Tela relativista

De Física Itinerante
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Ficha del experimento
Autor(es) original(es) Jennifer Fienco
Área(s) abarcadas Astronomía
Nivel de enseñanza Rellenar
Contenido curricular abordado
Rellenar

Comprender como funciona la gravedad relativista puede ser un poco abstracto, por ello se proporciona esta actividad con el objetivo de que los alumnos y el profesor puedan observar en un modelo, la curvatura que produce una masa en el espacio-tiempo.

Introducción

Einstein en su teoría de la relatividad afirmo que la relatividad era consecuencia de la deformación que producía una masa a su al rededor en el espacio-tiempo. Por esa razón tanto otras masas como los rayos de luz se desvían para pasar cerca de cualquier masa, como se ha comprobado en estrellas, galaxias, etc.

Está teoría se comprobó en 1.919 al observar a Mercurio durante un eclipse de Sol: su posición, cercana al Sol, se veía desplazada de donde debería estar, debido a la desviación de los rayos de luz al pasar cerca del Sol .

Manual de Actividades

Material Educativo Incluido

  1. Tela elástica expandible
  2. Bola de acero inoxidable con base de bronce
  3. Canicas de diferentes tamaños
  4. Bolsa de tela para guardar las canicas
Figura 1: Materiales incluidos

Instrucciones de Uso

Este efecto se puede representar con un modelo en 2 dimensiones. Consiste en una tela elástica, que se extiende horizontalmente entre varias personas. Sobre ella se lanza una canica ligera que describe una trayectoria recta. Pero si colocamos la bola de acero, la tela se deforma, y la trayectoria de la canica sufre una desviación, como ocurre con los rayos de luz en las trayectorias cercanas a una masa.

Con este modelo también se pueden simular agujeros negros, aflojando la tensión de la tela y haciendo que la bola forme casi un pozo. Al tirar la canica (fotón de luz), esta se dirige al pozo y no puede salir, como ocurre con los rayos de luz en las cercanías de los agujeros negros .

Figura 2: Bola de acero inoxidable

Actividades Propuestas

Antes de comenzar, ubique a lo menos a 4 personas (idealmente de similares tamaños) en un circulo. Cada persona debe tomar un extremo de la tela y expandirla.

  1. Primero tiren una canica sobre la tela sin ningún objeto en ella, dejen que esta se deslice hasta caer al piso.
  2. Ahora ubiquen la bola de acero inoxidable al centro de la tela, manteniéndola firme y expandida como se muestra en la Figura 3.
  3. Tiren las canicas por distintas trayectorias, una a la vez y observen las que forman órbitas y se quedan girando en ellas hasta caer al centro.
Figura 3: Ilustración de la representación que debería tener la tela con la bola de acero y una canica [1]

Contenido Adicional

Preguntas y Respuestas

Primera Pregunta
¿Quiere decir que el tiempo también se “deforma” en presencia de una masa?, ¿dice Einstein que el tiempo que mide nuestro reloj es diferente si estamos cerca o lejos de una masa?

Sí y Sí, y esto se ha medido en un experimento muy directo: comparar cómo marca los segundos un reloj muy preciso situado a ras de tierra con lo que marca otro situado a gran altura (por ejemplo en la azotea de un rascacielos o en un satélite en órbita a la Tierra). El reloj del suelo va más despacio que el reloj a gran altura (ya que la fuerza de la gravedad es mayor en el suelo; recordar que disminuye con el cuadrado de la distancia al centro de la Tierra). O sea, el tiempo también se curva en presencia de una masa, y esto es otra prueba más de la realidad del espacio-tiempo y de que las dimensiones temporales y la espacial tienen la misma naturaleza.

Sin embargo, es importante darse cuenta de que las teorías de Newton y de Einstein dan prácticamente los mismos resultados en la inmensa mayoría de las observaciones astronómicas y experimentos de laboratorio. De hecho, los resultados son, a todos los efectos, iguales en todos los fenómenos donde hay gravedad débil (o sea, donde no hay gran concentración de masa). Incluso el Sol, con su masa de toneladas no es muy masivo en el universo y, por tanto, no deforma mucho el espacio-tiempo a su alrededor. Sólo produce ligeros efectos en la órbita de Mercurio porque es el planeta más cercano al Sol y el que tiene la órbita más excéntrica (menos circular). Pero son estos “ligeros efectos” relativistas los que finalmente permitieron explicar la diferencia de 0,43 segundos de arco entre la posición predicha para el planeta y la observada.

Las fórmulas de Newton son más fáciles de resolver que las de Einstein por eso se siguen utilizando en los casos de gravedad débil .

Extensión a la actividad

Si desea obtener más ideas para mejorar la interacción con la actividad dada, vea el vídeo https://www.youtube.com/watch?v=yOGkoyvY2To.

Referencias