CRISIS DE LA FISICA CLASICA.pdf - Cosmofisica

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Tema 9: Introducción a la física moderna Física 2º Bachillerato Uno de estos pares es el de cantidad de movimiento (velocidad) y posición. Si se quiere conocer la velocidad de un electrón se le puede hacer colisionar con un fotón y medir el ángulo de desviación del fotón desviado pero, tras la colisión, el electrón ha cambiado de posición. Por otro lado para conocer la posición de un electrón se puede hacer pasar éste por una abertura muy pequeña, pero si el tamaño disminuye hasta el punto de aproximarse a la longitud de la onda asociada, se produce la difracción del electrón y no se conoce su velocidad en el eje que se midió la posición. Si ∆x se hace muy pequeño (se mide con gran exactitud) como el producto debe mantenerse mayor que h/2π, la incertidumbre en el momento lineal, ∆px, aumenta considerablemente. Otro par de magnitudes son la energía y el tiempo. Se puede saber con gran precisión el nivel de energía de un sistema pero no se sabe exactamente en qué instante el sistema tenía exactamente dicha energía. El origen de este principio es puramente físico y está determinado por las propiedades de las partículas microscópicas. Es importante tener en cuenta que este principio es de validez absoluta, pero es apreciable solamente en sistemas microscópicos (átomos, electrones, protones, fotones, etc.) ya que ninguna medida macroscópica alcanza una precisión comparable a h/2π. 9.3.3. Dualidad onda corpúsculo. Determinismo y probabilidad. La combinación de la hipótesis de De Broglie y el principio de indeterminación de Heisemberg llevan a una nueva concepción de la materia. La física clásica establece que una de las diferencias fundamentales entre ondas y partículas es la localización de unas y deslocalización de otras. La hipótesis de De Broglie asocia a una partícula material una onda, y el principio de incertidumbre afirma que no se puede establecer con precisión absoluta la posición de una partícula. La conclusión de ambos conceptos es el principio de dualidad onda-corpúsculo para la materia que afirma que una partícula se puede representar mediante una función de onda o un paquete de ondas, esto es que una partícula está representada por la suma de un conjunto de ondas de tipo sinusoidal. El valor de la amplitud de la función onda representa la probabilidad de que la partícula se encuentre en ese punto; las partículas adquieren la propiedad de deslocalización de las ondas. Tema 9-10 Figura 9.6. Incertidumbre en ∆x y ∆px
Figura 9.7. Amplitud de la función de onda de una partícula subatómica Colegio Sagrado Corazón La prueba de la deslocalización de las partículas la constituye el efecto túnel, en virtud del cual un electrón es capaz de superar una barrera de potencial superior a la energía del mismo. La física cuántica supera la concepción determinística (posición y trayectoria perfectamente definidas) por la probabilística (las partículas tienen probabilidades de estar en un lugar del espacio). Física clásica Física cuántica partícula función de onda posición probabilidad de encontrar a la partícula en la posición trayectoria ecuación de evolución temporal 9.3.4. Dominio de validez de la física clásica. Todo lo que se ha visto supuso una nueva concepción de la materia y la radiación. Se ha visto como la física clásica no era capaz de explicar determinados fenómenos y cómo aparecían conceptos que superaban a las antiguas teorías. Sin embargo, la física clásica sigue manteniendo su validez en el ámbito de lo macroscópico y las bajas velocidades. Para resolver problemas o fenómenos que no involucren tamaños pequeños (mecánica cuántica) o velocidades altas (mecánica relativista) la mecánica clásica es perfectamente válida. Nunca se ha de perder de vista que todo lo estudiado son modelos, es decir, leyes y reglas ideadas por el hombre para explicar, comprender y predecir los fenómenos naturales. Estos modelos están en continua revisión y contraste, de manera que, la física tiene un carácter dinámico; está en continua evolución. Los físicos siguen trabajando en nuevas teorías y métodos que expliquen mejor el comportamiento de la materia, la energía y el tiempo. Figura 9.8. Límites de validez de la física clásica Tema 9-11
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