El Universo mecanico Fisica 3
El Universo mecanico
Realizado por California Institute of Technology The Corporation for Community College. Hace un recorrido por los distintos campos de la física: electricidad, magnetismo, mecánica, etc.
Lección 41, El experimento Michelson-Morley.
En 1887, en Cleveland, Ohio, la medición, exquisitamente diseñada, del movimiento de la Tierra a través del éter tuvo como resultado el más brillante fiasco de la historia de la Ciencia. Objetivos pedagógicos: aplicar el “Principio de Galileo” para la composición de movimientos a vectores de posición y velocidades; describir el interferómetro de Michelson y explicar sus principios; analizar porqué el experimento de Michelson-Morley habría detectado el movimiento relativo del éter, según la física newtoniana.
Lección 42, La transformación de Lorentz.
Si la velocidad de la luz tiene que ser la misma para todos los observadores inerciales (tal y como lo indica el experimento de Michelson-Morley) las ecuaciones de tiempo y espacio se pueden encontrar fácilmente. Pero, ¿qué significan? Significan que la longitud, o la velocidad de un reloj depende de quién lo mida. Objetivos pedagógicos: utilizar las “transformaciones de Lorentz” para resolver problemas relacionados con espacios o intervalos de tiempo en diferentes sistemas de referencia; comentar algunas de las explicaciones hipotéticas enunciadas para justificar el “experimento de Michelson-Morley”; reconocer el concepto de contracción de longitudes; utilizar diagramas espacio-tiempo; definir y comentar el concepto de simultaneidad; analizar la sincronización del reloj.
Lección 43, Velocidad y tiempo.
A diferencia de Lorentz, Albert Einstein se sintió motivado a perfeccionar las ideas centrales de la Física en vez de buscar una explicación al experimento de Michelson-Morley. El resultado fue una forma totalmente nueva de entender el significado de los conceptos de espacio y tiempo, incluyendo aspectos como la transformación de velocidades, la dilación temporal y la paradoja gemela. Objetivos pedagógicos: enunciar los postulados de Einstein referentes a la “Teoría Especial de la Relatividad”; identificar la fórmula de la transformación relativista de la velocidad y en qué se diferencia de la obtenida con la “relatividad Galileana”; definir los conceptos de tiempo exacto y longitud exacta y expresar las ecuaciones de dilación de tiempo y contracción de longitud; saber cómo emplear diagramas espacio-tiempo en problemas sencillos; reconocer en qué consiste la paradoja gemela y comentar su solución.
Lección 44, Energía,cantidad de momento y masa.
El nuevo significado de espacio y tiempo hace necesario reformular una nueva mecánica. Partiendo de la conservación del momento, entre otras cosas resulta que “E=mc2″. Objetivos pedagógicos: definir el momento relativo y las ecuaciones referentes a la energía cinética y a la energía total de una partícula para su velocidad; comentar la relación entre masa y energía en la “Teoría Especial de la Relatividad” y analizar la energía oculta de varios sistemas a partir de las masas reales de sus constituyentes; conocer el concepto de masa relativa.
Lección 45, Temperatura y la ley de los gases.
Las oscilaciones de la investigación científica se reflejan en los experimentos de Boyle, así como en las investigaciones de Charles. Nuevos y extraordinarios descubrimientos sobre el comportamiento de los gases que sirven de conexión entre temperatura y calor, y posibilitan una escala absuluta de temperaturas. Objetivos: pedagógicos: definir las escalas de temperaturas Celsius y Farenheit y convertir valores de temperaturas de una escala a la otra y en grados Kelvin; interpretar la “ecuación de estado” de un gas ideal, y el valor de la constante universal de gases en Julios/Kelvin; conocer que la energía media de una molécula de gas a temperatura T es del orden kT, donde k es la constante de Boltzmann; identificar la temperatura absoluta T como una medida de la energía cinética de un gas.
Lección 46, La máquina de la naturaleza.
Había un joven llamado Carnot cuya lógica era capaz de demostrar, para un experto en fuentes de trabajo, que no hay nada tan eficaz como un motor que, sencillamente, no funciona (David L. Goodstein, estudiante de Física, 1958) Objetivos pedagógicos: conocer la primera ley de la Termodinámica y utilizarla en la resolución de problemas; calcular el trabajo realizado por un gas durante varios procesos casi estáticos y esbozar el proceso en un diagrama presión-volumen; definir la eficacia de una máquina térmica; describir la “máquina de Carnot”; aplicar la expresión de la eficacia a una máquina de Carnot.
Lección 47, Entropía.
Este programa ilustra el genio de Carnot, parte II, y la “Segunda ley de la Termodinámica”. La eficacia de la “máquina ideal de Carnot” depende de la relación entre las temperaturas superior e inferior del ciclo de funcionamiento. La “Teoría Carnot” comienza con sencillas máquinas de vapor y termina con profundas implicaciones en el comportamiento de la materia y el flujo de tiempo a través del Universo. Objetivos pedagógicos: describir cualitativamente el concepto de entropía; calcular el cambio de la antropía de algunos procesos irreversibles; interpretar la conexión entre la “Segunda ley de la Termodinámica” y el “Principio de entropía”; entender el papel de la entropía en la formación del hielo.
Lección 48, Bajas temperaturas.
Sólido, líquido y gas son las formas de la materia del mundo físico. Con la búsqueda de las bajas temperaturas llegó el descubrimiento de que, en las adecuadas condiciones de temperatura y presión, todos los elementos pueden existir en cada uno de los tres estados básicos de la materia. Objetivos pedagógicos: explicar qué hacer para enfriar algo; enumerar los tres estados básicos de la materia y ejemplos de los mismos; explicar qué es un diagrama de fases; reproducir el diagrama de fases para agua y explicar porqué es tan particular; conocer porqué los gases se transforman en líquido; interpretar el efecto de Joule-Thomson.
Lección 49, El átomo.
Este programa explora la historia del átomo, desde la antigua Grecia al siglo XX, cuando los descubrimientos de J.J. Thomson y Ernest Rutherford provocaron una nueva crisis en el mundo de la Física. Objetivos pedagógicos: resumir la “Teoría Cinética” y comentar el tamaño de los átomos; analizar los modelos atómicos de Thomson y de Rutherford; explicar porqué el modelo atómico de Rutherford entró en conflicto con la “Teoría electromagnética de Maxwell”; comentar el significado del “movimiento de Brown” como prueba de la existencia de los átomos.
Lección 50, Partículas y ondas.
Incluso antes de la crisis de los modelos atómicos, ya existía la evidencia de que la luz, que ciertamente es una onda, a veces podía actuar como una partícula. En la nueva Física, denominada Mecánica Cuántica, no sólo la luz viene en paquetes denominados cuantos, sino que los electrones y otras partículas también se comportan como ondas. Objetivos pedagógicos: describir la evidencia de que las ondas luminosas a veces se comportan como partículas; expresar las relaciones de “De Broglie” en una función de onda con la frecuencia y la longitud ondulatorias; interpretar el Dualismo Corpúsculo-Onda; analizar el “principio de incertidumbre de Heisenberg”; reconocer la evidencia experimental de la existencia de ondas electromagnéticas; definir la función de probabilidades y discutir su significado.
Lección 51, Del átomo al cuark.
Las funciones de ondas limitadas por el campo eléctrico de los núcleos, ayudan a resolver el dilema del átomo y explican la tabla periódica de los elementos.Los mpropios nucleones obedecen a un tipo de tabla periódica, y siguen las reglas internas que conducen a la idea de los quarks. Objetivos pedagógicos: definir la función de onda y de estado; describir el átomo de Böhr en términos de función de onda; interpretar la tabla periódica en términos de estructura electrónica; comentar en qué consisten los quarks y su papel en la estructura de la materia.
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Wednesday, February 18th, 2009,
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