Grado 10
  1. Mecánica  1.1. Dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y Rapidez  1.1.5. Aceleración  1.1.6. Representación gráfica del movimiento  1.1.7. Ecuaciones de movimiento  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Movimiento de un proyectil  1.1.10. Velocidad relativa  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton  1.2.2. Inercia y masa  1.2.3. Fuerza y sus tipos  1.2.4. fuerza de acción y reacción  1.2.5. La fricción y sus efectos  1.2.6. Coefficient of friction  1.2.7. Movimiento circular  1.2.8. Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta  1.2.9. Momentum e Impulso  1.2.10. Conservación del momento  1.2.11. Tercera ley de Newton y aplicaciones  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial  1.3.5. Energía mecánica  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.3.8. Fuentes de energía renovables y no renovables  1.4. Fuerza gravitacional  1.4.1. La ley de gravitación universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional y fuerza del campo  1.4.3. Aceleración debida a la gravedad en diferentes planetas  1.4.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.4.5. Órbitas y satélites  1.4.6. Peso y peso aparente  1.4.7. Energía potencial gravitacional
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólido, líquido y gas  2.1.2. Estructura molecular de la materia  2.1.3. Fuerzas intermoleculares  2.1.4. Plasma y condensado de Bose–Einstein  2.2. Presión  2.2.1. Definición de Presión  2.2.2. Presión en líquidos  2.2.3. Presión atmosférica  2.2.4. Principio de Pascal  2.2.5. El principio de Arquímedes y la flotabilidad  2.2.6. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Elasticidad  2.3.1. La ley de Hooke  2.3.2. Tensión y deformación  2.3.3. Límite elástico y módulo de elasticidad  2.3.4. Aplicaciones de la elasticidad
  3. Física térmica  3.1. calor y temperatura  3.1.1. Diferencia entre calor y temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Dilatación térmica  3.1.4. Equilibrio térmico  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conductividad  3.2.2. Convección  3.2.3. Radiación  3.2.4. Aislamiento y sus aplicaciones  3.3. Propiedades térmicas de la materia  3.3.1. Capacidad calorífica específica  3.3.2. Calor latente y cambio de fase  3.3.3. Punto de ebullición y punto de fusión  3.3.4. Motores térmicos y refrigeración  3.4. Leyes de la Termodinámica  3.4.1. Ley cero de la termodinámica  3.4.2. Primera ley de la termodinámica  3.4.3. Segunda ley de la termodinámica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas y óptica  4.1. Nature and properties of waves  4.1.1. Tipos de ondas en la naturaleza y propiedades de las ondas  4.1.2. Olas transversales y longitudinales  4.1.3. Parámetros de las ondas  4.1.4. Reflexión y refracción de ondas  4.1.5. Superposición e Interferencia  4.1.6. Ondas estacionarias y resonancia  4.1.7. Efecto Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características de las ondas sonoras  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Aplicaciones de las ondas sonoras  4.2.4. Ultrasonido y sus usos  4.3. Ondas de Luz y Óptica  4.3.1. Naturaleza de la luz  4.3.2. Reflexión de la luz  4.3.3. Leyes de la reflexión  4.3.4. Espejos y Formación de Imágenes  4.3.5. Refracción de la luz  4.3.6. La Ley de Snell  4.3.7. Lentes y Formación de Imágenes  4.3.8. Reflexión interna total y ángulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Instrumentos Ópticos  4.4.1. Microscopio  4.4.2. Telescopio  4.4.3. Ojo humano y defectos de visión  4.4.4. Cámara y su principio de funcionamiento
  5. Electricidad y Magnetismo  5.1. Electrostática  5.1.1. Carga eléctrica y sus propiedades  5.1.2. Conductores e Aislantes  5.1.3. La ley de Coulomb  5.1.4. Campo eléctrico y líneas de campo  5.1.5. Potencial eléctrico y diferencia de potencial  5.1.6. Capacitores y Capacitancia  5.2. Electricidad Actual  5.2.1. Corriente eléctrica y su medición  5.2.2. La ley de Ohm  5.2.3. Resistencia y resistividad  5.2.4. Circuitos en Serie y en Paralelo  5.2.5. Energía y potencia eléctricas  5.2.6. Leyes de Kirchhoff  5.3. Magnetismo y Electromagnetismo  5.3.1. Campo magnético y líneas de campo  5.3.2. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica  5.3.3. Inducción electromagnética  5.3.4. Leyes de Faraday de la inducción electromagnética  5.3.5. Transformadores y Aplicaciones  5.3.6. Corriente AC y DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estructura del átomo  6.1.2. Modelo atómico de Bohr  6.1.3. Niveles de Energía del Electrón  6.1.4. Rayos X y aplicaciones  6.2. Radiactividad  6.2.1. Tipos de radiación  6.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  6.2.3. Reacciones nucleares y aplicaciones  6.2.4. Fisión y Fusión  6.3. Física cuántica  6.3.1. Dualidad onda-partícula  6.3.2. Efecto fotoeléctrico  6.3.3. Cuantización de la energía  6.3.4. El principio de incertidumbre de Heisenberg
  7. Electrónica y Comunicación  7.1. Semiconductores  7.1.1. Conductores, aislantes y semiconductores  7.1.2. Diodos y sus aplicaciones  7.1.3. Transistores y Puertas Lógicas  7.1.4. LEDs y fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicación  7.2.1. Fundamentos de la comunicación  7.2.2. Señales analógicas y digitales  7.2.3. Comunicación inalámbrica y fibra óptica  7.2.4. Ondas de radio y modulación

Grado 10 → Física Moderna → Física cuántica ↓


Dualidad onda-partícula


La dualidad onda-partícula es un concepto fundamental en la física cuántica y desafía la forma en que pensamos sobre la naturaleza de la luz y la materia. Esta teoría establece que cada partícula o entidad cuántica puede describirse como una partícula o una onda. La física clásica trataba a las partículas y las ondas como entidades separadas. Sin embargo, experimentos a principios del siglo XX mostraron que los objetos microscópicos no se ajustan a estas reglas clásicas, lo que llevó a la introducción de este concepto de dualidad.

Naturaleza de la luz

Por ejemplo, inicialmente se entendía que la luz se comportaba como una onda, una teoría ampliamente respaldada por fenómenos como la difracción y la interferencia que podemos observar con la luz. En el siglo XIX, las ecuaciones de James Clerk Maxwell establecieron que la luz es una onda electromagnética.

Naturaleza ondulatoria de la luz

Por otro lado, a principios del siglo XX, el experimento del efecto fotoeléctrico explicado por Albert Einstein mostró que la luz también tiene propiedades de partícula. Esto fue inesperado porque las partículas de luz, conocidas como fotones, proporcionan la energía para liberar electrones de las superficies metálicas.

E = hν

Aquí, E es la energía del fotón, h es la constante de Planck, y ν es la frecuencia de la luz. Esta relación mostró que la luz se comporta como un paquete discreto de energía, una partícula.

Experimentos y observaciones históricas

1. Experimento de la doble rendija:

Este experimento es uno de los más famosos que demuestran la dualidad onda-partícula. Cuando la luz pasa a través de dos rendijas muy próximas, crea un patrón de interferencia en una pantalla detrás de las rendijas que es típico de las ondas.

Pantalla Patrón de interferencia Punto rojo

Cuando partículas como los electrones pasan por dos rendijas separadamente, crean un patrón de interferencia con el tiempo, lo que indica un comportamiento ondulatorio. Curiosamente, un electrón pasa por ambas rendijas simultáneamente, creando una onda de probabilidad que representa la probabilidad de detectarlo en una ubicación particular en la pantalla.

2. Efecto fotoeléctrico:

En 1905 Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico proponiendo que la luz podría considerarse como compuesta de partículas discretas llamadas fotones. Cuando la luz de cierta frecuencia incide sobre una superficie metálica, emite electrones. La energía de estos electrones emitidos está afectada por la frecuencia de la luz, no por su intensidad.

E_{photon} = h cdot f = phi + K_{e}

En esta ecuación, E_{photon} es la energía del fotón, h es la constante de Planck, f es la frecuencia, phi es la función de trabajo del metal, y K_{e} es la energía cinética del electrón emitido.

Naturaleza de los electrones

Al igual que la luz, los electrones también exhiben dualidad onda-partícula. Tradicionalmente, se pensaba que la materia estaba compuesta de partículas. El trabajo revolucionario de Louis de Broglie en 1924 hipotetizó que las partículas como los electrones deberían tener propiedades ondulatorias. Propuso que la materia tiene una longitud de onda asociada (llamada longitud de onda de de Broglie).

λ = frac{h}{p}

En esta fórmula, λ es la longitud de onda, h es la constante de Planck, y p es el momento de la partícula. Este concepto fue confirmado experimentalmente más tarde por la difracción de electrones a través de cristales, lo que demostró propiedades ondulatorias a través de la formación de patrones de interferencia.

Entendiendo la dualidad onda-partícula

La dualidad onda-partícula plantea preguntas sobre cómo entendemos el comportamiento de los objetos cuánticos. Una idea clave es que partículas como los electrones tienen una función de onda asociada que determina la probabilidad de encontrar la partícula en una ubicación particular. Cuando mides propiedades como la posición o el momento, la función de onda colapsa a un valor preciso que revela las propiedades de partícula.

Otra noción es la complementariedad, que establece que los enfoques de onda y partícula son complementarios, y que ambos enfoques son necesarios para entender la naturaleza completa de una entidad. Niels Bohr ofreció una visión sobre esto, enfatizando que ningún enfoque es completo sin el otro.

Aplicaciones e implicaciones de la dualidad

La dualidad onda-partícula es la base de las tecnologías modernas y fenómenos científicos:

  • Computación cuántica: La dualidad onda-partícula es la base de conceptos de computación cuántica, donde los bits cuánticos (qubits) pueden existir en una superposición de estados.
  • Microscopía electrónica: Aprovechando las propiedades ondulatorias, los microscopios electrónicos utilizan haces de electrones para obtener imágenes de alta resolución más allá de las capacidades de los microscopios ópticos.

Conclusión

La dualidad onda-partícula desafía nuestras explicaciones clásicas del mundo y apunta a una realidad más compleja. Comprender esta dualidad nos da una comprensión más profunda de la misteriosa naturaleza del mundo cuántico. Aunque este es un tema complejo, recordar estos conceptos básicos puede ayudar a entender los mecanismos subyacentes de muchos fenómenos científicos avanzados.


Grado 10 → 6.3.1


U
username
0%
completado en Grado 10

← Anterior (6.3)
Física cuántica
Siguiente (6.3.2) →
Efecto fotoeléctrico

Comentarios 



Dualidad onda-partícula

https://www.physicsflow.com/g10/6.3.1?pfal=es