Relatividad Albert Einstein " E=mc2"

Albert Einstein Albert Einstein nació en la ciudad bávara de Ulm el 14 de marzo de 1879. Fue el hijo primogénito de Hermann Einstein y de Pauline Koch, judíos ambos, Al siguiente año se trasladaron a Munich, en donde el padre se estableció, junto con su hermano Jakob, como comerciante en las novedades electrotécnicas de la época. En 1894, las dificultades económicas hicieron que la familia se trasladara a Milán; Einstein permaneció en Munich para terminar sus estudios secundarios, reuniéndose con sus padres al año siguiente. En el otoño de 1896 inició sus estudios superiores en la Eidgenossische Technische Hochschule de Zúrich, en donde fue alumno del matemático Hermann Minkowski, quien posteriormente generalizó el formalismo cuatridimensional introducido por las teorías de su antiguo alumno. El 23 de junio de 1902, Albert Einstein empezó a prestar sus servicios en la Oficina Confederal de la Propiedad Intelectual de Berna, donde trabajó hasta 1909. Uno de los grandes descubrimientos de Einstein fue entender que la materia y la energía son formas distintas de la misma cosa. La materia se puede transformar en energía, y la energía en materia. Teoría de la relatividad Según las leyes del movimiento establecidas por primera vez con detalle por Isaac Newton hacia 1680-89, dos o más movimientos se suman de acuerdo con las reglas de la aritmética elemental. Supongamos que un tren pasa a nuestro lado a 20 kilómetros por hora y que un niño tira desde el tren una pelota a 20 kilómetros por hora en la dirección del movimiento del tren. Para el niño, que se mueve junto con el tren, la pelota se mueve a 20 kilómetros por hora. Pero para nosotros, el movimiento del tren y el de la pelota se suman, de modo que la pelota se moverá a la velocidad de 40 kilómetros por hora. Como veis, no se puede hablar de la velocidad de la pelota a secas. Lo que cuenta es su velocidad con respecto a un observador particular. Cualquier teoría del movimiento que intente explicar la manera en que las velocidades (y fenómenos afines) parecen variar de un observador a otro sería una «teoría de la relatividad». La teoría de la relatividad de Einstein Cómo se rigen estas transformaciones se clarificó mucho más adelante cuando Albert Einstein, hacia el 1905, publicó la Teoría de la relatividad especial, donde por fin relacionó la energía con la propia masa mediante su famosa ecuación E=mc2. link: https://www.youtube.com/watch?v=HZ6KDRlyWTw La teoría de la relatividad de Einstein nació del siguiente hecho. Lo que funciona para pelotas tiradas desde un tren no funciona para la luz. En principio podría hacerse que la luz se propagara, o bien a favor del movimiento terrestre, o bien en contra de él. En el primer caso parecería viajar más rápido que en el segundo (de la misma manera que un avión viaja más aprisa, en relación con el suelo, cuando lleva viento de cola que cuando lo lleva de cara). Sin embargo, medidas muy cuidadosas demostraron que la velocidad de la luz nunca variaba, fuese cual fuese la naturaleza del movimiento de la fuente que emitía la luz. Einstein dijo entonces: supongamos que cuando se mide la velocidad de la luz en el vacío, siempre resulta el mismo valor (unos 299.793 kilómetros por segundo), en cualesquiera circunstancias. ¿Cómo podemos disponer las leyes del universo para explicar esto? Einstein encontró que para explicar la constancia de la velocidad de la luz había que aceptar una serie de fenómenos inesperados. Halló que los objetos tenían que acortarse en la dirección del movimiento, tanto más cuanto mayor fuese su velocidad, hasta llegar finalmente a una longitud nula en el límite de la velocidad de la luz; que la masa de los objetos en movimiento tenía que aumentar con la velocidad, hasta hacerse infinita en el límite de la velocidad de la luz; que el paso del tiempo en un objeto en movimiento era cada vez más lento a medida que aumentaba la velocidad, hasta llegar a pararse en dicho límite; que la masa era equivalente a una cierta cantidad de energía y viceversa. Todo esto lo elaboró en 1905 en la forma de la «teoría especial de la relatividad», que se ocupaba de cuerpos con velocidad constante. En 1915 extrajo consecuencias aún más sutiles para objetos con velocidad variable, incluyendo una descripción del comportamiento de los efectos gravitatorios. Era la «teoría general de la relatividad». Los cambios predichos por Einstein sólo son notables a grandes velocidades. Tales velocidades han sido observadas entre las partículas subatómicas, viéndose que los cambios predichos por Einstein se daban realmente, y con gran exactitud. Es más, sí la teoría de la relatividad de Einstein fuese incorrecta, los aceleradores de partículas no podrían funcionar, las bombas atómicas no explotarían y habría ciertas observaciones astronómicas imposibles de hacer. Pero a las velocidades corrientes, los cambios predichos son tan pequeños que pueden ignorarse. En estas circunstancias rige la aritmética elemental de las leyes de Newton; y como estamos acostumbrados al funcionamiento de estas leyes, nos parecen ya de «sentido común», mientras que la ley de Einstein se nos antoja «extraña». La constancia de la velocidad de la luz. La velocidad de la luz en el vacío tiene el mismo valor c= 3 x 108 m/s, en todos los marcos inerciales, independientemente de la velocidad del observador o de la velocidad de la fuente que emite la luz. La invariabilidad de las leyes de la física se fundamenta en el primer postulado de Einstein. En el sostiene que todas las leyes de la física, aquellas de la mecánica, la electricidad y el magnetismo, la óptica, la termodinámica, etc., son las mismas en todos los marcos de referencia que se mueven con velocidad constante relativa entre sí, es decir, presentan una invariabilidad pero tomando el marco de referencia adecuado. Este postulado es una extensa generalización del principio de la relatividad newtoniana que solo se refiere a las leyes de la mecánica. Desde un punto de vista experimental, el principio de la relatividad de Einstein a que cualquier tipo de experimento, efectuado en un laboratorio en reposo, debe dar el mismo resultado que uno que se mueve a velocidad constante respecto del primero. Por lo tanto, no existe un marco de referencia privilegiado y es imposible detectar movimiento absoluto, ni reposo absoluto. Por ejemplo, considera un átomo simple del hidrógeno, integrado básicamente por un solo protón. Esta partícula subatómica tiene una masa de0.000 000 000 000 000 000 000 000 001 672 kilogramos. Esta es una masa minúscula. ¡Pero en cantidades normales de materia hay muchos átomos! Por ejemplo, en un kilogramo de agua pura, la masa de los átomos del hidrógeno asciende apenas a unos 111 gramos, o a 0.111 kilogramos. La fórmula de Einstein nos dice la cantidad equivalente de energía de esta masa si se convirtiera repentinamente en energía. Para encontrar la energía, multiplica la masa por el cuadrado de la velocidad de la luz, este número que es 300.000.000 metros por el segundo (un número muy grande): E=mc²= 0.111 x 300.000.000 x 300.000.000= 10.000.000.000.000.000 julios ¡Ésta es una cantidad increíble de energía! Un julio no es una unidad grande de la energía… Un julio es la energía que se disipa cuando tiras un libro de texto al suelo. ¡Pero la cantidad de energía en 30 gramos de átomos del hidrógeno es equivalente a cientos de miles de litros de gasolina ardiendo! Si consideras toda la energía de un kilogramo de agua, que también contiene los átomos de oxígeno, el equivalente en energía total está cerca de 10 millones de galones de gasolina!¿Puede realmente liberarse toda esta energía ? ¿Ha existido siempre? La única manera para que TODA esta energía sea liberada para un kilogramo de agua es destruirlo completamente. Este proceso implica la destrucción completa de la materia, y ocurre solamente cuando esa materia se enfrenta a una cantidad igual de antimateria, una sustancia integrada por “masa negativa”. La antimateria existe; es observable como partículas subatómicas en descomposición radiactiva, y se ha creado en el laboratorio. Pero es algo que dura poco (!), puesto que se destruye una cantidad igual de materia ordinaria tan pronto como la encuentra. Por esta razón, todavía no se ha hecho en cantidades normales, así que nuestro kilogramo de agua no se puede convertir en energía mezclándola con el “antigua”. Por lo menos, no todavía. - Otro fenómeno peculiar de las partículas elementales pequeñas como los protones es que se combinan. Un solo protón forma el núcleo de un átomo del hidrógeno. Dos protones se encuentran en el núcleo de un átomo del helio. Así es cómo los elementos se forman, hasta llegar a la sustancia natural más pesada, el uranio, que tiene 92 protones en su núcleo. Es posible conseguir que dos protones libres (núcleos del hidrógeno) se conviertan en el núcleo del helio. Para ello hay que lanzar los dos protones uno contra otro a una gran velocidad. Este proceso ocurre en el sol, pero también se puede conseguir en la tierra con los láser, imanes, o en el centro de una bomba atómica. El proceso se llama fusión nuclear. Lo interesante es que cuando los dos protones se fuerzan para combinar, no necesitan tanta energía (o masa). ¡Dos protones unidos tienen menos masa que dos protones separados! Cuando los protones se unen, se desprende energía. Normalmente asciende a cerca del 7% de la masa total, una cantidad de energía calculable con la fórmula E=mc². El uranio, por ejemplo, es radiactivo. Cada segundo, muchos átomos en un pedazo de uranio está liberándose al exterior. Cuando sucede esto, los pedazos, que ahora son nuevos elementos (con pocos protones) son MENOS masivos en total que los átomos de uranio originales. ¡La masa adicional desaparece como energía, otra vez se puede calcualr con la fórmula! Este proceso se llama fisión nuclear. Ambas reacciones nucleares transforman una porción pequeña de su masa en energía. ¡Cantidades grandes de energía! Esta energía es la que producimos. La fusión nuclear es la que activa una cabeza nuclear moderna. La fisión nuclear(menos desarrollada) es la que sucede en una bomba atómica (como las utilizadas en Japón en la IIGM), o en una planta de energía atómica. link: https://www.youtube.com/watch?v=WejaFvqCTnk En 1919 Sir Arthur Eddington, un astrónomo inglés, demostró durante un eclipse solar cómo la ecuacion de Einstein predijo con gran exactitud cómo se curvan los rayos luminosos al pasar por el sol, debido a su influencia gravitacional. Y con esto, comprobó también que Einstein fue uno de los más grandes científicos que tuvo la humanidad. Bomba Atomica Albert Einstein entendía hasta donde se podía llegar con el desarrollo de esta fórmula. Aunque él era pacífico por naturaleza y por la política, ayudó a escribir una carta al presidente de los Estados Unidos, impulsándole a financiar la investigación en el desarrollo de una bomba atómica antes de que los Nazis o Japón desarrollaran primero una. El resultado fue el proyecto de Manhattan, que produjo la primera evidencia tangible de la bomba atómica. En Agosto 6 de 1945, se dejo caer sobre la ciudad Japonesa de Hiroshima la bomba atómica bautizada como “Little Boy” ( niño pequeño ). Esta bomba era del tipo de cañón, en la que la masa critica de material fisionable ( material cuyos núcleos atómicos pueden ser partidos ) se obtiene cuando un proyectil de Uranio que es sub-critico es lanzado a través del barril de un cañón a un objetivo de Uranio que también es sub-critico. La masa de Uranio resultante compuesta del proyectil y el objetivo se vuelve critica y comienza la reacción en cadena. link: https://www.youtube.com/watch?v=aMO9QMi8bMk Little Boy pesaba en total 9,700 libras ( 4,409 Kg ), media 10 pies de largo ( 3m ) con un diámetro de 28” ( 71.1 cm ), su combustible era Uranio U235 altamente enriquecido. El proyectil era de 55 lb ( 25 Kg ) y el objetivo de 85 lb ( 38.6 Kg ) para un total de 140 lb ( 63.6 Kg ) fisionables. Las componentes de Little Boy fueron llevadas en el Crucero USS Indianápolis a la isla Tinian del Pacifico, donde fue ensamblada. La eficiencia de Little Boy fue sumamente baja, solo aproximadamente el 1.38% del Uranio combustible fue fisionado. La energía liberada por esta bomba, de acuerdo con la ecuación de Einstein fue de : E = mc 2 m = 0.0138 x 63.6 Kg = 0.87768 Kg c 2 = 9 x 10 16 m 2 seg -2 E = 0.87768 x 9 x 10 16 Joules = 7.9 x 10 16 Joules E ˜ 8 x 10 16 Joules La reacción en cadena que desato esta enorme energía sucedió en un tiempo aproximado de 100 milésimas de segundo: t = 100 x 10 -3 seg = 10 -1 seg Y la potencia de esta bomba fue: P = E = 7.9 x 10 16 watts t 10 -1 P = 7.9 x 10 17 W = 7.9 x 10 14 KW = 7.9 x 10 11 MW P ˜ 8 x 10 11 MW ˜ 800,000,000,000 MW Una ciudad occidental moderna de un millón de habitantes requiere de aproximadamente 400,000 KW de potencia eléctrica para sus necesidades normales. Little Boy desató en fracción de segundos sobre los habitantes de Hiroshima 2,000,000,000 veces mas potencia que la que consume normalmente una gran ciudad en una hora. Esta potencia en forma de energía radiante es equivalente a 15,000 toneladas del explosivo TNT ( dinamita. Se estima que unas 60,000 personas murieron instantáneamente en Hiroshima y unas 100,000 murieron después a consecuencia de las radiaciones. Solo unos cuantos edificios de la ciudad quedaron en pie. Como aun después de esto Japón se rehusó a firmar una rendición incondicional, 3 días después los Estados Unidos de América dejaron caer sobre Nagasaki una bomba más eficiente y más potente llamada “Fatman” ( hombre gordo ), con una fuerza explosiva de 21,000 toneladas de TNT. La 2 a Guerra Mundial llegaba a su fin El esfuerzo de Einstein lo situó inmediatamente entre los más eminentes de los físicos europeos, pero el reconocimiento público del verdadero alcance de sus teorías tardó en llegar; el Premio Nobel de Física, que recibió en 1921, le fue concedido exclusivamente «por sus trabajos sobre el movimiento browniano y su interpretación del efecto fotoeléctrico». En 1909 inició su carrera de docente universitario en Zúrich, pasando luego a Praga y regresando de nuevo a Zúrich en 1912 para ser profesor del Politécnico, en donde había realizado sus estudios. Bibliografia - http://www.biografiasyvidas.com/monografia/einstein/ - http://www.astromia.com/astronomia/teorelatividad.htm - http://curiosidades.batanga.com/4422/explicacion-de-la-teoria-de-la-relatividad-general-de-einstein - https://www.youtube.com/watch?v=HZ6KDRlyWTw - http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/50/html/sec_4.html - http://www.iac.es/cosmoeduca/gravedad/temas/g1general.htm