relatividad especial a.p.french

RELATIVIDADESPECIAL

A. P. FRENCH

EDITORIAL REVERTÉ, S. A.

MIT PHYSICS COURSE

(Massachusetts Institute of Technology)

Título de la obra original: Special Relativity

Edición original en lengua inglesa publicada por: W. W. Norton & Company, Inc., New York, USA

Copyright © by The Massachusetts Institute of Technology

Versión española por: Prof. J. Aguilar Peris Catedrático de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Madrid

Con la colaboración de: Dr. D. J. Doria Rico Profesor adjunto de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Madrid

Propiedad de: EDITORIAL REVERTÉ, S. A. Loreto, 13-15, Local B 08029 Barcelona Tel: (34) 93 419 33 36 Fax: (34) 93 419 51 89 E-mail: reverte@reverte.com Internet: http://www.reverte.com

Reservados todos los derechos. La reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento in-formático, y la distribución de ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo pú-blicos, queda rigurosamente prohibida sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones establecidas por las leyes.

Edición en español

© EDITORIAL REVERTÉ, S. A., 1988

REIMPRESIÓN: Junio de 2002 Impreso en España - Printed in Spain

ISBN: 84-291-4100-6 Obra completa ISBN: 84-291-4097-2 Tomo I

Depósito legal: SE-2200-2002

www.publidisa.com – (+34) 95.458.34.25. Impresión: Publicaciones Digitales, S. A. (Sevilla)

ISBN: 978-84-291-9060-1 eBook

6

5

7 8

4

3

2

1

9

10 11

12

Osciloscopio

Linac de 15 MeV

Primera

sección del

Linac

1 metro

Distancia a

recorrer : 8,4 m

Distribución de la carga

de la ráfaga de electrones

en la fución de tiempo

1 Planos equipotenciales

2 Cañón electrónico

5 Célula fotoelétrica

6 Ventana

8 Cinta de carga

3 Suministrador de pulsos

rápidos

4 Tanque a presión de

Van de Graaff

7 Fuente de destellos

luminosos

9 Tubo corto que señala el

comienzo del recorrido de

la ráfaga de electrones a lo

largo de la trayectoria

10 Cable que transmite la

señal de barrido

11 Cables que tranmiten las

señales de igual tiempo de

tránsito

12 Disco de aluminio que

recoge los electrones y la

llegada de la señal de la

ráfaga de los electrones al

final de su recorrido

∼ 3 x 10-9 s

Energía cinética K en MeV

10,0

9,0

8,0

7,0

6,0

6,0

5,0

5,0

4,0

4,0

3,0

3,0

2,0

2,0

1,0

1,00

Predicción newtoniana

v2 ,10

16m

2 / s

2

(a)

(b)

L

M

Δ x

E

E

x x x xx xx x

3

2

1

0,10 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

v/c

x

Kaufmann

BuchererGuye y Lavanchy

m[v

]/m

0

(a)

(b)

Tierra

1

23

4Sol

Estrella

c'

a'

ad

cb

v2

v1

v4v3

θ0

90ο

Sep. 1 Nov. 1 Ene. 1 Mar. 1 Mayo 1 Jul. 1 Sep. 1

50"

40"

30"

20"

10"

0

Salida de agua

Entrada de agua

M3

S

P

T

l

M1

M2

v

v

TierraJúpiter con una luna

B´ B A´ASol

v

Metalizada

S

T

P

C

M2

M1

NS

0,05 λ

0,00 λ

0,00

0,05

Al mediodía

Noche

EO

l / 8 x TeóricoExperimental

SN

S

T

P

M2

M1

l1

l2 « Viento de éter »

�

« Viento de éter »

S

S

T T

M2 M2

M1

M1

l1

l1l2 l2�

P P

(a) (b)

θ

A

A1

t1

t2C1

B C0

t

(a)A

C1´

A1´

B C0

t

(b)

x x

A0 B C

C1´

A1´

x

x´

tt'

PtP

t t´

tP´

xP´

xPx

x´

0

10

0

- 10

A

C

E

B

D

F

x

y

Señal luminosact ct´ct´´

R

P

BA Q

C

x

x´

x´´

0

t t´

x

x´

P1

P2

0

t t´

t´ = const.

x

x´

P1

x1 x2

P2

0

Señalde

entrada

Pantalla

Amp.

Amp.Reg.

Regis.

Hierro

Fotomultiplicador

Centelleador

Cámara

Disparador

Pulsos de desintegración de recuentoen el fotomultiplicador

B

NCA

l0 l0

v

�

� Δt1

� Δt2

A1 B1

A2 B2

A3 B3

l

l

l

Laser 1

Laser 2

Mesa giratoria aprueba de choques

Espejosemi-plateado

Fotomultiplicador

Instrumentos para medir yregistrar frecuencia pulsante

Q

A'B'

A

ctct'

x'

x0

(a)

R'

B'

B

A

ctct'

x'

x0

(b)

A

A

B

B

C

C

D

D

E

E

(a)

(b)

�

0 x

x'

l0

2 1 0 -1 -2 -3

-2 -1 0 1 2 3

A' B' C' D' E' F'

A B C D E F�

3 2 1 0 -1 -2A' B' C' D' E' F'�

4 3 2 1 0 -1A' B' C' D' E' F'�

- �

-1 0 1 2 3 4A B C D E F- �

0 1 2 3 4 5A B C D E F- �

Relojes enreposo en S'

Relojes enreposo en S

Reloj en reposo en S''

(a)

(b)

(c)

ct ct'

ct'x =

ctx = -

x'

xo

Futuro

Algún otro lugar

Pasado

Q

P

M3

M2

M1

M

P1 P2

P

M4

S

O

v

v

ω

r

Trayectoria del haz de protones

Blanco

Colimador

Imán

Pared protectora

Detector

A

D

B

(a)

(b)

P1

P2 P1

R

Rt = 0

t = �u2

u2 �

u2

λ'

w�

La fuente en

el instante t

t

Observador

Pulso p

rimer

o

Pulso

(n +

l)

(x2, t2)

(x1, t1)

xx00

t = n�

0 1,0 2,0Distancia, 109 años luz

Vel

ocid

ad, 1

04K

m/s

r

cΔλ

/λ

1

2

3

4

5

6

20 005 600

20 004 300

5 500

5 400

5 300

5 200

5 100

5 000

4 900

4 800

4 700

4 600

4 500

4 400

0334 0335 0336 0337 0338 0339 0340 0341

Tiempo respecto al meridiano de Greenwich

Fre

cuen

cia

reci

bida

, cic

los

/s

x1 x2

r1

x2

h

vx = 0

θ

θ

Suelo 0

H2

H3

H3

0 5 10 15 20 25

0,050

0,040

0,030

0,020

0,010

ParaH2Para

20755 volts

13702 volts

7859 volts

(a) (b)

Δλ1, angstroms

Δλ2,

angs

trom

s

En reposoMoviéndose

a través del éter

(a) (b)

v

u u

θ

1 2 3 4 5 6 77 8 9 108 9 10 11 12 PMAMHora del dia

1,15

1,10

1,05

1,00

Var

iaci

ón d

e fr

ecue

ncia

deb

ida

algi

ro e

fect

uado

exp

resa

da e

n ci

clos

/s

v

W0

W0

A0

B0

L γ0

L 0

B1 C1

/

A' B' C'

(a)

(b)

(b)

Δx

Δx

θ

θ W 0

Observando en S

Observando en S'

y u

vv

-u

B

B

A

A

u0

u0

-u0

-u0

u

-v-u

- v

(a)

(b)

En S'

En S

u -u

m(u) m(u) M0

m(u) m0 M

U

(a)

(b)

u

Fuente situadaen el extremodel rotor

Rotor deacero

Contador Dispersor de mercurioo de plomo y blindaje

de plomo

Velocidad de la fuente en cm/s

Variación de energía en eV

Coc

ient

e en

tre

ladi

sper

sión

tota

l y la

disp

ersi

ón n

o re

sona

nte

(a) (b)

2 x 104 4 x 104 6 x 104

0,1 0,5 0,9

2

3

1

0

-4 -2 0 2 4 6 8 10 12

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

-1,0

-1,2

0

Velocidad, cm/s

Dis

min

ució

n en

tant

o po

r ci

entoAbsorbente

FuentePb

Pb

(a) (b)

P1 P2 P N

m, p m, -p m0 , 0 m0 , 0 mπ , 0

π+

(a) (b)

v1 = β c v2 = β c

θ/2

θ/2

E1, p1

p2

p2

θ

φ

E, p

Q0, n0

Q, n

45o

0o

90o

135o

0,76

0,75

0,74

0,73

0,72

0,71

0,700,20 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8

1- cos θ

λ, a

ngst

rom

s

Bloques de plomo

Bloques de plomo

Cápsula dematerial

radiactivoθ = 30,0o

ϕ = 31,3o

Contador de electrones

Contador de fotones

Lámina de berilio

θM, p

M', p'

Q'

n

En S

En S'

(a)

(b)

m, p m, -p

m1, p1 m0, 0

S

0 0'

S'

P

u

v

θ /2

θ /2

(a) (b)

p'

p'

p'p2

E1, p1

p2

m, E', p'

En S' En S

Carga de prueba en reposo Carga de prueba en movimiento

F

F =

F

r

rr3

r

q2

q2

q1

kq1

q1

q2

Carga-fuente en reposo Carga-fuente en reposo

F =rr3

q2kq1(a) (b)

(a) (b)

yS

v

z

x

t = 0y'

S'

x'v

z'

q1

q2 q1q2

Tiempo t'

(x, 0, 0) (x', 0, 0)

(a) (b)

yS

y'S'

q2q2

q1 q1

z z'v

x

t = 0 t' = 0

(0, y, 0)(0, y', 0)

x'

v

Tiempo t'

(a) (b)

yS

vx

t = 0y'

S'

x'

v

z'z

q2

q2

q1q1

(x, y, z)

(x', y', z')r r'

p

X' Xq1

v

ε

(a) (b)

yS

y'S'

q2

q1

q2

q1

z' z'

x

t = 0 t' = 0

(0, y, 0)(0, y', 0)

x'

v

v

(a) (b)

yS

y'S'

q2

q1

q2

q1

z' z'

x

t = 0 t' = 0

(0, y, 0)(0, y', 0)

x'

v

v

(a) (b)

yS

y' S'

q2

q1

q2

q1

z z'

x

t = 0 t' = 0

(0, y, 0) (0, y', 0)

x'v

uy u'

(a) (b)

Sy'

S'

q1 q1

q2

q2

x

t = 0

(x, y, 0)(x', y', 0)

x'v

Tiempo t'

r r'

uy

u'

8 8-

P

y

rb

x dx

dx

dε

λ

θ

θ

0

8 8-

P

P

v

v

b

x dx

dx

dε

dε1

dε2

λ0

1 2

r

(a)

(b)

Densidad de carga

8 8-8 8-

v v v

q1 q1 q1

q2

q2

(a)

(b)

(c)

En S

En S'

En S

Densidad lineal de carga λ

Densidad lineal de carga λ'

vx

b

b

P u

u'

δ

-+

-+

-+

-

-

+-+

-+

-+

-+

-+

-

-

+-

+-

+ +

(a)

(b)

Electrones en movimiento

Electrones en reposo

Iones positivos en reposo

En S

En S'

v

v

-vIones positivos en movimiento

q2

q2

b

b

Línea del universodel ion positivo

Línea del universodel electrón

--

-

++

+

+ -

x10 x2 x3

x'

ct ct'

-+

-+

-+

-

-

+-+

-+

-+

-+

-+

-

-

+-

+-

+ +

(a)

(b)

Electrones en movimiento

Electrones en movimiento

Iones positivos en reposo

En S

En S'

u

v

v'

-uIones positivos en movimiento

q2

q2

b

b

v2

I2

l2

v1

I11

b