Compendio de Experimentos Clásicos de la Física Moderna Luis Felipe Cepeda Vargas -G1E05Luis- 06/06/2015.

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1 Compendio de Experimentos Clásicos de la Física Moderna Luis Felipe Cepeda Vargas -G1E05Luis- 06/06/2015

2 Frank-Hertz (cuantización de la energía)  En 1914 Franck y Hertz realizaron este experimento que fue un gran aporte a la realización de la teoría atómica moderna. Nos muestra que los átomos absorben energía en pequeñas porciones o cuantos de energía, confirmando los postulados de Bohr. El experimento consiste en un tubo que contiene vapor de mercurio a baja presión. El cátodo caliente emite electrones con una energía cinética casi nula. Ganan energía cinética debido a la diferencia de potencial existente entre el cátodo y la rejilla.

3 Frank-Hertz (cuantización de la energía) Durante el viaje chocan con los átomos de vapor de mercurio y pueden perder energía. Los electrones que lleguen a la rejilla con una energía cinética de 1.5 eV o más, impactarán en el ánodo y darán lugar a una corriente I c. Los electrones que lleguen a la rejilla con una energía menor que 1.5 eV no podrán alcanzar el ánodo y regresarán a la rejilla. Estos electrones no contribuirán a la corriente I c.

4 Efecto Compton (universalidad de la dualidad de la luz) Arthur H. Compton observó la dispersión de rayos X por electrones en un blanco objetivo de carbono, y encontró que los rayos X tenían una longitud de onda más larga que las de los rayos incidentes. El desplazamiento de la longitud de onda, aumentaba con el ángulo de dispersión. Compton explicó y modeló los datos, asumiendo una naturaleza de partícula (fotón) para la luz, y aplicando la conservación de la energía y la conservación del momento, a la colisión entre el fotón y el electrón. El fotón dispersado tiene una energía más baja y por lo tanto una mayor longitud de onda, de acuerdo con la fórmula de Planck.

5 Davisson and Germer (Propiedades ondulatorias de la materia) El experimento de Davisson-Germer demostró la naturaleza ondulatoria de los electrones, confirmando la hipótesis anterior de Broglie. Poner la dualidad onda-partícula sobre una base firme experimental, representó un gran paso adelante en el desarrollo de la mecánica cuántica. La ley de Bragg para la difracción, se había aplicado a la difracción de rayos X, pero esta fué la primera aplicación de ondas a las partículas. Davisson y Germer diseñaron y construyeron un aparato de vacío, con el fin de medir las energías de los electrones dispersados desde una superficie de metal. Los electrones procedentes de un filamento caliente, fueron acelerados por una tensión, y dirigidos para golpear una superficie de metal de níquel.

6 Michelson-Morley (Inexistencia del Eter y v=c) El experimento de Michelson y Morley fue uno de los más importantes y famosos de la historia de la física. No sólo es un ejemplo de dedicación e ingenio, sino que demuestra cómo uno puede trabajar arduamente durante años para descubrir que todas sus ideas estaban equivocadas. En 1887 Albert Abraham Michelson y Edward Morley pusieron a punto un experimento para medir la velocidad con la que se movía la Tierra con respecto al éter, y terminaron demostrando que el éter no existía. Sus resultados se convertirían en la base experimental de la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein.

7 Michelson-Morley (Inexistencia del Eter y v=c) A fines del siglo XIX, el extraordinario físico James Clerk Maxwell (1831-1879) había propuesto que la luz era una forma de onda, similar al sonido aunque de una frecuencia mucho más alta. Cualquier onda, desde una ola en el mar hasta una cuerda que vibra, necesita de un soporte más o menos elástico que sirva de medio para que ésta se propague. El sonido, por ejemplo, se propaga “empujando” y “jalando” las moléculas del aire (o del agua, o de cualquier otro material), pero es incapaz de propagarse en el vacío. La teoría de Maxwell necesitaba de la existencia de un medio que fuese capaz de transportar las ondas luminosas incluso por el vacío del espacio, ya que era difícil no notar que la luz de las estrellas lejanas de alguna forma se las ingeniaba para llegar hasta la Tierra. En ese momento resultaba inconcebible que una onda -de cualquier clase- se propagase en el vacío sin ningún medio material que hiciera de soporte, así que se postuló la existencia de una hipotética sustancia material sobre la cual se propagaba la luz. Este material – que debía tener unas características sumamente extrañas y ocupar cada rincón del universo- recibió el nombre de éter.

8 Michelson-Morley (Inexistencia del Eter y v=c) El experimento Cada año, la Tierra completa un giro alrededor del Sol, viajando a una velocidad de 30 km/s (o lo que es lo mismo, a unos 100.000 km/h). A fines del Siglo XIX se creía que la dirección del “viento del éter” con respecto a la posición del Sistema Solar debía variar cuando la Tierra se desplazase en una u otra dirección, tal como un bote recibe un empuje diferente por parte del agua de un río dependiendo de si avanza a favor, contra o transversalmente a su corriente. Michelson y Morley supusieron que la Tierra era el bote y que el río era el éter. Para tener éxito, el experimento debería llevarse a cabo en varios momentos del año. De esta forma, la luz, al llegar a la Tierra con diferentes posiciones con respecto al éter, lo haría con diferentes velocidades. El problema era que la velocidad de la luz es de 300 mil km/s, y la de la Tierra “solo” 30 km/s, por lo que la diferencia de velocidades a medir era muy pequeña. Sin embargo, Michelson, que estaba muy entrenado en la medición de la velocidad de la luz, ideó una manera de medir esta mínima diferencia

9 Michelson-Morley (Inexistencia del Eter y v=c) Michelson y Morley construyeron lo que hoy se conoce como un “interferómetro de Michelson”. El dispositivo, relativamente sencillo, utiliza una lente semiplateada (o semiespejo) para dividir la luz monocromática en dos haces de luz que viajan en ángulo recto uno respecto del otro. Esto permite enviar simultáneamente dos rayos de luz idénticos -ya que proceden de la misma fuente- en direcciones perpendiculares, hacerles recorrer distancias iguales y recibirlos en un punto en el que se crea un “patrón de interferencia”

10 Referencias bibliográficas  Experimentos, Recuperado el 06 de Junio de 2015, de : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/davger2.html