La Teoría de la Relatividad Especial
Fitzgerald, Michelson y Morley propusieron relaciones que ligan los intervalos de tiempo y las longitudes medidas por dos observadores diferentes que se mueven uno respecto al otro con velocidad constante. El hecho de que se midiese la mínima velocidad de propagación de la luz tenía como consecuencia que la constancia de las leyes físicas para cualquier sistema inercial no se cumplía para el caso del electromagnetismo y la óptica. Einstein resolvió el problema enunciando la teoría de la relatividad especial, la clave reside en el espacio y tiempo.
Postulados de la Relatividad Especial
- Todas las leyes de la física se cumplen por igual en todos los sistemas de referencia inerciales.
- La velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los sistemas de referencia inerciales, independientemente del movimiento relativo entre la emisora de luz y el observador.
La Energía Relativista
La energía relativista total de un cuerpo es la suma de su energía cinética y su energía en reposo. Llamamos E a la energía relativista total, Eo a la energía en reposo de la partícula.
Conclusión
Cuando se produce una pérdida de masa en el sistema como consecuencia de un choque inelástico se libera una cantidad de energía equivalente. En cualquier transformación se conserva la Etotal relativista del sistema, siendo su balance materia-energía.
Núcleo Atómico. Estabilidad Nuclear
El átomo es una partícula similar a una esfera. Tiene un núcleo donde están los protones y los electrones en la corteza. Los electrones giran alrededor del núcleo en regiones denominadas como orbitales.
La Estabilidad del Núcleo
X es el símbolo, Z es el número atómico y A es el número másico. Cada tipo de núcleo diferente constituye un núclido.
Isótopos
Mismo número atómico y distinto número másico.
Isóbaros
Mismo número másico y distinto número atómico.
Isótonos
Mismo número de neutrones, diferente número atómico y número másico.
Interacciones Fundamentales
En el mundo que nos rodea podemos observar multitud de interacciones. Unas son atractivas y otras son repulsivas.
Interacción Gravitatoria
Actúa entre masas y es siempre una fuerza de atracción. Es la que parece estar más presente y es la más débil de las cuatro. Es responsable de:
- El peso
- El giro de los planetas
- La estructura del universo
Interacción Electromagnética
Actúa entre cargas eléctricas y puede ser una fuerza de atracción o de repulsión y se debilita con la distancia. Es responsable de:
- La unión entre átomos
- Las acciones entre imanes
- El giro de motores
- Otras fuerzas
Interacción Nuclear Fuerte
Actúa entre las partículas presentes en el núcleo atómico y es una fuerza de atracción. Es la más intensa y actúa a distancias pequeñas. Es fundamental para la existencia de la materia.
Interacción Nuclear Débil
Actúa en el interior del núcleo a distancias cortísimas. Es mucho más débil que la nuclear fuerte. Responsable de fenómenos radiactivos.
La Radioactividad
La conclusión era que la radioactividad estaba dentro del propio átomo. La radioactividad natural es el proceso por el cual los núcleos atómicos de ciertas sustancias emiten radiación de manera espontánea y se transforma en núcleos de elementos diferentes o bien en núcleos del mismo elemento en un estado de menor energía. Marie y Pierre Curie complementaron los estudios sobre las radiaciones emitidas y llegaron a identificar tres tipos de radiación:
Tipos de Radiación
- Rayos Alfa: Son partículas + (hacia el polo -) formadas por dos protones y dos neutrones, tiene muy poco poder de penetración (un papel).
- Rayos Beta: Son partículas – (hacia el polo +) idénticas a los electrones y su poder de penetración es mayor (lámina de metal).
- Rayos Gamma: Radiación electromagnética. No se desvía al atravesar un campo eléctrico. Gran poder de penetración (hormigón).
Cinética de la Desintegración Radioactiva
Llamamos actividad radiactiva al número de núclidos que se desintegran por unidad de tiempo. Su valor depende del tipo de núclido y del número de núclidos presentes. En el SI se llama Becquerel.
Periodo de Semidesintegración
Es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los núcleos que había en la muestra. Se denomina vida media de un núclido al tiempo que dura un núclido por término medio. Es un concepto estadístico comparable con la esperanza de vida.
Radioactividad Artificial
Es la que resulta de núclidos radioactivos que se obtienen en el laboratorio al bombardear núclidos estables con partículas alfa, beta, neutrones… etc. Joliot y Joliot-Curie fueron los primeros en obtener isótopos radioactivos artificiales. Al igual que las reacciones químicas se conserva la masa de las sustancias participantes. En las reacciones nucleares se conserva:
- La carga eléctrica
- El número de nucleones
- La cantidad de movimiento
- El conjunto masa-energía
Reacciones Nucleares: Fisión y Fusión Nuclear
Fisión Nuclear
La fisión nuclear es el proceso en el que un núclido de masa elevada se rompe en dos fracciones más pequeñas. Para que se produzca la fisión es necesario bombardear los núclidos con neutrones lentos que pueden actuar como proyectiles contra otros núclidos de gran masa provocando una reacción en cadena.
Fusión Nuclear
La fusión nuclear es un proceso en el que dos núclidos de masa baja se unen dando un núclido de masa alta. La masa de los productos de la fusión es ligeramente inferior a la masa de los reactivos, demostrando que hay una liberación de energía. Aparece la fusión nuclear en la nucleosíntesis inicial, en las estrellas, y en explosiones de supernovas.
Las Radiaciones Ionizantes
Son todas aquellas que al interaccionar con la materia, arrancan electrones de sus átomos provocando la aparición de iones. Son las alfa, beta y gamma y rayos X, que resultan de las emisiones de neutrones, piones o muones.
Unidades de Medida
- Gray (Gy): Es la unidad del SI para medir la dosis absorbida de radiaciones ionizantes por un material.
- Rad: Unidad de radiación.
- Sievert (Sv): Mide la dosis de radiación absorbida por materia viva.