Introducción a la Física Contemporánea
(Primavera 2010, Lic. Física, FCFM)
OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO:
Este curso tiene como objetivos: generar los conocimientos y habilidades
necesarias para entender las bases de las revoluciones en la Física
a principios del siglo XX (tambien conocida como Física Moderna)
así como representar de forma teórica, matemática y
computacional los conceptos y leyes de la física involucrados: la
teoría de la relatividad especial y la mecánica cuántica.
CONTENIDO Y ESQUEMA DEL CURSO:
- 1. Introducción a la Teoría de la Relatividad Especial
- revisión de la Mecánica Newtoniana: alcances y límites
- descripción del mundo Newtoniano: cinemática y dinámica
- sistemas inerciales: el principio de relatividad de Galileo
- la teoría electromagnética de Maxwell
- teoría, experimento, leyes
- el experimento de Michelson-Morley
- los postulados de Einstein y sus consecuencias
- suma de velocidades
- el efecto Doppler relativista
- contracción de Fitzgerald
- las transformaciones de Lorentz
- 2. Aplicaciones de Relatividad Especial
- cuadrivectores de posicion y de momento. Invariantes
- dinámica relativista
- la ecuación relativista de movimiento
- conservación de energía y momento
- aplicaciones a Electromagnetismo
- aplicaciones a colisiones de partículas
- 3. Las propiedades tipo partícula de las ondas electromagnéticas
(Teoría Cuántica de la Radiación; )
- los espectros de dispersión y difracción, líneas espectrales de gases
- el efecto fotoeléctrico
- la radiación térmica y de cuerpo negro, la ley de Stefan-Boltzman
- las leyes de Wien y Rayleigh-Jeans
- La ley de Planck
- el efecto Compton
- los experimentos con rayos X
- 4. Los modelos atómicos pre-cuánticos y los orígenes de la Mecánica Cuántica
- los espectros de dispersión y difracción, líneas espectrales de gases
- primeros modelos atómicos (Thomson y Rutherford)
- el modelo de Bohr
- ley de Bragg, niveles de energía de los átomos
- las propiedades tipo onda de las partículas
- la hipótesis de De Broglie
- la dualidad onda-partícula
- las relaciones de incertidumbre de Heisenberg
Mas detalles se encuentran en el
programa de la materia.
Observaciones
Noten que la resolución de problemas y los proyectos representa una parte
esencial del curso. Los ejercicios serán, en algunos casos,
largos o díficiles.
El entendimiento viene junto con un manejo competente en la
resolución de los
problemas. Todos ellos deberán ser resueltos ... o al menos ser
intentados. Usen las horas fuera de clase para verme cuando
tengan algún problema en específico.
Los invito a que se reunan en grupos para estudiar, discutir,
arguir y dominar los ejercicios. Sin embargo ESPERO que cada UNO
escriba sus soluciones por separado, mostrando su entendimiento
propio mediante la explicación detallada de los métodos de
resolución de cada problema.
Muchos estudiantes ven la física enteramente a través del
prisma de la resolución de problemas. Desde esa perspectiva, un curso de
física es esencialmente un conjunto de prescripciones necesarias para
resolver cierta clase de problemas. Esta visión es desafortunada --
la esencia de la física es que la Naturaleza puede ser comprendida a
través de un comparativamente pequeño número de reglas
que se pueden formular matemáticamente. Algunas de las leyes son
empíricas en naturaleza: simplemente codifican los resultados de
numerosos experimentos. Otras de esas reglas son derivadas -- se pueden obtener
usando razonamiento físico y matemático a partir de las leyes
empíricas. Similarmente las leyes físicas típicamente
tienen dominios limitados de validez y es esencial comprender cuales son.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
- tareas y ejercicios: 5 %;
- evaluaciones parciales: 40 %;
- proyectos: 20 %;
- lecturas y miniquizzes: 35 %
Las tareas son obligatorias para la presentación de los exámenes.
Solo hay un día de tolerancia para aceptar tareas atrasadas.
BIBLIOGRAFÍA
- Modern Physics, Kenneth Krane (**, básico)
- Introducción a la Física Moderna, J. McGervey (**)
- Quantum Mechanics Concepts and Applications, Zettili
- Quantum Physics - Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, And Particles, Eisberg-Resnick (**)
- Energy and Mass in Relativity Theory, Lev. B. Okun.
(**) En la Biblioteca Nicolás Copérnico.
LECTURAS
- Lectura 1
- Esquema del trabajo científico
- Lectura 2
- Lecturas 3 *
- Suma relativista de velocidades *
- Leer el Cap. 9, página 77, del libro de Okun *
- Lecturas 5 (**):Ondas,
interferencia,
transformadas de Fourier,
difracción,
electromagnetismo
- Lectura 6 (***)
- Lecturas 6: A,B,
C (****)
- Lecturas 7
- Lectura 8a,
Lectura 8b
- Sitio web de Motion Mountain, libro libre
de física. Aquí está
- Lectura 9:Cámara de burbujas,
Light 3.1, Light 3.3
(**) Obtenidas del sitio
Physics 2213b Modern Physics
(***) Obtenidas del sitio astro101s04.html
(****) Obtenidas del sitio
PHYS 252
Información de Apoyo
Sobre material y programas de apoyo en computo (que usarán en el curso)
consultar la página
Ayuda en Computo.
The principle of science, the
definition almost, is the following: The test of all knowledge is
experiment. Experiment is the sole judge of scientific truth. But
what is the source of knowledge? Where do the laws that are to be
tested come from? Experiment, itself, helps to produce these laws,
in the sense that it gives us hints. But also needed is
imagination to create from these hints the great generalizations
to guess at the wonderful, simple, but very strange patterns
beneath them all. and then to experiment to check again whether we
made the right guess.
Richard Feynman
Última revisión: 27/06/2010, javierh en {fcfm.buap.mx}
, Puebla, Pue. México