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Relatividad De Einstein
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MOVIMIENTO DE OBSERVADORES
EN PRESENCIA DE LA GRAVEDAD
OBSERVADORES EN PRESENCIA DE
LA GRAVEDAD
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La presencia del campo gravitatorio de una
masa afecta al tiempo y al espacio. La
gravedad hace que los relojes atrasen. Un reloj
en la superficie de la Tierra atrasa con
respecto a un reloj en la Luna ya que el campo
gravitatorio en la superficie terrestre es mayor
que el de la lunar. La diferencia es pequea,pero puede medirse.
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La gravedad tambin acta sobre el espacio,
alargando el tamao de los objetos
(estirndolos): un poste clavado en la
superfice de la Tierra sera ms largo que uno
clavado sobre la superficie de la Luna. Los
astronautas son un poco ms altos en la Tierra
que en la Luna.
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EFECTOS DE LA GRAVEDAD
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En la parte de arriba de la Figura hemosrepresentado un conjunto de postes situados unoal lado de otro (las lneas verdes marcan los
lmites entre los postes). Supongamos que en laposicin central situamos un objeto de una granmasa (el punto azul). Entonces los postes seestirarn, pero no todos lo mismo. Los ms
cercanos aumentarn ms de tamao porqueestn ms cerca de la masa y se sentirn msatrados por su fuerza de gravedad.
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Esto es lo que hemos querido representar en la
Figura intermedia, donde mientras los postes
ms lejanos que prcticamente no
experimentan la atraccin de la gravedad casi
caben entre las lneas verdes, los ms
cercanos han aumentado tanto su tamao que
hemos tenido que inclinarlos para quecupieran entre las lneas verdes.
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Para dar cuenta de una manera grfica de
esta deformacin de los tamaos se suelen
dibujar los postes uno a continuacin del otro
delineando una curva (ver Figura inferior). A
veces se interpreta esta representacin como
la curvatura del espacio, aunque este smil no
es del todo afortunado.
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CURVATURA DEL ESPACIO
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Curvatura del espacio en presencia de una
masa
Para representar el campo gravitatorio como
una deformacin del espacio podemos usar
tambin el smil de una cama elstica que est
plana cuando no situamos nada sobre su
superficie, pero que se curva cuandodepositamos una bola pesada en su centro.
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De manera anloga, la gravedad tambin
deforma el espacio haciendo que los
elementos de la malla espacial ms
cercanos a un objeto con masa (una estrella
por ejemplo) se estiren ms. Este estiramiento
ser mayor para masas mayores y ms
concentradas.
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PREDICCIONES DE LA
RELATIVIDAD GENERAL
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La luz de las estrellas
Si el espacio y el tiempo se deforman
en presencia de una masa, la luz delas estrellas se ver afectada por esta
deformacin si en su camino a
nuestros ojos pasa cerca del Sol.
http://www.iac.es/cosmoeduca/gravedad/experimentos/exper4.htmhttp://www.iac.es/cosmoeduca/gravedad/experimentos/exper4.htm8/3/2019 Relatividad de Einstein
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El problema es que las estrellas las
vemos de noche, es decir, cuando el
Sol no se entromete en su camino.De da, la luz del Sol no nos deja ver
las estrellas... salvo cuando hay un
eclipse total de Sol.
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Relatividad General y eclipses de
Sol
Gracias a la existencia de eclipsesde Sol, Einstein pudo probar su
Teora General de la Relatividad.
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En la imagen C se muestra un caso en
el que hay eclipse y cmo la luz de la
estrella se curva cerca del Sol. Unobservador que 6 meses antes viera
la imagen de la estrella en la posicin
E, ahora le parecer que la estrella
est en la posicin E'.
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Desde nuestra perspectiva
terrestre (imagen D) veremos a la
estrella ms alejada del borde delSol de lo que realmente est.
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LENTES GRAVITATORIAS
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Relatividad General y lentes
gravitacionales (o gravitatorias)
Las lentes gravitacionales sontambin una prediccin de la
Relatividad General. El asunto es el
mismo (la luz se curva cerca de una
masa).
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Si en vez del Sol utilizamos una
galaxia (formada por miles de
millones de soles), el espacio-tiempoa su alrededor se deformar
considerablemente y se desvar la
luz de otros objetos lejanos.
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Cruz de Einstein
Un caso extraordinario de lente
gravitacional se descubri en 1985 y se la
llam "Cruz de Einstein". En realidad son
cuatro imgenes de un cusar lejano
superpuestas sobre la imagen de lagalaxia que acta de lente.
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Cmo lo sabemos?
Resulta que la descomposicin en colores
de la luz de las cuatro condensaciones
ms externas (identificadas como q1a q4
en la figura) es idntica (en el lenguaje de
la fsica diramos que tienen idnticoespectro).
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Espectros
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En la parte inferior, a la izquierda vemos
el espectro del Sol y a la derecha una
huella dactilar. Los espectros sirven para
identificar los elementos qumicos de los
astros al igual que las huellas dactilares
sirven para identificar a las personas.
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Los espectros de
las cuatrocondensaciones (q1
a q4) son idnticos
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AGUJEROS NEGROS
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En determinadas ocasiones un
objeto puede tener una gran masa o
ser tan compacto que la fuerzagravitatoria produzca un tipo de
deformacin que se conoce como
"agujero negro
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En esta deformacin hay un
crculo (horizonte) que puede
atravesarse hacia adentro, perodel que no puede surgir nada, ni
siquiera la luz (de ah el nombre).
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En teora se puede hacer un agujero
negro con cualquier objeto, siempre que
se consiga comprimir su materia en un
radio lo suficientemente pequeo para la
masa del objeto. Si quisiramos hacer un
agujero negro con la Tierra, tendramosque concentrar toda su masa en una bola
de 8 milmetros de radio.
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Qu pasa si te lanzan a un agujero negro?
Al ir acercndote y ser la gravedad tan fuerte,
la fuerza gravitatoria en tu cabeza sera mucho
mayor que en tus pies. Cuanto ms te acercas,mayor es la fuerza de la gravedad y, por la
misma razn, tambin es mayor la diferencia
de fuerza entre la cabeza y los pies. Acabarasdespedazado.
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http://www.iac.es/cosmoeduca/relatividad/charlas/charla3/agujero_malla.mpeg8/3/2019 Relatividad de Einstein
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Agujeros negros estelaresEs una de las formas en que muere unaestrella muy masiva (decenas de veces la masa
del Sol) cuando se le acaba el "combustible"nuclear. Como ya no tiene ninguna fuerzacontraria a la gravitacin, la masa de laestrella "colapsa" gravitatoriamente y se
precipita hacia el centro de la estrella (igualque una piedra cae al suelo si dejamos demantenerla agarrada).
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Una masa tan grande y concentrada hace
que el espacio-tiempo se curve
infinitamente (se forma lo que los
matemticos llaman una "singularidad"
en el espacio-tiempo). En una
singularidad no podemos aplicar las leyesde la fsica deducidas fuera de ella.
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Visto as, los agujeros negros son el reducto
ms "salvaje" que queda en el Universo: es
terra incgnita donde slo los exploradores
ms osados tratan de penetrar... con supensamiento. Uno de ellos es Stephen
Hawking, a quien debemos algunas de las
ideas ms revolucionarias sobre los agujerosnegros.
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Formacin de un agujero negro en un
sistema binario.
en la animacin se muestra la etapa final de la
vida de una estrella muy masiva que acaba
convirtiendose en un agujero negro y la forma
en que esto afecta a su estrella compaera.
http://www.iac.es/cosmoeduca/relatividad/charlas/charla3/agujero.mpeg8/3/2019 Relatividad de Einstein
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Agujeros negros supermasivosPueden contener la materia equivalente amillones de veces la masa del Sol, y se forman
en el centro de las galaxias en procesos, anno muy bien entendidos, que hacen que lamateria de la galaxia (el gas y polvointerestelar, pero tambin las propias estrellas
cercanas al centro) vaya cayendo en espiralhacia el centro, donde la masa se vaconcentrando cada vez ms.
" " l d
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Se "tragan" los agujeros negros toda
la materia cercana?
Supongamos que el Sol concentra
toda su masa en una bola de 2,5 km
y se convierte de repente en unagujero negro. Se tragar a la Tierra
y a los planetas debido a su enorme
fuerza gravitatoria?
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No, la Tierra y los planetas seguirn
en sus rbitas sin enterarse de que
hay un agujero negro en lugar delSol. Esto es debido a que la masa del
Sol no ha cambiado, ni tampoco la
distancia Tierra-Sol, al formarse elagujero negro.
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Por tanto, la gravedad que "siente" la
Tierra es la misma, y su rbita igual.
Lo que s ha cambiado,enormemente, es la gravedad en la
superficie y en las cercanas del Sol.
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Y desde luego, lo que s notaramos
es que donde haba un Sol radiante
veramos... nada. La luz no podraescapar del agujero negro.
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AGUJEROS DE GUSANO
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Agujero de gusano
Los Fsicos especulan con que un par de
agujeros negros podran conectar, de
esta manera, dos regiones distantes del
espacio. A este tipo de conexiones
(atajos) se les conoce con el nombre de
"agujeros de gusano"
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Un gusano puede ir entre dos puntos de una
manzana reptando sobre su superficie o
excavar un agujero entre ellos. Los agujeros de
gusano son estructuras muy complejas einestables. Para construir uno de ellos sera
necesario disponer de materia con
propiedades extraordinarias.
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Sin embargo, si nos olvidamos de
todos estos problemas y aceptamos
hipotticamente su existencia,podemos construir una mquina del
tiempo con ellos.
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