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Tema 29
Limitaciones de la Física Clásica. Mecánica Relativista. Postulados de la relatividad especial.
Algunas implicaciones de la Física Relativista.
Índice
I. Introducción .......................................................................................................................... 2
II. Desarrollo .............................................................................................................................. 2
1. Limitaciones de la Física Clásica ........................................................................................ 2
2. Mecánica Relativista.......................................................................................................... 4
2.1. Equivalencia Masa-Energía. Variación de la Inercia con la velocidad ....................... 6
2.2. Formulación Relativista de las ecuaciones del movimiento ..................................... 7
3. Postulados de la Relatividad especial ............................................................................... 8
3.1. Sucesos intervalos y transformaciones de Lorentz ................................................... 8
3.2. Consecuencias de los postulados de la relatividad: Cinemática Relativista ........... 10
3.2.1. Contracción de longitudes............................................................................... 11
3.2.2. Dilatación Temporal ........................................................................................ 11
3.2.3. Suma relativista de velocidades ...................................................................... 12
4. Implicaciones de la Física Relativista ............................................................................... 13
III. Conclusión ....................................................................................................................... 13
, I. Introducción
La mecánica newtoniana y la teoría electromagnética de Maxwell son la base de la Física Clásica.
Sin embargo, ambas presentan limitaciones ya que, por ejemplo, en ella se supone una velocidad
infinita que podrían alcanzar todos los cuerpos. Por ello, la Teoría de la Relatividad impone una
velocidad límite, solo alcanzada por la luz.
El padre y precursor de la Teoría de la Relatividad especial es Albert Einstein, figura sin la cual
no se entendería esta teoría del mismo modo. Gracias a su implicación y aportaciones, se pudo
unificar la Física Clásica y la Física Relativista, puesto que, a velocidades pequeñas, las
expresiones demostradas por Einstein se pueden usar en la Física Clásica.
En el siguiente tema, se va a hacer un estudio de las limitaciones de la Física Clásica, así de cómo
aparece para quedarse la Teoría de la relatividad especial. Dadas las limitaciones, habrá que
realizar algunas modificaciones a la Física Clásica para acomodar ambas en un espacio de
convivencia necesario para comprender mejor el funcionamiento del universo.
II. Desarrollo
1. Limitaciones de la Física Clásica
La mecánica Newtoniana y la teoría electromagnética de Maxwell presentan limitaciones
cuando se consideran movimientos cuyas velocidades son comparables con la velocidad de la
luz en el vacío (denotada por c). Estas limitaciones fueron superadas por la teoría especial de la
relatividad, desarrollada por el físico alemán Albert Einstein en 1905.
La Mecánica Newtoniana da por supuestos los conceptos de espacio y tiempo absolutos. Este
último transcurre uniformemente y de la misma manera para todo cuerpo del universo, con lo
que en un principio es posible hablar de simultaneidad absoluta, es decir, de sucesos que
ocurren en el mismo tiempo, aunque estén espacialmente muy alejados o sometidos a un
movimiento arbitrario.
Tampoco existe una velocidad límite de propagación de las interacciones o del movimiento de
una partícula material. Obsérvese la ecuación fundamental de la Dinámica:
𝑑2 𝑥
𝐹 =𝑚∙𝑎 =𝑚∙
𝑑𝑡 2
Si 𝐹 = 𝑐𝑡𝑒:
𝐹
𝑣(𝑡) = 𝑣0 + ∙𝑡
𝑚
1 𝐹 2
𝑥 (𝑡) = 𝑥0 + 𝑣0 ∙ 𝑡 + ∙ ∙𝑡
2 𝑚
Con lo que la velocidad terminaría por superar cualquier velocidad finita.
Por último, las ecuaciones newtonianas, en especial la primera, son invariantes bajo las
transformaciones llamadas de Galileo, y que representan sistemas de referencia que se
Tema 29
Limitaciones de la Física Clásica. Mecánica Relativista. Postulados de la relatividad especial.
Algunas implicaciones de la Física Relativista.
Índice
I. Introducción .......................................................................................................................... 2
II. Desarrollo .............................................................................................................................. 2
1. Limitaciones de la Física Clásica ........................................................................................ 2
2. Mecánica Relativista.......................................................................................................... 4
2.1. Equivalencia Masa-Energía. Variación de la Inercia con la velocidad ....................... 6
2.2. Formulación Relativista de las ecuaciones del movimiento ..................................... 7
3. Postulados de la Relatividad especial ............................................................................... 8
3.1. Sucesos intervalos y transformaciones de Lorentz ................................................... 8
3.2. Consecuencias de los postulados de la relatividad: Cinemática Relativista ........... 10
3.2.1. Contracción de longitudes............................................................................... 11
3.2.2. Dilatación Temporal ........................................................................................ 11
3.2.3. Suma relativista de velocidades ...................................................................... 12
4. Implicaciones de la Física Relativista ............................................................................... 13
III. Conclusión ....................................................................................................................... 13
, I. Introducción
La mecánica newtoniana y la teoría electromagnética de Maxwell son la base de la Física Clásica.
Sin embargo, ambas presentan limitaciones ya que, por ejemplo, en ella se supone una velocidad
infinita que podrían alcanzar todos los cuerpos. Por ello, la Teoría de la Relatividad impone una
velocidad límite, solo alcanzada por la luz.
El padre y precursor de la Teoría de la Relatividad especial es Albert Einstein, figura sin la cual
no se entendería esta teoría del mismo modo. Gracias a su implicación y aportaciones, se pudo
unificar la Física Clásica y la Física Relativista, puesto que, a velocidades pequeñas, las
expresiones demostradas por Einstein se pueden usar en la Física Clásica.
En el siguiente tema, se va a hacer un estudio de las limitaciones de la Física Clásica, así de cómo
aparece para quedarse la Teoría de la relatividad especial. Dadas las limitaciones, habrá que
realizar algunas modificaciones a la Física Clásica para acomodar ambas en un espacio de
convivencia necesario para comprender mejor el funcionamiento del universo.
II. Desarrollo
1. Limitaciones de la Física Clásica
La mecánica Newtoniana y la teoría electromagnética de Maxwell presentan limitaciones
cuando se consideran movimientos cuyas velocidades son comparables con la velocidad de la
luz en el vacío (denotada por c). Estas limitaciones fueron superadas por la teoría especial de la
relatividad, desarrollada por el físico alemán Albert Einstein en 1905.
La Mecánica Newtoniana da por supuestos los conceptos de espacio y tiempo absolutos. Este
último transcurre uniformemente y de la misma manera para todo cuerpo del universo, con lo
que en un principio es posible hablar de simultaneidad absoluta, es decir, de sucesos que
ocurren en el mismo tiempo, aunque estén espacialmente muy alejados o sometidos a un
movimiento arbitrario.
Tampoco existe una velocidad límite de propagación de las interacciones o del movimiento de
una partícula material. Obsérvese la ecuación fundamental de la Dinámica:
𝑑2 𝑥
𝐹 =𝑚∙𝑎 =𝑚∙
𝑑𝑡 2
Si 𝐹 = 𝑐𝑡𝑒:
𝐹
𝑣(𝑡) = 𝑣0 + ∙𝑡
𝑚
1 𝐹 2
𝑥 (𝑡) = 𝑥0 + 𝑣0 ∙ 𝑡 + ∙ ∙𝑡
2 𝑚
Con lo que la velocidad terminaría por superar cualquier velocidad finita.
Por último, las ecuaciones newtonianas, en especial la primera, son invariantes bajo las
transformaciones llamadas de Galileo, y que representan sistemas de referencia que se
