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I.
Introdución
II.
La carga eléctrica
III. El campo eléctrico
IV. El potencial eléctrico
V.
La ley de Gauss
VI. La capacitancia y la corriente eléctrica
VII. Los campos eléctricos en la materia
VIII. El campo magnético
IX. Los campos magnéticos en la materia
X.
La ley de Ampere
XI. La inducción y la inductancia
XII. Las ecuaciones de Maxwell
XIII. Las ondas electromagnéticas
La ÓPTICA es la rama de la Física
que estudia el comportamiento y las
propiedades de la luz, incluyendo sus
interacciones con la materia y la
construcción de instrumentos que la
usan o la detectan.
Wikipedia
•La longitud de la onda (ó la
frecuencia) determina el color de la
luz
•La amplitud de la onda es la
intensidad de la luz
•La dirección de oscilación de los
campos determina la polarización
La luz está caracterizada
por una frecuencia y una
longitud de onda,
que determinan su color:
  c
La luz está caracterizada por una
frecuencia y una longitud de onda,
que determinan su color:   c
•La luz visible va de 0.4 a 0.7 micras
Por ejemplo, el color verde corresponde
a una longitud de onda de 0.4680 micras
y una frecuencia de 6.14x1014 Hertz
La luz está caracterizada por una frecuencia y una
longitud de onda, que determinan su color:   c
•El radio AM va de 153 KHz a 26.1 MHz.
De 1960 metros a 11.5 metros.
•El radio FM va de 87.5 MHz a 108.0 MHz.
De 3.43 metros a 2.78 metros.
•La Tele va de 7 MHz a 1002 MHz.
De 42.8 metros a 0.3 metros.
•Luz visible
•Infrarrojo
•Ultravioleta
•Rayos X
•Rayos Gama
•Microondas
•Ondas de radio
La luz es una onda
electromagnética
Todo cuadraba perfectamente.
La teoría electromagnética era
capaz de explicar las leyes de la
óptica: La reflexión, la refracción,
la interferencia, la difracción, etc.
•La reflexión. Las dos teorías
•La refracción. Las dos teorías
•La doble refracción. Las dos teorías
•La interferencia. Sólo la ondulatoria
•La difracción. Sólo la ondulatoria
•La luz es una onda electromagnética
Una onda es una perturbación
de alguna propiedad de un
medio, la cual se propaga a
través del espacio
transportando energía.
Todas las ondas mecánicas requieren de:
(1) Alguna fuente de perturbación
(2) Un medio que pueda ser perturbado
(3) Algún mecanismo físico a través del
cual los elementos del medio pueden
influir entre ellos.
En el éter…
La luz era una onda electromagnética
que se propagaba en el éter, que a su
vez llenaba todo el espacio.
Todo cuadraba perfectamente:
La teoría electromagnética era capaz
de explicar las leyes de la óptica: La
reflexión, la refracción, la interferencia,
la difracción, etc.
La luz era una onda electromagnética
que se propagaba en el éter.
Heinrich Hertz
“I do not think that the wireless waves
I have discovered will have any
practical application”
Heinrich Hertz
“I do not think that the wireless waves
I have discovered will have any
practical application”
Alexander
Stepanovich
Popov
Guglielmo
Marconi
Nikola
Tesla
Hacía 1888 Hertz había construido
aparatos para generar y detectar ondas
electromagnéticas (ondas VHF y UHF).
Explicó la reflexión, la refracción, la
polarización, la interferencia y la
velocidad de las ondas
electromagnéticas.
La luz es una onda
electromagnética
que se propaga en
el éter.
• Mecánica
• Electromagnetismo
• Óptica
• Termodinámica
• Teoría cinética de los gases
Sir Isaac Newton
Philosophiae Naturalis Principia Mathematica
1687
•Todo cuerpo mantiene su estado de reposo o de
movimiento rectilíneo uniforme a menos que sea
obligado a cambiar ese estado por fuerzas que se
le apliquen.
•La fuerza que actúa sobre un cuerpo es
directamente proporcional al producto de su masa
y su aceleración.
•Por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste
realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto
sobre el cuerpo que la produjo.
La fuerza que actúa sobre un
cuerpo es directamente
proporcional al producto de
su masa y su aceleración:
F  ma
La fuerza que ejerce una partícula puntual con masa m1
sobre otra con masa m2 es directamente proporcional al
producto de las masas e inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia que las separa:
m1m2
F12  G 2 uˆ12
d
donde uˆ12 es el vector unitario que va de la partícula 1 a
la 2, y donde G es la constante de gravitación universal,
siendo su valor 6,67 × 1011 Nm 2 /kg 2 .
m
d
mM
F G 2
d
M
Usando las leyes de la mecánica
y la ley de la gravitación universal,
Newton pudo derivar las leyes del
movimiento de los planetas (las leyes
de Kepler).
¡Un gran logro!
Dar x (la posición) como una función
de t (el tiempo): x  t 
De ahí deducimos las velocidad v  t  , la
energía, la cantidad de movimiento, etc.
 Posición x
 Tiempo t
 Velocidad v
La energía cinética de una
partícula de masa m que se mueve con
una velocidad v, se define como:
Ekin
1 2
 mv
2
El momento lineal (también momentum
o cantidad de movimiento) de una
partícula de masa m que se mueve con
una velocidad v, se define como el
producto de la masa por la velocidad:
p  mv
Es una cantidad vectorial
El momento angular instantaneo L de una
partícula, con respecto al origen O, se
define como:
Lr p
Dar las variables dinámicas
como una función del tiempo
o de la posicion.
Dar x (la posición) como una función de t (el tiempo): x  t 
Ejemplos:
Movimiento con velocidad constante:
x  x0  v0t
Movimiento con aceleración constante:
1 2
x  x0  v0t  at
2
Dadas la posición inicial y la velocidad inicial
conocemos, gracias a las ecuaciones de
Newton, el estado del sistema a todo tiempo
posterior.
Todas las energías son posibles (de 0 a 
de manera continua) y siempre hay una
posición y una velocidad bien definida.
•Está basada en el concepto de
continuidad. Las cantidades
físicas son variables continuas
El espacio (la posición)
El tiempo
La energía
La cantidad de movimiento
Etc.
•Un cuerpo puedes estar a 1 cm. de una
marca
•Pero también puede estar en cualquier
posición, tan cercana como queramos, a
dicha marca
•Puede estar a 1.1 cm
•Puede estar a 1.01 cm
•Puede estar a 1.0000001 cm
•Puede estar a
1.000000000000000000000000000001 cm
Un cuerpo girando puede ocupar cualquier orbita
Una partícula en movimiento
puede tener cualquier energía
1 joule
1.1 joule
1.01 joule
1.000000001 joule
1.0000000000000000000000000000001 joule
1.00000000000000000000000000000000000000000000001 joule
Todas las variables dinámicas
(posición, tiempo, velocidad,
cantidad de movimiento, energía,
energía cinética, energía
potencial, momento angular) son
números reales, es decir; todas
las variables dinámicas son
continuas.
En todo momento la partícula
ocupa una posición en el
espacio.
El conjunto de esas
posiciones constituyen la
trayectoria de la partícula.
A
B
Si la partícula va de A a B lo hace siguiendo
una única trayectoria bien definida
•Las leyes de Kepler
•La estática y las construcciones
•La mecánica de los fluidos, de los
sólidos, etc.
•La explicación de algunas propiedades
termodinámicas de los gases
Nada más y nada
menos, que la revolución
industrial se sustentó en
la mecánica de Newton
El determinismo absoluto
Denme las fuerzas que rigen el Universo y
las condiciones actuales de él y todo podrá
ser dicho, del pasado, el presente y el
futuro
"Nous devons envisager l'état présent de l'univers comme l'effet de son état
antérieur et comme la cause de celui qui va suivre. Une intelligence qui, pour un
instant donné, connaîtrait toutes les forces dont la nature est animée et la
situation respective des êtres qui la composent, si d'ailleurs elle était assez vaste
pour soumettre ces données à l'analyse, embrasserait dans la même formule les
mouvements des plus grands corps de l'univers et ceux du plus léger atome; rien
ne serait incertain pour elle, et l'avenir, comme le passé, serait présent à ses
yeux. " Laplace
Su reinado, de más de 200 años, era
indiscutible y su poder avasallador
Cuando Laplace publicó su “Mecánica celeste”, Napoleón lo
llamó y al verlo le dijo enojado:
Explica usted todo el sistema del mundo, da usted todas las
leyes de la creación y en todo su libro no habla una sola vez
de la existencia de dios
Laplace le respondió:
Señor, no tenía yo necesidad de esa hipótesis (je n'avais pas
besoin de cette hypothèse).
El descubrimiento de Neptuno
Urbain Jean Joseph Le Verrier y John Couch Adams
Observando discrepancias entre la órbita de Urano y
las predicciones teóricas de la Mecánica de
Newton, se pensó que debería existir un octavo
planeta. Le Verrier pasó años haciendo los cálculos
y el 18 de septiembre de 1846, escribió a Johann
Gottfried Galle del Observatoire de Berlin y el 23
septiembre Galle apunta su telescopio al lugar
calculado y descubre Neptuno a 8 minutes
Es totalmente causal, no
sólo eso, es totalmente
DETERMINISTA
Denme las fuerzas que rigen el Universo y las
condiciones actuales de él y todo podrá ser dicho, del
pasado, el presente y el futuro
• Mecánica (y todas sus derivaciones)
– Continuidad. Invención y aplicación del
cálculo diferencial e integral y del análisis
matemático
– Concepto de partícula
•
•
•
•
Óptica
Electromagnetismo
Termodinámica
Teoría cinética de los gases
• Realista y materialista
– El mundo existe, independientemente
del observador: “Ahí está”
• El mundo es causal
– Es más, es determinista (Laplace)
• El mundo es local
– Sólo influyen los eventos cercanos
Había un sentimiento subyacente
que ya todo estaba esencialmente
explicado.
Se pensaba que aún había cosas
que resolver, pero eran detalles, lo
fundamental ya estaba hecho.
La Física había explicado todo, pero
a la vez había perdido su interés.
The Munich physics professor Philipp von Jolly
advised Planck against going into physics,
saying, “in this field, almost everything is
already discovered, and all that remains is to
fill a few holes.” Planck replied that he did not
wish to discover new things, but only to
understand the known fundamentals of the
field, and so began his studies in 1874 at the
University of Munich.
Wikipedia
William Thomson Kelvin (Lord Kelvin):
Dos pequeñas nubes en el horizonte
•El resultado negativo del
experimento de Michelson y
Morley
•El problema del cuerpo
negro
La tierra se mueve alrededor del sol a la inmensa
velocidad de 30 km/s, es decir, 100,000 km/h
El río fluye
hacía
arriba
El río fluye
hacía
arriba
¡¡¡No fue posible detectar el
movimiento de la Tierra
respecto al Éter !!!
¡¡¡No fue posible detectar el movimiento
de la Tierra respecto al Éter !!!
La teoría especial de la relatividad
William Thomson Kelvin (Lord Kelvin):
Dos pequeñas nubes en el horizonte
•El resultado negativo del
experimento de Michelson y
Morley
•El problema del cuerpo
negro
 Todos los cuerpos absorben
radiación electromagnética.
 Todos los cuerpos emiten
radiación electromagnética.
•Todos los cuerpos en el Universo
emiten radiación
•La intensidad y el “color” de la
radiación depende de la temperatura a
la que esté el cuerpo
Los cuerpos más calientes emiten
radiación más azul
Los cuerpos más fríos emiten radiación
más roja
La radiación térmica o calor de
radiación es radiación
electromagnética de un objeto
causada por su temperatura.
Es la radiación emitida por un
objeto en virtud de su temperatura
En equilibrio termodinámico,
la emisividad de un cuerpo o
superficie es igual a su
absorbencia
•Un cuerpo negro es un objeto que absorbe
toda la radiación electromagnética que incide
sobre él.
•Ninguna radiación pasa a través de él y
ninguna radiación es reflejada.
•Un cuerpo negro es un absorbedor y un
emisor perfecto
El emisor y absorbedor perfecto
La radiación electromagnética y la
cavidad se dejan mucho tiempo
hasta que se alcance el equilibrio
termodinámico
La radiación electromagnética y la
cavidad se dejan mucho tiempo hasta que
se alcance el equilibrio termodinámico.
Se observa la radiación de la cavidad a
través de un pequeño hoyo.
Se mide la energía por unidad de
volumen por unidad de frecuencia.