Fundamentos Esenciales de Física: Cuántica, Relatividad y Estructura Atómica

Estabilidad del Núcleo Atómico

Las fuerzas nucleares son atractivas, de gran intensidad y de muy corto alcance. No dependen de la carga eléctrica. Ligan a los protones y neutrones entre sí, así como entre protones y neutrones.

Principios de la Relatividad Especial

Dilatación del Tiempo

La dilatación del tiempo (Δt = γΔt') implica que el tiempo transcurre más lentamente para un observador O' que se mueve junto con una nave, en comparación con un observador O en reposo.

Contracción de la Longitud

La contracción de la longitud establece que la longitud de un objeto, medida desde un sistema de referencia respecto al cual el objeto se mueve, resulta contraída en un factor de 1/γ en la dirección del movimiento, en relación con su valor propio.

El Modelo Atómico de Bohr

1. Existen órbitas permitidas en las que el electrón se mueve con celeridad constante y no emite ningún tipo de radiación.
2. Las órbitas permitidas son las únicas en las que puede moverse el electrón. Estas órbitas están cuantizadas. El momento angular se calcula mediante la fórmula: L = nħ (donde ħ = h/2π).
3. El electrón solo puede pasar de unas órbitas permitidas a otras absorbiendo o emitiendo fotones.

Principio de De Broglie y Dualidad Onda-Partícula

Una partícula de masa m y velocidad v tendrá una onda asociada de longitud de onda λ (lambda), dada por la relación: λ = h/p (donde h es la constante de Planck y p es el momento lineal). Del mismo modo que los fotones se comportan como partículas o como ondas, los electrones también exhiben este comportamiento dual.

Davisson y Germer realizaron experimentos de difracción de electrones, mediante los cuales se descubrió que los electrones impactan en zonas con cierta probabilidad y en otras no lo hacen, confirmando su naturaleza ondulatoria.

Principio de Incertidumbre de Heisenberg

El producto de las indeterminaciones de medida de la posición (Δx) y del momento lineal (Δp) es igual o mayor que la constante de Planck (h) dividida por dos pi (2π) (ΔxΔp ≥ ħ/2). De este modo, cuanto mayor sea la precisión en la medida de la posición, mayor será la imprecisión del momento lineal, y viceversa.

Relatividad de Galileo y Principios de Newton

Las leyes de la mecánica son las mismas en todos los sistemas inerciales.

Transformaciones Galileanas

Las transformaciones galileanas de las coordenadas de posición entre dos sistemas con movimiento relativo uniforme son:

• x' = x - vt
• y' = y
• z' = z

Esto se cumple siempre que supongamos que t' = t (el tiempo es absoluto).

Invariantes y Variantes en la Relatividad Galileana

• La distancia entre dos puntos es invariable.
• La velocidad es variable al pasar de un sistema de referencia inercial a otro.
• La aceleración es invariable en los sistemas de referencia inerciales.

Las leyes básicas de la naturaleza son las mismas para observadores que se encuentran en un sistema de referencia inercial. Es imposible conocer si un sistema de referencia está en reposo absoluto o se mueve con movimiento rectilíneo uniforme (MRU).