LINEA DE TIEMPO NEUROPSICOLOGIA

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Segunda ley de Newton o Ley de fuerza

La segunda ley del movimiento de Newton dice que:

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.7

En las palabras originales de Newton:

Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressæ, & fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.6

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en el momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, la fuerza y la aceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función del momento en que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del objeto.

En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación:

{\mathbf {F}}_{{{\text{net}}}}={{\mathrm {d}}{\mathbf {p}} \over {\mathrm {d}}t}

Donde:

{\mathbf {p}} es el momento lineal

{\mathbf {F}}_{{{\text{net}}}} la fuerza total o fuerza resultante.

Suponiendo que la masa es constante y que la velocidad es muy inferior a la velocidad de la luz8 la ecuación anterior se puede reescribir de la siguiente manera:

Sabemos que {\mathbf {p}} es el momento lineal, que se puede escribir m.V donde m es la masa del cuerpo y V su velocidad.

{\mathbf {F}}_{{{\text{net}}}}={{\mathrm {d}}(m{\mathbf {v}}) \over {\mathrm {d}}t}

Consideramos a la masa constante y podemos escribir {{\mathrm {d}}{\mathbf {v}} \over {\mathrm {d}}t}={\mathbf {a}} aplicando estas modificaciones a la ecuación anterior:

{\mathbf {F}}=m{\mathbf {a}}

La fuerza es el producto de la masa por la aceleración, que es la ecuación fundamental de la dinámica, donde la constante de proporcionalidad, distinta para cada cuerpo, es su masa de inercia. Veamos lo siguiente, si despejamos m de la ecuación anterior obtenemos que m es la relación que existe entre {\mathbf {F}} y {\mathbf {a}}. Es decir la relación que hay entre la fuerza aplicada al cuerpo y la aceleración obtenida. Cuando un cuerpo tiene una gran resistencia a cambiar su aceleración (una gran masa) se dice que tiene mucha inercia. Es por esta razón por la que la masa se define como una medida de la inercia del cuerpo.

Por tanto, si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, esta partícula tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante y en dirección de ésta. La expresión anterior así establecida es válida tanto para la mecánica clásica como para la mecánica relativista, a pesar de que la definición de momento lineal es diferente en las dos teorías: mientras que la dinámica clásica afirma que la masa de un cuerpo es siempre la misma, con independencia de la velocidad con la que se mueve, la mecánica relativista establece que la masa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con la que se mueve dicho cuerpo.

De la ecuación fundamental se deriva también la definición de la unidad de fuerza o newton (N). Si la masa y la aceleración valen 1, la fuerza también valdrá 1; así, pues, el newton es la fuerza que aplicada a una masa de un kilogramo le produce una aceleración de 1 m/s². Se entiende que la aceleración y la fuerza han de tener la misma dirección y sentido.

La importancia de esa ecuación estriba sobre todo en que resuelve el problema de la dinámica de determinar la clase de fuerza que se necesita para producir los diferentes tipos de movimiento: rectilíneo uniforme (m.r.u), circular uniforme (m.c.u) y uniformemente acelerado (m.r.u.a).

Si sobre el cuerpo actúan muchas fuerzas, habría que determinar primero el vector suma de todas esas fuerzas. Por último, si se tratase de un objeto que cayese hacia la tierra con una resistencia del aire igual a cero, la fuerza sería su peso, que provocaría una aceleración descendente igual a la de la gravedad.

La Segunda Ley de Newton, también conocida como Ley Fundamental de la Dinámica, es la que determina una relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo. Dicho de otra forma, la fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo.

Cuando Newton unificó la fuerza de gravedad terrestre, incluida en su segunda ley o Ley de Fuerza, con la fuerza de gravedad de las órbitas planetarias en su Ley de Gravitación Universal tenía sentido el principio de igualdad entre masa inercial y masa gravitatoria citado, pues así lo indicaban todos los experimentos científicos y fenómenos naturales.

Fuerza / masa = aceleración

F = m a Fuerza / masa = aceleración

Además, la Física Clásica de Newton asumía que una fuerza constante podría acelerar una masa hasta el infinito.

La Segunda Ley de Newton ha sido modificada por la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein al recoger el fenómeno de aumento de la masa de un cuerpo con la velocidad y, posteriormente, por la Relatividad General al introducir perturbaciones del espacio-tiempo. Una fuerza constante ya no podrá acelerar una masa hasta el infinito; no obstante la relación de proporcionalidad entre masa y fuerza que provoca la aceleración se sigue manteniendo para la masa en un instante concreto.

El primer experimento que confirmaba la masa relativista fue el descubrimiento por Bücherer en 1908 de que la relación de la carga del electrón y su masa (e / m) era menor para electrones rápidos que para los lentos. Posteriormente, incontables experimentos confirman los resultados y fórmulas físicas anteriores.

La masa y la energía se convierten así en dos manifestaciones de la misma cosa. Los principios de conservación de la masa y de la energía de la mecánica clásica pasan a configurar el principio de conservación de la energía-masa relativista más general.

Sin embargo, la Teoría de la Relatividad de Einstein sigue sin decirnos qué es esa cosa que se manifiesta como masa o como energía. Por ello, la idea de incontables experimentos que confirman dicha teoría es un poco aventurada, una cosa es que matemáticamente cuadren algunos resultados y otra que la realidad física subyacente sea la propugnada por la Mecánica Relativista.

Por el contrario, la Mecánica Global explica la fuerza de la gravedad como el efecto de la tensión de la curvatura longitudinal de la estructura reticular de la materia o globina, para no confundirla con la materia normal. También explica en qué consiste la energía electromagnética y cómo se forma la masa, es decir, ha unificado la gravedad, la energía y la masa.

Por supuesto, como se verá más adelante, a la nueva teoría alternativa también le cuadran los mismos experimentos y resultados con idéntica precisión que los de la Mecánica Relativista de Einstein. Además a la Teoría de la Equivalencia Global le encajan otros aspectos derivados de la no existencia de las típicas singularidades relativistas y de la compatibilidad entre la teoría del átomo, la dinámica de la escala humana normal y la Astrofísica correspondientes al modelo físico de la Mecánica Global.

Como se ha comentado, el principio de igualdad entre masa inercial y masa gravitatoria permite encuadrar en la Ley Fundamental de la Dinámica a la fuerza de gravedad de los planetas. La Física Relativista de Einstein mantiene dicho principio, pero se ve obligada a alterar el espacio y el tiempo para cuadrar pequeñas diferencias observadas en la órbita de Mercurio y de los planetas en general.

En la nueva perspectiva de la Teoría de la Equivalencia Global dicho principio deja de ser necesario; pues con la definición y caracterización de la masa física, el movimiento de la masa sigue las mismas reglas en la estructura reticular de la materia o globina, con independencia del origen de las fuerzas. Además de la variación de la masa física con la velocidad, la Ley de la Gravedad Global introduce la variación de la fuerza gravitacional con la velocidad para un mismo punto de la globina.

En el nuevo modelo de la Dinámica Global, la Segunda Ley de Newton, Ley de Fuerza o Ley Fundamental de la Dinámica se sigue cumpliendo en cuanto a la proporcionalidad entre fuerza, masa y aceleración.

Cuando la velocidad empieza a ser relevante respecto a la velocidad de la luz, el aumento de masa física se debe al propio mecanismo de conversión entre la fuerza aplicada, provenga de la energía gravitacional o no, y energía cinética. Ahora bien; el incremento de masa se verá compensado con un incremento de la atracción gravitacional, como en el caso de las órbitas de los planetas, por lo que este efecto no provocará la precesión anómala del perihelio de Mercurio.

En otras palabras, de las dos componentes de la atractis causa, la debida a la tensión de la curvatura longitudinal de la globina y la debida a la velocidad de los cuerpos con masa respecto a la globina, solo la segunda será la responsable de la variación adicional de la fuerza gravitacional que causa la precesión anómala de las órbitas de los planetas respecto a lo previsto por la Ley de Gravitación Universal de Isaac Newton.

De acuerdo con la Mecánica Global, la diferencia conceptual se debe a los mecanismos de la interacción de la globina con la energía electromagnética y con los cuerpos con masa, por ser soporte material de ambas manifestaciones de la energía en general.

La discusión del concepto de la atractis causa se efectúa en los apartados de la Ley de la Gravitación Universal de Newton y de la Ley de la Gravedad Global del libro en línea sobre esta última ley.

Torre de Pisa

Fuerza, masa y aceleración Proporcionalidad entre fuerza, masa y aceleración

Resumiendo, la Dinámica Global mantiene el igual comportamiento de la masa física en movimiento con o sin fuerzas de gravedad en cuanto a la proporcionalidad entre fuerza, masa y aceleración, siendo necesario realizar las siguientes matizaciones:

El principio de igualdad entre masa inercial y masa gravitatoria de Newton y Einstein deja de ser un principio para pasar a ser una realidad de las características del movimiento de la masa física.

Con la velocidad se produce un aumento de la masa física. Aunque con diferencias conceptuales respecto al marco de referencia del movimiento, este efecto es parecido en la Mecánica Relativista y en la Dinámica Global. Nótese que el incremento de masa relativista debido a la velocidad no afectaría a la proporcionalidad de la fuerza y la masa global o total.

La precesión anómala de la órbita de los planetas se explica en la Dinámica Global por una fuerza adicional de la interacción masa-globina derivada de la velocidad. En la Mecánica Relativista de Einstein y en la Mecánica Cuántica, dicha precesión se justifica con alteraciones del espacio-tiempo.

Desde otra perspectiva, la Segunda Ley de Newton acumulará problemas para su cumplimiento general por la citada característica de la globina como soporte material de la energía electromagnética y la masa.

De acuerdo con la Dinámica Global, los problemas serán derivados de:

La variación de la posición espacial de la globina.

La variación de la tensión longitudinal de la globina para un mismo punto espacial.

Se podría intentar resolver los problemas de la Ley Fundamental de la Dinámica o Ley de Fuerza de Newton con una definición de fuerza más general que incluyera los desplazamientos respectivos; pero habrá que tener cuidado pues, además de enmascarar conceptos distintos, podría no existir la proporcionalidad estricta con la masa. Probablemente los desplazamientos derivados de los dos puntos anteriores se pueden reconducir al tratamiento del movimiento de la masa sobre la globina, por suponer una variación de la velocidad relativa en el sentido de Galileo entre la globina y la masa.

Es importante recordar que la Teoría de la Equivalencia Global además de matizar la Segunda Ley de Newton, lo hace en un contexto en que el movimiento de los cuerpos no se produce en un vacío abstracto sino en la estructura reticular tridimensional de la materia o globina, con su característica simetría radial en un espacio euclidiano.

Finalmente, no veo que la Mecánica Cuántica diga nada en relación a esta Segunda Ley de Newton, excepto que supone una aproximación macroscópica de la realidad debido a su principio de incertidumbre. Aunque, en el ámbito subatómico, tampoco la Mecánica Cuántica sabe muy bien qué es un electrón y sigue buscando explicaciones al denominado efecto túnel o al experimento de doble rendija con fotones, incluso busca la solución en viajes en el tiempo hacia atrás.

La Mecánica Global explica, entre otras muchas cosas, el efecto túnel y el experimento de doble rendija y mantiene que el movimiento orbital de los electrones es consecuencia del movimiento de los puntos de relajación de la tensión gravito-magnética de la globina. La justificación detallada de estas afirmaciones se deduce de la nueva estructura del átomo propuesta en el libro en línea de la Mecánica Global.

-----: Estatica :

La Estática es la parte de la mecánica que estudia el equilibrio de fuerzas, sobre un cuerpo en reposo.

Análisis del equilibrio

La estática proporciona, mediante el empleo de la mecánica del sólido rígido solución a los problemas denominados isostáticos. En estos problemas, es suficiente plantear las condiciones básicas de equilibrio, que son:

El resultado de la suma de fuerzas es nulo.

El resultado de la suma de momentos respecto a un punto es nulo.

Estas dos condiciones, mediante el algebra vectorial, se convierten en un sistema de ecuaciones, la resolución de este sistema de ecuaciones, es resolver la condición de equilibrio.

Existen métodos de resolución de este tipo de problemas estáticos mediante gráficos, heredados de los tiempos en que la complejidad de la resolución de sistemas de ecuaciones se evitaba mediante la geometría, si bien actualmente se tiende al cálculo por ordenador.

Para la resolución de problemas hiperestáticos (aquellos en los que el equilibrio se puede alcanzar con distintas combinaciones de esfuerzos) es necesario considerar ecuaciones de compatibilidad. Dichas ecuaciones adicionales de compatibilidad se obtienen mediante la introducción de deformaciones y tensiones internas asociadas a las deformaciones mediante los métodos de la mecánica de sólidos deformables, que es una ampliación de la teoría del sólido rígido que además da cuenta de la deformabilidad de los sólidos y sus efectos internos.

Existen varios métodos clásicos basados la mecánica de sólidos deformables, como los teoremas de Castigliano o las fórmulas de Navier-Bresse, que permiten resolver un buen número de problemas hiperestáticos de modo simple y elegante.

debemos tener en cuenta las formulas para torques : F=KX k es una constante para decifrar

Aplicaciones

La estática abarca el estudio del equilibrio tanto del conjunto como de sus partes constituyentes, incluyendo las porciones elementales de material.

Uno de los principales objetivos de la estática es la obtención de esfuerzos cortantes, fuerza normal, de torsión y momento flector a lo largo de una pieza, que puede ser desde una viga de un puente o los pilares de un rascacielos.

Su importancia reside en que una vez trazados los diagramas y obtenidas sus ecuaciones, se puede decidir el material con el que se construirá, las dimensiones que deberá tener, límites para un uso seguro, etc. mediante un análisis de materiales. Por tanto, resulta de aplicación en ingeniería estructural, ingeniería mecánica, construcción, siempre que se quiera construir una estructura fija. Para el análisis de una estructura en movimiento es necesario considerar la aceleración de las partes y las fuerzas resultantes.

El estudio de la Estática suele ser el primero dentro del área de la ingeniería mecánica, debido a que los procedimientos que se realizan suelen usarse a lo largo de los demás cursos de ingeniería mecanica att: MARIO HERRERA CEL:3214202499 ESCUELA NORMAL SUPERIOR

------ EQUILIBRIO:

La estática estudia los cuerpos que están en equilibrio, que es el estado de un cuerpo no sometido a aceleración; un cuerpo, que está en reposo, o estático, se halla por lo tanto en equilibrio.

Para que un objeto este en equilibrio es necesario que todas las fuerzas que actúan sobre él se compese exactamente. Cuando, empleado este criterio, se establece que un objeto este en equilibrio, se puede deducir la estabilidad de dicho equilibro.

Introducción

las leyes de la mecánica, una partícula en equilibrio no sufre aceleración lineal ni de rotación, pero puede estar moviéndose a velocidad uniforme o rotar a velocidad angular uniforme. Esto es ampliable a un sólido rígido. Las ecuaciones necesarias y suficientes de equilibrio mecánico son:

• Una partícula o un sólido rígido está en equilibrio de traslación cuando: la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo es cero.

En el espacio se tienen tres ecuaciones de fuerzas, una por dimensión; descomponiendo cada fuerza en sus coordenadas resulta:

Y como un vector, es cero, cuando cada una de sus componentes es cero, se tiene:

Un sólido rígido está en equilibrio de traslación cuando la suma de las componentes de las fuerzas que actúan sobre él es cero.

CONDICIONES DE EQUILIBRIO

PRIMERA CONDICIÓN: EQUILIBRIO DE TRASLACIÓN

Cuando se estudio la primera ley de Newton, llegamos a la conclusión de que si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza externa, este permanece en reposo en un movimiento rectilíneo uniforme. Pero sobre un cuerpo pueden actuar varias fuerzas y seguir en reposo en un movimiento rectilíneo uniforme.

Hay que tener en cuenta, que tanto para la situación de reposo, como para la de movimiento rectilíneo uniforme la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo es igual a cero.

ECUACIONES

-----Clasificacion del equilibrio :

Equilibrio estable, equilibrio inestable y equilibrio neutro.

El equilibrio estable corresponde a un cuerpo en equilibrio el cual, al ser aplicada una fuerza, se eleva su centro de gravedad, de modo que si se retira la fuerza, el cuerpo vuelve a su posición original.

El equilibrio inestable, corresponde a un cuerpo en equilibrio, con su centro de gravedad a una cierta altura, tal que si se aplica una fuerza (aún la más mínima), el cuerpo tiende a reducir esta altura del centro de gravedad, y por lo tanto su energía potencial.

El equilibrio neutro corresponde a un cuerpo, que por más que se aplique una fuerza cualquiera sobre él, no cambia la altura de su centro de gravedad, y por lo tanto su energía potencial se mantiene constante.

Entonces, esta clasificación de equilibrio se hace en torno a la energía potencial del cuerpo.

El análisis de la estabilidad del equilibrio puede llevarse a cabo estudiando los mínimos y máximos locales (extremos locales) de la función de energía potencial.

Un resultado elemental del análisis matemático dice una condición necesaria para la existencia de un extremo local de una función diferenciable es que todas las derviadas primeras se anulen en algún punto. Para determinar problemas unidimensionales, comprobar si un punto de equilibrio es estable, inestable o indiferente implica verificar las derivadas segundas de la energía potencial:

Un punto es de equilibrio inestable, si la segunda derivada de la energía potencial < 0 y por tanto la energía potencial tiene un máximo local. Si el sistema se sufre una desplazamiento ni que sea pequeño de su posición de equilibrio entonces se alejará más y más de él (de ahí el nombre inestabilidad para esa situación).

Un punto es de equilibrio indiferente o neutral, si la segunda derivada = 0, entonces encontramos una región donde la energía no varía. Así si el sistema es desplazado de la posición de equilibrio una cantidad suficientemente pequeña, posiblemente no volverá a acercarse al equilibrio pero tampoco divergerá mucho de la posición anterior de equilibrio.

Un punto es de equilibrio estable si la segunda derivada > 0 y por tanto la energía potencial tiene un mínimo local. La respuesta del sistema frente a pequeñas perturbaciones o un alejamiento arbitrariamente pequeño de del punto de equilibrio es volver u oscilar alrededor del punto de equilibrio. Si existe más de un punto de equilibrio estable para un sistema, entonces se dice que cualquiera de ellos cuya energía potencia es mayor que el mínimo absoluto representa un estado metaestable.

Para problemas bidimensionales y tridimensionales (o más generalmente n-dimensionales) la discusión anterior de la estabilidad se hace más complicada y requiere examinar la forma cuadrática Q(x1,...,xn) definida por la matriz hessiana de la energía potencial:

Equilibrio estable, se da cuando la forma cuadrática Q(x1,...,xn) es definida positiva y, por tanto, todos sus autovalores son números positivos.

Equilibrio totalmente inestable, se da cuando la forma cuadrática Q(x1,...,xn) es definida negativa, por tanto, todos sus autovalores son negativos.

Equilibrio mixto inestable, se da cuando la forma cuadrática Q(x1,...,xn) es no es definida positiva y alguno de sus autovalores es negativo. Esto implica que según ciertas direcciones puede haber estabilidad unidimensional pero según otras habrá inestabilidad unidimensional.

*** Teoria de John dalton (primera):

TEORIA ATOMICA DE DALTON

La teoría atómico-molecular clásica tiene por base la teoría atómica de Dalton. Existe entre estas dos teorías algunas diferencias fundamentales.

Para Dalton, la partícula mas pequeña de una sustancia era el átomo. Si la sustancia era simple, Dalton hablaba de "átomos simples"; por ejemplo de cloro, de hidrogeno, etc. Si la sustancia era Compuesta, Dalton hablaba de" átomos compuestos"; por ejemplo de agua. En realidad, los "átomos" de Dalton, son las partículas que nosotros Llamamos moléculas Los siguientes postulados, son los que constituyen la teoría atómico-molecular clásica: (1 - Toda la materia es discreta y esta formada por partículas pequeñas, definidas e indestructibles denominadas átomos, que son indivisibles por los métodos químicos ordinarios, (2 - Los átomos de un mismo elemento son iguales y tienen las mismas propiedades; los átomos de elementos distintos son diferentes y tienen propiedades también diferentes (3 - Las moléculas se forman por la unión de un numero entero de átomos del mismo o de distintos elementos, en relaciones numéricas simples. (1: 1; 2: 1; 3: 2; etc. )En el siguiente ejemplo se representa la formación de una molécula de cloro Cl2,a partir de dos átomos de cloro: relación numérica 1:1

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En el siguiente ejemplo se representa la formación de una molécula de oxigeno O2 y una de hidrogeno H2 :

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En el siguiente ejemplo se representa la formación de dos moléculas de agua, a partir de una molécula de oxigeno y dos de hidrogeno: relación numérica 2:1

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.( 4 - Las sustancias simples y compuestas están constituidas por moléculas. ( 5 - Las moléculas de una misma sustancia son iguales en todos sus aspectos y distintas a las de otras sustancias, (6 – Las moléculas de las sustancias simples están formadas por átomos iguales (del mismo elemento). Cuando el numero de átomos que forma la molécula de una sustancia simple es uno, la molécula de esta sustancia se identifica con el átomo del elemento correspondiente. (7 - Las moléculas de las sustancias compuestas están formadas por átomos de por lo menos dos elementos diferentes. El numero de átomos de cada elemento que interviene en la formación de una molécula de una misma sustancia compuesta, es el mismo para todas las moléculas de la misma sustancia.

RAYOS CATODICOS

Entre los experimentos con electricidad había algunos que tenían que ver con enviar corrientes eléctricas a través de tubos de vidrio que contienen diferentes clases de gases. Cuando la corriente se encendía, el electrodo negativo, o cátodo, se iluminaba con una extraña luz verde, y en forma similar, un punto brillante verde aparecía en la pared opuesta del tubo. Era claro que algo estaba viajando en línea recta a través del tubo, a partir del cátodo; este "algo fue llamado rayo catódico.

Alguien sugirió que los rayos catódicos deberían ser ondas, como la luz o los recientemente descubiertos rayos-x. Pero las ondas, como todo el mundo sabía entonces, no podrían llevar carga eléctrica; solamente las partículas pueden hacer eso. Por esta razón los resultados experimentales de Thomson lo convencieron de que los rayos catódicos tenían que estar hechos de partículas.

Rayos Catódicos

Son electrones de alta velocidad emitidos por el electrodo negativo de un tubo de vacío al ser atravesado por una corriente eléctrica. Los rayos catódicos se generaron por primer vez utilizando el tubo de Crookes, invento del físico británico William Crookes. En 1895, mientras trabajaba en investigación, el físico alemán Wilhelm Roentgen descubrió casualmente que los rayos catódicos que golpeaban una placa metálica generaban rayos X. Los rayos catódicos pueden ser desviados y enfocados por campos magnéticos o electroestáticos. Estas propiedades se utilizan en el microscopio electrónico, en el osciloscopio de rayos catódicos y en el tubo de imagen de los receptores de televisión.

Un tubo de rayos catódicos básicamente en un recipiente provisto de dos electrodos en el cual se ha hecho una presión muy baja. Cuando la presión dentro de los tubos es de alrededor de 0.01 ó 0.001 mm Hg y los electrodos se cuentan a una fuente de potencia aparecer una corriente de rayos conocidos como rayos catódicos.

RAYOS X

Rayos X, radiación electromagnética penetrante, con una longitud de onda menor que la luz visible, producida bombardeando un blanco —generalmente de volframio— con electrones de alta velocidad. Los rayos X fueron descubiertos de forma accidental en 1895 por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen mientras estudiaba los rayos catódicos en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje. A pesar de que el tubo estaba dentro de una caja de cartón negro, Roentgen vio que una pantalla de platinocianuro de bario, que casualmente estaba cerca, emitía luz fluorescente siempre que funcionaba el tubo. Tras realizar experimentos adicionales, determinó que la fluorescencia se debía a una radiación invisible más penetrante que la radiación ultravioleta (Ver Luminiscencia). Roentgen llamó a los rayos invisibles "rayos X" por su naturaleza desconocida. Posteriormente, los rayos X fueron también denominados rayos Roentgen en su honor.

Los rayos X son radiaciones electromagnéticas cuya longitud de onda va desde unos 10 nm hasta 0,001 nm (1 nm o nanómetro equivale a 10-9 m). Cuanto menor es la longitud de onda de los rayos X, mayores son su energía y poder de penetración. Los rayos de mayor longitud de onda, cercanos a la banda ultravioleta del espectro electromagnético, se conocen como rayos X blandos; los de menor longitud de onda, que están más próximos a la zona de rayos gamma o incluso se solapan con ésta, se denominan rayos X duros. Los rayos X formados por una mezcla de muchas longitudes de onda diferentes se conocen como rayos X ‘blancos’, para diferenciarlos de los rayos X monocromáticos, que tienen una única longitud de onda. Tanto la luz visible como los rayos X se producen a raíz de las transiciones de los electrones atómicos de una órbita a otra. La luz visible corresponde a transiciones de electrones externos y los rayos X a transiciones de electrones internos. En el caso de la radiación de frenado o bremsstrahlung (ver más adelante), los rayos X se producen por el frenado o deflexión de electrones libres que atraviesan un campo eléctrico intenso. Los rayos gamma, cuyos efectos son similares a los de los rayos X, se producen por transiciones de energía en el interior de núcleos excitados. Ver Átomo; Radiactividad.

Los rayos X se producen siempre que se bombardea un objeto material con electrones de alta velocidad. Gran parte de la energía de los electrones se pierde en forma de calor; el resto produce rayos X al provocar cambios en los átomos del blanco como resultado del impacto. Los rayos X emitidos no pueden tener una energía mayor que la energía cinética de los electrones que los producen. La radiación emitida no es monocromática, sino que se compone de una amplia gama de longitudes de onda, con un marcado límite inferior que corresponde a la energía máxima de los electrones empleados para el bombardeo. Este espectro continuo se denomina a veces con el término alemán bremsstrahlung, que significa ‘radiación de frenado’, y es independiente de la naturaleza del blanco. Si se analizan los rayos X emitidos con un espectrómetro de rayos X, se encuentran ciertas líneas definidas superpuestas sobre el espectro continuo; estas líneas, conocidas como rayos X característicos, corresponden a longitudes de onda que dependen exclusivamente de la estructura de los átomos del blanco. En otras palabras, un electrón de alta velocidad que choca contra el blanco puede hacer dos cosas: inducir la emisión de rayos X de cualquier energía menor que su energía cinética o provocar la emisión de rayos X de energías determinadas, que dependen de la naturaleza de los átomos del blanco.

El primer tubo de rayos X fue el tubo de Crookes, llamado así en honor a su inventor, el químico y físico británico William Crookes; se trata de una ampolla de vidrio bajo vacío parcial con dos electrodos. Cuando una corriente eléctrica pasa por un tubo de Crookes, el gas residual que contiene se ioniza, y los iones positivos golpean el cátodo y expulsan electrones del mismo. Estos electrones, que forman un haz de rayos catódicos, bombardean las paredes de vidrio del tubo y producen rayos X. Estos tubos sólo generan rayos X blandos, de baja energía. Ver Ion; Ionización.

Un primer perfeccionamiento del tubo de rayos X fue la introducción de un cátodo curvo para concentrar el haz de electrones sobre un blanco de metal pesado, llamado anticátodo o ánodo. Este tipo de tubos genera rayos más duros, con menor longitud de onda y mayor energía que los del tubo de Crookes original; sin embargo, su funcionamiento es errático porque la producción de rayos X depende de la presión del gas en el tubo.

La siguiente gran mejora la llevó a cabo en 1913 el físico estadounidense William David Coolidge. El tubo de Coolidge tiene un vacío muy alto y contiene un filamento calentado y un blanco. Esencialmente, es un tubo de vacío termoiónico en el que el cátodo emite electrones al ser calentado por una corriente auxiliar, y no al ser golpeado por iones, como ocurría en los anteriores tipos de tubos. Los electrones emitidos por el cátodo calentado se aceleran mediante la aplicación de una alta tensión entre los dos electrodos del tubo. Al aumentar la tensión disminuye la longitud de onda mínima de la radiación.

La mayoría de los tubos de rayos X que se emplean en la actualidad son tubos de Coolidge modificados. Los tubos más grandes y potentes tienen anticátodos refrigerados por agua para impedir que se fundan por el bombardeo de electrones. El tubo antichoque, muy utilizado, es una modificación del tubo de Coolidge, con un mejor aislamiento de la carcasa (mediante aceite) y cables de alimentación conectados a tierra. Los aparatos como el betatrón (Ver Aceleradores de partículas) se emplean para producir rayos X muy duros, de longitud de onda menor que la de los rayos gamma emitidos por elementos naturalmente radiactivos.

Los rayos X afectan a una emulsión fotográfica del mismo modo que lo hace la luz (Ver Fotografía). La absorción de rayos X por una sustancia depende de su densidad y masa atómica. Cuanto menor sea la masa atómica del material, más transparente será a los rayos X de una longitud de onda determinada. Cuando se irradia el cuerpo humano con rayos X, los huesos —compuestos de elementos con mayor masa atómica que los tejidos circundantes— absorben la radiación con más eficacia, por lo que producen sombras más oscuras sobre una placa fotográfica. En la actualidad se utiliza radiación de neutrones para algunos tipos de radiografía, y los resultados son casi los inversos. Los objetos que producen sombras oscuras en una imagen de rayos X aparecen casi siempre claros en una radiografía de neutrones

ELECTRÓN

En el Electrón la sustancia espacial se desplaza permanentemente pero en forma oscilatoria desde el PEI hacia el PEE como si intentase vaciar el sector del infinito microcosmos encerrado por el PEI. A la vez este movimiento crea masa o cuerpo para el electrón. Por otro lado el PEE del electrón propulsa una parte de la masa acumulada por el sector ínter esférico. Dada la condición infinitamente elástica de la sustancia espacial pudiese pasarse toda la eternidad extrayendo sustancia desde su ultra microscópico centro que es además infinito. Esto hace a la vez que los electrones se repudien entre sí. Cada uno expulsa sustancia interponiéndola delante de todo lo que se les acerca. Esta condición facilita el carácter errante de los mismos. La apariencia de la sustancia espacial en el área de descompresión es lo que conocemos como luz electrónica.

Todas las partículas están compuestas de dos planos esféricos:

Plano Esferoidal Interno PEI: Que no es más que un área esférica determinada en el interior de otra esfera llamada "Plano Esferoidal externo".

Plano Esferoidal Externo PEE: Que envuelve al Plano Esferoidal Interno

Unidad fundamental de carga eléctrica. Cualquier carga eléctrica es un múltiplo entero de esta cantidad. Su valor es: e = -1,602177·10-19 C y su masa es 9,109390·10-31 kg

RADIOACTIVIDAD

Los átomos que constituyen la materia suelen ser, generalmente, estables pero algunos de ellos se transforman espontáneamente y emiten radiaciones que transportan energía. Es lo que se denomina radioactividad. En la naturaleza, la materia -ya se trate de agua, de gases, de rocas, de seres vivos- está formada por moléculas que son combinaciones de átomos. Los átomos tienen un núcleo cargado positivamente y a su alrededor se desplazan los electrones, cargados negativamente. El átomo es neutro. El núcleo del átomo esta formado a su vez por protones cargados positivamente y neutrones. En ciertos átomos, el núcleo al transformarse emite una radiación, manifestando de esta manera la radioactividad del átomo. Los protones y los neutrones están a su vez formados por quarks.

Los isótopos

Todos los átomos cuyos núcleos tienen el mismo número de protones constituyen un elemento químico. Como tienen el mismo número de protones, tienen el mismo número de electrones y, por consiguiente, las mismas propiedades químicas. Cuando su número de neutrones es diferente, reciben la denominación de "isótopos". Cada isótopo de un elemento determinado se designa por el número total de sus nucleones (protones y neutrones). Por ejemplo, el uranio 238 y el uranio 235 tienen ambos 92 electrones. Su núcleo tiene 92 protones. El isótopo 238 tiene 146 neutrones, o sea, 3 neutrones más que el uranio 235. Los isótopos del hidrógeno

Las radiaciones de la radioactividad

Se distinguen tres clases de radiaciones correspondientes a tres formas de radioactividad. La radioactividad a se traduce por la emisión de un núcleo de helio, denominado partícula a, que es particularmente estable y esta formado por dos protones y dos neutrones. La radioactividad b corresponde a la transformación, dentro del núcleo:- Ya sea de un neutrón en protón, radioactividad b-, caracterizada por la emisión de un electrón e-, Ya sea de un protón en neutrón, radioactividad b+, caracterizada por la emisión de un antielectrón o positrón e+ que sólo se manifiesta en núcleos radioactivos producidos artificialmente por reacciones nucleares. La radioactividad g contrariamente a las dos anteriores, no está vinculada a una transmutación del núcleo. Se traduce por la emisión, por el núcleo, de una radiación electromagnética, como la luz visible o los rayos X, pero más energética. La radioactividad g puede manifestarse sola o conjuntamente con la radioactividad a o b.

Modelo Atómico Dalton

Hacia el 1800, el profesor inglés John Dalton recogió la idea del átomo que dio el filosofo Demócrito, si bien esta vez basándose en métodos experimentales. Mediante el estudio de las leyes pondérales, concluye que:

la materia está constituida por partículas indivisibles (átomos), todos los átomos de un mismo elemento químico son iguales, los átomos de elementos diferentes son también diferentes.

Modelo atómico de Thompson.-

En 1897 Joseph John Thompson realiza una serie de experimentos y descubre el electrón. En tubos de gases a baja presión en los que se establece una diferencia de potencial superior a 10.000 voltios, se comprobó que aparecían partículas con carga eléctrica negativa a las que se llamó electrones, y demostró que habían sido arrancados de los átomos (los cuales eran neutros). Tal descubrimiento modificó el modelo atómico de Dalton, que lo consideraba indivisible. Thompson supuso el átomo como una esfera homogénea e indivisible cargada positivamente en la que se encuentran incrustados los electrones.

5.1.7 Modelo atómico de Rutherford

Posteriormente otro físico inglés, Ernest Rutherford, realizó una serie de experimentos. Hizo incidir sobre una lámina finísima de oro un delgado haz de partículas cargadas positivamente de masa mucho mayor que el electrón y dotadas de energía cinética alta. En el choque observó distintos comportamientos:

la mayoría atravesaban la lámina sin desviarse algunas se desviaban muy pocas retrocedían

Esta experiencia implicaba:

que los átomos estaban casi vacíos, pues la mayoría de las partículas las atravesaban

que hay una zona cargada positivamente, ya que algunas partículas retrocedían o se desviaban. Esta zona debe estar muy concentrada ya que es mayor el número de desviaciones que de choques.

Esto le condujo a proponer en 1911 un nuevo modelo atómico en el que se afirmaba que los átomos estaban constituidos por 2 zonas bien diferenciadas:

Una de carga positiva con el 99,9% de la masa muy concentrada y por tanto de gran densidad a la que llamó núcleo.

Otra rodeando al núcleo a la que llamó corteza donde estaban los electrones con carga negativa girando alrededor del núcleo.

Sin embargo, el modelo de Rutherford presentaba fallos:

Según la teoría clásica de electromagnetismo, una partícula eléctrica acelerada emite energía. Y el electrón girando el torno al núcleo está sometido a una aceleración centrípeta por lo que irradiaría energía, perdería velocidad y, por fin, caería al núcleo desestabilizando el átomo. Pero como el átomo de hecho es estable, las cosas no pueden ocurrir según el modelo de Rutherford.

No explicaba los espectros

TEORIA ONDULATORIA DE LA LUZ

Esta teoría explica las leyes de la reflexión y la refracción , define la luz como un movimiento ondulatorio del mismo tipo que el sonido. Como las ondas se trasmiten en el vacío, supone que las ondas luminosas necesitan para propagarse un medio ideal, el ETER, presente tanto en el vacío como en los cuerpos materiales.

Esta teoría tiene una dificultad fundamental que es precisamente la hipótesis del éter. Tenemos que equiparar las vibraciones luminosas a las vibraciones elásticas transversales de los sólidos, y no transmitiendo por tanto vibraciones longitudinales. Existe, pues, una contradicción en la naturaleza del éter, ya que por un lado debe ser un sólido incompresible y por otro no debe oponer resistencia al movimiento de los cuerpos. (Nota: Las ondas transversales solo se propagan en medios sólidos)

Esta teoría no fue aceptada debido al gran prestigio de Newton. Tuvo que pasar más de un siglo para que se tomara nuevamente en consideración la "Teoría Ondulatoria". Los experimentos de Young (1801) sobre fenómenos de interferencias luminosas, y los de Fresnel sobre difracción fueron decisivos para que se tomaran en consideración los estudios de Huygens y para la explicación de la teoría ondulatoria.

Fue también Fresnel (1815) quien explicó el fenómeno de la polarización transformando el movimiento ondulatorio longitudinal, supuesto por Huygens, en transversal. Existe, sin embargo, una objeción a esta teoría, puesto que en el éter no se puede propagar la luz por medio de ondas transversales, ya que éstas solo se propagan en medios sólidos.

TEORIA DE MAX PLANCK

La teoría cuántica fue primeramente introducida por Planck, en 1900.

Max Planck, (1858 – 1947) nacido en Kiel, Alemania el 23 de abril de 1858. Es el "padre de la cuántica". Planck dedujo la hipótesis de la discontinuidad de la energía y en el año de 1900 Planck descubre los cuantos y formula la teoría que lo haría famoso, y que daría nacimiento a un campo desconocido hasta entonces, la Mecánica Cuántica, la cual da una nueva y muy especial forma de ver los fenómenos físicos. Gracias a sus esfuerzos, y muy merecidamente, Planck recibió el premio Nobel de Física en 1918. Max Planck muere el 4 de octubre de 1947.

Planck retomó la teoría defendida hace tiempo por Newton, la cual en ese entonces ya no tenía validez alguna. Newton consideraba a la luz como un haz de corpúsculos que se propagaban en línea recta, al aparecer la teoría ondulatoria de Huygens (1678), la teoría de los corpúsculos de Newton se vio destruida, pero era retomada nuevamente por Planck en 1900.

La teoría cuántica básicamente nos dice que la luz no llega de una manera continua, sino que está compuesta por pequeños paquetes de energía, a los que llamamos cuantos. Estos cuantos de energía se llaman fotones. Toda luz que nos llega viene por pequeños paquetes, no es continua.

Los fotones son las partículas "fundamentales" de la luz, así como los electrones son las partículas fundamentales de la materia, esta analogía es la que sirvió para realizar el descubrimiento del carácter cuántico de la luz. Por esta misma analogía, años después, de Broglie desarrolló la teoría que formula que la materia también tiene un carácter ondulatorio. La carga eléctrica y la energía tienen una estructura granular (está formada por cuantos), al igual que la materia.

La teoría cuántica ha servido para demostrar los fenómenos que no se pudieron explicar con la teoría ondulatoria de la luz, pero hay fenómenos que no pueden ser explicados con la teoría cuántica, y además hay ciertos fenómenos que pueden ser explicados por ambas teorías. Esto nos lleva a una duda: ¿cuál de las dos teorías es la correcta? ¿o son correctas ambas teorías? ¿Cómo pueden asociarse las dos teorías?

En 1900 emitió una hipótesis que interpretaba los resultados experimentales satisfactoriamente como los cuerpos captaban o emitían energía.

Según Planck, la energía emitida o captada por un cuerpo en forma de radiación electromagnética es siempre un múltiplo de la constante h, llamada posteriormente constante de Planck por la frecuencia v de la radiación.

e =nhv

h=6,62 10-34 J·s, constante de Planck

v=frecuencia de la radiación

A hv le llamó cuanto de energía. Que un cuanto sea más energético que otro dependerá de su frecuencia.

ESPECTROS CONTINUOS Y DISCONTINUOS

Los espectros

Es el conjunto de todas las variaciones electromagnéticas que existen en el universo.

Consiste en la descomposición de la radiación que emite un cuerpo.

Espectros: Continuos y Discontinuos.

Los espectros de absorción continuos se obtienen al intercalar el sólido entre el foco de radiación y el prisma. Así, por ejemplo, si intercalamos un vidrio de color azul quedan absorbidas todas las radiaciones menos el azul.

Cuando los limites de la radiación no son nítidos y forman una imagen continua, por ejemplo, el espectro de la luz blanca.

Los espectros de absorción discontinuos se producen al intercalar vapor o gas entre la fuente de radiación y el prisma. Se observan bandas o rayas situadas a la misma longitud de onda que los espectros de emisión de esos vapores o gases.

Este está formado por rayas separados entre sí, por ejemplo el espectro de emisión del sodio, que consiste en dos líneas amarillas separadas entre sí.

LA TEORÍA DE BOHR

En el caso atómico, la dispersión de electrones está dominada por un campo de largo alcance, el coulombiano, que modifica la trayectoria de la partícula incidente siendo poco probable una interacción más directa con las constituyentes individuales del átomo. Es más, aún cuando esto último ocurre, la transferencia de energía puede verse como un proceso de dos cuerpos interaccionando bajo la influencia del campo generado por el resto de los electrones. Esto, que es consecuencia de la relativamente baja densidad atómica, tiene como resultado que la sección eficaz para procesos elásticos domina sobre las de procesos inelásticos como excitación, ionización y captura. En los términos de Bohr, el átomo es un sistema "abierto".

Las evidencias de Fermi indicaban que el caso nuclear refleja una naturaleza muy diferente, con secciones de reacción del orden de las elásticas o aún mayores. Ante esto, Bohr razona que, dada la densidad nuclear, la probabilidad de que un neutrón atraviese un núcleo sin interacciones directamente con uno de los constituyentes debería ser ínfima. Además, dada la naturaleza de corto alcance y la magnitud de la fuerza nuclear, una vez dentro seguramente se vería obligado a compartir su energía con el resto de los nucleones. El fenómeno de emisión, ya sea de partículas o de radiación gamma, se trataría entonces de un proceso estadístico complicado de desexcitación independiente. En este caso la probabilidad de emitir una partícula idéntica a la incidente, lo que sería el canal "elástico", compite con la de otros procesos energéticamente permitidos (evidencia a)). Los tiempos requeridos por este proceso, además, serían tales que la probabilidad de emisión gamma no sería tampoco despreciable (evidencia b)). En este sentido, para Bohr, el núcleo es un sistema "cerrado" en que las reacciones sólo se pueden llevar a cabo a través de la formación intermedia de un sistema compuesto relativamente estable cuyo decaimiento ocurre luego de un tiempo lo suficientemente largo como para poder ser considerado como un proceso dinámicamente independiente.

Bohr también hizo notar que las diferencias entre el caso atómico y el nuclear también se deberían reflejar en el esquema de niveles de ambos. En el átomo, por la naturaleza del campo coulombiano, la energía de ligadura de los diferentes electrones varía enormemente entre aquellos que se encuentran cercanos al núcleo y aquellos que se encuentran en la periferia. Dado que hay pocos electrones en las partes más externas, y están poco ligados, las excitaciones de baja energía tienden a envolver a electrones individuales siendo relativamente fácil liberarlos. Aun en el caso de excitaciones de electrones más internos al espectro de energías es bastante restringido.

Por otra parte, la idea de un "sistema compuesto", que corresponda a la formación de un ion negativo, es poco probable pues los niveles son escasos y, en todo caso, la energía del electrón incidente será en general mayor que la energía de ligadura correspondiente.

En el caso nuclear, el fenómeno de captura selectiva refleja algún nivel de respuesta resonante. Sin embargo, indica Bohr, estas resonancias no deben ser vistas como las de una partícula aislada en un pozo, ya que en ese caso la probabilidad de que esa misma partícula escape siempre será mayor que la de captura, en contraste con lo observado por Fermi. Las resonancias nucleares deben ser más complejas, de carácter colectivo. Al aumentar la energía incidente, la creciente variedad de maneras en que los constituyentes del núcleo pueden repartírsela debería reflejarse en un rápido aumento de la densidad de niveles que, sin embargo, se mantendrían relativamente angostos dada la baja probabilidad de concentrar suficiente energía en una sola partícula, con capacidad como para ser emitida.

Cabe recordar que la relación entre la "anchura" de un estado, es decir la máxima resolución en energía a la que se puede aspirar al observar su espectro y el tiempo promedio que el núcleo tarda en desexcitarse, está limitado por el principio de incertidumbre de Heisenberg: ?E ? ?t = h. En otras palabras, estados "angostos" corresponden a vidas medias largas y viceversa,

Por lo anterior, el espectro de niveles, aun a excitaciones relativamente altas, seguiría caracterizándose por líneas bien definidas (evidencia c)), hasta el punto en que la probabilidad de emisión de partículas se hiciera comparable. Esto explicaría la ausencia de absorción selectiva para neutrones no moderados aun cuando el espectro de gammas muestra líneas angostas (evidencia d)), fenómeno que sólo refleja la estabilidad del sistema compuesto. A energías suficientemente altas, la captura radiactiva disminuiría, dando lugar a la emisión de partículas, con un espectro de energías que incluya la dispersión inelástica tal como lo observó Ehrenberg.

En cuanto a la dependencia con la energía y con la carga del blanco de la emisión de partículas cargadas, Bohr las explica como simples reflejos de la diferencia entre la energía del estado y la barrera conlombiana (evidencia e)). Estos efectos, dada la independencia entre la formación y el decaímiento del sistema compuesto, tendrían su equivalente en el caso de reacciones inducidas por partículas cargadas. Salvo esta diferencia, la dinámica de reacciones propuesta debería ser la misma, tal como se había observado.

Consciente del carácter puramente conceptual de su teoría, Bohr indica al inicio de su plática las dificultades de desarrollar una descripción detallada ya que, además de tratarse de un problema de muchos cuerpos, aún se desconocía la constitución misma del núcleo. A este respecto, menciona los riesgos de suponer la existencia dentro del núcleo de partículas idénticas a los protones y neutrones libres, en vista de que no hace mucho tiempo la idea de la existencia de electrones en el núcleo, para explicar el decaimiento beta, hubo de cambiarse por el de una creación en el momento de la emisión. Sin embargo, descarta la posibilidad, sugerida por el éxito de Gamow al describir el decaímiento alfa, de la existencia de esas partículas como tales dentro del núcleo.

Para concluir, Bohr especula sobre lo que ocurriría si la energía de las partículas incidentes fuera aumentada de unos cuantos MeV, accesibles en ese momento, a 100 y hasta 1000 MeV, prediciendo que aun a tales energías sobreviviría su sistema compuesto, aumentando solamente el número de partículas emitidas hasta el punto de provocar una verdadera explosión del núcleo.

Hacia 1939, junto con Peielrs y Placzek, Bohr4 ya había desarrollado una primera formulación para calcular secciones eficaces en reacciones tipo núcleo compuesto, también llamadas fusión, en base a la sección de colisión del sistema ("canal") —proyectil-blanco— inicial y la probabilidad de decaímiento a través de las diferentes combinaciones posibles [núcleo residual-partícula emitida] evaluadas a través de las anchuras de los estados poblados en la región del continuo.

ECUACIÓN DE RYDBERG

El razonamiento de Bohr era que la existencia de un átomo como el hidrógeno, formado por un protón cargado positivamente y un electrón cargado negativamente que gira alrededor de él, sólo se puede entender a partir de una determinada distancia básica entre ambos que explique las dimensiones estables del átomo (es decir, que explique por qué el electrón no "cae" en el núcleo). Como las consideraciones dimensiónales demuestran que esta distancia no puede obtenerse mediante una combinación matemática que implique exclusivamente la carga del electrón, e, y su masa, m, Bohr argumentó que había que introducir en la teoría atómica otra constante física fundamental que, combinada adecuadamente con las constantes e y m, proporcionara la distancia buscada. Bohr halló que la constante de Planck, h, cumplía bien ese cometido, y sugirió que la distancia básica venía dada por la combinación matemática