¿Podemos enseñar la teoría de la relatividad en las escuelas medias?

1. ¿Podemos enseñar la teoría de la relatividad en las escuelas medias? • por F.D. Mazzitelli, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, UBA • 1. ¿Por qué enseñarla? • 2. ¿Qué enseñar? ¿Cómo hacerlo? • 3. ¿Qué necesitan saber los docentes? • ¿Por qué enseñarla? • Motivos: • Trascendencia de la teoría más allá de la física. • Motivadora para los alumnos. • Cambió los conceptos básicos de la física, ¡¡hace 100 años!! • Ejemplo del método científico y del carácter de las leyes naturales. • Todos los especialistas coinciden en la necesidad de enseñarla en ese nivel (CBC del Polimodal, PSSC, etcétera).

2. 2. ¿Qué enseñar? ¿Cómo hacerlo? • RELATIVIDAD ESPECIAL • Postulados • Cinemática relativista: dilatación del tiempo, contracción de longitudes, relatividad de la simultaneidad. Confirmaciones experimentales. • La nueva ley de fuerzas. El MRUV relativista. La dependencia de la inercia con la velocidad. ¿Equivalencia masa-energía?Confirmaciones experimentales. • b) RELATIVIDAD GENERAL • Incompatibilidad de la ley de gravitación universal. • El principio de equivalencia. • La gravedad afecta el paso del tiempo. Experimentos en aviones y cohetes, GPS. • Deflexión de la luz . Lentes gravitacionales yagujeros negros (cualitativo).

3. El principio de relatividad Ningún experimento puede detectar el mru El principio de invariancia de la velocidad de la luz La velocidad de la luz en vacío es independiente de la velocidad del emisor y de la velocidad del receptor. En vacío es c = 299 972,458 km/seg ¡La velocidad de la luz es “absoluta”!

4. v v v (b) Deducción de la dilatación temporal La simultaneidad es relativa

5. Dinámica de Newton Dinámica relativista

6. Bucherer 1909 MRUV relativista Resultado clásico Resultado relativista: nunca llega a lavelocidad de la luz, ya que la inercia aumenta

7. Principio de equivalencia Es posible “anular” un campo gravitatorio uniforme moviéndose con aceleración constante. Es decir: ninguna ley física permite diferenciar entre el movimiento uniformemente acelerado (MRUV) y un campo gravitatorio uniforme. SI EL CAMPO GRAVITATORIO NO ES UNIFORME, SÓLO ES POSIBLE ANULARLO “LOCALMENTE” Aceleración hacia arriba = campo gravitatorio hacia abajo

8. g Aceleración hacia arriba = campo gravitatorio hacia abajo

9. Efecto Doppler y corrimiento al rojo gravitacional emite pulsos cada T seg h aceleración a los pulsos llegan distanciados por un tiempo menor t

10. 3. ¿Qué necesitan saber los docentes? • El experimento de Michelson Morley • Los postulados de la relatividad especial • Cinemática relativista • - deducción de las transformaciones de Lorentz • - consecuencias: dilatación del tiempo y contracción de longitudes • - adición relativista de velocidades • Dinámica relativista • - la conservación de la cantidad de movimiento • - la nueva ley de fuerzas • - trayectoria de una partícula cargada en campos eléctricos y magnéticos uniformes • - equivalencia masa-energía • El principio de equivalencia • - la deflexión de la luz • - deducción del corrimiento al rojo gravitacional

11. Bibliografía para el docente Muchos libros universitarios de física general contienen capítulos dedicados a la teoría especial de la relatividad. Por ejemplo: R. Resnick, D. Halliday y K. Krane, Física, volumen 1, CECSA. C. Kittel, W. Knight y M. Rudelman, Mecánica, Berkeley Phys. Course Volumen 1, Reverté. Un libro muy claro, completamente dedicado a la relatividad especial, y con un apéndice sobre relatividad general es R. Resnick, Introducción a la teoría especial de la relatividad, LIMUSA.