coordenadas de la velocidad de la luz

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La tasa de cambio en los valores de las coordenadas del frente de onda de una señal de luz en relación al tiempo coordenado del observador determina la velocidad relativa de la luz. Sin embargo, esta velocidad percibida difiere de la velocidad real de la luz, la cual es constante según lo postulado en la teoría de la relatividad de Hermann Minkowski.

Descripcióneditar

Según la física moderna, toda radiación electromagnética (incluida la luz visible) se mueve con una rapidez constante en el vacío, conocida, aunque de manera impropia, como "velocidad de la luz", en lugar de "rapidez de la luz". Esto es una constante física, simbolizada como c. La rapidez c es también la velocidad con la que se propaga la gravedad en la teoría general de la relatividad.

Una consecuencia que se deriva de las leyes del electromagnetismo, como las ecuaciones de Maxwell, es que la velocidad c de la radiación electromagnética no depende de la velocidad del objeto que la emite. Por ejemplo, la luz emitida por una fuente en movimiento a gran velocidad viajaría a la misma rapidez que la luz proveniente de una fuente estacionaria (aunque sus propiedades, como el color, la frecuencia, la energía y el momento, sí varían, en lo que se conoce como efecto Doppler).

Si combinamos esta observación con el principio de relatividad, llegamos a la conclusión de que todos los observadores medirán la misma velocidad c de la luz en el vacío, independientemente de su marco de referencia o de la velocidad del objeto que emite la luz. De ahí que la velocidad c se vea como una constante física fundamental y se utilice como base en la teoría de la relatividad especial. Es importante recordar que esta constante es la velocidad c y no la luz en sí misma, lo que resulta esencial en la teoría de la relatividad especial. Por lo tanto, si...

Comunicacioneseditar

Los avances tecnológicos en las telecomunicaciones han sido posibles gracias a la velocidad de la luz. Con una longitud de 40 075 km en el ecuador terrestre, la máxima velocidad teórica para que la información llegue al otro extremo del planeta es de 0.067 s.

Sin embargo, en la práctica, el tiempo de viaje es ligeramente mayor. Esto se debe a que la velocidad de la luz es un 30% más lenta en las fibras ópticas y no siempre hay trayectorias rectas en las comunicaciones globales. Además, los interruptores eléctricos y generadores de señales también generan retrasos. En 2004, el tiempo de espera típico para recibir una señal desde lugares como Australia o Japón hasta los Estados Unidos era de 0.18 s.

La velocidad de la luz también tiene un impacto en las comunicaciones inalámbricas. Dado que la luz no viaja instantáneamente, el diseño de estas herramientas también se ve afectado.

Sin embargo, uno de los momentos más destacados en la historia de las comunicaciones fue cuando Neil Armstrong se convirtió en el primer hombre en pisar la luna. Durante sus comunicaciones con el Control Terrestre de Houston, se hizo evidente el concepto de la velocidad de la luz. Cada vez que se hacía una pregunta, Houston tenía que esperar aproximadamente 3 s para recibir una respuesta, a pesar de que los astronautas respondían inmediatamente.

Historiaeditar

Antiguamente, se desconocía por completo la verdadera velocidad de la luz. Filósofos como Empédocles pensaban que la luz era un movimiento y, por lo tanto, debía tomar un tiempo en su viaje. Por otro lado, Aristóteles sostenía que la luz dependía de la presencia de algo, pero no estaba relacionada con el movimiento. Incluso argumentaba que si la luz tenía una velocidad finita, esta debía ser inmensa, lo cual cuestionaba nuestras creencias.

Otra teoría antigua de cómo vemos la luz es que esta es emitida por el ojo en lugar de ser generada por una fuente externa y reflejada en el mismo. Según este concepto, Herón de Alejandría argumentaba que la velocidad de la luz debía ser infinita, ya que al abrir los ojos, objetos distantes como las estrellas aparecen inmediatamente. Por su parte, Boecio en el siglo VI intentó medir y registrar la velocidad de la luz.

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Físicaeditar

La velocidad de la luz no representa un límite de velocidad convencional. Si un observador persigue un rayo de luz mientras se mueve a la misma velocidad, la medición del rayo será paralela a la del observador estacionario. Esto se debe a que la velocidad medida depende tanto de la diferencia en las distancias recorridas como del tiempo propio del observador, el cual se ralentiza con su velocidad. Esta dilatación temporal hace que el observador perciba siempre una menor velocidad.

La mayoría de los individuos están acostumbrados a pensar en términos de la regla de la adición de velocidades. Por ejemplo, si dos coches viajan a 50 km/h en direcciones opuestas, se espera que se perciban mutuamente a una velocidad combinada de 100 km/h. Sin embargo, esta regla no se aplica en la misma forma a velocidades cercanas a la de la luz, como lo muestran resultados experimentales. Debido a la dilatación temporal, dos naves que se aproximan entre sí a 90% de la velocidad de la luz relativas a un tercer observador, no se percibirán mutuamente a una velocidad combinada de 180% de la velocidad de la luz, sino a una menor velocidad de 99.5%.

Este resultado se debe a la fórmula de adición de velocidades, que tiene en cuenta la dilatación temporal causada por el movimiento a altas velocidades. Por lo tanto, la velocidad de la luz no se puede sumar como lo hacen velocidades convencionales, lo que hace que sea un concepto fundamental en la física moderna. Es importante tener en cuenta este factor en la comprensión de cómo las velocidades se combinan y cómo se perciben en diferentes estados de movimiento.

Definición del metroeditar

El metro, durante mucho tiempo, fue definido como la diezmillonésima parte de la longitud del arco de meridiano terrestre que va desde el polo norte hasta el ecuador, con una barra estándar como referencia y basándose en una longitud de onda de luz específica.

Sin embargo, en 1967, en la XIII Conferencia General de Pesos y Medidas, se cambió la definición del tiempo atómico por el segundo. Este se estableció como la duración de 9 192 631 770  períodos de radiación que corresponden a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo del cesio-133. Esta sigue siendo la definición del segundo en la actualidad.

Posteriormente, en 1983, la Conferencia General de Pesos y Medidas tomó una nueva resolución y modificó la definición del metro como unidad de longitud en el Sistema Internacional. La nueva definición se basa en la velocidad de la luz:[6]​

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