1. momento angular de una partícula




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título1. momento angular de una partícula
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2º BACHILLERATO



PREGUNTAS DE SELECTIVIDAD
1. MOMENTO ANGULAR DE UNA PARTÍCULA
Se llama momento angular de una partícula, de masa “m”, que se mueve con una velocidad “v”, con respecto a un punto “O”, al momento de su momento lineal o cantidad de movimiento.
El momento angular, “L”, es un vector, de módulo “r.m.v.sen ”; de dirección, perpendicular al plano formado por r y v; y cuyo sentido, es el de avance de un sacacorchos, que apoyada su punta en el punto “O”, girase en el sentido de la velocidad o del movimiento.



m
L O


v
L = r x p = r x m.v

L = r . m . v . sen 

, es el ángulo que forma r y v.


r




En general, L de una partícula cambia en módulo y dirección, durante el movimiento. Sin embargo, si la partícula se mueve en el plano, y el punto “O” está situado en él, la dirección del momento angular permanece invariable. Éste es el caso del movimiento circular uniforme, donde “O” es el centro del círculo.
Su unidad, en el S.I., es el kg.m2/s

L = m(r x v) = m .

2. LEYES DE KEPLER
Tycho Brahe había realizado observaciones extraordinariamente exactas de las posiciones de los planetas, pero no supo interpretar coherentemente los datos que con tanta exactitud había medido. Después de su muerte, el matemático y astrónomo alemán Kepler, convencido de la teoría heliocéntrica de Copérnico, supo dar a los datos de Tycho una interpretación más ajustada a la realidad, que plasmó en su tres leyes.
Fueron enunciadas a comienzos del siglo XVII y describen los movimientos de los planetas en su recorrido alrededor del sol.
1ª Ley: LEY DE LAS ÓRBITAS: Los planetas en su movimiento de traslación alrededor del sol, se mueven en órbitas elípticas, en uno de cuyos focos está el sol.
2ª Ley: LEY DE LAS ÁREAS: En su movimiento, el radio vector que une el sol con los planetas barre áreas iguales, en tiempos iguales.
3ª Ley: LEY DE LOS PERÍODOS: Los cuadrados de los períodos de revolución de los planetas alrededor del sol son proporcionales a los cubos de los semiejes mayores de sus órbitas.


3. LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL
Dos partículas materiales experimentan una fuerza de interacción gravitatoria directamente proporcional al producto de su masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que la separa.
r F

 

m1 m2

m1 y m2, son las masas de las partículas; G, es la constante de gravitación universal; y r, es la distancia que las separa.
La expresión matemática de la ley de gravitación universal en forma vectorial, es la siguiente:

El signo menos se debe a que la fuerza tiene sentido contrario al del vector posición.
En caso de cuerpos materiales, y no de partículas, la distancia entre ellos es la que une sus respectivos centros de masa.

4. ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA
Consideremos un cuerpo de masa “m”, situado alrededor de una masa “M”, fija, que se desplaza desde el punto “A” al punto “B”. El trabajo que realiza la fuerza gravitatoria en este desplazamiento, que pasa por “A”, “P” y “B”, marcado en la figura es:
 B

90 dr



F

F m



A dr  P
W AB =
Como cos 90 = 0, pues

W AB =
ya que rp = rA . Al ser la fuerza gravitatoria conservativa, podemos definir una función energía asociada a la posición, llamada energía potencial, tal que se cumpla:
W AB = -Ep= -[Ep(B) – Ep(A)] = -Ep(B) + Ep(A) =
Por identificación de términos, tendremos que para cualquier cuerpo que se encuentre en un punto “x”, la energía potencial asociada es:

La energía potencial gravitatoria de una partícula, de masa “m”, en un punto, es el trabajo que realiza la fuerza gravitatoria al trasladar la masa “m”, desde el punto al infinito.

5. ENERGÍA DEL MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE
Una partícula sometida a un M.A.S., tiene energía cinética y energía potencial, y en dicho oscilador armónico hay una transformación continuada de energía cinética y potencial, pero, en cualquier instante, su suma es constante para ese oscilador.
Em = Ec + Ep =
De donde Ec =
Si comparamos , se deduce que .
Y como K =m.2, entonces

Para x = 0, En la posición de equilibrio.
Para x = A, v = 0. En los extremos.
Si x = 0 Ep =0 y Ec es máxima. Si x = A Ec = 0 y Ep =




E
Em = Ec + Ep



Ep
Ec




-A 0 +A

6. CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS
Se pueden clasificar atendiendo a varios criterios:


  1. Según el tipo de energía que propagan:




    1. Ondas mecánicas: Requieren un medio material para su propagación. Transportan energía mecánica. Ej. el sonido, la onda sobre una cuerda, la onda sobre la superficie de un líquido, etc.

    2. Ondas electromagnéticas: No requieren medio material para su propagación. Transportan energía electromagnética. Ej. la luz, las ondas de radio y TV, microondas, Rayos X, láser, etc.




  1. Según la dirección de propagación y vibración:




    1. Ondas transversales: Son aquellas en las que la dirección de propagación es perpendicular a la de vibración. Ej. ondas electromagnéticas, la onda sobre una cuerda, la onda sobre la superficie de un líquido, etc.

    2. Ondas longitudinales: Son aquellas en las que la dirección de propagación y la de vibración coinciden. Ej. el sonido.




  1. Según las dimensiones en que se propagan:




    1. Ondas unidimensionales: Si se propagan en una sola dirección. Ej. la onda de una cuerda.

    2. Ondas bidimensionales: Si se propagan en dos direcciones. Ej. la onda sobre una superficie de un líquido.

    3. Ondas tridimensionales: Si se propagan en todas las direcciones. Ej. el sonido, las ondas electromagnéticas.




  1. Según el tiempo que dure la propagación:




    1. Onda o pulso: Si la perturbación es instantánea. Ej. La onda de choque de una explosión.

    2. Tren de ondas: Si la perturbación dura un cierto intervalo de tiempo o es continua. Ej. varios pulsos en una cuerda.


7. AMPLITUD, LONGITUD DE ONDA, FRECUENCIA Y PERÍODO DE UNA ONDA
Estas cuatro magnitudes física son algunos de los parámetros que definen el movimiento ondulatorio.
La amplitud es el valor máximo de la perturbación. Se designa por la letra “A”, y se mide en “m”, en el S.I.
La longitud de onda es la distancia entre dos puntos consecutivos que se encuentran en el mismo estado de vibración. Se designa por la letra “”, y se mide en “m”, en el S.I.
La frecuencia es el número de ondas propagadas en la unidad de tiempo. Se designa por la letra “f”, y se mide en “Hz” (hertzios), en el S.I.
El período es el tiempo que tarda la onda en propagarse una distancia igual a la longitud de onda. Se designa por la letra “T”, y se mide en “s”, en el S.I.
Los demás parámetros que se utilizan para definir el movimiento ondulatorio son:
La velocidad de propagación es el cociente entre la longitud de onda y el período. Se designa por la letra “vp”, y se mide en “m/s”, en el S.I.
La pulsación o frecuencia angular es el cociente entre 2./T = 2..f. Se designa por la letra “”, y se mide en “rad/s”, en el S.I.
El número de ondas representa el número de longitudes de onda u ondas completas contenidas en una longitud de 2. m. Es el cociente entre 2./. Se designa por la letra “k”, y se mide en “rad/m”, en el S.I.

8. PRINCIPIO DE HUYGENS
En el siglo XVII, el físico inglés Robert Hooke, propuso una teoría ondulatoria de la luz que más tarde el físico holandés Huygens la amplió, obteniendo un modelo general de propagación de ondas.
Todos los puntos de un frente de ondas se comportan como focos emisores de ondas elementales o secundarias (de igual velocidad y frecuencia que la onda inicial), que se propagan en todas direcciones; en un instante dado, el nuevo frente de ondas es la envolvente de las ondas secundarias.

















Onda plana
Onda esférica
El principio de Huygens permitió deducir las leyes de la reflexión y refracción, así como explicar el fenómeno de la difracción.

9. CARGA ELÉCTRICA. LEY DE COULOMB
CARGA ELÉCTRICA:
La carga eléctrica es una propiedad que frecuentemente posee la materia, en mayor o menor grado.
Cuando se frotan dos cuerpos, tiene lugar el fenómeno de electrización, y ambos cuerpos se cargan con electricidades de signo contrario, llamadas, convencionalmente, positiva y negativa.
Características de la carga eléctrica:


  1. Los cuerpos con carga del mismo signo se repelen, y si la carga es de signo contrario se atraen, cuando se les sitúa a cierta distancia.




  1. Las cargas positivas y negativas interaccionan cuando entran en contacto y neutralizan sus efectos total o parcialmente, según sea el número de cargas de cada signo.




  1. En los átomos, las únicas partículas móviles son los electrones. Cuando la materia se electriza, los átomos ceden o toman electrones, en concreto, los electrones más externos del átomo, llamados electrones de valencia.




  1. En un sistema aislado eléctricamente, la carga total se conserva (principio de conservación de la carga).




  1. La carga eléctrica se halla cuantizada, es decir, cualquier carga localizada en un cuerpo, es siempre múltiple entero, de la unidad natural de carga, que es la del electrón (si es -) o de protón (si es +). Q = ±n│e│.


Como consecuencia de esas características, podemos redefinir la carga eléctrica: Se denomina carga eléctrica o cantidad de electricidad (+ ó -) al defecto o exceso de electrones, respecto al número de protones. Es una magnitud escalar.
Unidades:
Como la carga del electrón es la que existe en la naturaleza, en estado libre, se ha tomado la misma como unidad natural de carga, pero por ser muy pequeña, se utiliza el culombio (C), en el S.I. El valor de la carga del electrón fue deducido por el físico norteamericano Millikan (s. XX).
LEY DE COULOMB:
La intensidad de las fuerzas de atracción o repulsión entre cuerpos cargados fue medida por el físico francés Charles de Coulomb (s. XVIII), utilizando una balanza de torsión parecida a la utilizada por Cavendish. El resultado fue la ley que lleva su nombre.
La fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos puntuales cargados eléctricamente es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional a la distancia al cuadrado que los separa.
q1 . q2 r F

F = K   Cargas de signo contrario.

r2 +q1 - q2
r F

  Cargas del mismo signo

+q1 +q2
Donde q1 y q2, son las cargas de los cuerpos puntuales; r, es la distancia que las separa; y K, es la constante de Coulomb, que depende del medio material en el que se encuentran las cargas, en el S.I. y en el vacío vale 9.109 N.m2/C2. Pero además, K está relacionada con la permitividad dieléctrica del medio ():


Donde εr , es la permitividad dieléctrica relativa; y ε0 , es la permitividad dieléctrica del vacío.
En cada uno de los cuerpos cargados, por el principio de acción y reacción, se aplica una fuerza. Dichas fuerzas son iguales en módulo y dirección, pero diferentes en sentido y punto de aplicación.
F´ F

  Cargas del mismo signo

+q1 +q2
La expresión matemática de la ley de Coulomb en forma vectorial, es la siguiente:
q1 . q2

F = K r

r3

Donde r, es el radio vector que une el punto donde está una de las cargas y el punto donde está aplicada la fuerza, que es la otra carga.

10. ENERGÍA POTENCIAL Y POTENCIAL ELÉCTRICOS
Consideremos una carga puntual “q”, situado alrededor de otra carga puntual “Q”, fija, que se desplaza desde el punto “A” al punto “B”. El trabajo que realiza la fuerza electrostática en este desplazamiento, que pasa por “A”, “P” y “B”, marcado en la figura es:
 B

dr

90°

F

q F



A dr  P
W AB =
Como cos 90= 0, pues

W AB =
ya que rp = rB . Al ser la fuerza electrostática conservativa, podemos definir una función energía asociada a la posición, llamada energía potencial, tal que se cumpla:
W AB = -Ep= -[Ep(B) – Ep(A)] = -Ep(B) + Ep(A) =
Por identificación de términos, tendremos que para cualquier cuerpo que se encuentre en un punto “x”, la energía potencial eléctrica asociada es:
+ C
La “C” es una constante, que depende de la elección del origen de Ep. Si el origen de Ep se toma en el , esa constante vale cero, ya que si rx = , Ep = 0
La energía potencial eléctrica en un punto del campo eléctrico es el trabajo realizado por la fuerza electrostática para trasladar una carga “q”, desde el punto al infinito. Si “Q” y “q” son del mismo signo, Ep es + y si son de signo contrario es -.
A partir de la energía potencial eléctrica se establece el concepto de potencial eléctrico. Se llama potencial eléctrico en un punto del campo eléctrico a la energía potencial que posee la unidad de carga positiva colocada en dicho punto. La unidad en el S.I. es el voltio.

La “C” es una constante, que depende de la elección del origen de Ep. Si el origen de Ep se toma en el , esa constante vale cero.
Por otra parte, si se conoce el potencial en los puntos “A” y “B”, se puede calcular fácilmente el trabajo realizado al desplazar la carga “q” de uno a otro punto.
W AB = Ep(A) - Ep(B) = q.VA - q.VB = q (VA – VB ).

11. FUERZA DE LORENTZ
Si un campo magnético ejerce una fuerza sobre un conductor por el que circula una corriente eléctrica, también lo hará sobre cualquier cuerpo cargado que se mueva en su seno. En efecto, experimentalmente se comprueba que si se coloca un cuerpo cargado, en reposo, en un campo magnético, no sufre la acción de fuerza alguna, pero sí se observan cambios en el estado de movimiento de un haz de partículas cargadas que se mueven en su seno. Consecuentemente, según la segunda ley de Newton, se concluye que debe existir una fuerza que actúa sobre las partículas del haz.
Consideremos que un haz de partículas cargadas, con carga “q” y masa “m”, se lanzan con una velocidad “v”, en un campo magnético uniforme “B”. Si se analizan las diferentes variables que pueden intervenir en el proceso, de las cuales dependería la fuerza, parece razonable que sean: La carga de las partículas, ya que, si las partículas no están cargadas, el campo magnético no actúa sobre ellas, salvo que tuvieran momento magnético y se orientaran en el sentido del campo; la velocidad de las mismas, ya que si están en reposo no sufren ninguna alteración; y el campo magnético que es el responsable de los fenómenos observados.
La fuerza que actúa sobre las partículas del haz es:


  • Directamente proporcional a “q”

  • Directamente proporcional al módulo de “v”.

  • Directamente proporcional al módulo de “B”

  • Perpendicular a “B” y “v”, es decir, al plano formado por v y B. Por tanto, tiene la dirección del producto vectorial de (v x B).

  • Su sentido es el avance de un sacacorchos que gira en el sentido que va de “v” a “B”, por el camino más corto, si la carga es positiva, y el opuesto, si es negativa. Es decir, tiene el sentido del producto vectorial (v x B) o el opuesto, respectivamente, según el signo de la carga.


Es decir, matemáticamente F será igual:





Si además del campo magnético existe, en le espacio donde se mueve la carga, un campo eléctrico, se cumplirá:



expresión que se llama fuerza de Lorentz. B
α

B v

F α

v F

Si “q” es positiva. Si “q” es negativa.

12. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
Los trabajos de Faraday sobre inducción electromagnética, sentaron las bases que permitieron la producción y el transporte de corriente alterna.
Faraday se planteó que si una corriente eléctrica era capaz de crear un campo magnético (experiencia de Oersted), por qué no podía crear un campo magnético una corriente eléctrica.
La idea se hace más plausible si se admite la teoría de Ampere, que mantenía que el magnetismo era debido a minúsculas corrientes que circulan en torno a los constituyentes elementales de la materia.

Con estas ideas, Faraday, consigue realizar varios experimentos, que aportan las siguientes conclusiones:


  • Cuando se abre o cierra un circuito, en presencia de otro, cerrado y próximo al primero, se induce una corriente eléctrica.




  • La corriente inducida se incrementa si ambos circuitos se encuentran arrollados, en forma de bobinas, en torno a un núcleo de hierro dulce (con poco C).




  • Si se hace girar un circuito cerrado en el campo magnético de un imán, de manera que varíe el número de líneas de fuerza del campo que corta el circuito, se induce en él una corriente eléctrica. Es decir, siempre que varía el flujo magnético a través de un circuito cerrado, se originará en él una fuerza electromotriz inducida


El circuito cerrado donde se origina la corriente recibe el nombre de inducido; el cuerpo que crea el campo magnético, inductor, y puede estar constituido por un imán permanente, por un electroimán, por una bobina recorrida por una corriente alterna o por una bobina recorrida por una corriente continua que es interrumpida miles de veces en cada segundo.

13. NATURALEZA DE LA LUZ
La teoría corpuscular de Newton (s. XVIII) mantenía que los focos luminosos emiten minúsculas partículas que se propagan en línea recta, en todas las direcciones y, al chocar con nuestros ojos, producen la sensación luminosa. Esta hipótesis justificaba la propagación rectilínea de la luz, la reflexión y la refracción (aunque tenía que suponer que la velocidad de propagación del la luz en el agua era mayor que en el aire, lo cual es falso), pero no explicaba la difracción.
La teoría ondulatoria de Huygens suponía que la luz consiste en la propagación de una perturbación ondulatoria del medio. Esta hipótesis explica los fenómenos de reflexión y refracción, pero no experimentaba fenómenos típicamente ondulatorios como la difracción (ya que la  de la luz es muy pequeña).
En el s. XIX, Maxwell estableció la teoría electromagnética de la luz, y propuso que la luz no era una onda mecánica, sino electromagnética de alta frecuencia. Las ondas luminosas consisten en la propagación, sin necesidad de soporte material, de un campo eléctrico y de un campo magnético, perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.




E

B

Dirección de propagación
Pero Hertz descubre el efecto fotoeléctrico, según el cual, cuando se hace incidir la luz de una determinada frecuencia sobre una superficie metálica, ésta emite electrones. Este efecto no podía explicarse mediante la teoría ondulatoria. Esto permitió a Einstein, en 1.905, que propusiera que la luz estaba formada por un haz de pequeños corpúsculos o cuantos de energía, también llamados fotones.
Por tanto, la luz tiene una doble naturaleza, corpuscular y ondulatoria. Se propaga mediante ondas electromagnéticas y presenta los fenómenos típicamente ondulatorios, pero en su interacción con la materia, en ciertos fenómenos de intercambio de energía, manifiesta su carácter corpuscular. Sin embargo, la luz nunca manifiesta simultáneamente ambas características, en un fenómeno concreto se comporta o como onda o como partícula.
Se ha comprobado que la doble naturaleza de la luz es aplicable también al comportamiento de ciertas partículas como los electrones, según propuso de Broglie, y este hecho constituye uno de los fundamentos básicos de la física moderna.

14. LEYES DE LA REFLEXIÓN Y LA REFRACCIÓN
Sea un movimiento ondulatorio que se propaga en un medio (I) y en su propagación se encuentra con otro medio (R). Al encontrarse en la superficie de separación de los dos medios, el movimiento ondulatorio puede experimentar reflexión y/o refracción. En la reflexión, la onda sigue propagándose por el medio de incidencia, mientras que, si se refracta, pasa a propagarse por el otro medio.
Se define “normal” como la línea imaginaria perpendicular a la superficie de separación, en el punto de incidencia. El estudio experimental de estos dos fenómenos ondulatorios permiten establecer las siguientes leyes:
LEYES DE LA REFLEXIÓN:


  1. El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en el mismo plano.

  2. El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales.


LEYES DE LA REFRACCIÓN:


  1. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.

  2. Si un rayo incide oblicuamente sobre la superficie de separación de dos medios, la relación entre las velocidades de propagación en los medios de incidencia y de refracción vienen dada por la LEY de SNELL.



Como n = c/vm , pues la Ley de Snell, también puede expresarse así:

Si el rayo incidente es perpendicular a la superficie, el ángulo de incidencia es nulo y también son nulos el ángulo de reflexión y el de refracción.
N

î r

I


R

R

Si el movimiento ondulatorio pasa a propagarse a un medio más refringente, se acerca a la normal, pero si pasa a otro menos refringente, se aleja de la normal.

15. POTENCIA Y DISTANCIAS FOCALES DE UNA LENTE
El inverso de la distancia focal imagen se conoce como potencia o convergencia de una lente:



La unidad de potencia es la dioptría, siempre y cuando la distancia focal se exprese en metros. Una lente tienen una potencia de una dioptría si su distancia focal es de un metro.
La distancia focal imagen de las lentes convergentes es positiva, luego su potencia también será positiva, pero en las lentes divergentes es negativa, ya que la distancia focal también lo es.
En una lente convergente:


    1. El foco objeto, F, es un punto del eje principal, que se encuentra a la izquierda de la lente, y que cumple la condición de que todo rayo luminoso que pasa por él, al refractarse en la lente, emerge paralelo al eje principal.

    2. El foco imagen, F´, es un punto del eje principal, que se encuentra a la derecha de la lente, y que tiene la propiedad de que si sobre la lente inciden rayos paralelos al eje principal, sus refractados convergen en dicho punto.






       

C F F´ C´ C F F´ C´



En una lente divergente:


  1. El foco objeto, F, es un punto del eje principal, que se encuentra a la derecha de la lente, y que cumple la condición de que todo rayo luminoso cuya prolongación pase por él, al refractarse en la lente, emerge paralelo al eje principal.

  2. El foco imagen, F´, es un punto del eje principal, que se encuentra a la izquierda de la lente, y que tiene la propiedad de que si sobre la lente inciden rayos paralelos al eje principal, sus refractados convergen en dicho punto.









       

C F´ F C´ C F´ F C´



16. RELATIVIDAD ESPECIAL. POSTULADOS
A finales del siglo XIX, pese al gran avance de la física, se mantenía que todos los fenómenos ondulatorios conocidos, necesitaban de un medio material para su propagación. En este sentido, como la luz se propagaba en el vacío, necesitaba de la existencia de un medio material, que llenara todo el espacio (densidad despreciable) y que no interaccionara con la materia. A ese medio material se le llamó “éter”.
Pero el experimento para medir la velocidad de la Tierra, con respecto al éter, que realizaron los científicos Michelson y Morley, también a finales de siglo XIX, creaba un dilema: o bien el éter no existía, o bien existía y los cuerpos se movían en su seno, pero había ciertos mecanismos de compensación que anulaban los efectos del éter.
Para Einstein, el resultado del experimento de Michelson-Morley, pone de manifiesto que la velocidad de la luz en el vacío, “c”, referida a un sistema inercial cualquiera, es independiente de cómo se mueve el sistema. De aquí se deduce inmediatamente que no existe ningún fenómeno físico que pueda dar información sobre el movimiento de dicho sistema de referencia (si está en reposo o con M.R.U.). Por tanto, es imposible conocer la velocidad absoluta de un móvil. Sólo pueden observarse, en la naturaleza, los movimientos relativos de unos sistemas respecto a otros.
La conclusión de que no existe ningún fenómeno físico que permita distinguir un sistema de otro llevo a Einstein a enunciar su primer postulado:
Todas las leyes de la física, y no sólo las de la mecánica, son invariantes respecto a las transformaciones entre sistemas de referencia inerciales.
Esto quiere decir, que las leyes de la física tienen la misma expresión sea cual fuere el sistema de referencia inercial, en el que se observe el fenómeno. Este postulado, que recibe el nombre de principio de la relatividad especial, es la extensión natural del principio de relatividad de Galileo, al resto de las leyes de la Física.
El segundo postulado dice: La velocidad de la luz en el vacío, toma al mismo valor en todos los sistemas de referencia inerciales.
Esto implica que el valor de “c”, en el vacío es independiente del movimiento del observador o de la fuente.
Este segundo postulado, destruye de raíz la hipótesis del éter, que además tiene otra consecuencia: El tiempo no transcurre de la misma manera, en todos los sistemas de referencia inerciales. Es decir, el tiempo no es absoluto, sino que depende del sistema de referencia. Si dos sucesos son simultáneos, en un mismo sistema de referencia, no lo serán en cualquier otro sistema que se mueva, respecto al primero, con movimiento rectilíneo y uniforme.


17. CONCEPTO DE FOTÓN. DUALIDAD ONDA-CORPÚSCULO
Planck estableció la hipótesis de que la energía radiante se emite de forma discontinua, en forma de cuantos de luz o fotones, cuya E = h . f. El fotón es un cuanto de energía transportado por la radiación, de manera discontinua. El fotón es una partícula cuya masa, en reposo, es nula y que se mueve a la velocidad de la luz.
A lo largo de la historia de la Física se observan algunas tendencias recurrentes en el pensamiento científico. Así, se intenta siempre elaborar teorías que expliquen el mayor número de fenómenos posible; como ejemplos, pueden citarse: el de la unificación de la electricidad, el magnetismo y la óptica que culminó Maxwell; y el que consiste en la unificación de las cuatro interacciones fundamentales conocidas: fuerte, débil, electromagnética y gravitatoria, en una sola, todavía inacabado.
El pensamiento científico también se esfuerza en la búsqueda de simetrías. Recuérdese, por ejemplo, la pregunta que se hace Faraday: dado que es posible producir campos magnéticos con corrientes eléctricas, ¿no será posible, también, producir corrientes eléctricas por la acción de campos magnéticos?
Siguiendo esta línea de pensamiento, Louis De Broglie se pregunta que, puesto que la luz tiene un doble comportamiento, ondulatorio y corpuscular, que se pone de manifiesto según el fenómeno, ¿no sería posible que las partículas materiales tuvieran, también, un comportamiento dual? Esta convicción le lleva a proponer, en 1924, la hipótesis que lleva su nombre (Hipótesis de De Broglie), que provocó un cambio fundamental en los conceptos físicos y que constituye uno de los principios sobre los cuales se asienta la mecánica cuántica: Toda partícula de masa «m», que se mueve con velocidad «v», lleva asociada una onda cuya longitud de onda y frecuencia vienen dadas por:

donde: h, es la constante de Planck; p = m v, es la cantidad de movimiento o momento lineal de la partícula; y E, es su energía.
De Broglie piensa que las partículas, como la luz, tienen un doble comportamiento, corpuscular y ondulatorio, poniéndose de manifiesto uno u otro en función del fenómeno considerado.
Cuando la luz producida por un foco puntual atraviesa un agujero grande realizado en una pantalla se notan las zonas de luz y de sombra típicas: la luz tiene un comportamiento corpuscular. Si se va reduciendo el tamaño del agujero en la pantalla, cuando ese tamaño es parecido a la longitud de onda de la luz, se observa el fenómeno de difracción, es decir, su comportamiento es ondulatorio.
Bastaría hacer pasar electrones por agujeros de tamaño comparable a su longitud de onda asociada de De Broglie para comprobar la hipótesis. Sin embargo, en el efecto fotoeléctrico, los electrones se comportan como corpúsculos.


18. PRINCIPIO DE INDETERMINACIÓN
La física clásica, e incluso, la llamada antigua teoría cuántica, era una física determinista, en la que se consideraba que conocidos la posición y la velocidad de una partícula, en un instante determinado, era posible determinar su posición y velocidad en otro instante cualquiera.
Heisenberg enunció el principio de incertidumbre, del que se deduce que no es posible desarrollar una física determinista a nivel microscópico. Este hecho se ha demostrado con experiencias relativas a la difracción de electrones, que pone de manifiesto que se trata de un fenómeno ondulatorio, lo que hace imposible la determinación simultánea y exacta de su posición y velocidad.
Para los electrones, lo único que podemos suponer, es que el electrón está dentro de un grupo de ondas que se extienden a una pequeña región del espacio y que su posición en un cierto instante no puede especificarse con el deseado grado de precisión.
El principio de indeterminación dice que siempre que se opere con variables conjugadas (que son aquellas cuyo producto tiene las dimensiones de la constante de Planck: posición “x” y momento lineal “p” o energía “E” y tiempo “t”) el producto de los errores cometidos en la determinación simultánea de ambas variables ha de ser igual o mayor que el cociente de la constante de Planck entre 2.






O bien así: Es imposible, en un instante dado, determinar, simultáneamente,la posición y el momento lineal de una partícula.

19. TIPOS DE RADIACIONES NUCLEARES
En la naturaleza existen unas radiaciones, llamadas radiaciones ionizantes, que son emitidas por las sustancias radiactivas y por los Rayos X.
Estas radiaciones pueden ser emitidas tanto por fuentes naturales (sustancias radiactivas naturales, radiación cósmica), como por fuentes artificiales (aparatos o sustancias radiactivas artificiales).
Si sobre un átomo incide una radiación ionizante puede suceder que uno o más electrones escapen de la atracción nuclear y, por tanto, que dicho átomo se ionice. Esa es la diferencia con las radiaciones no ionizantes, en las que el átomo no se llega a ionizar.
Las radiaciones emitidas por las sustancias radiactivas naturales son de tres tipos: radiaciones ,  y .
Las radiaciones : son núcleos de Helio (). Su velocidad depende del núcleo que las emite y oscila entre un 5 y 7’5 % de la velocidad de la luz en el vacío.
Las radiaciones : son electrones originados en una transformación del núcleo, en la que un neutrón  protón + electrón + antineutrino, la velocidad de las radiaciones  es del 90% de “c”.
Las radiaciones : son radiaciones electromagnéticas, por lo que se propagan a la velocidad de la luz.
En general, una sustancia radiactiva emite radiaciones  o , acompañadas, en ocasiones, de la .
Las emisiones radiactivas interaccionan con la materia, durante su recorrido le van cediendo energía y provocan alteraciones tales como ionización, excitación, etc. En las radiaciones radiactivas interesa conocer su poder de ionización y su poder de penetración. Estos efectos dependen de la carga eléctrica, de la masa y de la “v” de la radiación ( o ).
Las  tienen un poder de ionización alto y poder de penetración muy bajo, ya que al tener dos cargas positivas, toman electrones de otros átomos rápidamente, para convertirse en Helio.
Las  al ser más pequeñas y tener menos carga, tienen un poder de penetración medio y un poder de ionización medio.
Las  tienen un gran poder de penetración y bajo poder de ionización.


20. INTERACCIONES FUNDAMENTALES
Son aquellas fuerzas del universo que no se pueden explicar en función de otras más básicas
Las cuatro interacciones fundamentales son: La interacción gravitatoria, la electromagnética, la interacción fuerte y la interacción débil. Estás interacciones poseen las siguientes características:





Gravitatoria

Electromagnética

Interacción Fuerte

Interacción Débil

Alcance


Infinito

Infinito

10-15 m

10-17 m

Intensidad relativa

La más débil

Es la 2ª en intensidad

Es la más intensa

Es la 3ª en intensidad

Cuerpos sobre los que actúa

Toda la materia

Cuerpos cargados

Protones y neutrones

Protones, neutrones y electrones

Fenómenos que explica

Gravitación

Electromagnetismo y Enlace Químico

Fuerzas nucleares

Emisiones 


La interacción fuerte es la que mantiene unidos los nucleones en el núcleo, es más intensa que la repulsión electrostática entre los protones.
La desintegración “” de los neutrones se explica mediante la interacción débil, que conduce a que un neutrón se desintegre en un protón, un electrón y un antineutrino.



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