Teoría de la relatividad: definición y ejemplo

La teoría de la relatividad especial

El mundo no ha cambiado, pero las teorías sobre cómo funciona el mundo han cambiado con el tiempo. Nuestros cálculos son cada vez más precisos y podemos tener en cuenta aspectos como la velocidad de la luz. Todo es gracias a la teoría especial de la relatividad de Einstein , que nos dice cómo parecen comportarse los objetos cuando se acercan a la velocidad de la luz y también cómo la masa y la energía se relacionan entre sí.

La velocidad de la luz

Según Einstein, a medida que los objetos se acercan a la velocidad de la luz, el tiempo parece ralentizarse para ellos cuando lo mide un observador que no se mueve. Además, cuando los mide un observador, los objetos que viajan a una velocidad más rápida medirán menos que si los objetos no se estuvieran moviendo con respecto al observador. Por ejemplo, estoy sentado en el porche de mi casa y veo que los autos pasan a mi lado. Cuanto más rápido pase el coche, más corto me parecerá. Además, cuanto más rápido conduzca el conductor, más lento parecerá pasar para él en comparación con mí. A medida que un objeto se acerca a la velocidad de la luz, el tiempo parecerá detenerse y su longitud parecerá reducirse a nada.

La ecuación más grande que surge de la teoría de la relatividad especial de Einstein es E = mc ^ 2 , que nos dice cómo E , la energía, m , la masa y C , la velocidad de la luz, se relacionan entre sí. Esta masa que estamos usando no es lo mismo que el peso. La masa de un objeto es la cantidad de cosas que hay dentro de él, mientras que su peso es la fuerza con la que la gravedad tira de él. Es por eso que cuando mide su peso en el espacio exterior, es cercano a cero.

Equivalencia masa-energía de Einstein

Esta ecuación especial, E = mc ^ 2, se llama ecuación de equivalencia masa-energía porque la velocidad de la luz es una constante igual a 299,792,458 metros por segundo. Esta ecuación de Einstein nos permite calcular la cantidad de energía que tiene un objeto en su interior. Debido a que la velocidad de la luz es un número tan grande, puede ver cuánta energía pueden poseer los objetos. Esta energía se libera cuando la masa de un objeto, su materia, se convierte en energía. Esta conversión de masa en energía es lo que ocurre dentro de nuestro sol. Las unidades de esta energía son g * ( m / s ) ^ 2.

Así que piensa en nuestro sol y su gran tamaño. Piense en lo lejos que está. Aunque está tan lejos, porque es tan grande, tiene suficiente energía para calentar nuestra Tierra y hacer crecer todas nuestras plantas, y solo estamos usando una pequeña fracción de la energía que produce el sol. Podemos ver y sentir la energía que produce nuestro sol. Lo vemos en forma de luz y lo sentimos en forma de calor.

Uso de equivalencia masa-energía

Nosotros mismos podemos calcular la cantidad de energía que tiene un objeto usando la ecuación de equivalencia masa-energía de Einstein. Veamos cuánta energía tiene dentro un objeto diminuto como un clip. Ahora recuerde: estamos calculando la energía potencial que tiene el clip. Puedes pensar en ello como energía escondida dentro de un objeto. Una vez que se dan las condiciones adecuadas, el objeto se transforma en esa energía. Ahora veamos cómo funciona la ecuación.

Un clip tiene una masa de aproximadamente un gramo. Entonces, al insertar esta masa en nuestra ecuación, obtenemos E = 1 * c ^ 2. Nuestro c , la velocidad de la luz, es 299,792,458 metros por segundo. ¡Podemos conectar esto también y luego evaluar nuestra energía para obtener E = 1 * 299,792,458 ^ 2 que es igual a 89,875,517,873,681,764 gx (m / s) ^ 2 !

¿Cuánta energía es esta? ¡Mucho! De hecho, es mucho. ¡Ésta es energía suficiente para alimentar una bombilla de 100 W realmente brillante durante unos 30.000 años!

Resumen de la lección

¿Qué hemos aprendido? Hemos aprendido que la teoría especial de la relatividad de Einstein nos dice cómo parecen comportarse los objetos cuando se acercan a la velocidad de la luz y también cómo la masa y la energía se relacionan entre sí. Aprendimos que a medida que los objetos se acercan a la velocidad de la luz, un observador notará que el tiempo se ralentiza para el objeto y su longitud parecerá más corta. Einstein también relacionó la masa con la energía y la velocidad de la luz cuando introdujo su ahora famosa ecuación de equivalencia de masa-energía, E = mc ^ 2 . Esta ecuación nos dice cuánta energía se puede liberar de un objeto si su masa se convirtiera en energía. Nuestro sol es un ejemplo de conversión de masa en energía. Puede ver y sentir cuánta energía se produce a pesar de que el sol está tan lejos.

Resultado de aprendizaje

La información de esta lección debe prepararlo para describir la teoría de la relatividad especial de Einstein y la ecuación de equivalencia de masa-energía, así como para comprender su significado.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador