Física - Electromagnetismo

Los imanes:
Los antiguos griegos ya sabian que algunas rocas procedentes de la ciudad de Magnesia atraian trozos de hierro. La roca estaba formada por un mineral de hierro llamado magnetita.

Una pieza o cuerpo fabricada en material magnetico es un iman

Los imanes peuden ser naturales (como la magnetita) o artificiales, es decir, creados por el hombre (como el hierro o el acero).

Campo magnetico:
Es la region del espacio donde se ponen de manifiesto fuerzas de origen magnetico. Un iman crea a su alrededor un campo magnetico, el cual es mas intenso en puntos cercanos al iman y que se debilita al alejarse de el. Para representar esto se usan lineas de fuerzas (lineas imaginarias en las que se representa la forma en la que se han alineado las limaduras en el siguiente ejemplo)


La imagen anterior nos permite observar las lineas de fuerza de un campo magnetico creado por un iman de herraduras.

Historia del electromagnetismo:
En 1820, el fisico y quimico Hans Christian Oersted consiguio demostrar la relacion que existe entre los fenomenos electricos y magneticos. Su experiencia consistio en acercar una brujula a un circuito de corriente continua, y observo como la brujula se desviaba, colocandose perpendicular a la direccion de la corriente. Al conectar los polos del generador al reves, el sentido de la corriente cambio y la brujula se desviaba en direccion perpendicular, pero con los polos en sentido contrario.
Para determinar el sentido de la desviacion de la aguja, se utiliza la regla de la mano derecha: si se la coloca sobre el hilo del conductor de tal manera que el sentido de la corriente entre por la muñeca y salga por los dedos, el dedo pulgar nos indica el polo norte del campo.

Una regla practica para determinar el sentido de las lineas es la regla de Maxwell o regla de sacacorchos.


Conclusiones:

• Una carga electrica crea un campo electrico
• Una carga electrica en movimiento crea ademasun campo magnetico
• La corriente electrica crea un campo magnetico
• El electromagnetismo estudia las relaciones entre corrientes electricas y fenomenos magneticos

RELATIVIDAD GENERAL

La Teoría general de la relatividad o relatividad general es una teoría del campo gravitatiorio y de los sistemas de referencia generales, publicada por Albert Einstein en 1915 y 1916.

El nombre de la teoría se debe a que generaliza la llamada teoría teoría especial de la relatividad. Los principios fundamentales introducidos en esta generalización son el Principio de equivalencia, que describe la aceleración y la gravedad como aspectos distintos de la misma realidad, la noción de la curvatura del espacio-tiempo y el principio de covariancia generalizado.

La intuición básica de Einstein fue postular que en un punto concreto no se puede distinguir experimentalmente entre un cuerpo acelerado uniformemente y un campo gravitatorio uniforme. La teoría general de la relatividad permitió fundar también el campo de la cosmología.

¿Por qué es necesaria la Relatividad General?

Los éxitos explicativos de la teoría de la Relatividad Especial condujo a la aceptación de la teoría por la mayor parte de los físicos. Antes de la formulación de la relatividad general existían por tanto dos teorías físicas incompatibles:

• La teoría especial de la relatividad que integraba adecuadamente el electromagnetismo, y que descarta explícitamente las acciones instantáneas a distancia.
• La teoría de la gravitación de Newton que explicaba la gravedad mediante acciones instantáneas a distancia.

La necesidad de buscar una teoría que integrase como casos límites particulares las dos anteriores requería la búsqueda de una teoría de la gravedad que fuese compatible con los nuevos principios relativistas introducidos por Einstein. Además de la formulación de una teoría relativista de la gravitación, hubo otra razón adicional. Einstein había concebido la teoría especial de la relatividad como una teoría aplicable sólo a sistemas de referencia inerciales, aunque realmente puede generalizarse a sistemas acelerados sin necesidad de introducir todo el aparato de la relatividad general. La insatisfacción de Einstein con su creencia de que la teoría era aplicable sólo a sistemas inerciales les llevó a buscar una teoría que proporcionara descripciones físicas adecuadas para un sistema de referencia totalmente general.

Esta búsqueda era necesaria, ya que según la Relatividad Especial ninguna información puede viajar a mayor velocidad que la luz, y por lo tanto no puede existir relación de causalidad entre dos eventos unidos por un intervalo espacial. Sin embargo, uno de los pilares fundamentales de la gravedad newtoniana, el principio de acción a distancia, supone que las alteraciones producidas en el campo gravitatorio se transmiten instantáneamente a través del espacio. La contradicción entre ambas teorías es evidente, puesto que asumir las tesis de Newton llevaría implícita la posibilidad de que un observador fuera afectado por las perturbaciones gravitatorias producidas fuera de su cono de luz.

Einstein resolvió este problema interpretando los fenómenos gravitatorios como simples alteraciones de la curvatura del espacio-tiempo producidas por la presencia de masas. De ello se deduce que el campo gravitatorio, al igual que el electromagnético, tiene una entidad física independiente y sus variaciones se transmiten a una velocidad finita en forma de ondas gravitacionales.

La contracción o curvatura del tiempo como consecuencia de la presencia de un campo gravitatorio, que quedó expresado en su artículo de 1911 "Sobre la influencia de la gravedad en la propagación de la luz".

Supongamos que un fotón emitido por una estrella cercana se aproxima a la Tierra. En virtud de la ley de conservación del tetramomentum la energía conservada del fotón permanece invariante. Por otro lado, el principio de equivalencia implica que un observador situado en el fotón (que es un sistema inercial, es decir, se haya en caída libre) no experimenta ninguno de los efectos originados por el campo gravitatorio terrestre. De ello se deduce que la energía conservada del fotón no se altera como consecuencia de la acción de la gravedad, y tampoco lo hace la frecuencia de la luz, ya que, según la conocida fórmula de la física cuántica, la energía de un fotón es igual a su frecuencia (v) multiplicada por la constante de Planck (h): E = hν.

Ahora bien, si las observaciones las realizara un astrónomo situado en la superficie de la Tierra, esto es, en reposo respecto su campo gravitatorio, los resultados serían muy diferentes: El astronomo podría comprobar cómo el fotón, por efecto de su caída hacia la Tierra, va absorbiendo progresivamente energía potencial gravitatoria y, como consecuencia de esto último, su frecuencia se corre hacia el azul.

Ahora bien, hemos demostrado que la energía conservada del fotón permanece invariante. Por tanto, ¿cómo se posible que exista esta divergencia entre los resultados de la medición de la energía obtenidos por el astrónomo y la energía conservada del fotón? La única manera de resolver esta contradicción es considerando que el tiempo se ralentiza como consecuencia de la presencia de un campo gravitatorio.

Es decir, la frecuencia es igual al número de ciclos que tienen lugar en un determinado periodo de tiempo (generalmente, un segundo). Donde el periodo es el tiempo medido por un observador situado a una distancia infinita del cuerpo masivo (y por lo tanto no experimenta la atracción gravitatoria de éste), mientras que dt_obs es el tiempo medido por un observador bajo la influencia del campo gravitatorio y en reposo respecto a este (como, por ejemplo, una persona situada sobre la superficie terrestre.

La contracción del tiempo debido a la presencia de un campo gravitatorio fue confirmado experimentalmente en el año 1959 por el experimento Pound-Rebka-Snider, llevado a cabo en la universidad de Harvard. Se colocaron detectores electromagnéticos a una cierta altura y se procedió a emitir radiación desde el suelo. Todas las mediciones que se realizaron confirmaron que los fotones habían experimentado un corrimiento hacia el rojo durante su ascenso a través del campo gravitatorio terrestre.

En la relatividad general, fenómenos que la mecánica clásica atribuye a la acción de la fuerza de gravedad, tales como una caída libre, la órbita de un planeta o la trayectoria de una nave espacial, son interpretados como efectos geométricos del movimiento en un espacio-tiempo curvado. De hecho una partícula libre en un campo gravitatorio sigue líneas de curvatura mínima a traves de este espacio tiempo-curvado. Finalmente, podemos hacer referencia a la desviación de los rayos de la luz como consecuencia de la presencia de un cuerpo masivo, fenómeno que da lugar a efectos ópticos como las lentes gravitacionales o los anillos de Einstein.