Velocidad de La Luz

Introducción:

La luz es una radiación que se propaga en forma de ondas. Las diferentes sensaciones de color corresponden a luz que q ue vibra con distintas frecuencias. Las frecuencias mayores, que corresponden a longitudes de onda o nda más cortas, incluyen la radiación ultravioleta, y las frecuencias aún más elevadas están asociadas con los rayos X. Las frecuencias menores, con longitudes de onda más altas, se denominan rayos infrarrojos, y las frecuencias todavía más bajas son características de las ondas de radio. La mayoría de la luz procede de electrones que vibran a esas frecuencias al ser calentados a una temperatura elevada. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la frecuencia de vibración y más azul es la luz  producida. Las ondas que se pueden propagar en el vacío se llaman ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío a la velocidad de 300000 km/s, que se conoce como "velocidad de la luz en el vacío" y se simboliza con la letra c (c = 300000 km/s).

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Marco Histórico:

La composición y velocidad de la luz han sido estudiadas por filósofos, teólogos y científicos durante cientos de años. Los griegos fueron los primeros en escribir acerca de sus creencias sobre la luz. Pensaban que emanaba de los objetos y que la visión humana se emitía desde los ojos para capturar la luz. Al comienzo del siglo XVII muchos científicos creían que no había tal cosa como la velocidad de la luz, pensaban que la luz podía viajar cualquier distancia en forma instantánea. Antes de la centuria de 1700 se aceptaba que la luz se transmitía de forma instantánea. Su fundamento estaba bien establecido mediante la observación de eclipses, pero el error fue no considerar que la velocidad podía ser tan grande que no se detectara ningún efecto. Parece ser que el primero en sugerir un método fue Isaac Beeckman (1629), pocos años antes que Galileo, quien no pudo medir la velocidad, pero indicó que si la transmisión no es instantanea, su velocidad es tan alta como para impedir su determinación (al menos en ese momento, con la tecnología disponible). El experimento ideado por Galileo fue intentado años después en Florencia, sin éxito. 1676: Gracias a Júpiter

El astrónomo holandés Olaf Rømer, realizaba mediciones sobre los satélites de Júpiter. Y se dio cuenta que los instantes en que estos se ocultaban detrás del planeta, se adelantaban o retrasaban, dependiendo de la distancia de Júpiter a la Tierra. Buscando explicaciones a este fenómeno, Rømer dedujo que la explicación estaba en la velocidad finita de la luz, la que emplearía menos tiempo en llegar a la Tierra cuando Júpiter está más cerca, y viceversa. En aquella época, no se conocían las distancias de los planetas con precisión, así que Rømer aventuró un cálculo de la velocidad de la luz: 200.000 km/s. 1729: Acercándose a una respuesta

También observando el Universo y las relaciones entre los cuerpos celestes, James Bradley concluyó que la dirección aparente de la radiación procedente de las estrellas, estaba relacionada con el movimiento de la Tierra y de su órbita alrededor del sol. A esto se le llamó aberración de la luz.

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Luego, Bradley relacionó la velocidad de la Tierra con el ángulo que indicaba el desplazamiento aparente de una estrella. De esta forma, señaló que la velocidad de la luz era de 295.000 km/s. 1849-1850: Una luz viajera

Dos años, dos astrónomos, un país. El francés Hyppolite Fizeau creó un método mucho más exacto que los anteriores para medir la velocidad de la luz. Un año más tarde, León Foucault lo perfeccionaría, llegando a una medida aún más precisa: 298.000 km/s. ¿Cómo trabajaron? El experimento que les permitió medir la velocidad de la luz, consistió en enviar un rayo de luz sobre un espejo rotativo, que desviaba el haz hacia otro espejo secundario fijo, que estaba a 35 kilómetros en la estructura original. La velocidad de la luz ya se aproximaba a su valor actual. Pero los experimentos continuaron. 1881 – 1887: Bendito éter

  Nuevamente, mientras Michelson y Morley buscaban la “velocidad relativa a la que se movía la Tierra respecto al éter”. Sin embargo, nuevamente, la velocidad de la luz terminó siendo la protagonista del experimento y se llegó a un resultado de 299.782 km/s. Recogiendo y perfeccionando el experimento de Foucault, realizaron múltiples mediciones. En una de las últimas experiencias, Michelson midió el tiempo que tardaba la luz en viajar  entre dos montañas en California, Estados Unidos, con espejos rotatorios. La medida exacta fue de 299.796 kilómetros por segundo.

Y en nuestros días…

El valor aproximado de la velocidad de la luz siguió perfeccionándose en el Siglo XX, con instrumentos más complejos, llegando al valor que hoy se maneja: 299.792 km/s. Actualmente aceptamos el valor de 299.792,458 km/s para la velocidad de la luz en el vacío. Matías Cabrera 4° 5° 3

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¡ Si pudiesemos viajar a ésta velocidad le daríamos algo más de siete vueltas a la Tierra en un segundo! La luz no sólo se propaga en el vacío, sino que lo hace también en algunos medios materiales, desplazándose en cada medio con una velocidad diferente según las características de éste. Casi todo el mundo sabe que ningún cuerpo puede alcanzar la velocidad de la luz. Esto es difícil de explicar con las leyes de la física clásica ya que comunicando la energía adecuada a un cuerpo podemos hacer que aumente su velocidad y no parece haber ninguna razón que nos impida acercarnos a la velocidad de la luz o incluso superarla. Sin embargo, Einstein, en la teoría de la relatividad, plantea que la masa de los cuerpos  puede considerarse una forma de energía. Si a una partícula que se desplaza a velocidades próximas a la de la luz le comunicamos energía, ésta se traduce en un aumento de masa de la partícula y no en un aumento de velocidad, por eso decimos que no es posible que un cuerpo alcance la velocidad de la luz. Según los cálculos de Einstein, si pudiéramos ver un cuerpo que se moviera a unos 260.000 km/s observaríamos que su masa se ha duplicado con respecto a la que tenía en reposo. Cuando la velocidad del cuerpo es baja (comparada con la de la luz), el aumento de masa que sufre si se le comunica energía es tan pequeño que no lo podemos medir. En este caso, tal como hacemos en la física clásica, podemos considerar que la masa de los cuerpos es constante.

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Métodos: 1° Método:

 Necesitamos: una tableta de chocolate, un microondas y una regla. Sacamos el plato giratorio del microondas, metemos el chocolate y a máxima potencia dejamos que empiece a fundirse en dos o tres puntos. Con unos 40 segundos debería bastar, dice que se pueden prorrogar hasta unos 60, pero no mucho más. Al haber sacado el plato giratorio, el chocolate no girará y, por tanto, el calor no se distribuirá igualmente por toda la tableta de chocolate, quedando dos o tres zonas fundidas (o quemadas, dependiendo del tiempo que esperéis) y no el resto. Unas vez hecho esto solo tenemos que sacar el chocolate del horno microondas y medir la distancia entre los pegotes de chocolate fundido. El horno microondas suele tener unos 2,45 GHz de frecuencia (microondas que oscilan 2.450.000.000 veces por segundo), se puede mirar la frecuencia, por si variase, en la parte  posterior del aparato o en las instrucciones. Como las microondas son una forma de radiación electromagnética, viajan a la velocidad de la luz... si sabemos la frecuencia de las microondas y queremos saber la velocidad a la que se mueven... tenemos que averiguar su longitud de onda... ¿Cómo averiguamos la longitud de onda de estas microondas? Muy sencillo, ¡para eso hemos derretido el chocolate! si no os lo habéis comido aun, que siempre se puede derretir más... solo hay que medir la distancia entre los puntos derretidos en la tableta. Los puntos derretidos son las zonas donde las microondas actúan "con mayor fuerza" en la tableta, la longitud de la onda es justo el doble de la distancia entre ambos puntos. Multiplicamos la distancia obtenida en el chocolate por 2, de forma que si la distancia entre ambos puntos es de 6cm, la longitud de la onda será de 12cm. Si multiplicamos la longitud de la onda por su frecuencia, obtenemos su velocidad, así que

12 x 2.450.000.000 = 29.400.000.000 cm/s (294.000.000 m/s)

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2° Método:

Cuando el espejo rotativo da un octavo de vuelta durante el tiempo que la luz emplea para ir al espejo fijo y volver, la siguiente cara del espejo está en la posición adecuada para reflejar la luz hacia el telescopio de observación.

3° Método:

Teniendo como dato que la distancia entre el Sol y el planeta Tierra = 150.000.000 kilómetros (aproximadamente). Y que la luz del sol tarda en llegar 8.2 minutos (aproximado). Sabiendo que: Velocidad = Distancia / Tiempo Pasamos los 8,2 minutos a segundos quedando : 492 segundos Podemos decir que Velocidad = 150.000.000 km / 492 segundos Velocidad = 304878 km/seg  Nota: El valor no da exacto, porque en la cuenta use valores aproximados, ya que es muy difícil obtener, valores exactos.

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La paradoja Einstein-Podolsky-Rosen y el teorema de Bell

Pues sí, sí se puede viajar más rápido que la luz (a pesar de que en el colegio nos enseñaron lo contrario). Si queréis saber cómo se rompe la velocidad de la luz en mil pedazos seguir  leyendo este articulo… El experimento de Bell o la paradoja Einstein-Podolsky-Rosen

Cuando se topan dos partículas subatómicas como un electrón (carga negativa) y un  positrón (carga positiva) ambos se autodestruyen generando en el proceso fotones, los cuales son partículas de luz que se comportan como onda y como corpúsculos. Estas  partículas de luz, las cuales están relacionadas, pueden viajan en sentido contrario una de otra. Si interceptamos o alteramos uno de estos fotones, automáticamente e independientemente de donde se encuentre, su fotón-pareja también se ve alterado exactamente igual. Esto es algo así como si dos amigos, uno en Nueva York y el otro en Tokio llevan corbatas de color negro. En el momento en que el amigo de Nueva York se cambiase la corbata negra por una roja, en Tokio, y simultáneamente, su amigo se cambiaría, a su vez, la corbata negra por una roja desafiando la velocidad de la luz. Este teorema se ha demostrado experimentalmente múltiples veces. Entonces….¿dónde está el truco? ¿Cómo es posible vencer la velocidad de la luz?.. Es muy sencillo: La cuestión radica en que cuando alteramos un fotón no estamos enviando “materia” más rápido que la velocidad de la luz, sino que estamos enviando información (un bit “cuántico”) al fotón-pareja, por lo tanto, este fenómeno no viola las leyes de la física. Einstein, en 1935, descubrió este efecto misterioso y lo denomino “fantasmal” (spooky), ya que ampararía fenómenos paranormales hasta entonces desdeñados por la ciencia, como la telepatía.

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