Proyecto Optica

Introducción:

En este proyecto explicaremos de forma amplia y especifica el contenido de los temas de óptica y física así como los distintos inventos que han traído beneficio a la humanidad y el gran campo que abarca el estudio de estas dos ciencias.

Con esto se busca dar una información más detallada y concisa para que al momento que llegue al lector le sea útil para aclarar cualquier duda que se tenga sobre el tema.

Nos dimos la tarea en equipo de investigar, para esto usamos fuentes de información en internet, libros y algunas enciclopedias, mas sin embargo mucha de la información encontrada aún se queda corta; es importante retroalimentarla, es solo una base ya que es necesario contar con una buena cantidad de tiempo para el estudio, interpretación y consolidación de la información encontrada.

Física Moderna

La física moderna comienza a principios del siglo XX, cuando el alemán Max Planck investiga sobre el “cuanto” de energía. Planck decía que eran partículas de energía indivisibles, y que éstas no eran continuas como decía la física clásica. Por ello nace esta nueva rama de la física, que estudia las manifestaciones que se producen en los átomos, los comportamientos de las partículas que forman la materia y las fuerzas que las rigen. Se conoce, generalmente, por estudiar los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella, o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores.

Los temas anteriormente tratados de la física clásica no servían para resolver los problemas presentados, ya que estos se basan en certezas y la física moderna en probabilidades, lo que provocó dificultades para adaptarse a las nuevas ideas.

En 1905, Albert Einstein publicó una serie de trabajos que revolucionaron la física, principalmente representados por “La dualidad onda-partícula de la luz” y “La teoría de la relatividad” entre otros. Estos y los avances científicos como el descubrimiento de la existencia de otras galaxias, la superconductividad, el estudio del núcleo del átomo, y otros, permitieron lograr que años más tarde surgieran avances tecnológicos, como la invención del televisor, los rayos x, el radar, fibra óptica, el computador, etc.

La misión final de la física actual es comprender la relación que existe entre las fuerzas que rigen la naturaleza, la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Comprender y lograr una teoría de unificación, para así poder entender el universo y sus partículas.

Se divide en:

• La mecánica cuántica

• La teoría de la relatividad

Casi todo lo planteado en el siglo XIX fue puesto en duda y al final fue remplazado durante el siglo XX, y de esta misma forma puede ocurrir actualmente, a medida que se produzcan resultados como en las nuevas investigaciones, y se materialicen los nuevos conocimientos que se irán adquiriendo durante este nuevo siglo.

Mecánica Cuántica

La mecánica cuántica, -también física cuántica-, es la ciencia que tiene por objeto el estudio y comportamiento de la materia a escala reducida.

El concepto reducido se refiere aquí a tamaños a partir de los cuales empiezan a notarse efectos como el principio de indeterminación de Heisenberg que establece la imposibilidad de conocer con exactitud, arbitraria y simultáneamente, la posición y el momento de una partícula. Así, los principios fundamentales de la mecánica cuántica establecen con mayor exactitud el comportamiento y la dinámica de sistemas irreversibles. Los efectos sobre la materia son notables en materiales mesoscópicos, aproximadamente 1.000 átomos de composición.

Algunos fundamentos importantes de la teoría son que la energía no se intercambia de forma continua. En todo intercambio energético hay una cantidad mínima involucrada, llamada cuánto.

Si aceptamos el hecho de que es imposible fijar a la vez la posición y el momento de una partícula, renunciamos de alguna manera al concepto de trayectoria, vital en mecánica clásica. En vez de eso, el movimiento de una partícula queda regido por una función matemática que asigna, a cada punto del espacio y a cada instante, la probabilidad de que la partícula descrita se halle en una posición determinada en un instante determinado (al menos, en la interpretación de la Mecánica cuántica más usual, la probabilística o interpretación de Copenhague). A partir de esa función, o función de ondas, se extraen teóricamente todas las magnitudes del movimiento necesarias.

¿Sabías que muchos de los equipos que usas a diario le deben su existencia a la mecánica cuántica antigua? Hoy te invito a conocer el origen de esta ciencia física, algunas de las realidades que son posibles gracias a ella, y a hacer un viaje al pasado para conocer algunas curiosidades en su historia.

La mecánica cuántica antigua fue fundada por Max Plankc en el año 1900. Gracias a ella nació otro tipo de física necesaria para la moderna tecnología que vendría a continuación, que es la tecnología que actualmente usamos. Así resultó el efecto fotoeléctrico que se utiliza en las plantas de energía eléctricas para capturar la luz solar en celdas de silicio, dando lugar a la creación de las corrientes eléctricas. A su vez, gracias a la energía eléctrica es posible hacer funcionar diferentes maquinarias, alumbrarnos en la noche, encender la calefacción y el aire acondicionado, elevar los ascensores, entre tantas otras cosas cotidianas.

La mecánica cuántica antigua es la responsable del reloj atómico que funciona bajo el principio de emisión y absorción de energía. En ese sentido, cabe recordar que con la velocidad, el tiempo sufre distorsión y los satélites se mueven a elevada velocidad, por lo que se vuelve necesario sincronizar o ajustar el tiempo en los distintos dispositivos GPS (en español, Sistema de Posicionamiento Global) colocados en los satélites.

Además del nuevo tipo de física necesario para la tecnología, con la mecánica cuántica antigua también surgió el salto cuántico. Este es el único fenómeno responsable de la emisión y absorción de la radiación electromagnética que no es más que la luz visible.

Un reloj atómico es un tipo de reloj que para alimentar su contador utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal. Los primeros relojes atómicos tomaban su referencia de un máser.

Teoría de la Relatividad

En 1907 Albert Einstein llegó a la conclusión de que a su teoría de la relatividad especial le faltaba algo que no estaba de acuerdo con la realidad que vivimos. Es por eso que tuvo que ir un poco más allá y realizar una nueva teoría: la teoría de la relatividad general, que analizaremos qué plantea a continuación.

Diferencia entre la relatividad especial y general

La teoría de la relatividad especial, llamada también relatividad particular o restringida, es una teoría que describe bien el movimiento de los cuerpos, pero solo a velocidades constantes, y en un espacio plano, de tres dimensiones espaciales y una temporal.

En el universo la gravedad acelera a todos los cuerpos, poniéndolos en movimiento. Además, la gravedad es una fuerza universal, en el sentido de encontrarse en todo lugar. Entonces, dada esta realidad, podemos afirmar que nada está en reposo: todo en el universo se mueve y con aceleración. Einstein se dio cuenta entonces de que era necesario generalizar su teoría.

Interacciones a distancia

La teoría de Newton de la gravedad solo explica que los objetos se atraen con una fuerza proporcional al producto de las masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Según la ecuación de Newton, la fuerza tenía que actuar instantáneamente. Esto significaba que las ondas o partículas que interactúan entre los cuerpos, viajaban con velocidades infinitas para hacerla correcta, así, si estos, distaban años luz, la fuerza tenía que arreglárselas para actuar inmediatamente, si uno de los dos o ambos eran alterados.

Pero como la fuerza tenía que adivinar si los objetos habían sido alterados, la teoría de la relatividad especial puso limite a la velocidad en que los cuerpos debían moverse y esta era el valor de c: la velocidad de la luz.

Equivalencia entre fuerza de contacto y a distancia

Einstein imaginó un cajón moviéndose a velocidad constante en el espacio, alejado de toda influencia gravitacional. Pensó que si en el interior del cajón ubicamos un hombre, este flotaría. Y si aplicamos una fuerza de contacto en cualquier lado del cajón concluyó que el cuerpo de este hombre descansaría en el punto de aplicación de la fuerza de contacto, que se convertiría en el suelo o el piso para el hombre, por la ley de acción y reacción.

Lo que lo llevó a pensar que la fuerza de contacto es equivalente a la fuerza de gravedad.

Esta es la ecuación propuesta por Einstein:

Gmv = -kTmv

Aclaremos que en esta ecuación T debe ser mayúscula, G mayúscula, y solo k es minúscula. Las letras m y v son subíndices de G y T.

Gmv : Tensor de curvatura de Riemann

Tmv : Tensor de energía, que tiene que ver también con la masa en el universo

k : Es una constante de gravitación, y k = 8PIK/c2

K = 6,7x10 -8

Esta ecuación esta simplificada y generalizada, pero explica muy bien cómo se relacionan el espacio y la materia/energía.

Los objetos masivos

...