Preguntas Conceptuales
5.1 Invariancia de las leyes físicas
¿Cuál de los postulados de la relatividad especial de Einstein incluye un concepto que no encaja con las ideas de la física clásica? Explique.
¿Es la Tierra un marco de referencia inercial? ¿Lo es el Sol? Justifique su respuesta.
Cuando usted vuela en un avión comercial, puede parecerle que el avión está inmóvil y que la Tierra se mueve debajo de usted. ¿Es válido este punto de vista? Discuta brevemente.
5.3 Dilatación del tiempo
(a) ¿Afecta el movimiento a la frecuencia de un reloj medida por un observador que se mueve con él? (b) ¿Afecta el movimiento a la forma en que un observador que se mueve con respecto a un reloj mide su frecuencia?
¿A quién le parece que el tiempo transcurrido de un proceso es más largo, a un observador que se mueve en relación con el proceso o a un observador que se mueve con el proceso? ¿Qué observador mide el tiempo propio?
(a) ¿Cómo podría viajar al futuro de la Tierra sin envejecer significativamente? (b) ¿Podría este método permitirle también viajar al pasado?
5.4 Contracción de longitud
¿A quién le parece que un objeto tiene mayor longitud, a un observador que se mueve con el objeto o a un observador que se mueve respecto al objeto? ¿Qué observador mide la longitud propia del objeto?
Los efectos relativistas, como la dilatación del tiempo y la contracción de longitud, están presentes en los automóviles y en los aviones. ¿Por qué nos parecen extraños estos efectos?
Supongamos que un astronauta se desplaza con respecto a la Tierra a una fracción significativa de la velocidad de la luz. (a) ¿Observa que la velocidad de sus relojes se ha ralentizado? (b) ¿Qué cambio observa en la velocidad de los relojes terrestres? (c) ¿Le parece que su nave se acorta? (d) ¿Y la distancia entre dos estrellas que se encuentran en la dirección de su movimiento? (e) ¿Están de acuerdo él y un observador terrestre en su velocidad con respecto a la Tierra?
5.7 Efecto Doppler para la luz
Explique el significado de los términos "corrimiento al rojo" y "corrimiento al azul" en relación con el efecto Doppler relativista.
¿Qué ocurre con el efecto Doppler relativista cuando la velocidad relativa es cero? ¿Es este el resultado esperado?
¿Es el efecto Doppler relativista consistente con el efecto Doppler clásico en el sentido en el que es más grande para el movimiento de alejamiento?
Todas las galaxias más lejanas que muestran un corrimiento hacia el rojo en su luz emitida que es proporcional a la distancia, y los más lejanos tienen corrimientos hacia el rojo progresivamente mayores. ¿Qué implica esto, suponiendo que la única fuente de corrimiento hacia rojo sea el movimiento relativo?
5.8 Momento relativista
¿Cómo modifica la relatividad moderna la ley de conservación del momento?
¿Es posible que una fuerza externa actúe sobre un sistema y que el momento relativista se conserve? Explique.
5.9 Energía relativista
¿Cómo se modifican las leyes clásicas de conservación de la energía y conservación de la masa con la relatividad moderna?
¿Qué ocurre con la masa de agua en una olla cuando se enfría, suponiendo que no se escapan ni se añaden moléculas? ¿Es esto observable en la práctica? Explique.
Considere un experimento mental. Se coloca un globo de aire expandido en una báscula al aire libre a primera hora de la mañana. El globo permanece en la báscula y se pueden medir los cambios en su masa. ¿Cambia la masa del globo a medida que avanza el día? Discuta las dificultades para llevar a cabo este experimento.
La masa del combustible en un reactor nuclear disminuye en una cantidad observable a medida que emite energía. ¿Es lo mismo que el carbón y el oxígeno combinados en una planta de energía convencional? Si es así, ¿se puede observar esto en la práctica en el carbón y el oxígeno? Explique.
Sabemos que la velocidad de un objeto con masa tiene un límite superior de c. ¿Existe un límite máximo para su momento? ¿Para su energía? Explique.
Si se utiliza un telescopio con base en la Tierra para proyectar un rayo láser sobre la luna, se puede mover el punto a través de la superficie lunar a una velocidad superior a la de la luz. ¿Viola esto la relatividad moderna? (Tenga en cuenta que la luz se envía desde la Tierra a la luna, no a través de la superficie de la luna).