Velocidad, espacio y tiempo

	Autor: Hernán Ferrari Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Física Temática: Transformación de las velocidades según la teoría de la relatividad. Nivel: Secundario, ciclo básico Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Introducción a la actividad

De la teoría de la relatividad de Einstein se deduce  que no se puede decir con sentido absoluto que dos acontecimientos hayan ocurrido al mismo tiempo en diferentes lugares. Si dos sucesos ocurren simultáneamente en lugares separados espacialmente desde el punto de vista de un observador, cualquier otro observador inercial que se mueva respecto del primero los presencia en instantes distintos.
Por otra parte, la interacción electromagnética es la interacción que ocurre entre las partículas con carga eléctrica. Desde un punto de vista macroscópico y fijado un observador, este fenómeno suele separarse en dos tipos de interacción: la interacción electrostática, que actúa sobre cuerpos cargados en reposo respecto al observador, y la interacción magnética, que actúa solamente sobre cargas en movimiento respecto al observador. Sin embargo, para otro observador en movimiento respecto del primero, lo que parece quieto para uno está en movimiento para el otro y viceversa, por lo que la teoría de la relatividad debe también transformar los campos eléctricos y magnéticos dependiendo del observador.

Objetivo de la actividad

Identificar la fórmula de la transformación relativista de la velocidad y comprender en qué se diferencia de la obtenida con la transformación de Galileo. Utilizar diagramas espacio-tiempo para entender problemas que involucran altas velocidades.

Objetivos pedagógicos

Actividad 1

1. Observar el siguiente video y luego responder el siguiente cuestionario.

Velocidad y tiempo

Cuestionario:

a) ¿Qué experimento realiza el profesor frente a los alumnos? ¿Cuáles son las dos posibilidades en su realización y cuáles sus resultados?

b) ¿Qué instrumento utiliza para medir cuando circula una corriente por la espira de metal?

c) ¿Cómo explica el profesor el experimento? ¿Qué sucede con las cargas que se encuentran en las espira?

d) En el experimento en el que se deja la espira quieta y se mueve el imán, las cargas de la espira están quietas y lo que varía es el campo magnético del imán en el tiempo. ¿Qué produce entonces un campo magnético que varía en el tiempo?

e) ¿Qué nueva teoría desarrolló Einstein para explicar la equivalencia de estos dos experimentos? ¿Por qué estos dos experimentos se relacionan con la teoría de la relatividad?

f) Una persona mide dos sucesos y determina que ambos se producen en el mismo instante de tiempo. ¿Es posible que otra persona mida esos sucesos y determine que no son simultáneos? ¿Quién de los dos está en lo cierto?

g) ¿Qué sucede con los tiempos que miden los observadores con relojes de luz y qué pasa si lo hacen con un reloj convencional?

2. Realizar un informe con el programa Write que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que haya podido arribar.

Actividad 2

1. Observar la segunda parte del video sobre velocidad y tiempo. Luego, responder el cuestionario.

Velocidad y tiempo, última parte

Cuestionario:

a) ¿Cuál es la premisa básica de la teoría de la relatividad? ¿Puede medirse un movimiento o un tiempo en forma absoluta?

b) Describir el experimento con dos observadores en movimiento relativo, en el que uno de ellos lanza una pelota a una velocidad cercana a la velocidad de la luz.

c) ¿Puede el observador quieto ver viajar la pelota a una velocidad mayor a la de la luz? ¿Puede algo viajar a una velocidad mayor a la de la luz?

d) ¿Cómo se explica este experimento con un diagrama espacio-tiempo? Obtener capturas de pantalla que ayudena  esta explicación.

e) Si en el gráfico espacio-tiempo que utiliza el video, se tiene una escala tal que la luz recorre una unidad de distancia en una unidad de tiempo, ¿qué valor tiene la velocidad de la luz en esta escala? ¿Cómo se grafica la trayectoria correspondiente al tiro del observador móvil en este gráfico y cómo se grafica el movimiento del observador quieto desde la visión del observador en movimiento?

f)  ¿Cómo son las observaciones anteriores medidas por el observador quieto?

g) En la transformación de Lorentz, las posiciones perpendiculares al movimiento no se ven modificadas. ¿Se ven modificadas las velocidades perpendiculares al movimiento? ¿Por qué?

h) ¿Cuál fue el experimento que permitió probar la teoría de Einstein? ¿cómo se crean los mesones m (mu)? ¿Después de qué vida media se desintegran estos mesones? ¿Cuántos mesones calcularon que debían llegar en una hora al detector y cuántos realmente llegaron en la cima de una montaña y  debajo del nivel del mar?

i) ¿Cómo se explica la diferencia entre la cantidad de mesones que esperaban y la que medían en el experimento ?

2. Realizar un informe con el programa Write que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que haya podido  arribar.