31
Esta es la dilatación del tiempo 00:03:33
y es otra consecuencia de la relatividad. 00:03:35
Para explicar esto no utilizaré una gráfica, 00:03:38
sino una imagen, 00:03:41
ya que aunque resulte algo contraintuitivo, 00:03:42
es fácil de entender. 00:03:44
Imaginemos que dentro de un tren 00:03:45
que se mueve a cierta velocidad hay una persona. 00:03:48
Esta persona dispara un rayo de luz 00:03:51
hacia el techo que rebota y vuelve a su origen, 00:03:53
recorriendo una distancia 2D. 00:03:56
Este mismo fenómeno es observado por una persona 00:04:00
desde fuera del tren. 00:04:03
Para esta persona la luz no solo viaja verticalmente, 00:04:04
sino también horizontalmente, 00:04:07
ya que avanza con el tren. 00:04:09
Al comparar las dos situaciones 00:04:11
vemos que para el observador externo 00:04:13
la luz ha recorrido más espacio. 00:04:15
La conclusión más lógica parece ser 00:04:18
que la luz ha recorrido más espacio 00:04:20
en el mismo tiempo porque ha viajado más rápido. 00:04:22
Sin embargo, 00:04:26
según el segundo postulado de la relatividad, 00:04:27
sabemos que esto no es posible. 00:04:29
Y la única conclusión que nos queda 00:04:31
es que la luz ha recorrido más espacio 00:04:34
a la misma velocidad 00:04:37
porque para el observador externo 00:04:38
ha pasado más tiempo. 00:04:40
La siguiente consecuencia que voy a mencionar 00:04:44
es la contracción del espacio. 00:04:47
Y es que cuanto más rápido se mueva un objeto, 00:04:49
más disminuye su longitud. 00:04:52
Esto se puede representar en las gráficas 00:04:54
representando un objeto con longitud, 00:04:56
dibujando las líneas de universo 00:04:59
de sus dos extremos. 00:05:02
Para medir la longitud de este objeto 00:05:04
simplemente hay que trazar una paralela 00:05:07
al eje de espacio 00:05:09
y medir la distancia entre sus puntos de corte A y B. 00:05:11
Sin embargo, 00:05:14
al cambiar el sistema de referencia, 00:05:16
en este caso por uno que se mueve 00:05:18
a la mitad de la velocidad de la luz, 00:05:20
podemos observar que la inclinación 00:05:22
del eje de espacio cambia, 00:05:24
por lo que hay mayor distancia entre A y B. 00:05:26
Sin embargo, hay que recordar 00:05:29
que la medida de una unidad de espacio 00:05:31
también aumenta, 00:05:33
por lo que ahora es claramente menor que 1. 00:05:35
Ahora analizaré ciertas situaciones 00:05:39
que aparentan ser paradójicas 00:05:42
en la relatividad. 00:05:44
La primera situación de la que voy a hablar 00:05:46
es de la paradoja de los gemelos. 00:05:48
En esta paradoja se habla de dos gemelos, 00:05:50
A y B. 00:05:53
El gemelo A viaja a la mitad de la velocidad 00:05:55
de la luz en una nave espacial. 00:05:58
En un punto largo decide dar la vuelta 00:06:01
y volver a la Tierra, 00:06:03
donde lo está esperando su hermano gemelo B. 00:06:04
Como A ha estado viajando tan rápido, 00:06:08
para él el tiempo ha pasado más lento, 00:06:11
por lo que es ahora más joven que su hermano B. 00:06:13
Sin embargo, según el principio de relatividad, 00:06:16
sabemos que cualquier sistema de referencia inercial 00:06:19
es válido para describir un movimiento, 00:06:22
por lo que podemos expresar esto 00:06:25
desde el punto de vista de A. 00:06:27
Desde el punto de vista de A, 00:06:29
él ha estado quieto en su nave, 00:06:31
y ha sido su hermano B en la Tierra 00:06:33
Sin embargo, si este es el caso, 00:06:36
debería ser B quien fuera más joven que su hermano, 00:06:39
y esto no es así. 00:06:43
La solución a esta paradoja 00:06:45
reside en la ruptura con el... 00:06:47
Uy, perdón. 00:06:49
Reside en este pico de aquí, 00:06:50
y es que representa una aceleración. 00:06:52
Hay que recordar que el principio de relatividad 00:06:57
tan solo se aplica en sistemas inerciales, 00:07:00
y una aceleración es descrita en física 00:07:02
como cualquier variación en el módulo, 00:07:04
la dirección o el sentido de una velocidad, 00:07:06
por lo que este caso no entra 00:07:10
en el ámbito de aplicación de esta teoría. 00:07:12
Sin embargo, sí es posible analizar gráficamente 00:07:14
cuál de los dos hermanos estaba realmente moviéndose, 00:07:18
y así se hace en el proyecto. 00:07:21
El siguiente caso que voy a mencionar 00:07:24
es la paradoja del granero y la pértiga. 00:07:26
En esta paradoja se habla de un corredor 00:07:29
que sostiene una pértiga. 00:07:31
Este corredor corre hacia un granero 00:07:33
que tiene dos puertas, 00:07:35
la una enfrente de la otra. 00:07:36
Cuando la pértiga está en reposo, 00:07:38
su longitud es mayor que la del granero. 00:07:40
Sin embargo, el corredor corre tan rápido 00:07:43
que la pértiga encoge, 00:07:46
y encoge lo justo para caber completamente 00:07:48
dentro del granero. 00:07:50
Justo cuando la puerta, la pértiga, 00:07:52
está dentro del granero, 00:07:54
las dos puertas se cierran 00:07:56
y se abren instantáneamente. 00:07:58
Esto está representado por los sucesos B y C. 00:08:00
Sin embargo, si cambiamos el sistema de referencia 00:08:04
y lo vemos desde el punto de vista del corredor, 00:08:07
es el granero el que se mueve hacia él, 00:08:10
y por lo tanto el granero es lo que encoge 00:08:13
y no la pértiga. 00:08:15
Sin embargo, si el granero encoge, 00:08:17
la pértiga no cabe dentro, 00:08:19
y si la pértiga no cabe dentro, 00:08:21
al cerrarse ambas puertas, 00:08:23
ésta se partiría. 00:08:25
Pero ¿cómo puede ser que la pértiga se parta 00:08:26
y no se parta a la vez? 00:08:28
La solución a esta paradoja 00:08:30
reside en la ruptura con el concepto de simultaneidad. 00:08:32
Y es que si cambiamos el sistema de referencia 00:08:35
por uno de los extremos de la pértiga, 00:08:38
en este caso, 00:08:40
podemos comprobar que los sucesos 00:08:42
que antes eran simultáneos, 00:08:44
los sucesos B y C, 00:08:46
que representan los cierres de la puerta 00:08:48
trasera y delantera, 00:08:50
respectivamente, 00:08:52
ahora no son simultáneos. 00:08:54
Es decir, ocurre primero el suceso B 00:08:56
y después el suceso C. 00:08:59
¿Qué pasaría si la velocidad de la luz fuera menor? 00:09:03
Si fuera tan pequeña 00:09:06
que afectara las velocidades que consideramos cotidianas. 00:09:08
Esta es una pregunta a la que he respondido 00:09:11
en mi proyecto de investigación, 00:09:13
analizando casos de la vida cotidiana 00:09:15
en un mundo hipotético 00:09:18
en el que los efectos relativistas 00:09:20
se dan en velocidades 00:09:22
a las que nos movemos normalmente. 00:09:24
En conclusión, 00:09:28
la teoría de la relatividad 00:09:30
es una teoría que se puede entender 00:09:32
de muchas formas distintas, 00:09:34
y no solamente mediante el uso de las fórmulas. 00:09:36
Además, si los efectos de esta teoría 00:09:38
afectaran en nuestras velocidades normales, 00:09:40
nuestras vidas cambiarían drásticamente. 00:09:43
Gracias por vuestra atención 00:09:47
y estoy a su disposición 00:09:49
para responder cualquier pregunta que os haya surgido. 00:09:51
Idioma/s:
es
Autor/es:
Ignacio Alzueta Gamo
Subido por:
Ies villadevaldemoro valdemoro
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Sin obra derivada
Visualizaciones:
231
Fecha:
12 de enero de 2024 - 18:19
Visibilidad:
Público
Centro:
IES VILLA DE VALDEMORO
Duración:
09′ 53″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1920x1080 píxeles
Tamaño:
1.35

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