Sistemas de Referencia Inerciales y No Inerciales

Sistemas de Referencia Inerciales

• Se cumple la primera ley de Newton o principio de inercia.
• Las únicas fuerzas que causan variaciones en los movimientos son fuerzas reales, es decir, que cumplen la tercera ley de Newton.
• Todos los sistemas inerciales están en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme (MRU) respecto a otros sistemas inerciales.

Sistemas de Referencia No Inerciales

• En los sistemas no inerciales no se cumple el principio de inercia.
• Aparecen fuerzas ficticias, caracterizadas por no tener reacción, es decir, por no cumplir la ley de acción y reacción.
• Todos los sistemas no inerciales están acelerados respecto a cualquier sistema inercial.

El Experimento de Michelson-Morley y la Constancia de la Velocidad de la Luz

A finales del siglo XIX, se creía que la velocidad de la luz (c) era constante solo en el sistema de referencia del éter. Si un sistema de referencia (S.D.R.) se movía a una velocidad u, se pensaba que la velocidad de la luz sería c’ = c – u. Michelson y Morley formularon la hipótesis de que, midiendo la velocidad de la luz en dos direcciones perpendiculares en un sistema fijo en la Tierra, se podría determinar la velocidad v de la Tierra en el sistema del éter.

Realizaron un experimento esperando obtener un patrón de interferencia que les permitiera medir las pequeñas diferencias de tiempo empleado por cada haz de luz y así obtener la velocidad v. Sin embargo, no obtuvieron los resultados esperados y no detectaron ninguna variación de tiempo. La explicación de estos resultados fue que la velocidad de la luz es constante e independiente del movimiento del observador y de la fuente emisora.

Postulados de Einstein sobre la Relatividad Especial

1. Las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales.
2. La velocidad de la luz es la misma en todos los sistemas de referencia inerciales, cualquiera que sea la velocidad de la fuente.

Radiactividad: Tipos de Radiación

La radiactividad es la propiedad que presentan determinadas sustancias, llamadas sustancias radiactivas, de emitir radiaciones capaces de penetrar en cuerpos opacos, ionizar el aire, impresionar placas fotográficas y excitar la fluorescencia de ciertas sustancias.

Radiación Alfa (α)

Está constituida por núcleos de helio (partículas alfa) formados por dos protones y dos neutrones. El núcleo resultante tras la emisión tiene un número atómico dos unidades menor y un número másico cuatro unidades menor.

Radiación Beta (β)

Son electrones rápidos (partículas β) procedentes de neutrones que se desintegran en el núcleo, dando lugar a un protón y un electrón. El núcleo resultante tras la emisión tiene el mismo número másico pero un número atómico mayor en una unidad.

Radiación Gamma (γ)

Son ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia a las que corresponden fotones de muy alta energía. Se produce cuando el núcleo pasa de un estado excitado a otro de menor energía y no conlleva variaciones ni en su número másico ni en su número atómico.

Fisión y Fusión Nuclear: Procesos y Aplicaciones

Fisión Nuclear

Ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos pequeños, más algunos subproductos, que incluyen partículas alfa, beta, neutrones y rayos gamma. Es una reacción que, en general, se produce con dificultad de forma espontánea. Artificialmente, se puede generar bombardeando los núcleos con neutrones, los cuales, al no tener carga, penetran con cierta facilidad en los núcleos y pueden desencadenar un proceso que termine con la ruptura del núcleo original. Ejemplo: ²³⁵U + n → ²³⁶U → ⁹²Kr + ¹⁴¹Ba + 3n.

Ventajas y Desventajas de la Fisión

• Ventajas: La tecnología de fisión es bien conocida y está altamente desarrollada. Es muy eficiente, ya que con poca materia se obtiene mucha energía.
• Desventajas: Sus desechos radiactivos son muy peligrosos y contaminantes, y la posibilidad de un accidente nuclear siempre está presente.

Fusión Nuclear

En una reacción de fusión, se obtiene un núcleo pesado a partir de dos ligeros, como la fusión del hidrógeno para dar helio. Debido a la repulsión eléctrica entre protones, iniciar la fusión es difícil; los núcleos deben moverse a gran velocidad, lo que implica que deben encontrarse a temperaturas de millones de grados. Se liberará energía siempre que la reacción nuclear conduzca a la producción de núcleos con mayor energía de enlace por nucleón que los iniciales.

Ventajas y Desventajas de la Fusión

• Ventajas: No produce residuos radiactivos ni gases de efecto invernadero y, si lográramos emplearla, podríamos obtener prácticamente energía infinita.
• Desventajas: Mantener las condiciones en las que se consigue que los núcleos reactivos se fusionen es muy complicado tecnológicamente (aún no se ha resuelto completamente), pues la fusión se produce a temperaturas de millones de grados.

Estructura del Núcleo Atómico: Número Atómico, Número Másico y Energía de Enlace

El núcleo de un átomo está formado por protones y neutrones, partículas que denominamos nucleones. El número atómico (Z) indica el número de protones del núcleo. El número másico (A) indica el número de nucleones del núcleo, esto es, el número de protones (Z) más el número de neutrones (A – Z). Se denomina energía de enlace a la energía que se libera en la formación de un núcleo atómico. Viene dada por la expresión: ΔE = Δm · c², siendo Δm el defecto de masa. Esta energía es igual a la que se necesita para separar el núcleo en sus componentes. Experimentalmente se comprueba que la masa de los núcleos es menor que la suma de las masas de los nucleones que lo forman por separado. Esta diferencia de masas es conocida como defecto de masa (Δm).