Magnitudes y unidades

¿Qué es un agujero negro?

Un agujero negro es un cuerpo donde su masa es tan densa que genera un campo de gravedad de tal intensidad que no deja escapar ni la luz.

Algunas estrellas cuando han consumido su energía atómica colapsan sobre si mismas, comprimiéndose de tal forma que su fuerza gravedad aumenta con la reducción del tamaño, su enorme gravedad atrae la masa circundante y llega a comprimirse tanto que de su interior no deja escapar la luz.

Para entender mas lo anterior tomemos un cuerpo como la tierra, se podría considerar que es un cuerpo muy pequeño frente a las grandes estrellas. Supongamos que vamos a comprimir la masa de la tierra hasta convertirla en un agujero negro.

De la ley de gravitación universal:

podemos hacer

Fr es el trabajo que se gasta en el intento de escapar de la gravedad, entonces la energía que tiene el cuerpo el cuerpo es ½mv²

Tendremos

cancelando m y despejando r tenemos

donde

G es la constante de gravitación universal:

mT es la masa de la tierra

v es la velocidad del cuerpo que escapa de la gravedad

r es el radio que tendrá el cuerpo celeste ( en este caso la tierra cuando se convierte en un agujero negro). Ahora remplazando estos datos queda

r = 0,028 m
o
r = 2,8 cm

Que interesante, imagínate comprimir la tierra a la medida de una pelota de tenis flotando en el espacio sin que nadie la pudiera ver pero sus efectos si se sentirían.

¿Qué es la teoría de la relatividad?

Postulada en 1905, planteo nuevas ideas que se resume en los siguientes postulados:

Todas las leyes de la naturaleza son las mismas en todos los marcos de referencia con movimiento uniforme

Esto plantea que no existe un marco privilegiado, todos son buenos siempre y cuando cumpla la condición de tener velocidad constante.

Se encontrará que la rapidez de la luz en el espacio libre tiene el mismo valor sin importar el movimiento de la fuente o el del observador; es decir la velocidad de la luz es invariante.

Supongamos que se emite un destello de luz, un observador en tierra medirá que la velocidad es c ( velocidad de la luz, 300 000 km/s ), si esta medida la toma un observador que se mueva a altas velocidades la medida tomada será nuevamente c. En conclusión la velocidad que se medirá de la luz será siempre c.
Sabemos que esta velocidad c debe ser igual a espacio entre tiempo, como en cualquier velocidad.

lo que supone una relatividad del espacio y del tiempo para los observadores dependiendo de la velocidad de cada uno de ellos. Veamos en resumen algunas consecuencias:

Dilatación del tiempo: El tiempo para un observador que se mueve a velocidades cercanas a la de la luz en una nave espacial medido por un observador en tierra será mayor que el que el observador medirá en su nave espacial. Esta medición estará dada por la siguiente ecuación:

Donde

t0 es el tiempo del observador que se mueve a gran velocidad.
t es el tiempo relativo medido por otro observador.
v es la velocidad a la que se mueve el observador.
c es la velocidad de la luz.

Para clarificar esta situación citemos el ya famoso caso de los gemelos:
Un par de gemelos se despiden cuando uno de ellos aborda una nave espacial que dará una vuelta por la galaxia, los dos en el momento de la despedida cuentan con 25 años, el hermano que va en la nave espacial viaja a 98 % de la velocidad de la luz lo cual sabiendo que c = 300 000 000 m/s da una velocidad de 294 000 000 m/s, velocidad realmente alta, y de acuerdo con la ecuación de dilatación del tiempo dará que t = 5t0, al cabo de 10 años de travesía la nave llega a la tierra y el hermano astronauta tiene 35 años y encuentra un hermano gemelo anciano que tiene 75 años.

Contracción del tiempo: Igualmente las longitudes para el medidor que esta en tierra serán menores que las medidas por el observador que va en la nave espacial, en este caso será:

Aquí queremos resaltar que las ecuaciones son los cálculos que haría un observador que esta quieto o que se mueva con una velocidad inferior, aunque para cada uno de los observadores el tiempo transcurrirá normalmente.

Aumento de la masa con la rapidez:

Einstein afirmó que cuando se realiza trabajo para incrementar la velocidad de un cuerpo también se incrementa su masa, esto hace que cada vez que la masa crezca sea más difícil incrementar su velocidad.

De aquí se deduce que:

E = mc²

Que es la notable ecuación de equivalencia entre masa y energía de Einstein que supone la enorme energía que se encuentra en la materia.

¿Por qué razón una mosca cuando va dentro de un bus no se estrella contra las ventanas?

Esto es debido a la impresión que tenemos los seres vivos del reposo, sentimos que algo esta en reposo cuando esta quieto o cuando se mueve con velocidad constante, este efecto lo podemos sentir en un avión, esto solamente es cierto para el momento en que el bus o el avión se desplace uniformemente, es decir no haga cambios bruscos, si el bus llevara un andar muy uniforme con las ventanas cerradas y cerráramos los ojos, después de unos instantes no sabríamos con certeza si el bus esta andando o esta quieto.

Este reposo que siente dentro del vehículo es mas real en la masa de aire que hay dentro del bus por ser mas elástica que la estructura del bus por lo tanto la mosca no advierte si el bus se mueve o no.