Conceptos Esenciales de Física Moderna: Relatividad, Cuántica y Nuclear

Física Relativista

Postulados de Einstein

• 1. Las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales.
• 2. La velocidad de la luz es la misma en todos los sistemas de referencia inerciales, cualquiera que sea la velocidad de la fuente.

Transformaciones de Lorentz

Fórmulas clave:

• β = v/c
• γ = 1/√(1-β²)

De estas transformaciones se interpreta que:

• 1. El tiempo que mide cada observador es diferente.
• 2. No es posible superar la velocidad de la luz.
• 3. Las transformaciones de Lorentz se reducen a las de Galileo en el límite de velocidades pequeñas respecto a la de la luz.

Consecuencias de las Transformaciones de Lorentz

• 1. Dilatación del tiempo: El tiempo entre dos sucesos que ocurren en el mismo lugar en un sistema de referencia se denomina tiempo propio. Δt = γ Δt'
• 2. Contracción de la longitud: L' = γ·L. L' es la longitud propia (es la longitud de dicho objeto medida en el sistema de referencia en el sistema de referencia en el cual el objeto se encuentra en reposo).
• 3. Aumento de la masa relativista: m = γ·m₀
• 4. Energía cinética relativista: E_c = (m-m₀) · c²

Física Cuántica

Fórmulas fundamentales:

• E_fotón = h · f = h·c/λ
• P = E_total/t
• Nº_fotones = E_total/E_fotón
• E_fotón = E_c,max + W_extracción
• E_fotón = 1/2 m·v² + W_e
• E_c,max = q_e· V_fr
• I = P/S = P/4πR²

Espectros Atómicos

• Espectros de Emisión: Los elementos emiten energía en forma de radiación electromagnética, pero únicamente de algunas frecuencias determinadas.
• Espectros de Absorción: Los elementos absorben algunas frecuencias específicas al ser iluminados con radiación electromagnética.

Hipótesis de De Broglie

• E = h·f
• λ = h/p = h/mv

Física Nuclear

Fórmulas clave:

• N = N₀·e^-λ·t
• A = λ·N
• T_1/2 = ln 2/ λ
• ΔE = Δm·c²
• Vida Media: 1/λ

Radiactividad

Es la propiedad que presentan determinadas sustancias de emitir radiaciones capaces de penetrar en cuerpos opacos, ionizar el aire, etc.

• Radiactividad Natural: Es la radiactividad que existe en la naturaleza.
• Radiactividad Artificial: Es un tipo de radiactividad que surge de un isótopo que producimos previamente en el laboratorio mediante una reacción nuclear.

Tipos de Radiación

• Radiación Alfa (α): Núcleos de helio ⁴₂He. Tienen un poder de penetración pequeño, son detenidas por una lámina de cartón o unos pocos cm de aire.
• Radiaciones Beta (β): Electrones ⁰_-1e. Tienen mayor poder de penetración. Se frenan por unos metros de aire o una lámina de aluminio.
• Radiación Gamma (γ): Radiaciones electromagnéticas de alta frecuencia. Solo se frenan con planchas de plomo y muros gruesos de hormigón.