Para docentes
En clase
Seis bloques de clase de 45 minutos, fichas para imprimir, un modo proyector y un kit para insertar los experimentos en tus propias páginas. Sin registro y sin cookies.
Cómo transcurre una clase de 45 minutos
Cada bloque sigue los mismos cuatro pasos. El experimento explica; la clase se asegura de que todos se comprometan primero con una predicción.
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Apuesta inicial
5 min
Una pregunta en el proyector. Todos se comprometen levantando la mano (A, B o C) antes de explicar nada. Nadie conoce aún la respuesta; lo importante es comprometerse.
- 2
Encargo de investigación
20 min
Cada alumno o pareja trabaja en su propio dispositivo. Tres preguntas concretas de observación llevan al experimento: primero predecir, luego comprobar.
- 3
Consolidación
15 min
Juntos en la pizarra: ¿qué hemos visto y qué se deduce? Las ideas clave de cada bloque están preparadas para ti.
- 4
Transferencia
5 min
Una pregunta que aplica la idea a algo nuevo. También sirve como deberes.
Seis bloques de clase
Las respuestas, las soluciones y los errores típicos están plegados, así decides tú qué mostrar. Cada bloque tiene una ficha para imprimir.
Los niveles son solo una orientación y no una asignación a un currículo. Los conocimientos previos y los sistemas escolares difieren.
Relatividad especial: simultaneidad y dilatación del tiempo
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1
Apuesta inicial
5 minCaen rayos en los dos extremos de un tren en marcha. Desde el terraplén, los dos impactos son simultáneos. Una viajera está sentada justo en el centro del tren. ¿Qué ve?
- ALos dos destellos en el mismo instante.
- BPrimero el destello de la parte delantera del tren.
- CPrimero el destello de la parte trasera del tren.
Solución para el profesorado
Respuesta correcta: B
Ella se mueve hacia la luz de la parte delantera y se aleja de la luz de la trasera, y la luz le llega de ambos lados con la misma velocidad c. Así que el destello delantero llega primero. Como está en el centro, concluye que también cayó primero: para ella los impactos no son simultáneos.
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2
Encargo de investigación
20 minEn su propio dispositivo, solos o en parejas. Las mismas preguntas están en la ficha.
Pon la velocidad en 0 % c y pulsa Iniciar: ¿cuándo ve M′, en el centro del tren, los dos destellos? Después pon 50 % c y compara.
Respuesta
Con 0 % c los dos destellos llegan en el mismo instante (a los 500 ns). Con 50 % c, M′ ve el destello delantero B a los 334 ns aproximadamente y el trasero A solo a los 1001 ns aproximadamente.
Cambia a «Vista desde el tren» y lee el intervalo entre los dos impactos con 40 % c y luego con 80 % c. ¿Es el doble, menor o mayor?
Respuesta
Con 40 % c, unos 437 ns; con 80 % c, unos 1334 ns: algo más del triple, no solo el doble. El intervalo crece más deprisa que la velocidad por el factor γ.
Abre el reloj de luz y pon 99,9 % c. ¿Cuántos años pasan en la Tierra por cada año a bordo?
Respuesta
Unos 22,4 años (γ = 22,4). Con 50 % c son solo 1,15 años.
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3
Consolidación
15 minJuntos en la pizarra. Ideas clave:
- La velocidad de la luz es la misma para todo observador. Experimentos como el de Michelson y Morley lo respaldan; es el punto de partida de la teoría.
- «Simultáneo» no es absoluto: dos sucesos en lugares distintos pueden ser simultáneos para un observador y no para otro. Lo que vemos no es lo que medimos, porque hay que descontar el tiempo que tarda la luz.
- Un reloj en movimiento marcha más despacio en el factor γ = 1/√(1 − v²/c²). En la vida diaria γ − 1 es diminuto (a 100 km/h, unos 4 · 10⁻¹⁵); al 99,9 % de c, γ vale 22,4.
- La dilatación del tiempo se ha medido muchas veces: muones rápidos de la alta atmósfera, relojes atómicos en aviones (Hafele y Keating, 1971), relojes en satélites. La relatividad de la simultaneidad forma parte de la misma teoría y entra en todos estos cálculos.
Para curiosos: el cálculo
Reloj de luz: un pulso de luz rebota entre dos espejos separados una distancia d. En reposo, un tic dura Δt₀ = 2d/c. Si el reloj se mueve de lado con velocidad v, el pulso sigue un camino oblicuo. En el tiempo Δt de un tic recorre c·Δt mientras el reloj avanza v·Δt. Pitágoras para un tramo: (c·Δt/2)² = d² + (v·Δt/2)². Con d = c·Δt₀/2 resulta Δt = Δt₀ / √(1 − v²/c²) = γ·Δt₀.
-
4
Transferencia
5 minUna pregunta para el final o como deberes.
Viajas a Sirio (a 8,6 años luz) y vuelves al 99,9 % de la velocidad de la luz. ¿Cuánto dura el viaje para tu hermana gemela en la Tierra y cuánto para ti? (Usa el experimento del viaje de los gemelos.)
Respuesta
Unos 17,2 años en la Tierra y unos 0,77 años (unos 9 meses) a bordo. Simplificado: giro instantáneo, sin tener en cuenta la aceleración.
Errores típicos
Idea errónea«El tiempo solo parece ir más lento porque la luz tarda más en llegar hasta nosotros.»
En cambioNo. El tiempo de viaje de la luz ya se ha descontado en el análisis. La diferencia es real y medible: la muestran relojes atómicos en aviones y en satélites.
Idea errónea«Entonces la simultaneidad no existe.»
En cambioExiste, pero respecto a un sistema de referencia. Los sucesos en el mismo lugar y al mismo tiempo son simultáneos para todos. Para sucesos lejanos cada observador tiene su propia simultaneidad, y todas valen por igual.
Idea errónea«Entonces uno de los dos observadores se equivoca.»
En cambioNo. Los dos juzgan los mismos dos rayos, y cada uno tiene razón en su sistema: que dos sucesos en lugares distintos sean simultáneos depende del sistema de referencia. Solo habría contradicción si existiera un «ahora» absoluto, y no existe.
Para seguir pensandoViaje de aprendizaje: Viaje 1: ¿Qué significa «a la vez»?La oficina de patentes de Berna
Principio de equivalencia y gravedad
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1
Apuesta inicial
5 minEstás en una cabina sin ventanas. ¿Está en la Tierra, o la empuja hacia arriba un cohete en el espacio vacío con exactamente 9,81 m/s²? ¿Qué afirmación es correcta?
- AUn experimento de caída con una pelota dentro de la cabina muestra qué situación es.
- BNingún experimento dentro de una cabina pequeña distingue las dos situaciones.
- CSolo un rayo de luz las distinguiría.
Solución para el profesorado
Respuesta correcta: B
En ambas situaciones una pelota soltada llega al suelo con 9,81 m/s², y la luz se comporta igual. Esta fue la idea de Einstein de 1907: localmente, gravedad y aceleración no se pueden distinguir. (Una cabina muy grande mostraría diferencias de marea, por eso la afirmación vale para cabinas pequeñas.)
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2
Encargo de investigación
20 minEn su propio dispositivo, solos o en parejas. Las mismas preguntas están en la ficha.
Abrir el experimento: Dos cabinas, un mismo resultado El hundimiento de la láminaEstrellas junto al borde del SolPulsa «Soltar la pelota». ¿Qué ocurre en la cabina A (en la Tierra) y en la B (cohete)? Compara las dos aceleraciones.
Respuesta
En las dos cabinas la pelota cae al suelo a 9,81 m/s². Desde dentro no hay diferencia.
Enciende la luz. ¿Qué hace el rayo en cada cabina? ¿Por qué el dibujo dice «exagerado»?
Respuesta
En ambas cabinas el rayo se curva hacia abajo por igual. En una cabina de 2 m con 1 g solo desciende de verdad unos 2 · 10⁻¹⁶ m, porque la luz tarda apenas unos 7 ns en recorrerla. El dibujo lo exagera.
Pulsa «Abrir las ventanas». ¿Qué cabina está en la Tierra y cuál es acelerada en el espacio? ¿Habrías podido saberlo desde dentro?
Respuesta
La cabina A está en la Tierra y la B la acelera un cohete a 1 g en el espacio vacío. Con las ventanas cerradas, nada dentro de una cabina pequeña delata la diferencia.
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3
Consolidación
15 minJuntos en la pizarra. Ideas clave:
- Los cuerpos pesados y ligeros caen igual de rápido cuando no hay resistencia del aire. En la Luna (Apolo 15, 1971) un martillo y una pluma llegaron al suelo a la vez.
- Esto ocurre porque la masa «pesada», sobre la que tira la gravedad, y la masa «inerte», que se opone a la aceleración, son iguales. Se ha comprobado con una precisión de unos 10⁻¹⁵ (satélite MICROSCOPE, informe final de 2022).
- Einstein concluyó: en una región pequeña, la caída libre anula la gravedad, y estar de pie en el suelo equivale a ser acelerado hacia arriba. Más tarde llamó a esta idea el pensamiento más feliz de su vida.
- Consecuencia: si la luz se curva en la cabina acelerada, también debe curvarse en un campo gravitatorio. En 1919 lo mostraron las posiciones de las estrellas cerca del Sol (véase el experimento del eclipse). La lámina de goma solo muestra el espacio curvado; para cuerpos lentos pesa aún más la curvatura del tiempo.
Para curiosos: el cálculo
¿Cuánto desciende el rayo? Cabina de 2 m de ancho: la luz tarda t = 2 m / c = 6,7 ns. En la cabina acelerada el suelo sube s = ½ · g · t² = ½ · 9,81 m/s² · (6,7 · 10⁻⁹ s)² ≈ 2,2 · 10⁻¹⁶ m, menos que el tamaño de un núcleo atómico. La curvatura de la luz es, por tanto, diminuta cerca de la Tierra y solo medible cerca de masas enormes como el Sol.
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4
Transferencia
5 minUna pregunta para el final o como deberes.
Los astronautas de la estación espacial flotan, aunque la estación vuela a solo unos 400 km del suelo. ¿No hay gravedad allí arriba? ¿Qué significa de verdad «flotar»?
Respuesta
Allí la gravedad sigue siendo de unos 8,7 m/s², cerca del 89 % del valor en el suelo. La estación y los astronautas están juntos en caída libre alrededor de la Tierra. En caída libre, como en el ascensor que cae, no se siente el peso.
Errores típicos
Idea errónea«En el espacio no hay gravedad, por eso los astronautas flotan.»
En cambioEn órbita la gravedad es casi tan intensa como en el suelo. Los astronautas flotan porque caen libremente junto con su estación y por eso no sienten peso.
Idea errónea«Las cosas pesadas caen más deprisa.»
En cambioSolo por la resistencia del aire. Sin aire, todos los cuerpos caen igual, sea cual sea su masa. Apolo 15 lo mostró en la Luna.
Idea errónea«La lámina de goma muestra por qué caen las cosas.»
En cambioLa imagen solo muestra el espacio curvado, y necesita la propia gravedad para hundir la lámina. Para cuerpos lentos, la curvatura del tiempo hace la mayor parte, y la lámina la deja fuera.
Para seguir pensandoViaje de aprendizaje: Viaje 2: ¿Por qué todo cae igual?La oficina de patentes de Berna
El efecto fotoeléctrico
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1
Apuesta inicial
5 minUna lámpara roja muy brillante no libera ningún electrón de una placa metálica. La cambias por una lámpara violeta muy tenue. ¿Qué ocurre?
- ASigue sin pasar nada: la lámpara es demasiado débil.
- BSalen enseguida unos pocos electrones.
- CLos electrones salen solo tras una espera, cuando el metal ha acumulado suficiente energía.
Solución para el profesorado
Respuesta correcta: B
La luz violeta lleva más energía en cada porción (unos 3,1 eV) que la roja (unos 1,8 eV). Para un metal como el sodio, que necesita unos 2,3 eV por electrón, basta una porción violeta y una roja nunca basta. El brillo solo decide cuántas porciones llegan: una lámpara violeta tenue libera pocos electrones, pero de inmediato.
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2
Encargo de investigación
20 minEn su propio dispositivo, solos o en parejas. Las mismas preguntas están en la ficha.
Mueve el control de frecuencia de baja a alta. ¿A qué frecuencia salen por primera vez electrones del metal?
Respuesta
Entre 5,5 y 5,6 × 10¹⁴ Hz. Con 5,6 la indicación cambia a «Electrones expulsados» y muestra 0,02 eV.
Lee la energía cinética de los electrones a 8 × 10¹⁴ Hz y a 12 × 10¹⁴ Hz. ¿Cómo cambia con la frecuencia?
Respuesta
1,01 eV y 2,66 eV. Cuanto mayor es la frecuencia, más energía reciben los electrones: unos 0,41 eV por cada 10¹⁴ Hz más.
Calcula la energía de una porción de luz a 8 × 10¹⁴ Hz con E = h · f (h = 4,14 · 10⁻¹⁵ eV·s). Resta la función de trabajo de 2,3 eV. ¿Coincide tu resultado con la indicación?
Respuesta
E = 4,14 · 10⁻¹⁵ eV·s · 8 · 10¹⁴ Hz = 3,31 eV. 3,31 eV − 2,3 eV = 1,01 eV, justo lo que muestra la indicación.
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3
Consolidación
15 minJuntos en la pizarra. Ideas clave:
- El modelo ondulatorio predice que una luz más intensa lleva más energía, así que cualquier color liberaría electrones si fuera lo bastante intensa, quizá tras una espera. La medición muestra otra cosa: por debajo de una frecuencia umbral no pasa nada, por intensa que sea la luz (al menos con intensidades corrientes); por encima, los electrones salen de inmediato.
- El brillo solo cambia el número de electrones (la corriente), no su energía máxima. La energía máxima depende solo de la frecuencia.
- La interpretación de Einstein (1905): la luz llega en porciones, cada una con la energía E = h · f. Una porción libera como mucho un electrón: E(cin, máx) = h · f − W, donde W es la función de trabajo. Por debajo de f₀ = W / h cada porción es demasiado pequeña.
- Millikan comprobó esta ecuación experimentalmente (hacia 1914 a 1916). Einstein recibió el Premio Nobel de Física de 1921 sobre todo por la ley del efecto fotoeléctrico, no por la relatividad. La luz sigue mostrando comportamiento ondulatorio en la interferencia y la difracción: muestra ambos.
Para curiosos: el cálculo
E = h · f con h = 6,626 · 10⁻³⁴ J·s = 4,136 · 10⁻¹⁵ eV·s (1 eV = 1,602 · 10⁻¹⁹ J). Umbral para W = 2,3 eV: f₀ = W / h = 2,3 eV / 4,136 · 10⁻¹⁵ eV·s ≈ 5,6 · 10¹⁴ Hz, longitud de onda λ = c / f₀ ≈ 540 nm (verde). Regla práctica: E en eV = 1240 / λ en nm. La luz roja (700 nm) tiene 1,8 eV, la violeta (400 nm) 3,1 eV, el UV-B (300 nm) 4,1 eV.
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4
Transferencia
5 minUna pregunta para el final o como deberes.
¿Por qué la luz ultravioleta puede dañar químicamente las células de la piel y la luz de una lámpara roja no? (Pista: la idea del efecto fotoeléctrico.)
Respuesta
Romper un enlace químico exige una energía mínima por porción, unos pocos eV. Una porción de UV-B tiene unos 4,1 eV, una roja solo unos 1,8 eV, y con intensidades de luz ordinarias las porciones rojas no se suman en una sola rotura. La luz roja intensa puede calentar la piel, pero es otro efecto.
Errores típicos
Idea errónea«Una lámpara más brillante da más energía a cada electrón.»
En cambioNo. Una lámpara más brillante libera más electrones, cada uno con la misma energía máxima. Solo una frecuencia mayor la aumenta.
Idea errónea«El efecto fotoeléctrico demuestra que la luz son solo partículas.»
En cambioNo. Muestra que aquí el modelo ondulatorio por sí solo no basta. La interferencia y la difracción siguen necesitando ondas. Según el experimento, la luz muestra una cara u otra.
Idea errónea«Einstein recibió el Nobel por la teoría de la relatividad.»
En cambioNo. El premio de 1921 reconoció sus servicios a la física teórica, en especial la ley del efecto fotoeléctrico.
Para seguir pensandoViaje de aprendizaje: Viaje 3: ¿De qué está hecha la luz?
E = mc²: ¿cuánta energía hay en poca masa?
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1
Apuesta inicial
5 minUn clip tiene una masa de 1 gramo. Supón que se pudiera convertir toda su masa en energía eléctrica. ¿Cuánta sería?
- AUnos 25 kilovatios hora.
- BUnos 25 000 kilovatios hora.
- CUnos 25 millones de kilovatios hora.
Solución para el profesorado
Respuesta correcta: C
E = m · c² = 0,001 kg · (3 · 10⁸ m/s)² ≈ 9 · 10¹³ J. Con 1 kWh = 3,6 · 10⁶ J son unos 25 millones de kWh. El factor c² es tan grande que incluso una masa diminuta equivale a una cantidad gigantesca de energía. En la práctica nadie puede convertir un clip por completo.
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2
Encargo de investigación
20 minEn su propio dispositivo, solos o en parejas. Las mismas preguntas están en la ficha.
Pulsa el botón «Clip (1 g)». Anota la energía en julios y en kilovatios hora.
Respuesta
Unos 8,99 · 10¹³ J, es decir, unos 25 millones de kWh (la indicación dice 24 965 422 kWh).
Ahora pulsa «Una persona (62 kg)». ¿Por qué factor es mayor la energía que la del clip? ¿Por qué justo ese factor?
Respuesta
Por el factor 62 000 (5,57 · 10¹⁸ J), porque la energía es directamente proporcional a la masa y 62 kg son 62 000 g.
El experimento compara con la bomba de Hiroshima (unos 6,3 · 10¹³ J). Cambia la masa hasta que la comparación indique más o menos «1×». ¿Cuánta masa es?
Respuesta
Unos 0,7 g: m = E / c² = 6,3 · 10¹³ J / 9,0 · 10¹⁶ m²/s² ≈ 0,7 g. La masa del material antes y después de la explosión difería en menos de un gramo.
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3
Consolidación
15 minJuntos en la pizarra. Ideas clave:
- Todo cuerpo en reposo tiene una energía en reposo E₀ = m · c². Como c² es enorme (9 · 10¹⁶ m²/s²), poca masa equivale a mucha energía.
- La ecuación no dice que la masa «desaparezca». Dice: si un sistema desprende energía, su masa disminuye en Δm = ΔE / c², y lo desprendido (luz, calor) se lleva esa parte.
- Al quemar carbón la masa cambia en una parte entre tres mil millones, demasiado poco para pesarlo. En las reacciones nucleares es medible: cerca del 0,1 % al dividirse el uranio y cerca del 0,7 % cuando el hidrógeno se fusiona en helio en el Sol.
- El Sol irradia 3,8 · 10²⁶ W. Eso le cuesta unos 4,3 millones de toneladas de masa por segundo, y lo hace desde hace miles de millones de años.
Para curiosos: el cálculo
E = m · c² con c = 299 792 458 m/s, o sea c² = 8,99 · 10¹⁶ m²/s². Para 1 g = 0,001 kg: E = 8,99 · 10¹³ J. Un kilovatio hora son 3,6 · 10⁶ J, así que E ≈ 2,5 · 10⁷ kWh. Para la comparación con Hiroshima: 15 kilotones de TNT son unos 6,3 · 10¹³ J (1 kt = 4,184 · 10¹² J), así que m = 6,3 · 10¹³ J / 8,99 · 10¹⁶ m²/s² ≈ 7,0 · 10⁻⁴ kg = 0,70 g.
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4
Transferencia
5 minUna pregunta para el final o como deberes.
El Sol irradia 3,8 · 10²⁶ vatios. ¿Cuántas toneladas de masa pierde por segundo debido a la radiación? (Despeja la masa en E = m · c².)
Respuesta
Δm por segundo = 3,8 · 10²⁶ W / 9,0 · 10¹⁶ m²/s² ≈ 4,2 · 10⁹ kg, es decir, algo más de 4 millones de toneladas por segundo (con los valores más precisos 3,83 · 10²⁶ W y 8,99 · 10¹⁶ m²/s² salen 4,26 · 10⁹ kg). Frente a la masa del Sol, de unos 2 · 10³⁰ kg, es muy poco, por eso puede seguir brillando miles de millones de años.
Errores típicos
Idea errónea«Los cuerpos rápidos se vuelven más pesados.»
En cambioLa masa de un cuerpo no depende de su velocidad. Su energía sí. Por eso la antigua expresión «masa relativista» apenas se usa ya en física, aunque todavía aparece en algunos libros de texto.
Idea errónea«E = mc² significa que la masa se convierte por completo en energía.»
En cambioEn las reacciones químicas y nucleares solo se libera una parte diminuta de la masa. La energía total se conserva, y con ella la masa del sistema completo: lo que sale como radiación se lleva su parte de masa.
Idea errónea«E = mc² es la fórmula de la bomba atómica.»
En cambioLa ecuación dice cuánta energía corresponde a una diferencia de masa. La bomba se basa en la fisión nuclear, descubierta e interpretada en 1938 y 1939 por Hahn, Strassmann, Meitner y Frisch.
Para seguir pensandoViaje de aprendizaje: Viaje 3: ¿De qué está hecha la luz?
El GPS en la vida diaria
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1
Apuesta inicial
5 minLos satélites GPS giran a unos 20 200 km de altura y a unos 14 000 km/h. Por la relatividad, sus relojes marchan distinto que los de tierra. ¿Cuánto se adelantan al día?
- AUnos 38 nanosegundos.
- BUnos 38 microsegundos (millonésimas de segundo).
- CUnos 38 milisegundos (milésimas de segundo).
Solución para el profesorado
Respuesta correcta: B
En total unos +38,6 microsegundos al día. Parece diminuto, pero la luz recorre unos 11,6 km en ese tiempo, y el GPS trabaja con tiempos de señal. Se suman dos efectos: la velocidad del satélite hace su reloj más lento (−7,2 µs al día) y la gravedad más débil a esa altura lo hace más rápido (+45,8 µs al día).
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2
Encargo de investigación
20 minEn su propio dispositivo, solos o en parejas. Las mismas preguntas están en la ficha.
Deja los dos interruptores activados y pon 1 día. Lee la diferencia de relojes y la distancia que aparece debajo.
Respuesta
+38,6 µs y 11,6 km (la distancia que recorre la luz en ese tiempo).
Desactiva «Gravedad más débil» para que quede solo el efecto de la velocidad. ¿Qué signo tiene la diferencia? ¿Qué significa para los relojes de los satélites?
Respuesta
−7,2 µs al día (unos 2,2 km de recorrido de la luz): solo por su velocidad, el reloj del satélite se atrasaría, como todo reloj en movimiento.
Activa de nuevo los dos efectos y arrastra los días hasta 30. ¿Cómo crece la diferencia con los días?
Respuesta
De forma proporcional: tras 30 días +1158 µs y unos 347 km. Los relojes se separan cada día en la misma cantidad.
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3
Consolidación
15 minJuntos en la pizarra. Ideas clave:
- Un receptor mide cuánto tardan las señales de varios satélites. La luz recorre unos 30 cm en un nanosegundo, por eso los relojes deben ser exactos a pocos nanosegundos.
- Dos efectos de signo opuesto: un reloj en movimiento marcha más lento (relatividad especial, −7,2 µs al día); un reloj en gravedad más débil marcha más rápido (relatividad general, +45,8 µs al día). En total, el reloj del satélite se adelanta 38,6 µs al día.
- Por eso los ingenieros ajustan los relojes de los satélites antes del lanzamiento para que marchen algo más despacio: 10,23 MHz pasa a ser 10,22999999543 MHz (Ashby, 2003). En órbita coinciden entonces con el tiempo terrestre.
- El GPS es así un caso cotidiano en el que se aplican las dos teorías de Einstein, y toda aplicación de navegación depende de ambas.
Para curiosos: el cálculo
Recorrido de la luz de la diferencia de relojes: c · Δt = 299 792 km/s · 38,6 · 10⁻⁶ s ≈ 11,6 km al día. Desfase de frecuencia: 38,6 µs / 86 400 s ≈ 4,47 · 10⁻¹⁰; 10,23 MHz · (1 − 4,47 · 10⁻¹⁰) = 10,22999999543 MHz. Nota: 11,6 km es el recorrido de la luz correspondiente al error del reloj, no un error exacto de posición, porque un error que comparten todos los satélites lo elimina el propio receptor. Muestra el orden de magnitud y por qué la corrección va incorporada.
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4
Transferencia
5 minUna pregunta para el final o como deberes.
Una señal GPS recorre 20 200 km desde un satélite justo sobre ti. ¿Cuánto tarda? ¿Cuánto avanza la luz en un nanosegundo? ¿Qué significa eso para los relojes si quieres conocer tu posición con unos pocos metros de error?
Respuesta
20 200 km / 299 792 km/s ≈ 0,067 s. En 1 ns la luz avanza unos 0,3 m, así que para una precisión de pocos metros la medida del tiempo debe ser exacta a unos diez nanosegundos.
Errores típicos
Idea errónea«Más arriba, la gravedad frena aún más los relojes.»
En cambioEs al revés. Donde la gravedad es más débil, un reloj marcha más rápido. El reloj del satélite gana por la gravedad más débil y pierde una cantidad menor por su velocidad.
Idea errónea«Mi móvil envía su posición a los satélites.»
En cambioNo. Un receptor GPS solo escucha. Los satélites emiten su hora y su posición, y el móvil calcula por sí mismo dónde está.
Idea errónea«La relatividad es solo teoría y no tiene efecto en la vida diaria.»
En cambioLa corrección está incorporada en los relojes de los satélites. Sin ella, cada día se adelantarían 38 µs respecto a los relojes del suelo, y habría que compensarlo continuamente de otro modo.
Para seguir pensandoViaje de aprendizaje: Viaje 1: ¿Qué significa «a la vez»?
Ciencia y responsabilidad (1933 y 1939)
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1
Apuesta inicial
5 minEn agosto de 1939 una carta firmada por Albert Einstein llegó al presidente de EE. UU., Roosevelt. ¿Qué afirmación es correcta?
- AEinstein trabajó años en el proyecto estadounidense de la bomba atómica.
- BLeo Szilárd redactó la carta y Einstein la firmó. Einstein no formó parte del proyecto de la bomba posterior.
- CEinstein escribió la carta solo y dirigió el proyecto de la bomba.
Solución para el profesorado
Respuesta correcta: B
La carta del 2 de agosto de 1939 la redactó en gran parte el físico Leo Szilárd y la firmó Einstein. Advertía de que podrían hacerse posibles bombas de un tipo nuevo y de que Alemania podría estar trabajando en ellas. Einstein no trabajó en el Proyecto Manhattan; el Ejército de EE. UU. consideraba al conocido pacifista un riesgo para la seguridad.
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2
Encargo de investigación
20 minEn su propio dispositivo, solos o en parejas. Las mismas preguntas están en la ficha.
Lee el primer párrafo de la carta. ¿Qué trabajo menciona Einstein como motivo y qué uso del uranio nombra primero?
Respuesta
Menciona trabajos recientes de E. Fermi y L. Szilárd. El primer uso es una fuente de energía nueva e importante. Las bombas aparecen solo en el tercer párrafo.
Busca el párrafo sobre las bombas. ¿Qué grado de certeza muestra la carta? ¿Cómo espera que se transporte una bomba así?
Respuesta
Llama a esas bombas «concebibles», pero «mucho menos seguras» que la propia reacción en cadena. Espera una bomba llevada en barco y explotada en un puerto, y cree que podría ser demasiado pesada para el transporte aéreo. En 1945 las bombas se lanzaron desde aviones, así que la carta se equivocó en esto: el conocimiento de 1939 era incierto.
Abre la nota sobre Alemania en la página 2. ¿Qué dos cosas cuenta la carta sobre Alemania?
Respuesta
Alemania había detenido la venta de uranio de las minas checoslovacas que había ocupado. Y el hijo del secretario de Estado alemán, von Weizsäcker, trabajaba en el Instituto Kaiser Wilhelm de Berlín, donde se repetía parte del trabajo estadounidense sobre el uranio.
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3
Consolidación
15 minJuntos en la pizarra. Ideas clave:
- Primavera de 1933: tras la llegada de Hitler al poder, Einstein, que estaba en EE. UU., no regresó a Alemania. El 28 de marzo de 1933 desembarcó en Amberes y renunció a la Academia Prusiana. En octubre de 1933 llegó a Princeton. Una ley del 7 de abril de 1933 permitía destituir a funcionarios, incluidos profesores universitarios, por ser judíos o políticamente no deseados.
- La fisión nuclear se descubrió en diciembre de 1938 (Hahn y Strassmann) y se explicó poco después (Meitner y Frisch). En el verano de 1939, Szilárd temía que Alemania fuera por delante y pidió a Einstein que pusiera su nombre y su prestigio.
- La carta muestra lo incierto que era el conocimiento: habla de lo «concebible» y se equivocó con el transporte. En 1945 las bombas atómicas destruyeron Hiroshima y Nagasaki.
- Einstein se pronunció después contra las armas nucleares y firmó el Manifiesto Russell-Einstein pocos días antes de morir, en abril de 1955. Si los científicos deben advertir, callar o negarse, y cuándo, es una pregunta sin una única respuesta correcta; puede discutirse argumentando con fuentes.
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4
Transferencia
5 minUna pregunta para el final o como deberes.
Los investigadores rara vez saben qué harán otros con sus resultados. Elige un ejemplo actual (por ejemplo, inteligencia artificial, edición genética o investigación del clima). ¿Qué dos preguntas deberían hacerse los investigadores antes de publicar?
Respuesta
No hay una única respuesta correcta. Preguntas razonables: ¿Quién podría usarlo y para qué? ¿Quién podría salir perjudicado y con qué probabilidad? ¿Se puede reducir el daño? ¿Quién decide y a quién se consulta? Admite lo que se argumente y compara con 1939: Szilárd decidió avisar al Gobierno.
Errores típicos
Idea errónea«Einstein construyó la bomba atómica con E = mc².»
En cambioNo. La bomba se basa en la fisión nuclear, descubierta en 1938 y 1939 por otros, y en el trabajo de miles de ingenieros. La aportación de Einstein fue su firma: en esta carta y en otras dos dirigidas a Roosevelt en 1940.
Idea errónea«Einstein trabajó en el Proyecto Manhattan.»
En cambioNo. No participó. El Ejército de EE. UU. lo consideraba un riesgo para la seguridad y lo mantuvo al margen.
Idea errónea«Desde hoy, la decisión fue claramente un error (o claramente un acierto).»
En cambioEn 1939 no se conocía el desenlace. La propia carta habla solo de lo concebible. Juzga por separado lo que se sabía entonces y lo que ocurrió después, y razona ambas cosas.
Para seguir pensandoExilio y PrincetonLa carta y la bomba
Modo proyector y enlaces a un ajuste
Dos ayudas para el frente del aula.
Modo proyector
Los diez experimentos con tarjeta de predicción (en los capítulos) tienen en la barra de abajo un botón «Modo proyector»; si el foco está en el experimento, también funciona con la tecla B, y Esc o B lo cierran. La pregunta aparece en grande con las fichas A, B y C para votar levantando la mano, y al lado el experimento. Con «Mostrar el experimento» y «Resolver» decides cuándo ve la clase cada cosa.
Enlace a un ajuste
En cuanto mueves un control, su posición se escribe en la dirección (detrás del # del experimento). El botón «Copiar el enlace a este ajuste» copia justo ese enlace para Moodle, IServ o un correo. Quien lo abre ve el mismo ajuste; no cuenta como progreso suyo.
También funciona sin ellos
Puedes prescindir de ambos: abre la página del experimento, proyéctala, lee la apuesta inicial desde esta página y vota a mano.
Insertar un experimento
Elige un experimento, el idioma y el aspecto, y copia el código en tu plataforma de aprendizaje o en tu propia página web.
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