UNIDAD EDUCATIVA GIOVANNI ANTONIO FARINA
Tercer Trimestre
- La luz posee propiedades tanto de onda como de partícula, lo que se conoce como la dualidad onda partícula.
- Lo que significa que su comportamiento no se puede explicar completamente mediante modelos clásicos clásicos de física.
- La luz no se puede modelar completamente como una onda mecánica ya que puede viajar a través del espacio vacío, mientras que las ondas mecánicas necesitan un medio material para propagarse. Además, la luz tiene una velocidad constante en el vacío, aproximadamente 3x10^8 m/s, lo que es una característica distintiva de las ondas electromagnéticas.
- Comportamiento de la luz : La luz se comporta como una onda en muchos aspectos, como la difracción y la interferencia, donde muestra patrones característicos de crestas y valles. Sin embargo, también muestra comportamientos de partícula, como la emisión y absorción de energía en unidades discretas llamadas fotones.
- Ondas de Radio: Longitud de onda desde varios kilómetros hasta unos pocos centímetros. Se utilizan en comunicaciones, como la radio, la televisión.
- Microondas: Longitud de onda Desde unos pocos centímetros hasta milímetros. se emplean en hornos de microondas, comunicaciones satelitales.
- Infrarrojo (IR): Longitud de onda desde unos pocos micrómetros hasta un milímetro. Se usa en aplicaciones como controles remotos, sistemas de visión nocturna.
- Luz Visible: Longitud de onda desde aproximadamente 400 hasta 700 nanómetros. Se utiliza en iluminación, pantallas electrónicas.
- Ultravioleta (UV): Longitud de onda desde aproximadamente 10 hasta 400 nanómetros. Pueden ser dañinos para la piel y los ojos. Se utilizan en la esterilización, la fototerapia.
- Rayos X: Longitud de onda desde aproximadamente 0.01 hasta 10 nanómetros. Tienen una alta energía y penetran la materia. Se utilizan en medicina para la radiografía.
- Rayos Gamma: Longitud de onda de menos de 0.01 nanómetros. Son la forma de radiación electromagnética de mayor energía y se utilizan en la medicina nuclear y la esterilización de alimentos.
- La inducción electromagnética, descubierta por Michael Faraday, nos dice que cuando hay un cambio en el flujo de un campo magnético a través de un circuito conductor, se genera una corriente eléctrica en ese circuito. De manera inversa, un flujo eléctrico variable en un conductor genera un campo magnético en las proximidades de ese conductor, según lo descrito por la ley de Maxwell. Es decir Mover un imán cerca de un alambre producirá electricidad en ese alambre. Por otro lado, cuando la corriente eléctrica cambia en un cable, se produce un campo magnético alrededor del cable.
cuerpo negro
Efecto fotoeléctrico
- Consiste en la emisión de electrones por un material cuando se expone a la luz. Los fotones incidentes transfieren su energía a los electrones del material. La energía cinética de los electrones liberados depende de la energía de los fotones incidentes, según la constante de Planck.
MECÁNICA
cuántica
- La mecánica cuántica es una rama de la física que describe el comportamiento de las partículas a nivel subatómico, como electrones, protones y neutrones, así como también las interacciones entre ellas.
- DUALIDAD ONDA-PARTICULA
- Se refiere al hecho de que las partículas a nivel subatómico , como los electrones, pueden presentar tanto propiedades de particula como de onda.
- Esta dualidad se puede entender mejor a través del concepto de partículas cuánticas, que son partículas que se comportan de acuerdo con las leyes de a mecánica cuántica.
Experimento
Difracción DE ELECTRONES EN UN CRISTAL
- El experimento realizado por Clinton Davisson y Lester Germer en 1927, consistió en hacer incidir un haz de electrones a través de un cristal de níquel y observar cómo se difractaban al pasar por la estructura cristalina, revelando que los electrones exhibían un patrón de interferencia similar al de las ondas, proporcionando así evidencia del comportamiento ondulatorio de las partículas a escala atómica.
Heisenberg
Es decir Ganar exactitud en la determinación de la posición de una partícula, supone perderla en la medición de su momento lineal, y viceversa.
EXPERIMENTOS
Doble Rendija
Es un experimento fundamental en la física cuántica que ilustra la dualidad onda-partícula de las partículas subatómicas.
Este se puede analizar en tres casos distintos: utilizando balas.
empleando ondas y con electrones.
Caso Balas
Cuando se realiza el experimento con balas. se espera un resultado intuitivo y predecible.
Cada bala, al pasar por las rendijas, seguirá una trayectoria directa hacia la pantalla de detección. Por lo tanto, se espera ver dos bandas de impacto en la pantalla, una detrás de cada rendija, coincidiendo con las posiciones previstas en las balas.
Caso Onda
Al utilizar ondas se observa que estas atraviesan las rendijas y se expanden en todas direcciones.
Sin embargo, cuando estas ondas se superponen en la pantalla detrás de las rendijas, se produce un patrón de interferencia.
Esto significa que algunas áreas de la pantalla tendrán una mayor intensidad de onda, mientras que otras tendrán una menor intensidad, creando franjas alternas de luz brillante y oscuridad.
Caso Electrones
El resultado del experimento con electrones es sorprendente, pues a pesar de ser partícula se , los electrones también exhiben un patrón de interferencia similar al de las ondas.
En lugar de ver dos bandas de impacto detrás de las rendijas, como se esperaría para partículas clásicas, se observa el mismo patrón de interferencia que con las ondas.
Ejemplos en el mundo cuántico
VACÍO CUÁNTICO:
En el mundo cuántico, no existe un vacío perfecto debido al principio de incertidumbre, que permite la presencia de partículas que, durante un tiempo mínimo, violan la ley de conservación de la energía.
TEMPERATURA CERO O ENERGÍA CERO:
En la mecánica cuántica, la temperatura o energía cero no pueden alcanzarse, ya que esta situación implica una indeterminación nula, lo cual es incompatible con los principios fundamentales.
EFECTO TÚNEL:
Este fenómeno cuántico permite a las partículas superar barreras de energía potencial que son mayores que su propia energía total, sin necesidad de atravesarlas físicamente.
SUPERPOSICIÓN CUÁNTICA:
La superposición cuántica es un fenómeno en el cual un sistema físico, como un electrón u otro objeto cuántico, puede existir en múltiples estados simultáneamente. Sin embargo, al medirlo, el resultado será aleatorio y específico, lo que significa que el sistema dejará su estado de superposición cuántica. Es importante destacar que una vez que la partícula cuántica abandona su estado de superposición, es imposible conocer los estados iniciales que tenía previamente, debido al teorema de no clonación
ENTRELAZAMIENTOCUÁNTICO:
El entrelazamiento cuántico es un fenómeno característico de la mecánica cuántica en el cual dos o más sistemas físicos, como por ejemplo electrones, están correlacionados y conectados de manera que, a pesar de encontrarse separados por una distancia considerable y no estar físicamente vinculados, al medir las propiedades de uno de los sistemas físicos se pueden conocer instantáneamente las propiedades de los otros sistemas. Albert Einstein denominó a esta acción como "acción fantasmal a distancia".
NTERPRETACIÓN DE COPENHAGUE:
La interpretación de Copenhague es un enfoque para comprender la mecánica
cuántica, desarrollado en 1927 por Bohr, Max Born y Heisenberg. En esta
interpretación, se utiliza la función de onda para representar el estado físico de
un sistema de partículas y estimar la probabilidad de encontrar un electrón en
distintas ubicaciones. Se destaca que no se considera que la partícula tenga
propiedades definidas antes de ser observada, por lo que la función de onda
intenta describir la distribución probabilística de estas propiedades.
Tema 3
M O D E L O
estándar
Es una teoría que clasifica todas las partículas fundamentales, tanto de la materia como de las fuerzas fundamentales, en algunas familias en función de sus propiedades e interacciones. Está divido en dos grandes familias: los bosones y los fermiones
FUERZAS FUNDAMENTALES:
- Consisten en cuatro fuerzas pertenecientes al modelo estándar como mediadoras u objeto de interacción entre las partículas de la materia (fermiones).Las cuáles también tienen sus partículas, que explican su comportamiento como tal, llamadas bosones.
- Las cuáles también tienen sus partículas, que explican su comportamiento como tal, llamadas bosones.
- BOSONES:
- Son las partículas de las fuerzas fundamentales.
- Permiten la interacción entre la materia tanto de largo como de corto alcance.
- Tienen un espín entero.
- Es la fuerza más débil de todas.
- Se
presenta entre dos objetos con masa.
- Es una
fuerza de atracción, proporcional a las masas e inversa a la distancia.
- Es de
largo alcance.
- Es
mucho más evidente a gran escala, como en los cuerpos celestes.
- Gravitones:
es una partícula hipotética relacionada con la acción de esta fuerza.
- Actúa entre partículas cargadas eléctricamente .
- Produce fenómenos como la electricidad, magnetismo, la luz.
- Puede ser de atracción o repulsión.
- Es de mediano alcance.
- Es proporcional a las cargas e inversa a la distancia.
- Su partícula son los fotones.
- Fuerza responsable del cambio de sabor de leptones o quarks (desintegración o decaimiento).
- Desintegración Beta: Un neutrón se transforma en protón, electrón y antineutrino. Un protón se convierte en neutrón, positrón y neutrino.
- Desintegración Beta: Un neutrón se transforma en protón, electrón y antineutrino. Un protón se convierte en neutrón, positrón y neutrino.
- De corto alcance
- Bosones W+, W-,Z.
- Mantiene unidos los protones en los núcleos de los átomos superando la repulsión electromagnética.
- Presente en la unión de quarks.
- De corto alcance.
- libera energía en reacciones nucleares como fusión y fisión.
- Gluones: su nombre proviene de pegamento en inglés.
- Pierde intensidad cuanto más cerca están los quarks.
- Es la segunda gran familia.
- Son todas las partículas que componen los átomos, por lo tanto toda la materia que nos rodea.
- tienen un espín semientero (1/2).
- Se divide en otras familias: los quarks y los leptones.
- No presentan cargas de color.
- No tienen interacción con la fuerza fuerte.
- Pueden verse libres o solos.
- Pueden no tener interacción con ningún otro tipo de materia.
- Cada generación tiene un neutrino respectivo, estas partículas tienen carga y masa casi inexistente.
· Si presentan cargas de color.
· Se relacionan con la fuerza nuclear fuerte para unirse.
· Se han logrado ver al bombardear hadrones en el Gran Acelerador de Hadrones.
· Nunca se ve un quarks solitario .
· Tienen interacción entre ellos formando bariones o mesones.
· Se presentan en 3 generaciones de la menos masiva a la más masiva.
· En cada uno hay dos quarks uno de carga positiva y otro de carga
negativa (+2/3 o -1/3).
Tetraquark
- Es un hadrón doblemente exótico
- fue visto en el Gran Colisionador de Hadrones
- Compuesto por 2 quarks encanto 2 dos desencantados
- Tcc+ ---> es el primero en no tener encanto y anti encanto; presenta dos encanto, un anti up y un anti down
- Presenta una vida muy larga en comparación con otras partículas
Pentaquark
- A diferencia del tetraquark es muy inestable y su vida es demasiado efímera como para un estudio exacto.
- se logró ver en el 2015 en el Gran Colisionador de Hadrones .
- Se cree que está compuesto por la unión de un barion y un mesón, proporcionándole 4 quarks y un antiquark .
- Es muy interesante para la ciencia ya que hace algunos años únicamente existía como teoría.
Bosón de Higgs:
- Pieza central del modelo estándar.
- Hace años se tenía solo como una hipótesis hasta que en el 2012 se vio una leve presencia en el Gran Colisionador de Hadrones.
- Parte del campo de Higgs.
- Explica como las partículas elementales obtienen masa cuando atraviesan el campo de Higgs.
- Es llamada la partícula de Dios, por su capacidad de proporcionar de masa a las partículas fundamentales.
- El Modelo Estándar de la física de partículas es una teoría muy aceptada para describir las partículas elementales y las fuerzas fundamentales que gobiernan el universo. Sin embargo esta teoría no explica algunos aspectos fundamentales del universo, como la gravedad, la materia oscura y la energía oscura.
- El Modelo Estándar no puede abordar la gravedad debido a la falta de una descripción cuántica de esta fuerza, a diferencia de las otras fuerzas fundamentales, además el Modelo Estándar no incluye la materia y energía oscuras porque no hay partículas conocidas en él que puedan representarlas.
- Invisibilidad Característica: La materia oscura no puede ser vista directamente, ya que no emite ni refleja luz. Su existencia se deduce a partir de cómo afecta gravitacionalmente a las galaxias y otras estructuras del cosmos.
- Abundancia de Masa: A pesar de su incapacidad para ser observada, la materia oscura representa aproximadamente el 27% de la densidad total de materia y energía en el universo, superando en cantidad a la materia convencional, como estrellas y planetas.
- Dominio Gravitacional: La materia oscura interactúa principalmente a través de la fuerza de la gravedad, influyendo en la distribución y el movimiento de las galaxias a escalas cósmicas, sin embargo, no se ha observado ninguna interacción electromagnética o nuclear fuerte o débil con otras formas de materia.
- Hipótesis Variadas: Aunque se han propuesto varias teorías sobre su composición, desde partículas exóticas hasta modificaciones de la gravedad, hasta el momento no se ha confirmado experimentalmente ninguna partícula que pueda explicar completamente la materia oscura.
- Desafío Científico Importante: La comprensión de la naturaleza de la materia oscura representa uno de los mayores desafíos en la física contemporánea, lo que impulsa investigaciones en áreas como la astrofísica, la física de partículas y la cosmología, con el propósito de revelar su verdadera esencia y su impacto en la estructura y evolución del universo.
- Comunicación: Los teléfonos móviles utilizan ondas electromagnéticas para transmitir voz, datos y mensajes de texto a larga distancia.
- Internet: Las redes inalámbricas utilizan ondas de radio para transmitir datos, permitiendo la conexión a Internet en dispositivos como computadoras, tabletas y teléfonos inteligentes.
- Televisión y radio: Las señales se transmiten a través de ondas electromagnéticas, permitiendo la difusión de programas de entretenimiento, noticias y eventos en tiempo real.
- Resonancia magnética: Utilizan campos magnéticos y ondas de radio para producir imágenes detalladas del interior del cuerpo humano, facilita el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
- Radares de seguridad: Utilizan ondas electromagnéticas para detectar la velocidad de los vehículos en carretera, ayudando a hacer cumplir las leyes de tráfico y prevenir accidentes.
- Robótica industrial: Robots que realizan tareas repetitivas y peligrosas en entornos industriales, aumentando la productividad y la seguridad en las fábricas.
- Automatización en la agricultura: Equipos mecatrónicos como los tractores autónomos y los sistemas de riego automatizados mejoran la eficiencia en la producción agrícola.
- Asistentes virtuales: Dispositivos como Amazon Echo y Google Home utilizan tecnología mecatrónica para proporcionar asistencia en el hogar, controlar dispositivos inteligentes y responder preguntas.
- Prótesis biónicas: Prótesis avanzadas que utilizan tecnología mecatrónica para restaurar la movilidad y la funcionalidad en personas con discapacidades.
- Electromagnetismo: Ha impulsado la comunicación instantánea y la atención médica avanzada, así como la generación de energía limpia, pero ha generado preocupaciones por la contaminación electromagnética y la dependencia tecnológica.
- Mecánica Cuántica: Base de la electrónica moderna y permite el desarrollo de dispositivos más pequeños y eficientes, pero enfrenta desafíos tecnológicos y preocupaciones sobre seguridad y privacidad.
- Nanotecnología: Ofrece materiales más fuertes, livianos y resistentes, así como dispositivos más precisos y pequeños, pero sus aplicaciones plantean preocupaciones sobre impactos ambientales y la salud y seguridad humanas.
