UNIDAD PARTICULAR EDUCATIVA PERPETUO SOCORRO “Ser estudiante de la UPEPS, es hacer de la vida, la lucha constante por ser mejor” 2019 – 2020 PROYECTO DE GRADO - ESTUDIO DE CASO Tema: Albert Einstein y su teoría de la relatividad Estudiante: Dayanna Barragán Tutor: Fecha: Junio 2020 INTRODUCCIÓN Albert Einstein representa una de las figuras más importantes dentro del mundo científico, volviéndose famoso tras la publicación de su Teoría de la Relatividad. La relatividad de Albert Einstein representa el mayor fundamento científico utilizado en la actual era, dentro de una amplia gama de experimentos y desarrollos; siendo las telecomunicaciones, la navegación, la aeronáutica, la exploración espacial los campos en donde mayor influencia tiene. La teoría antes mencionada hace referencia a que no existe una verdad absoluta y que todo es relativo dependiendo que cada uno de los observadores. El presente Estudio de Caso tiene como finalidad establecer la importancia que ha tenido la Teoría de la Relatividad dentro del ámbito científico y en el desarrollo de la sociedad humana. Con el fin de validar la información recopilada se utilizaron fuentes de información secundarias de sitios web, foros, blogs, artículos, entre otros. El tipo de investigación utilizado en el proceso investigativo es de carácter documental, mientras que el instrumento de recolección de información utilizado fue la ficha de registro de páginas electrónicas la misma que sirve como respaldo de las direcciones electrónicas o sitios web utilizados en la fundamentación teórica del proyecto. 1 ANTECEDENTE Albert Einstein físico alemán nació el 14 de marzo de 1879 en Ulm, considerado como el científico más famoso del siglo XX, el físico alemán es conocido por desarrollar la Teoría de la relatividad y la que seguramente es la ecuación más popular de la historia: E=mc2, la equivalencia entre masa y energía. La teoría de la relatividad de Albert Einstein es famosa por su predicción de fenómenos bastante extraños pero reales, como el envejecimiento más lento de los astronautas respecto a las personas que vivimos en la Tierra y el cambio en la forma de los objetos a altas velocidades. En 1905, Albert Einstein determinó que las leyes de la física son las mismas para todos los observadores, y que la velocidad de la luz en el vacío era independiente del movimiento de todos los observadores. Esta fue la teoría de la relatividad especial. Introdujo un nuevo marco para toda la física y propuso nuevos conceptos de espacio y tiempo. Einstein pasó después 10 años tratando de incluir la aceleración en la teoría y publicó su teoría de la relatividad general en 1915. En ella, determinó que los objetos masivos causan una distorsión en el espacio-tiempo, que se percibe como gravedad. 2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA A lo largo de la historia alrededor del mundo han existido un gran número de personajes que han sido dignos de admiración por sus aportes en el desarrollo de la sociedad y del mundo tal cual como lo conocemos hoy en día. Uno de estos personajes es Albert Einstein, uno de los físicos más relevantes de la historia, no dejó de moverse hasta el final de sus días. Sus descubrimientos marcaron un antes y un después en la física, recibiendo el premio Nobel de Física en 1922 y un reconocimiento mundial que trascendió la ciencia. La Teoría de la Relatividad se convirtió en un hecho que marcó una forma diferente de comprender los sucesos dentro del mundo científico y en la manera de entender la física. Einstein con su nueva teoría de la gravitación que modificó nuestra percepción del universo: la Teoría de la Relatividad general provocó una auténtica revolución científica desafiando la Ley de la Gravedad de Isaac Newton. Dentro del ámbito educativo dependiendo de la carrera de formación; el tener conocimientos debidamente fundamentados sobre el concepto y el significado de esta teoría es de gran importancia, ya que ayuda a tener una idea más clara sobre la verdad del universo. JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO El presente proyecto investigativo tiene como finalidad recopilar información de fuentes secundarias sobre temas relacionados a la Teoría de la Relatividad" y servir como fuente de como fuente de consulta para futuros estudios académicos centrados en dicho tema. Del mismo modo el proyecto pretende medir las destrezas de investigación y de desarrollo de proyectos de los estu8diantes, a través de la realización practica de un estudio de caso investigativo. En cuanto a la factibilidad del desarrollo del proyecto, es claramente viable factible dado que la información requerida es de fácil acceso ya que se encuentra disponible en la red. 3 OBJETIVOS DEL ESTUDIO Este proyecto tiene como objetivo general explicar de forma resumida la importancia de la “Teoría de la Relatividad” presentada por el físico Albert Einstein, dentro del mundo científico. Siendo sus objetivos específicos los siguientes: • Fundamentar de forma teórica el presente proyecto mediante la investigación de sitios web, foros, artículos, entre otros con el fin de recopilar información relacionada a la Teoría de la Relatividad. • Diseñar el marco metodológico • Determinar el tipo de fuente de información utilizado. • Establecer las conclusiones y recomendaciones. 4 MARCO CONCEPTUAL Teoría Etimológicamente la palabra teoría proviene del término que proviene del griego theoria que en el contexto histórico significaba observar, contemplar o estudiar y se refería más bien a un pensamiento especulativo. Sin embargo, con el paso del tiempo el significado del término evoluciono, haciendo referencia al conjunto de ideas base de un determinado tema, que busca transmitir una visión general de algunos aspectos de la realidad. Está constituido por un conjunto de hipótesis. (Significados.com, 2019) Dentro del enfoque científico existen dos tipos de ideas que pueden dar origen a la formulación de teorías las cuales son: la conjetura y la hipótesis. • Conjetura: si una suposición no es respaldada por observaciones, • Hipótesis: respaldada por observaciones comprobables. A pesar de ello, una hipótesis puede resultar ser falsa. Cuando esto ocurre, la hipótesis debe ser modificada para adaptarse a la observación, o ser descartada. Una teoría científica es la parte especulativa de una ciencia, en contraposición a la práctica. Se trata de un sistema consistente formado por observaciones, ideas y axiomas o postulados, y todo ello constituye un conjunto que trata de explicar ciertos fenómenos. (Significados.com, 2019) Con lo antes mencionado podemos definir que la teoría es un conjunto de ideas que buscan o pretender dar una explicación clara y lógica de los sucesos existentes en el universo; siendo su origen la formulación de conjeturas e hipótesis. Relatividad La relatividad viene de ‘relativo a’ indicando que no hay un punto de referencia absoluto, o sea, todo se explica teniendo en cuenta la relación que tiene con otra referencia. Por ejemplo, la relatividad de los valores, la relatividad cultural o la relatividad de las sentencias. (Significados.com, 2019) 5 Dentro del ámbito científico la palabra relatividad se asocia en general con la teoría elaborada por el físico alemán Albert Einstein (1879-1955) que revolucionó la física mecánica. Reformuló la teoría clásica que sostenía que el tiempo era universal y estático, y por lo tanto, sostuvo que dos procesos diferentes no pueden ser medidos con “el mismo tiempo”, pues ocurren en tiempos diferenciados y no lo hacen simultáneamente. Para la relatividad, el tiempo es específico en cada proceso. (DeConceptos.com, 2018) Podemos decir que la relatividad consiste en un punto de comparación entre dos elementos, ya que, al no existir un punto de referencia absoluto, se debe de enfocar la comparación con otros fenómenos. Teoría de la Relatividad Es el marco teórico que explica el comportamiento del universo a nivel, es decir, a nivel de galaxias, planetas, estrellas o sistemas solares y otros cuerpos celestes. Cualquier teoría del movimiento que intente explicar la forma en que las velocidades (y los fenómenos relacionados) parecen variar de un observador a otro sería una Teoría de la relatividad. (Conceptodefinicion.de, 2019) En cuanto a la Teoría de la Relatividad existen dos postulados o dos tipos de teorías; la teoría de la relatividad general y la teoría de la relatividad especial. Ambos fueron presentados por el científico Albert Einstein a principios del siglo XX. • La Teoría de la relatividad especial (1905), un tratado de física del movimiento de los cuerpos en ausencia de fuerzas gravitatorias o de gravedad, donde se compatibilizaban las ecuaciones de Maxwell referentes al electromagnetismo, con las de Newton referentes al movimiento. • La Teoría de la relatividad general (1915), una aproximación teórica a la gravedad que plantea el reemplazo de la gravedad newtoniana, es decir, se trata de la misma Teoría especial, pero en presencia de las fuerzas gravitacionales. Las dos teorías de la relatividad sentaron las bases de la física moderna y gracias a ellas pudimos comprender mejor el funcionamiento del universo, así como la estructura del espacio y el tiempo. 6 MARCO METODOLÓGICO La metodología comprende los aspectos relacionados con los tipos de investigación, los enfoques, los métodos, las técnicas y los instrumentos a utilizarse durante el proceso de investigación. Tipo de investigación El tipo de investigación del presente proyecto es de carácter documental-bibliográfico, este tipo de investigación es de gran importancia dentro del proceso de recolección de información para la construcción de un objeto de investigación, ya que garantiza la calidad de los fundamentos teóricos de la investigación. Fuentes de investigación La totalidad de la información recopilada para el desarrollo y fundamento de la presente investigación procede de fuentes secundarias; es decir, que la información es procedente de sitios web, blog, revistas, foros, artículos, entre otros. Instrumento de investigación Los instrumentos de investigación documental son todas aquellas herramientas utilizadas para recolectar la información en esta clase de estudios. Por su parte, la investigación documental es un tipo de indagación basado en la revisión de documentos escritos y no escritos que guarden relación con el propósito del estudio. El instrumento a utilizar en el presente estudio de caso es el registro de páginas electrónicas. Los avances de la tecnología han facilitado el acceso a otros instrumentos de investigación documental muy poderosos. Tal es el caso de las bibliotecas electrónicas producto del tratamiento electrónico de los datos. Así, a través de internet se puede revisar y analizar gran cantidad de información que ha sido digitalizada y almacenada en las distintas bases electrónicas de datos. Los motores de búsquedas dirigen hacia distintos sitios donde se puede localizar esta información. Ahora bien, el registro de estas páginas electrónicas permite ubicarlas y utilizarlas a conveniencia. Este registro debe contener la descripción detallada del contenido de la página y la dirección de acceso. 7 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS Los primeros éxitos científicos de Einstein tuvieron lugar en 1905. Ese año publicó cuatro artículos fundamentales; entre ellos, los que completaron la teoría especial de la relatividad. Diez años después Einstein amplió dicha teoría para incluir la gravedad. Aquel hito superó la física de Newton y redefinió para siempre la noción de espacio y tiempo. La teoría de Einstein daría lugar a nuevas líneas de investigación, muchas de las cuales siguen vivas aún hoy. Sus ideas permearon la cultura y moldearon el mundo de manera imborrable. Esta teoría cambio la visión y la percepción del tiempo, el espacio, la materia y la energía, gracias a ello sabemos que: • El tiempo es una dimensión más, así como las tres dimensiones del espacio. El tiempo no puede existir separado del espacio; ya que encuentran indisolublemente unidos en el denominado “tejido del tiempo-espacio”. • El tiempo, el espacio y la maso no son absolutos, sino que dependen de las condiciones del observador que los mida. Son afectados por la velocidad y los campos gravitacionales; estos últimos son afectados por la presencia de la materia. La simultaneidad no es absoluta, sino que es relativa. Dos eventos pueden ocurrir simultáneamente para un observador y en momentos diferentes para otro. • La materia y la energía son equivalentes. La una se puede transformar en la otra. La materia contiene una cantidad enorme de energía. • La gravedad no es una fuerza, sino una configuración geométrica del tejido del tiempoespacio. La materia ocasiona hondonadas en dicho tejido y atrae otras materias. • Nada material puede viajar a una velocidad mayor que la de la luz, dicha velocidad es la misma para cualquier observador, sin importar se estado de movimiento. El mundo moderno se ha visto muy influenciado por la Teoría de la Relatividad, ya que muchos de los artefactos tecnológicos no existirían sin ella; los ejemplos más destacados son las telecomunicaciones y los sistemas de navegación. Según las leyes del movimiento establecidas por primera vez con detalle por Isaac Newton hacia 1680-89, dos o más movimientos se suman de acuerdo con las reglas de la aritmética elemental. Supongamos que un tren pasa a nuestro lado a 20 kilómetros por hora y 8 que un niño tira desde el tren una pelota a 20 kilómetros por hora en la dirección del movimiento del tren. Para el niño, que se mueve junto con el tren, la pelota se mueve a 20 kilómetros por hora. Pero para nosotros, el movimiento del tren y el de la pelota se suman, de modo que la pelota se moverá a la velocidad de 40 kilómetros por hora. Como podemos ver no se puede hablar de la velocidad de la pelota a secas. Lo que cuenta es su velocidad con respecto a un observador particular. Cualquier teoría del movimiento que intente explicar la manera en que las velocidades (y fenómenos afines) parecen variar de un observador a otro sería una «teoría de la relatividad». La teoría de la relatividad de Einstein nació del siguiente hecho: lo que funciona para pelotas tiradas desde un tren no funciona para la luz. En principio podría hacerse que la luz se propagara, o bien a favor del movimiento terrestre, o bien en contra de él. En el primer caso parecería viajar más rápido que en el segundo (de la misma manera que un avión viaja más aprisa, en relación con el suelo, cuando lleva viento de cola que cuando lo lleva de cara). Sin embargo, medidas muy cuidadosas demostraron que la velocidad de la luz nunca variaba, fuese cual fuese la naturaleza del movimiento de la fuente que emitía la luz. Supongamos que cuando se mide la velocidad de la luz en el vacío, siempre resulta el mismo valor (unos 299.793 kilómetros por segundo), en cualesquiera circunstancias. ¿Cómo podemos disponer las leyes del universo para explicar esto? Einstein encontró que para explicar la constancia de la velocidad de la luz había que aceptar una serie de fenómenos inesperados. Halló que los objetos tenían que acortarse en la dirección del movimiento, tanto más cuanto mayor fuese su velocidad, hasta llegar finalmente a una longitud nula en el límite de la velocidad de la luz; que la masa de los objetos en movimiento tenía que aumentar con la velocidad, hasta hacerse infinita en el límite de la velocidad de la luz; que el paso del tiempo en un objeto en movimiento era cada vez más lento a medida que aumentaba la velocidad, hasta llegar a pararse en dicho límite; que la masa era equivalente a una cierta cantidad de energía y viceversa. Todo esto lo elaboró en 1905 en la forma de la «teoría especial de la relatividad», que se ocupaba de cuerpos con velocidad constante. En 1915 extrajo consecuencias aún más sutiles para objetos con velocidad variable, incluyendo una descripción del comportamiento de los efectos gravitatorios. Era la «teoría general de la relatividad». 9 Los cambios predichos por Einstein sólo son notables a grandes velocidades. Tales velocidades han sido observadas entre las partículas subatómicas, viéndose que los cambios predichos por Einstein se daban realmente, y con gran exactitud. Es más, sí la teoría de la relatividad de Einstein fuese incorrecta, los aceleradores de partículas no podrían funcionar, las bombas atómicas no explotarían y habría ciertas observaciones astronómicas imposibles de hacer. 10 CONCLUSIONES Previo a la concepción de la Teoría de la Relatividad predominada el pensamiento newtoniano, el cual establecía que el tiempo y el espacio eran absolutos. Esta forma de pensar cambio tras la teoría expuesta por Albert Einstein en la cual el establece que el tiempo y el espacio son relativos y que todo depende de las condiciones en las cuales se encuentre el observados, es decir, que todo depende del punto de vista de cada persona. La teoría se empezó a hacer necesaria cuando ciertas anomalías del universo no se podían explicar en base al mecánico Newton o física clásica. Tiene algunos antecedentes como las transformaciones de Lorenz, el hecho de que la velocidad de la luz no cambia en ningún marco de referencia, el hecho de Mercurio se desviara de la órbita prevista por Kepler y Newton sin la existencia de otro cuerpo que lo atrajese que no fuera el Sol para citar algunos. Según la relatividad especial, cosas muy extrañas suceden cuando un objeto se mueve casi a la velocidad de la luz. El tiempo se retrasa, la longitud de un objeto disminuye y aumenta la masa del objeto en movimiento. Si dos observadores están en movimiento relativo entre ellos, pueden discrepar si dos eventos ocurren al mismo tiempo. De acuerdo a la famosa ecuación de Einstein, E = mc2, masa y energía se transforman de una a otra. En lo referente a la Teoría de la Relatividad Especial se establecieron los siguientes postulados: • Primer postulado. Todos los sistemas de referencia inerciales son físicamente equivalentes, o lo que es lo mismo, las leyes de la Física adoptan la misma forma en todos los sistemas de referencia inerciales. • Segundo postulado. La velocidad de la luz en el vacío posee siempre el valor constante c en todos los sistemas inerciales de referencia, o sea, no depende de la velocidad del movimiento de la fuente. La teoría general de la relatividad postula que la "forma" del espacio puede ser curvada cerca de objetos grandes con mucha gravedad. De hecho, de acuerdo a la relatividad, la gravedad es más una curvatura del espacio que una fuerza. Incluso los rayos de la luz se desvían cuando pasan cerca de un objeto masivo. Esta es la razón por la cual los huecos negros pueden "succionar" la luz que pasa cerca de ellos. 11 La Teoría de la Relatividad se ha comprobado en numerosos experimentos. Y forma parte de nuestra vida diaria. Sí, los sistemas de posicionamiento global, el GPS, tienen en cuenta la Teoría de la Relatividad en su funcionamiento. Como se están moviendo, sus dispositivos de medida del tiempo no están sincronizados con los de la Tierra debido a la dilatación del tiempo que predice la Teoría de la Relatividad Especial y a que el valor del campo gravitatorio en el espacio es menor que en la Tierra. Los primeros satélites para GPS que se lanzaron no incluían estas correcciones y al poco empezaron a dar resultados erróneos. Afortunadamente, los científicos e ingenieros fueron previsores e incluyeron dispositivos para corregir este efecto, por si acaso la Teoría de la Relatividad era cierta. El tipo de investigación documental apoyado en la ficha de registro de páginas electrónicas como el instrumento de recolección de información, permitieron obtener información relevante sobre la definición y la aplicación de la Teoría de la Relatividad dentro del mundo científico. RECOMENDACIONES El tipo de fuente de información más recomendada en el desarrollo de una investigación documental, es la secundaria, por la facilidad que representa al momento de procesarla y analizarla. En lo referente a los instrumentos de recolección de información; cuando se trata de una investigación documental, se recomienda al estudiante la utilización de las fichas bibliográfica y las fichas de registro. En cuanto a los estudiantes de carreras relacionadas con la física se aconseja a los estudiantes conocer de forma profunda lo relacionado a la Teoría de la Relatividad y de la importancia de su aplicación dentro del campo científico. 12 REFERENCIAS AgenciaEFE. (26 de Julio de 2018). AgenciaEFE. Obtenido de AgenciaEFE: https://www.efe.com/efe/america/tecnologia/la-teoria-de-relatividad-einstein-obtieneuna-nueva-confirmacion/20000036-3702738 Conceptodefinicion.de. (03 de Mayo de 2019). Conceptodefinicion.de. Obtenido de Conceptodefinicion.de: https://conceptodefinicion.de/teoria-de-la-relatividad/ Cuadra, P. (03 de Julio de 2012). elnuevodiario. Obtenido de elnuevodiario: https://www.elnuevodiario.com.ni/opinion/256622-que-sirve-teoria-relatividad/ DeConceptos.com. (2018). DeConceptos.com. Obtenido de DeConceptos.com: https://deconceptos.com/ciencias-naturales/relatividad EcuRed. (2016). EcuRed. Obtenido de EcuRed: https://www.ecured.cu/Teor%C3%ADa_de_la_relatividad Russell, R. (16 de Junio de 2008). Ventanas al Universo. Obtenido de Ventanas al Universo: https://www.windows2universe.org/physical_science/physics/relativity_theory.html& lang=sp Significados.com. (15 de Febrero de 2019). Significados.com. Obtenido de Significados.com: https://www.significados.com/teoria/ Significados.com. (03 de Diciembre de 2019). Significados.com. Obtenido de Significados.com: https://www.significados.com/relatividad/ 13 ANEXOS Foto relatoría Imagen 1 Explicación Matemática de la Teoría de la Relatividad Nota: La imagen muestra de forma gráfica y matemática la explicación de un problema relacionado con la velocidad de la luz. Imagen 2 Albert Einstein Nota: La imagen muestra de fotografía más famosa del célebre físico Albert Einstein. 14 Imagen 3 órbitas de las estrellas muy cerca del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Nota: Esta simulación muestra las órbitas de las estrellas muy cerca del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Una de estas estrellas, llamada S2, orbita cada 16 años y, en mayo de 2018, pasaba muy cerca del agujero negro. Es un laboratorio perfecto para probar la física de la gravedad y, específicamente, la teoría de la relatividad general de Einstein. El Observatorio Espacial Europeo (ESO) informó hoy de que ha podido comprobar por primera vez desde sus instalaciones en Chile los efectos que predijo Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad sobre el movimiento de una estrella cerca de un agujero negro súpermasivo. Los astrónomos del ESO pudieron seguir el movimiento de la estrella S2 cuando pasaba en mayo pasado a menos de 20.000 millones de kilómetros del agujero negro y moviéndose a una velocidad de algo más de 25 millones de kilómetros por hora. (AgenciaEFE, 2018) Ficha de registro de páginas electrónicas Motor de búsqueda Palabra clave Dirección electrónica Google.com Teoría https://www.significados.com/teoria/ Google.com Relatividad https://deconceptos.com/cienciasnaturales/relatividad Google.com Relatividad https://www.significados.com/relatividad/ Google.com Teoría de relatividad la https://conceptodefinicion.de/teoria-de-larelatividad/ Google.com Teoría de relatividad la https://www.elnuevodiario.com.ni/opinion/256622que-sirve-teoria-relatividad/ Tema encontrado Definición de Teoría. Definición de la Relatividad. Definición de la Relatividad. Definición de la Teoría de la Relatividad. Importancia de la Teoría de la Relatividad. 15
