La Física Contemporánea y algunas conexiones con la Ingeniería

Abstract

En este trabajo se desarrollan temas de la física contemporánea y algunas conexiones con la ingeniería que han favorecido su desarrollo reciente. Estos temas se abordan siguiendo su evolución a lo largo de la historia, desde los principios de la mecánica y el electromagnetismo, hasta los más recientes ligados de la relatividad. Introducimos los temas hablando inicialmente del espacio-tiempo, del universo y las Simetrías, siendo algunos conceptos no tan intuitivos, lo que permite afrontar los temas posteriormente con mayor fluidez. Presentamos los comienzos de la mecánica newtoniana y el movimiento de los cuerpos celestes según las leyes de Kepler, incluyendo el principio de mínima acción que nos permite describir el comportamiento dinámico de las partículas para llegar al desarrollo de Euler Lagrange de modo de disponer del formalismo básico. Presentamos los comienzos de la teoría de la relatividad a partir de la concepción de Galileo y, usando las transformaciones de Lorentz, continuamos con los postulados y el desarrollo introducido de la relatividad especial de Einstein. Estudiamos, entonces, la dinámica relativista, la equivalencia entre masa y energía, el formalismo de cuadrivectores, cantidades conservadas y algunos conceptos de simetrías. Se deja de hablar del espacio y del tiempo como entidades separadas y se pondrá de manifiesto cómo ambos estarán destinados a vivir en una única realidad, el espacio-tiempo. Luego mencionamos algunas ideas de la cosmología y del universo, lo que nos permite, tras un pequeño apéndice matemático, afrontar alguna de las ideas centrales de la teoría de la Relatividad General en donde estudiamos, además, variedades, curvaturas, el tensor de energía-impulso, el tensor de Riemann y Ricci, los símbolos de Christoffel y las ecuaciones del campo de Einstein haciendo, posteriormente, una aproximación no relativista volviendo al punto de partida y, en última instancia, se introduce el concepto de constante cosmológica en las ecuaciones del campo de Einstein. Finalmente, mencionamos el impacto de la física contemporánea en la ingeniería explicando cuestiones que tienen que ver con la propagación de ondas y transmisión de información mediante satélites y la importancia que tiene la Relatividad Especial y General sobre estas cuestiones, en particular las correcciones sobre el GPS. A modo de suavizar los conceptos utilizados y terminologías, incluimos un glosario para facilitar la lectura.