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martes, 26 de julio de 2016

Entrada nº 41 - Tema 8-2 Discrepancias de medidas

Entrada nº 41 del blog: ensayocosmologico.blogspot.com      bayodjose@gmail.com

Tema 8 – Aptdº 2:        PARADOJAS AL MEDIR: DISTANCIA-TIEMPO –VELOCIDAD

NOTA:
Los conceptos que expongo a continuación, ya fueron desarrollados con detalle en el  tema 5-3 de este blog. al tratar de sistemas inerciales y no inerciales, especialmente por los estudios del movimiento de Galileo y posteriormente de Newton.                                                                         Ellos y muchos eminentes sabios más, propiciaron la gran 1ª “revolución científica”.                         
Incido en ello para pasar en próximos capítulos a los conceptos de “Espacio/tiempo absolutos y espacio/tiempo relativos.

Tras ello podremos abordar someramente, la física moderna denominada:                                      

  3ª Revolución científica” 

que removería, ampliaría y pondría en duda, todas las teorías del Universo, dadas como indiscutibles, hasta Newton.

El mundo de la ciencia está de acuerdo en aceptar las unidades de referencia para las medidas de distancias, tiempos, masas (o cantidad de materia) y demás parámetros de la física.                               Ellos están internacionalmente definidos como patrones de medidas absolutos, o sea invariables, como; 
-El metro (m) para las distancias; 
-El segundo (sg.) para el tiempo; 
-La masa (m), como referencia relacionada con la cantidad de materia.                                  

Las medidas de posiciones y movimientos hechas por distintos observadores, darían muchas sorpresas y quebraderos de cabeza, al comprobarse que se obtenían resultados distintos par las mismas medidas, a pesar de usar los mismos patrones de medida citados.

Este hecho daría lugar a un estudio profundo de los conceptos “absoluto y/o relativo, pues la forma y el acto de medir, no era tan sencillo como aparentaba ser.                   

(No entraremos aquí en el concepto “relativista o teoría de “la relatividad” de Einstein” que vendría dos siglos después. Lo haremos más adelante)

Vamos a ver un ejemplo en el que las mediciones de dos observadores, ambos situados en diferentes condiciones de reposo o movimiento no coinciden, aún usando los mismos métodos y aparentemente, unidades de medida.

Dichas discrepancias se deben a la mecánica de los movimientos relativos en los “Sistemas inerciales y no inerciales” comentados anteriormente

Un ejemplo sencillo lo podemos ver en la

fig. 8-10



Supongamos dos observadores, que independientemente, realizan medidas del mismo acontecimiento y se los comunican por teléfono.

-Uno (que llamaremos observador “2”)                                                                                                  se encuentra fijado a una plataforma giratoria cilíndrica cerrada. Su mundo/espacio/tiempo, se limita al cilindro citado. No tiene ninguna referencia de lo exterior a él. Gira con la plataforma de manera idéntica a ella.                                                                                                                                            Dicha plataforma, gira en un espacio dentro del triedro cartesiano “XYZ” que servirá de referencia para hacer y valorar las mediciones que tratemos.                                                                                   (XYZ. Sistema de coordenadas de René Descartes, ya tratada en anteriores capítulos)

-Otro (Que llamaremos observador “1”), está situado en el exterior del cilindro. Fijo respecto al mismo triedro de referencia XYZ.

En la figura 8-10, podemos ver las discordancias de medidas entre ambos, aún siendo correctos sus procedimientos de medición.

Explicación:

En este ejemplo, tenemos un caso típico de medidas relativas, según la posición y/o estado de los observadores que las realizan
Supongamos la plataforma cilíndrica citada, que gira a una determinada velocidad angular (w). En ella se encuentra el observador “2”, fijo a ella y por tanto girando de la misma manera.                                                                                                                            
Éste no tiene ninguna referencia del exterior. Solo percibe el entorno, dentro de la plataforma cilíndrica.                                                                                                       

Fuera de la plataforma, se encuentra:                                                                                                    

 El observador, “1”, fijo respecto al sistema de coordenadas “XYZ”.                                                                                                                                                       
Este observador tiene el privilegio de poder ver lo que ocurre dentro del cilindro, por lo que puede medir lo que ocurre en él.                                                                             
Ambos se comunican por teléfono.                                                                                          

Un objeto, se desplaza a lo largo de una generatriz del cilindro. Sube de A a y desciende por la misma generatriz hasta A, que ahora se ha desplazado a debido al giro.                                                                                                                                                 
El observador  “1”                                                           
ve que la trayectoria de A hasta  C es una curva.                                                                    

Pero  de esto no puede percatarse el “2” ya que gira con la plataforma y no percibe el desplazamiento de A a C.                                    

El observador “2”, solo ve el movimiento de subida y bajada del objeto, por la misma generatriz del cilindro. El recorrido observado por “2” habrá sido 2xH.                                                                       Supongamos que H=6m.                                                                                                                       

El observador “2” medirá un recorrido del objeto, de ida y vuelta 2H= 12m.    

El observador “1” medirá una longitud obviamente mayor, pues lo que mide es:                             
una curva de ida y vuelta de “ABC”

Supongamos, como ejemplo 15m.

Dichos resultados se los comunican “1” y “2” por  teléfono.                                                     

No se explican cómo sus medidas son distintas, si los metros y relojes usados, se supone que son los mismos.                                                                                                                                                      Parece que uno de los dos, se ha equivocado.                                                                                   Vuelven a medir, pero siempre les sucede lo mismo.                                                                                
El recorrido del objeto es el observado por cada uno de ellos. Sin embargo:                             

“El acontecimiento es el mismo”.                                                                                      

La bola va de la posición de A, a la otra A (Ahora ) por la generatriz AA´.

¿Qué ha sucedido? ¿Por qué las dos medidas son distintas?

Explicación (1 )                                                                                                                           

Para unificar criterios y poderse entender, utilizan el siguiente subterfugio:                               
El observador “1” dice al “2”:                                                                                                                

“Si mi metro mide “1m” y el tuyo midiera 0,8m, tu medirías 12/08=15m.es decir; el mismo valor que yo”. De esta manera, el valor numérico de nuestras  medidas coincidiría siempre.

Sucede como si, para que haya unidad de criterios, en el sistema aislado de la plataforma girando:                                                                                                                            

“El metro tuviera que ser más corto respecto al sistema exterior del observador “1”.                                                                                                                                                                                                 Los observadores vuelven a discutir y acuerdan que esto no puede ser así, pues

-La unidad de medida “metro=1m” no puede variar. Es universal

Entonces:

¿Por qué no coincidimos en la medida, si usamos el mismo metro?

Explicación 2:

Al observador “1” se le ocurre una idea que puede explicar el problema. Tal es:

Si tu reloj, le dice al observador “2”, se retrasa 0,2seg por cada 1seg.del mío, como el movimiento del objeto es invariable, tu verdadera medida debería ser corregida según  este desfase. Es decir:

Tu medida real debería ser = 12/0,8 = 15m

Entonces coincidirían nuestras medidas.                                                                                                   Pero para que esto suceda, debemos de trabajar con relojes distintos.
O sea que:                                                                                                                                            

Para ser compatibles las medidas, el tiempo, en el sistema “plataforma”:

Debería de ir más lento que en el exterior de ella.                              

Así pues: Para ponerse de acuerdo:                                                                                              
-O bien “2” usa un metro más corto (0,8m) que “1”                                                            
-O bien su reloj va más lento (0,8 seg por cada 1 seg.).                                                                          -O ambas cosas a la vez.

Esto indica que, como en este caso de la bola, moviéndose en la plataforma girando:

El mismo suceso, se ve diferente según las distintas posicione y estados de ambos observadores “1” y “2”.

Rigurosamente hablando, podemos afirmar que:

a) Ni el tiempo ni el espacio son absolutos para observadores diferentes.                                     

Luego serán relativos(O subjetivos para cada observador):

b) Pero solo lo serán para distintos observadores (nota importante)

Si en el espacio de coordenadas “XYZ” un solo observador, situado en el origen “O”  mide con las unidades universalmente convenidas, los resultados de cualquier medición:

c) Siempre serán los mismos para dicho y único observador. Con un único metro y un único reloj

En este contexto, podemos estar de acuerdo con Newton y hablar de:                    

d) Espacio absoluto, pero con condiciones previas aceptadas por todos.
En el próximo apartado 8-3, a continuación, aclararemos estas condiciones

Tema 8-2     Entrada nº 41 del blog. Ensayocosmologico.blogspot.com


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