Diapositiva 1

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Leyes de Newton y Sistemas de Referencias
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Estructura del curso

• Se abordan las leyes de Newton, tratando de
  obtener una idea clara de los conceptos que
  definen las cantidades que intervienen.
• Haciendo énfasis en el carácter absoluto o
  relativo de dichas cantidades, se establece la
  validez y limitaciones de estas leyes.
• Se destaca el papel esencial que juegan los
  distintos sistemas de referencias en la
  descripción de los fenómenos.
• Se introduce el principio de equivalencia.
  Mediante los llamados experimentos pensados se
  enfoca el tema de el efecto que producen los
  campos gravitatorios en la propagación de la luz.
• Se analizan dos escenarios cósmicos que pueden
  ser predichos bajo los conceptos newtonianos
  Lentes gravitacionales y estrellas oscuras
• Por último, se comenta la relación entre campos
  eléctricos y magnéticos, vistos desde diferentes
  sistemas de referencias..

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(No Transcript)
4
Decir que cada especie de cosa está dotada de
una cualidad específica oculta por la cual actúa
y produce efectos manifiestos, equivale a no
decir nada pero derivar de los fenómenos dos o
tres principios generales de movimiento y, acto
seguido, explicar de qué modo se deducen de
éstos, las propiedades y acciones de toda las
cosas corpóreas, es dar un gran paso
Isaac
Newton
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(No Transcript)
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1. Todo cuerpo tiende a permanecer en reposo o en
   movimiento rectilíneo uniforme hasta que es
   afectado por una fuerza
2. El cambio producido, en el estado de movimiento
   de un cuerpo, por la aplicación de una fuerza
   sobre éste es proporcional a la fuerza misma
   (magnitud, dirección y sentido)
3. Toda acción tiene asociada una reacción

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Primera Ley de Newton o Postulado de Galileo
8
h
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(No Transcript)
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Todo cuerpo mantendrá su estado de movimiento
rectilíneo uniforme o permanecerá en reposo si no
es perturbado

• Un cuerpo puede estar moviéndose sin que esto,
  al igual que el estado de reposo, sea ocasionado
  por algún agente
• El movimiento rectilíneo uniforme y el reposo
  son estados equivalentes y representan los
  estados naturales de los cuerpos
• Un cuerpo no puede experimentar un cambio en su
  estado de movimiento de manera espontánea
• La alteración del movimiento de un cuerpo debe
  ser producto de la interacción con otros cuerpos
• Todo cuerpo tiene inercia

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Segunda Ley de Newton
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INTERACCIONES
CAMBIO EN EL ESTADO DE MOVIMIENTO
e-
e- e-
p
ELÉCTRICA
GRAVITATORIA
DÉBILES Y FUERTES
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De repulsión cuando el efecto de la interacción
es la tendencia a separar los objetos De
atracción si su resultado es la propensión de
mantener los cuerpos ligados
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Qué es la masa?
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Masa la cuantificación de alguna cualidad que
involucra interacción
Masa gravitacional
Masa inercial
Masa eléctrica (carga)
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gravedad
h
?x
17
c b
a


p b
c
18
(No Transcript)
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Bombardeo de partículas
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Gravedad La cualidad que tiene todo cuerpo de
atraer a otros
La masa gravitacional es la capacidad que tiene
todo cuerpo de atraer a otros cuerpos
Ley de gravitación universal de Newton
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Ley de gravitación universal
Ley de Coulomb para cargas eléctricas
q masa eléctrica mg masa
gravitacional
22
Inercia
23
! ja ja !
! ja ja !
!!Ahyy !!
La inercia es la resistencia al cambio de estado
de movimiento que presenta cada cuerpo
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La inercia, tal vez, podría entenderse como el
efecto de una interacción especial del cuerpo con
el resto del universo
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La masa inercial es la medida de la resistencia
al cambio de estado de movimiento que presenta
cada cuerpo o el contenido de inercia de cada
cuerpo
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La masa inercial y la masa gravitacional
especifican diferentes propiedades de un cuerpo y
en algunas ocasiones se presentan antagónicas.
Galileo Sí los cuerpos más pesados son atraídos
con mayor fuerza, por qué no caen mas rápido?
Newton Los cuerpos mas
pesados son atraídos con mayor fuerza por tener
mayor masa gravitacional, pero a su vez su masa
inercial también es mayor y esto último hace que
presenten más resistencia a ser acelerados
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RT 6,40 x106 m mT 6,14x1024 Kg g 10 m/s2
G 6,67x10-11 New-m2/Kg2 )
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Fuerzas
Jalar
Empujar
e-
e- e-
p
Acción Eléctrica
En término de las interacciones, debemos
clasificar las fuerzas como De repulsión
cuando el efecto de la interacción es la
tendencia a separar los objetos De atracción
si su resultado es la propensión de mantener
los cuerpos ligados
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La fuerza es la representación matemática de las
interacciones, y estas últimas son las
responsables de los cambios en el estado de
movimiento INTERACCION ?
CAMBIO EN EL ESTADO DE MOVIMIENTO.
Una interacción simple involucra
únicamente dos cuerpos y la forma como esto
ocurre depende sólo de las propiedades
manifiestas en ellos (y su cercanía)
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Fuerza intermolecular
repulsión
umbral
d
Ft
atracción
Fuerza normal reacción perpendicular que hacen
las superficies sobre los cuerpos apoyados en
ellas.
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Fuerza de roce
V0
F
fe
fc
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Cinemática
Velocidad la rapidez de cambio de la posición
Aceleración la rapidez con la que cambia la
velocidad
Por qué no usamos una cantidad z que describa el
cambio de aceleración?
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la segunda ley evita este procedimiento iterativo
ya que logra acoplar la influencia del entorno, a
través de la fuerza, y las propiedades del
cuerpo, mediante la masa, a la cinemática la
aceleración
Propiedades del cuerpo
Influencia externa
Cinemática
la aceleración es la cantidad cinemática que
refleja la presencia de una fuerza actuando
sobre un cuerpo
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La masa es una propiedad de cada cuerpo y la
fuerza representa la intensidad de la interacción
entre dos objetos, los valores de estas
cantidades deben ser de carácter absoluto, es
decir tendrán el mismo valor para cualquier
observador. La aceleración, que representa el
cambio de velocidad, es una cantidad relativa su
valor depende del observador.
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Tercera ley de Newton
Cantidad de movimiento lineal
Sistema de partículas
Sistema de dos partículas aislado
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Cuál de los dos observadores está haciendo la
medida correcta?
Cuál de los dos sistemas de referencia es el
adecuado para describir el movimiento?
Existe algún sistema de referencia,
privilegiado, respecto al cual se pueda describir
el movimiento en forma absoluta?
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la validez de las leyes de Newton debe estar
restringida a aquellos sistemas donde se pueda
afirmar que la aceleración es manifestación
cinemática de algún tipo de interacción
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Sistema B
Sistema A
s1 s2 s3 s4
s1 s2 s3 s4
Cuál de las dos familias es inercial?
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ALBERT EINSTEIN, en la Conferencia del Nobel,
1911
Cuál es la justificación de nuestra preferencia
por los sistemas inerciales frente a todos los
demás sistemas de referencia?, preferencia que
parece estar sólidamente establecida sobre
experiencias basadas en el principio de inercia.
La vulnerabilidad del principio de inercia está
en el hecho de que requiere un razonamiento que
es un círculo vicioso Una masa se mueve sin
aceleración si está lo suficientemente alejada de
otros cuerpos pero sólo sabemos que está
suficientemente alejada de otros cuerpos cuando
se mueve sin aceleración.
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el observador que hace las medidas correctas es
aquel cuyo sistema de referencia es inercial.
La identificación de un sistema verdaderamente
inercial es una tarea tan difícil como la de
aislar un cuerpo del resto del universo. En
nuestra vida diaria, comúnmente, usamos la
superficie de la tierra como un sistema inercial.
Sin embargo, esto es sólo una aproximación, ya
que dicha superficie acelera con relación al
centro, y a su vez, este último, mantiene una
aceleración con respecto al sol, el cual,
sabemos, se mueve con relación a las estrellas
lejanas, las que consideramos fijas, y éstas,
giran en torno al centro de la galaxia, estando,
esta última, en movimiento con respecto a otras
galaxias. Como vemos es bastante difícil la
elección de un sistema inercial puro.
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Fuerzas Ficticias o Seudo-fuerzas
Arrancando Frenando
.

No existe ningún agente aplicándolas No son
productos de interacciones
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S
S
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(No Transcript)
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Vista desde S
45
Sistemas en Rotación
S
S


Fuerza real
Fuerza ficticia
Fuerza ficticia
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Estación Espacial Maturín-2009
47
Campo Inercial
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Película
Película
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tierra

Caída libre
Principio de equivalencia
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(No Transcript)
51
(No Transcript)
52
(No Transcript)
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Todos los sistemas son equivalentes Los sistemas
No inerciales, pueden ser tratados como
sistemas inerciales mas el efecto de un campo
gravitatorio
SNI SI gravedad.
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P
P
Cabina en reposo
Cabina en movimiento acelerado
x ct
P
Rayo de luz visto desde el interior de la cabina
en movimiento
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P
P
P
P
Cabina en reposo
Cabina acelerando hacia arriba
Un experimento pensado Un rayo de luz atraviesa
una cabina de un ascensor, que puede moverse
acelerando hacia arriba.
Vista desde el interior de la cabina en movimiento
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Desde los sistemas que están acelerando se
observa que la luz no sigue una trayectoria
recta. El camino, visto desde estos sistemas, es
curvo. Ya que, sabemos que el efecto de la no
inercialidad de los sistemas puede ser
interpretado como la presencia de un campo
gravitatorio, es inmediato plantearse la
pregunta Un campo gravitatorio real será capaz
de producir una deflexión en un rayo de luz?
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Algo sobre la Teoría corpuscular de la luz y el
efecto de la gravedad sobre su trayectoria
Si la luz está compuesta por corpúsculos con
masa, entonces éstos deben ser afectados por los
campos gravitatorios, de acuerdo a la ley de
gravitación y por lo tanto la trayectoria debe
ser afectada
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Desviación de la luz por un campo gravitatorio
d
Soldner (Teoria newtoniana)
Einstein (Relatividad General)
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Posición aparente
Posición real
SOL
Tierra
Observación, llevada a cabo en Brasil en Marzo
de 1919, propuesta por Albert Einstien
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(No Transcript)
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Estrellas Oscuras Y Lentes Gravitacionales
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R
M
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Estrellas Oscuras (John Mitchell 1783)
(Laplece 1796)
sol 2.96 Km 487 R
Tierra 1.0 cm 246 R
Radio de Schwarzschild o Horizonte de eventos
Rs
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Lentes Gravitacionales
Lentes Gravitacionales
Un objeto estelar lejano visto a través de una
galaxia
Imagen observada
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• Las consideraciones anteriores están basadas
  en la creencia de que la luz está compuesta de
  partículas masivas.
• Actualmente se sabe que los fotones
  (partículas de luz) no poseen masa por lo que no
  pueden ser frenados por una campo gravitacional.
• La idea de un rayo de luz desviado por la
  presencia de un objeto masivo es explicada por
  Einstein mediante los conceptos de curvatura del
  espacio en el contexto de la teoría de la
  Relatividad General.
• Posteriormente, se retomaría la idea de
  agujeros negros bajo este mismo esquema.

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La Cruz de Einstein, un remoto cuasar visto a
través de una galaxia en la línea de visión.
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Anillo de Einstein
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La descripción de los fenómenos físicos está
sujeta a la observación y, como hemos podido
establecer, la percepción de éstos está
influenciada por las condiciones del sistema de
referencia elegido para medir. Este hecho le da
a tal elección un carácter de prioridad en el
análisis de los eventos físicos, ya que la
interpretación de éstos puede estar contaminada
por los efectos introducidos por el sistema.
Por otra parte, es claro que existen cantidades
cuyo valor no debe depender de la observación,
puesto que corresponden propiedades intrínsecas
de los cuerpos o representan la interrelación
entre éstos. Aún así, la formulación de las leyes
físicas, en término de estas cantidades,
requiere igualmente la prescripción de un sistema
de referencia, ya que generalmente en estas leyes
se acoplan, cantidades de carácter absoluto con
aquellas que si dependen de la observación
cantidades relativas.
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Detección de campos eléctricos y magnéticos

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Efectos de una corriente sobre un electrón en
movimiento
Se observa, desde dos sistemas de referencia, un
electrón, que se mueve con velocidad, ,
paralelo a la corriente y se describen, los
campos y la fuerza que éste soporta, vistos desde
ambos sistemas.
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FIN
Félix Aguirre aguirre_at_ula.ve Departamento de
Física Facultad de Ciencias Universidad de Los
Andes Mérida - Venezuela Marzo 2009
Que la Fuerza esté contigo

La masa y la
aceleración también
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(No Transcript)