Relatividad Especial - charla I

RELATIVIDAD ESPECIAL
CHARLA I - CHARLA II - SECCIONES - ANEXOS

CHARLA I: Objetivos generales y específicos

La Relatividad especial es una teoría desarrollada por Einstein en 1905 que trata de las leyes relativas al espacio y el tiempo en ausencia de la gravedad y de la relación entre masa y energía

OBJETIVOS GENERALES

Con esta charla pretendemos que el alumno reflexione sobre algunos conceptos de Relatividad Especial.

Que el alumno aprenda que aunque la realidad es compleja un análisis profundo de la misma nos ayuda a comprenderla mejor.
Que los alumnos extiendan esta experiencia a su vida diaria y aprendan a valorar y respetar otros puntos de vista.
Que los alumnos conozcan que la Relatividad Especial se fundamenta en:
- La velocidad de la luz "c" es constante para todos los observadores.
- Todos los observadores que no están acelerados son "equivalentes" (Principio de Relatividad)
Y que tiene como consecuencia que ningún objeto puede viajar a una velocidad mayor que la de la luz.

Conocimientos previos

La Tierra se mueve en el espacio.
Concepto de velocidad:
Relación entre velocidad "v", espacio recorrido "s" y tiempo transcurrido "t": v=s/t
Los alumnos deben distinguir entre movimiento acelerado y no acelerado.
Teorema de Pitágoras
No es imprescindible para entender la charla, aunque sí para profundizar en las secciones.

Objetivos específicos por diapositiva

INTRODUCCIÓN - Diapositiva 1

Animación lúdica: Una visión artística de los puntos de vista.

CURIOSIDADES DE LA LUZ - Diapositivas 2 a 4

Objetivos específicos:

Motivar a los alumnos para que se interesen por las propiedades de la luz y la Teoría de la Relatividad.

Que los alumnos conozcan que:

La velocidad de la luz en el vacío es de 300.000 km/s y se representa con la letra c.
La velocidad de la luz es la misma para todos los observadores.
En nuestro universo existe un límite de velocidad que es de 300.000 km/s.

Ejemplos:

Para que tengan una idea de lo que es la velocidad de la luz, podemos decirles que de la Luna hasta la Tierra la luz tardaría poco más de un segundo.

Distancia media de la Tierra a la Luna: 384.400 km (en el dibujo hemos redondeado bastante pero ha sido con la intención de que el alumno se haga una idea de lo que es un segundo luz).

Newton, Einsten y la suma de velocidades

En la mecánica de Newton, la velocidad no tenía límite. Las velocidades se sumaban sin problema: 30 km/s + 100 km/s = 130 km/s para Newton 300.000 km/s + 300.000 km/s = 600.000km/s

En la Teoría de la Relatividad hay también una ley de adición de velocidades, pero no es una suma directa y el resultado nunca supera los 300.000 km/s

PUNTOS DE VISTA Y ESPACIO - Diapositivas 5 a 16

Objetivos específicos:

Que el alumno entienda y use el término punto de vista* en su aspecto general y en el aspecto concreto de posición espacio-temporal.
Que el alumno aprecie que ver la realidad desde diferentes puntos de vista nos ayuda a comprenderla mejor.
Que el alumno conozca y utilice el término "observador" en nuestro contexto, como persona real o hipotética que mide propiedades en el espacio-tiempo.
Que el alumno conozca que una "trayectoria" es una curva a lo largo de la cual se mueve un cuerpo. Y que según palabras del mismo Einstein "..en rigor no existe una trayectoria, sino sólo una trayectoria con relación a un cuerpo de referencia determinado." *
Que el alumno conozca que las trayectorias que describen los cuerpos dependen de los puntos de vista.

(*) En Física, a los puntos de vista se les llama "sistemas de referencia".

Secciones relacionadas:

PUNTOS DE VISTA Y TIEMPO - Diapositivas 17 a 21

Objetivos específicos:

Que los alumnos acepten que nuestra concepción del tiempo es relativa.

Desarrollo: "Mira el dibujo y responde"

Secciones relacionadas:

PUNTOS DE VISTA Y VELOCIDAD CONSTANTE - Diapositivas 22

Objetivos específicos:

Que los alumnos distingan que en los ejemplos vistos hasta ahora los observadores tenían un movimiento no acelerado, es decir, se desplazaban a velocidad constante.
Que los alumnos conozcan que a los observadores con movimiento no acelerado (velocidad constante) se les llama "inerciales".
Que los alumnos conozcan el significado del término: Principio de Relatividad

PUNTOS DE VISTA Y ACELERACIÓN - Diapositiva 23 a 25

Objetivos específicos:

Que los alumnos distingan la diferencia del efecto de la dilatación del tiempo en observadores acelerados y no acelerados:
- Si los dos observadores son inerciales (no están acelerados): Sus puntos de vista son simétricos (e intercambiables) y la dilatación del tiempo es "relativa" (a ambos les parece que el reloj del otro atrasa).
- Si uno de los observadores es inercial y el otro no es inercial (está acelerado): A ambos les parecerá que el reloj del otro se atrasa, pero sus puntos de vista no son simétricos y la dilatación del tiempo se hace patente.
Que los alumnos tengan una idea del efecto de la dilatación del tiempo para velocidades bajas comparadas con la de la luz (viaje en avión).
Que los alumnos tengan una idea del efecto de la dilatación del tiempo para velocidades cercanas a la de la luz (paradoja de los gemelos).

Secciones relacionadas:

VIAJES AL FUTURO - Diapositiva 26 a 27

Objetivos específicos:

Que los alumnos comprendan que viajar al futuro es fácil, que lo hacemos cada día.
Que los alumnos comprendan que, al menos en teoría, las naves espaciales nos permiten viajar al futuro sin envejecer tanto.
Que los alumnos conozcan el caso del muón, como un ejemplo de viaje al futuro, y sepan argumentarlo.

Sección relacionada: Viajes al futuro

CONTRACCIÓN DEL ESPACIO - Diapositiva 28

Objetivos específicos:

Que los alumnos comprendan que la contracción del espacio está relacionada con la velocidad del observador (al igual que sucedía con la dilatación temporal).
Que los alumnos sepan argumentar cómo, para el muón viajero, el espacio se contrae.

Sección relacionada: Contracción del espacio.

RELACIÓN ENTRE LA ENERGÍA Y LA MASA - Diapositiva 29 a 30

Objetivos específicos:

Que los alumnos conozcan que la Teoría de la Relatividad Especial relaciona la masa y la energía mediante la fórmula
Que los alumnos reconozcan que este descubrimiento tuvo mucha importancia social.
Que los alumnos reflexionen sobre la relación entre la ciencia y política.

DISCUSIONES SOBRE EL LÍMITE DE LA VELOCIDAD - Diapositiva 31 a 32

Objetivos específicos:

Que los alumnos expongan argumentos a favor del límite de velocidad de la luz.
Que los alumnos conozcan que, a pesar de todo, algunos científicos buscan taquiones.

Sección relacionada: Velocidades ‘superlumínicas’

TERMINOLOGÍA

Los alumnos de Secundaria necesitarán que se les aclaren los siguientes términos:

segundo luz = 300.000 km = distancia recorrida por la luz en un segundo (año luz: distancia que recorre la luz en un año).
fotón: partícula de la luz.
microsegundo = 1/1.000.000 segundo

(*) Sobre la Teoría de la Relatividad Especial y General (página 19). Albert Einstein. Editorial DEBATE