Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

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Dualidad onda-partícula


La dualidad onda-partícula es un concepto fundamental de la física cuántica que describe cómo las partículas elementales y algunas partículas compuestas más grandes exhiben propiedades tanto ondulatorias como corpusculares. Antes de profundizar en las complejidades de este fenómeno, vamos a explorar los conceptos básicos entendiendo las ondas y las partículas por separado.

Partícula

En la física clásica, una partícula se considera a menudo como un objeto pequeño y localizado que puede tener una serie de propiedades físicas, como volumen o masa. Las partículas son los bloques de construcción de la materia y obedecen a la mecánica newtoniana. Tienen ubicaciones específicas y pueden contarse, y poseen momento y energía.

Ondas

A diferencia de las partículas, las ondas son perturbaciones que viajan a través de un medio o vacío y pueden transportar energía. Se caracterizan por parámetros como frecuencia, longitud de onda y amplitud. Las ondas pueden superponerse entre sí e interferir, causando interferencia constructiva o destructiva.

Onda

Dualismo

El concepto de dualidad onda-partícula surgió a partir de experimentos y teorías que demostraron que la luz y las partículas tienen tanto características ondulatorias como corpusculares, dependiendo de las condiciones del experimento.

Experimento de la doble rendija

Ejemplo: El experimento de la doble rendija es uno de los experimentos más famosos que demuestra la dualidad onda-partícula. Cuando la luz pasa a través de dos rendijas y cae sobre una pantalla, crea un patrón de interferencia que indica un comportamiento ondulatorio. Sin embargo, cuando se envían fotones individuales (partículas de luz) a través de las rendijas, crean el mismo patrón con el tiempo, lo que indica que cada fotón actúa como una onda.
Pantalla

El experimento de la doble rendija fue realizado por primera vez por Thomas Young en 1801, para mostrar que la luz puede exhibir características tanto de ondas como de partículas. Este experimento es un fundamento en el desarrollo de la mecánica cuántica.

Representación matemática

En la mecánica cuántica, las partículas se representan como funciones de onda (Ψ), que describen la probabilidad de encontrar una partícula en un punto específico en el espacio. La función de onda nos permite calcular la probabilidad de eventos asociados con la partícula, como posición y momento.

Ψ(x, t) = A * e^(i(kx - ωt))

Aquí, A es la amplitud de la función de onda, i es la unidad imaginaria, k es el número de onda, ω es la frecuencia angular, x es la posición, y t es el tiempo. Usando la función de onda, la mecánica cuántica puede predecir las probabilidades de diferentes resultados.

Dualidad onda-partícula en la luz

La luz es un ejemplo principal de dualidad onda-partícula. Hace mucho tiempo que se sabe que la luz exhibe propiedades ondulatorias como la interferencia y la difracción. Sin embargo, los experimentos también muestran que la luz exhibe propiedades corpusculares.

Efecto fotoeléctrico

Ejemplo: En el efecto fotoeléctrico, se observa que la luz que incide sobre una superficie metálica puede expulsar electrones. Este fenómeno no puede explicarse solo por la teoría ondulatoria, lo que sugiere que la luz consiste en partículas llamadas fotones. Cada fotón lleva una cantidad discreta de energía dada por la relación de Planck:
E = hν
donde E es la energía, h es la constante de Planck, y ν (nu) es la frecuencia de la luz.

Albert Einstein recibió el Premio Nobel de Física en 1921 por explicar el efecto fotoeléctrico basándose en la teoría corpuscular de la luz.

Dualidad onda-partícula en la materia

No solo la luz exhibe dualidad onda-partícula, sino también materiales como los electrones. Louis de Broglie propuso que toda la materia exhibe comportamiento ondulatorio.

Longitud de onda de De Broglie

De Broglie sugirió que las partículas también tienen una longitud de onda, conocida como la longitud de onda de De Broglie, y por tanto pueden exhibir propiedades ondulatorias. La longitud de onda de De Broglie de una partícula se da por:

λ = h / p

donde λ (lambda) es la longitud de onda, h es la constante de Planck, y p es el momento de la partícula. Esta relación significa que las partículas con mayor momento tienen longitudes de onda más cortas.

Electrón

El comportamiento ondulatorio de las partículas ha sido observado en muchos experimentos. Los patrones de difracción e interferencia producidos por haces de electrones son una clara evidencia de sus propiedades ondulatorias.

Efecto de la dualidad onda-partícula

La dualidad onda-partícula tiene profundas implicaciones para nuestro entendimiento del universo. Expone las limitaciones de la física clásica y las categorías tradicionales de ondas y partículas. La mecánica cuántica, el marco que incluye la dualidad onda-partícula, permite interpretaciones y posibilidades duales en lugar de estados definidos.

Principio de incertidumbre de Heisenberg

Una de las consecuencias más importantes de la dualidad onda-partícula es el principio de incertidumbre de Heisenberg. Establece que no es posible determinar tanto la posición (x) como el momento (p) de una partícula con precisión infinita al mismo tiempo. Cuanto más precisamente se mide una de estas propiedades, menos precisamente se puede controlar, conocer o predecir la otra.

Δx Δp ≥ ħ / 2

donde Δx es la incertidumbre en la posición, Δp es la incertidumbre en el momento, y ħ es (h veces) la constante reducida de Planck.

Conclusión

La dualidad onda-partícula es un concepto clave en la física cuántica que muestra cómo nuestras intuiciones clásicas fallan a nivel microscópico. Las partículas de materia y luz exhiben tanto propiedades ondulatorias como corpusculares, lo que lleva al desarrollo de nuevas teorías que redefinen nuestra comprensión del universo. Comprender la dualidad onda-partícula ayuda a explicar la naturaleza de los objetos cuánticos, conduciendo a técnicas y enfoques revolucionarios para entender el mundo físico.


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Dualidad onda-partícula

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