La contracción de FitzGerald y las transformaciones de Lorentz

	Autor: Hernán Ferrari Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Física Temática: La velocidad de la luz como una constante universal. Nivel: Secundario, ciclo básico Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Introducción a la actividad

Uno de los problemas más complejos para explicar la naturaleza ondulatoria de la luz en el siglo XIX fue la necesidad de tener un medio para que las ondas electromagnéticas pudieran propagarse. Los físicos de ese tiempo supusieron la existencia de un medio que serviría para transportar las ondas luminosas y lo  llamaron éter.

FitzGerald fue uno de los físicos que apoyó la teoría electromagnética de Maxwell. Estos físicos revisaron, ampliaron, clarificaron y confirmaron esta teoría entre las décadas de 1870 y 1880. Sin embargo,  FitzGerald es más conocido por la conjetura que enunció en 1889 que sostiene que todo cuerpo se contrae  en la dirección de su movimiento. Su idea se basa parcialmente en la manera en que las fuerzas eletromagnéticas son afectadas por el movimiento. El físico holandés Hendrik Lorentz desarrolló una idea similar en 1892 y la conectó  con su teoría de los electrones.

La  contracción de FitzGerald-Lorentz se convirtió más tarde  en una parte importante de la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein que se publicó en 1905.G

Objetivo de la actividad

Analizar la composición de movimientos para velocidades cercanas a la velocidad de la luz, en contraposición a la transformación de Galileo para bajas velocidades.

Actividad 1

Observar el siguiente video para responder el cuestionario.

Video 1: Experimento de Michelson y Morley

Cuestionario:

a) En el experimento de Michelson y Morley ambos haces de luz llegan simultáneamente, ¿Cuál fue la explicación para el  cambio en la longitud de uno de los haces de luz propuesta por FitzGerald? ¿Quién fue el físico que elaboró un modelo cuantitativo que explicó la contracción de FitzGerald?

b) Según los planteos de Galileo y el principio de inercia de Newton, ¿qué sucede con un cuerpo en movimiento sobre el que no actúa una fuerza neta?

c) ¿Hay diferencia respecto de un cuerpo en reposo y uno en MRU? ¿Qué sucede respecto del sistema de referencia respecto del cual se describen los movimientos?

d) En el video se imagina un experimento del que participan  Lorentz, Einstein y una pelota de béisbol. Describir cómo se mueven Einstein y la pelota que lanza Lorentz según lo que observa Lorentz . ¿Cómo describiría Einstein el movimiento de Lorentz y de la pelota?

e) Tomando el experimento de Michelson y Morley como marco de referencia, si Lorentz estuviera arriba de la patineta y Einstein parado en el piso, ¿cómo verían moverse un haz de luz emitido por Einstein?

f) ¿A qué teoría que cambió la noción del espacio y el tiempo dio lugar el fracaso del experimento de Michelson y Morley?

g) ¿Qué cosas tendrían que haber cambiado en la física a partir del experimento de Michelson y Morley? ¿Quién fue el famoso físico que desarrolló la teoría de la relatividad basado en esos conceptos sin conocer este experimento?

h) Realizar un informe con el programa Write que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que se haya llegado.

Actividad 2

Observar el siguiente video para responder el cuestionario que aparece más abajo.

Video 2: Transformación de Lorentz

Cuestionario:

a) ¿Cuál es la magnitud fundamental que aparece en las transformaciones de Lorentz y que ahora sabemos que es una constante universal?

b) ¿A qué velocidad se mueve la Tierra en su movimiento alrededor del Sol?

c) ¿Cuál fue la conclusión a la que llegaron con su experimento Michelson y Morley respecto de la velocidad de la luz y el movimiento del observador?

d) ¿Qué explicación dio FitzGerald respecto del experimento de Michelson y Morley para explicar por qué ambos haces llegaban simultáneamente a la pantalla?

e) ¿En las propiedades de qué partícula fundamental se basaba Lorentz para explicar la contracción de FitzGerald?

f) ¿A qué velocidad viaja la luz para cualquier observador, independientemente de la velocidad con que se mueva? ¿Sucede lo mismo cuando estos observadores miden las velocidades de otros cuerpos?

g) Realizar un informe con el programa Write que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que se haya llegado.