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UNIVERSIDAD DEL CAUCA LA TEORIA DE LA RELATIVIDAD Y SUS APLICACIONES

PRESENTADO A FISICO Y MAESTRO EN CIENCIAS PARA INGENIERIA ELECTRICA: WAYNER RIVERA MARQUEZ POR: NICOLÁS COSME FERNÁNDEZ

MATERIA: FISICA MODERNA POPAYÁN-CAUCA FECHA DE ENTREGA: 26 DE SEPTIEMBRE DE 2014

INDICE

1. Introducción (Pág. 3) 2. Argumentación (Pág. 5):  Sistemas Magneto Hidrodinámicos(MHD) (Pág. 5)  Lentes gravitaciones (Pág. 6)  Sistemas de Navegación aérea (Pág. 7) 3. Conclusiones (Pág. 8) 4. Biografía Albert Einstein (Pág. 9) 5. Bibliografía (Pág. 10)

INTRODUCCION Día a día nuestro mundo tecnológico va en un visible progreso, el cual viene desde muchos años atrás comenzando con los descubrimientos de físicos, matemáticos, químicos, etc., que han sido muy importantes para la historia así como sus postulados y descubrimientos para el futuro. En este artículo queremos destacar a uno en especial y más que todo dar a conocer todas las consecuencias que trajo su teoría al mundo moderno, la Teoría de la Relatividad, entones hablaremos sobre el Físico alemán de origen judío Albert Einstein, el cual fue considerado el físico más reconocido del siglo xx. Antes de introducirnos un poco al tema que más nos interesa que es la aplicabilidad de ésta teoría actualmente , se pretenderá mostrar cosas básicas acerca de la teoría y todo el entorno de su desarrollo, donde surgirán preguntas como: ¿Que es en si esta teoría?¿Cuáles son los aspectos fundamentales de la teoría de la relatividad? Y ¿Qué significó esa teoría para la historia de la física?, estas preguntas a diferencia del tema de la aplicabilidad serán siendo explicadas en la introducción precisamente para dar una base y no solo explicar las aplicaciones sin antes dar una idea de la funcionalidad de esta Ley o mejor dicho teoría de la relatividad; claro está sin profundizar ni extender demasiado este breve introducción acerca de nuestro tema antes mencionado. La Teoría de la relatividad en si constituye una crítica radical de los conceptos clásicos de espacio y tiempo absolutos ya que a finales del siglo XIX la interpretación de todos los fenómenos físicos de la naturaleza macroscópica se resumía en las leyes de Newton (para fenómenos mecánicos) y las ecuaciones de Maxwell (para las electromagnéticas y ópticas). Einstein intentó unificar todos los fenómenos en un único esquema: la Teoría de la Relatividad. La Teoría de la Relatividad trata los fenómenos estudiados desde sistemas de referencia inerciales. Se basa en dos postulados derivados del análisis teórico y confirmado por experimentos: Primer postulado (postulado de covariancia de las leyes de la física): las leyes de la física deben tener el mismo valor en todos los sistemas inerciales. Segundo postulado (postulado de la constancia de la velocidad de la luz): afirma que la luz se propaga en el vacío con una velocidad finita (c=298800 km/s

aproximadamente), la velocidad de la luz, por tanto, es la misma en cualquier sistema inercial, en cualquier dirección y no depende de la velocidad de la Tierra en el espacio o de su velocidad en relación con un éter indetectable (Comprobado en el experimento de Michelson y Morley).

La Teoría de la Relatividad ha transformado las concepciones de espacio y tiempo, que pasan a ser considerados relativos respecto a un sistema de referencia inercial. Por otra parte, la masa y la energía son consideradas intercambiables, es decir, son equivalentes. Estas magnitudes se relacionan con la ecuación de Einstein, E=mc2

Otros sucesos relacionados con la Teoría de la Relatividad son: la simultaneidad temporal, la dilatación del tiempo, la contracción de las longitudes, el incremento de la masa con la velocidad, además de la diferente manera de sumar velocidades relativistas. Todos estos efectos son significativos a velocidades relativistas (próximas a la velocidad de la luz). Entonces teniendo esta pequeña información nos volvemos a preguntar ¿Cuáles son los aspectos más importantes de la teoría de la relatividad? Y ¿Qué significó esa teoría para la historia de la física? A diferencia de la mecánica newtoniana, donde el espacio y el tiempo son absolutos, Einstein, en su teoría especial de la relatividad, consideraba tanto al tiempo como al espacio cambiante y relativo. Utilizaba experimentos imaginarios para explicar su teoría: uno de ellos es el de los hermanos gemelos. En él, dos hermanos gemelos se separan, dado que uno de ellos va a realizar un vuelo por el espacio a velocidades cercanas a la de la luz, mientras que el otro hermano se queda esperando en la Tierra. Cuando se encuentran, al regreso del hermano viajero, el hermano que permaneció en la Tierra es más viejo que el hermano que viajó, dado que el tiempo para ambos no avanzó de la misma manera. He aquí la relatividad del tiempo y esa relatividad depende de la velocidad a la que se mueva cada hermano. Para el hermano que viajó a altas velocidades el tiempo se contrajo y por eso para él el paso del tiempo fue menor que para el hermano que se quedó en la Tierra moviéndose a bajas velocidades. Por su parte, al moverse a la velocidad de la luz, además de contraerse el tiempo, las distancias también se contraen y las cosas se hacen más pesadas. De esta forma relacionó la masa de los cuerpos con la velocidad que tienen, y aquí apareció una de las ecuaciones más famosas de la historia, que relaciona la energía con la masa de un cuerpo en reposo a través del cuadrado de la velocidad de la luz E=mc². Con respecto a que impacto tuvo, para la física esta teoría revolucionaria fue uno de los hitos en la historia de la física, pues vino a refutar la mecánica de Newton

que explicaba perfectamente todos los fenómenos de nuestra vida a bajas velocidades, y estaba, por lo tanto, tan asimilada por nosotros que había pasado a ser una cuestión de sentido común. ¡No es simple asimilar que una persona envejece más lentamente que otra por moverse a mayor velocidad! Algo que a simple vista y al solo imaginarlo no podía ser verdad, pero que definitivamente estaba en lo cierto.

Ya culminando la breve introducción y al mismo tiempo explicación de ésta teoría nos queda por dar a conocer las diversas aplicaciones que esta ley contrajo para el mundo actualmente y así mismo explicar y argumentar las más relevantes de estas mismas; entre las cuales se destacan y se han elegido las siguientes: 

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Permite estudiar objetos compactos en nuestro universo, como enanas blancas o estrellas de neutrones. Además se emplea en el estudio de los sistemas magnetos hidrodinámicos fundamentales para estudiar sistemas astrofísicos como sistemas dobles con acreción, discos de acreción alrededor de objetos compactos, etc. Dentro del marco de la relatividad general se estudian las lentes gravitacionales que son hoy día un campo activo de la investigación en astrofísica. Sistemas de navegación aérea: 1. GPS(Global Position System) 2. INS (Inercial) 3. RNAV (Area Navegation) 4. RNP(Required Navegation Performance)

ARGUMENTACION Sistemas Magneto hidrodinámicos (MHD): La magneto hidrodinámica (MHD) es la disciplina académica que estudia la dinámica de fluidos conductores de electricidad en presencia de campos eléctricos y magnéticos. Ejemplos de tales líquidos incluyen plasmas, los metales líquidos y el agua salada. El término magneto hidrodinámica deriva de magneto-, que significa campo magnético, hidro, que significa líquido, y dinámica, que significa movimiento. El concepto de magneto hidrodinámica fue utilizado inicialmente en 1942 por Hanns Alfvén, trabajo por el cual recibió el Premio Nobel de Física en 1970. La idea de la magneto hidrodinámica es que los campos magnéticos pueden inducir corrientes en un fluido conductor móvil, que crean fuerzas en el fluido, y que también cambia el campo magnético mismo.

Resulta entonces indispensable utilizar las herramientas teóricas provistas por la física de fluidos tanto neutros como cargados para estudiar la enorme diversidad de flujos astrofísicos observados en el Universo. Cabe aclarar, sin embargo, que existen sistemas astrofísicos en los cuales resulta necesario incluir otros efectos no contemplados por la dinámica de fluidos (neutros o cargados). Por ejemplo, cuando se considera la interacción entre fluido y radiación hay que tener en cuenta los procesos asociados a la presión de radiación y su influencia sobre el movimiento del fluido. Igualmente, existen sistemas en los cuales hay que considerar las correcciones que tanto la relatividad especial como la relatividad general incorporan a las ecuaciones básicas. Por un lado, la relatividad especial resulta relevante en sistemas en los cuales las partículas se mueven a velocidades próximas a la velocidad de la luz (es decir, sistemas que presentan temperaturas muy elevadas). Por el otro, los efectos de la relatividad general no pueden despreciarse si el fluido se encuentra en un campo gravitatorio intenso (es decir, cuando la energía potencial gravitatoria es comparable a la energía en reposo). Por lo que teniendo en cuenta las leyes de la relatividad se han hecho diversos estudios de código numérico, para poder resolver las ecuaciones de MHD en relatividad especial y general basado en técnicas de alta resolución de captura de choques (HRSC). Lo que ha explotado en aplicaciones más específicas como: 1. Chorros extra galácticos relativistas magnetizados de gran escala. El objetivo básico es el estudio de la influencia del campo magnético en la morfología y dinámica de estos objetos. 2. Chorros extra galácticos de pequeña escala. Aquí, el interés radica en el estudio de la influencia del campo magnético en la estructura de los chorros y en la interpretación de los mapas de polarización. 3. Acreción sobre objetos compactos; donde por ejemplo se hacen simulaciones preliminares de discos de acreción magnetizados alrededor de agujeros negros abriendo el camino a futuras aplicaciones en el contexto de la formación de chorros, la estabilidad de los discos de acreción magnetizados o la emisión de ondas gravitatorias Lentes gravitacionales: Vemos como la teoría de Einstein había sido capaz de predecir el comportamiento de la luz de las estrellas al pasar por las cercanías del Sol. Pero una consecuencia aún más espectacular de la teoría de Einstein son las llamadas lentes gravitacionales. El asunto es el mismo (la luz se curva cerca de una masa) pero ahora tenemos una enorme masa (por ejemplo una galaxia como la nuestra, la Vía Láctea, que tiene doscientos mil millones de veces la masa del Sol) que deforma enormemente el espacio-tiempo a su alrededor y desvía enormemente la luz de otras galaxias lejanas. Igual que un vidrio curvado deforma la imagen cuando miramos a través suyo (practicar con una botella, por ejemplo) una lente gravitacional deforma y amplifica la imagen de las galaxias lejanas produciendo

imágenes dobles o múltiples, arcos, etc. Y si la galaxia-lente está situada exactamente enfrente de la galaxia de fondo, produce el llamado "anillo de Einstein". Sin embargo Einstein no pudo ver la comprobación observacional de su teoría porque el primer caso de lente gravitacional se descubrió en 1979. Una de las imágenes más espectaculares de lente gravitacional se ha tomado en 1999 con el telescopio NOT, del Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma). Muestra a una galaxia espiral que parece tener en su parte central cinco condensaciones brillantes

Sistemas de navegación aérea: GPS (Global Position System): Los GPS son unos satélites que giran alrededor de la Tierra y que proporcionan datos sobre la localización exacta de un punto (cosa) sobre la superficie de la Tierra. Son 24 satélites en total, que le dan la vuelta a la tierra cada 12 horas, a una altitud de 20000 km sobre la superficie de la tierra y a una velocidad de 3.87 km/s (14000 km/h). Para el correcto funcionamiento del sistema, para que se pueda ubicar correctamente, a los autos, ahora que se piensa implementar en cada uno de ellos, es necesario sincronizar los relojes de los satélites con los relojes que

tenemos en la tierra (para medir el tiempo que demora la señal en llegar a la tierra). Sin embargo, a pesar de utilizar, en ambos lados, relojes atómicos muy precisos; en los satélites, la relatividad adelanta los relojes, respecto a los que están aquí. La diferencia del tiempo entre los relojes ubicados en las distintas posiciones, es coincidente con la fórmula propuesta por Einstein en la teoría de la relatividad (a menor atracción del campo gravitatorio, el tiempo transcurre más deprisa). La relatividad del tiempo está comprobada.

CONCLUSIONES 

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Los demás sistemas de navegaciones aéreas son un principio similar, por eso se ha decidido solo exponer el tema de GPS, puesto que es más general con respecto a que no solo es un sistema aéreo si no terrestre y es muy común para nosotros actualmente. Según ya vimos al enunciar la teoría especial de la relatividad, el tiempo y el espacio no pueden separarse. El verdadero escenario para los sucesos naturales es el espacio tiempo. Lo que se afirme para el espacio o lo que se diga para el tiempo es una expresión verdadera sólo en un marco de referencia particular. Las cuestiones relativistas se expresan en el espacio tiempo. Vistos desde esta perspectiva, nuestros experimentos, pensados o reales, nos llevan a concluir que el campo gravitacional, al cambiar los intervalos de tiempo, altera la geometría del espacio tiempo. En general esta teoría fue un paso gigante y una llave a miles puertas que nos conducirían hoy en día en avances tecnológicos y científicos; que incluso partiendo ya de lo que existe quien sabe que más cosas podamos descubrir más adelante.

Biografía Albert Einstein

Albert Einstein nació el 14 de marzo de 1879 en la ciudad de Ulm, Alemania y murió en Princeton, Estados Unidos, el 18 de abril de 1955. Un año después de su nacimiento, su familia se mudó a Múnich, donde recibió una estricta educación. A los 12 años, después de que sus tíos Jakob y Casar le inculcaran el gusto por las matemáticas y la ciencia, Einstein decidió tomar un camino que lo llevaría a resolver "el enigma del mundo entero", como él mismo lo denominó. Después de una breve estancia en Milán, Einstein estudió física y matemáticas en la Academia Politécnica Federal de Zúrich, en Suiza. En el año 1905 pasará a ser conocido como el "año mágico" de Einstein. En esa fecha se publicó una serie de teorías con las que su nombre alcanzaría fama mundial. Estas teorías son las siguientes: Explicación del movimiento browniano: revolucionó la mecánica estadística. El movimiento, que toma su nombre del botánico escocés Thomas Brown, establece que las moléculas de un gas o un líquido se encuentran en constante movimiento aleatorio. A menor tamaño y viscosidad de las moléculas, su movimiento se acelera. La teoría tiene una traducción en lenguaje estadístico, donde se puede analizar, por ejemplo, el comportamiento fluctuante de una bolsa de valores. Efecto fotoeléctrico: está basada en la hipótesis de que la luz está integrada por "cuantos" individuales, más tarde denominados fotones. Hasta ese momento se pensaba que la luz solo estaba conformada por ondas. Teoría especial de la relatividad: estableció que la energía (E) de un cuerpo está relacionada con su masa (m) y con la velocidad de la luz. De ahí la universalmente conocida ecuación E=mc², que por ejemplo permitió avanzar en la creación de reactores nucleares. Más adelante, Einstein publicó la teoría general de la relatividad, que hoy ha hecho posible que se desarrolle tecnología satelital, como los sistemas de localización y orientación GPS (Global Position System). Esta se basa en el postulado de que la gravedad no es una fuerza sino un campo creado por la presencia de una masa en el continuo espacio-tiempo. Con esto, contradijo lo establecido por Isaac Newton, dos siglos atrás.

BIBLIOGRAFIA

 http://www.alipso.com/monografias/teorelativi/  http://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=118460  file:///C:/Users/PC%202/Documents/MHD%20y%20la %20relatividad.pdf  http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_5294_Bejar ano.pdf  http://es.wikipedia.org/wiki/Magnetohidrodin%C3%A1mica  http://www.baluart.net/articulo/el-gps-y-la-teoria-de-larelatividad