Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Principio de incertidumbre de Heisenberg


El principio de incertidumbre de Heisenberg es un concepto fundamental en la mecánica cuántica, que nos dice que no podemos medir simultáneamente ciertos pares de propiedades físicas de una partícula con absoluta precisión. Este principio, introducido por primera vez en 1927 por Werner Heisenberg, es esencial para comprender cómo el mundo cuántico opera de manera diferente a la física clásica.

Entendiendo los fundamentos

En la física clásica, podemos medir con gran precisión propiedades como la posición y el momento de los objetos. Sin embargo, la mecánica cuántica cambia esta certeza. Según el principio de incertidumbre de Heisenberg, cuanto más precisamente medimos la posición de una partícula cuántica, menos precisamente podemos conocer su momento, y viceversa. Esto no se trata de las limitaciones de nuestras herramientas de medición, sino que reside en la naturaleza del mundo cuántico.

Δx * Δp ≥ ħ / 2

Aquí, Δx es la incertidumbre en la posición, Δp es la incertidumbre en el momento, y ħ es la constante reducida de Planck. Esta fórmula expresa que el producto de las incertidumbres en la posición y el momento es siempre al menos la mitad de la constante reducida de Planck.

Visualizando la teoría

Imagina que tienes una partícula moviéndose en línea recta, y quieres saber dónde está y qué tan rápido se está moviendo. Si intentas medir con precisión su posición usando luz, el mismo acto de medirla mediante la iluminación sobre ella puede perturbar su movimiento.

Situación incierta La dirección de la medición afecta la velocidad

Esto crea incertidumbre: si determinas su posición exacta, el momento de la partícula se vuelve menos cierto porque tu medición lo cambia. Imagina que estás tratando de averiguar dónde está realmente un coche en movimiento tomando una foto de él. Cuando tomas la foto, el coche está en movimiento, y si te enfocas demasiado en medir su posición exacta, se difuminarán su dirección y momento.

Intuición matemática

Para aquellos que prefieren entender las cosas a través de las matemáticas, profundicemos un poco más. El principio de incertidumbre de Heisenberg está vinculado a un tema matemático llamado transformaciones de Fourier. Estas transformaciones relacionan la posición y el momento de tal manera que cuanto más estrecho es un paquete de ondas en el espacio de posición, más ancho es en el espacio de momento. Esta es la esencia de la incertidumbre.

Pares de Transformada de Fourier espacio de posición y velocidad

Piense en varios instrumentos musicales. Un sonido claro (nota) en un piano tiene una frecuencia bien definida (velocidad). Sin embargo, la señal debe estar diseminada en el tiempo. En contraste, un sonido agudo (como el tamborileo) está localizado en el tiempo pero tiene un amplio rango de frecuencias. Esto es análogo a cómo la localización en posición amplía el rango de velocidad.

Ejemplos en el mundo real

Considere un ejemplo común utilizado en la física: un electrón en un átomo. Para determinar con precisión la posición del electrón, podrías "golpearlo" con un fotón de alta energía, lo que esencialmente perturba su velocidad. Para minimizar la perturbación en la velocidad, usarías un fotón de menor energía, lo que difumina aún más la posición del electrón.

En los experimentos, los físicos usan aceleradores de partículas y detectores. Cuando las partículas chocan a velocidades cercanas a la de la luz, la precisión en una medición afecta a las demás. Incluso con tecnología sofisticada, las incertidumbres establecidas por el principio de Heisenberg se mantienen. Por lo tanto, este principio es un factor importante en el diseño de experimentos en mecánica cuántica e interpretación de los datos.

Implicaciones filosóficas

El principio de incertidumbre de Heisenberg desafía la noción clásica de determinismo. Si no podemos medir con precisión y predecir resultados con un 100% de certeza, entonces hay un azar inherente en el universo a niveles cuánticos. Esto plantea preguntas sobre la naturaleza fundamental de la realidad, la observación y la relatividad en el dominio cuántico.

El determinismo en el mundo clásico asume que con un conocimiento perfecto, podemos predecir el futuro perfectamente. Según el principio de incertidumbre, el mundo cuántico no permite esta perfección del conocimiento. Esto ha llevado a debates filosóficos sobre el libre albedrío, los límites del conocimiento y la realidad.

Conclusión

El principio de incertidumbre de Heisenberg nos proporciona profundas ideas sobre la naturaleza del universo. Describe los límites de lo que se puede y no se puede conocer, es una piedra angular de la mecánica cuántica, e influye en nuestra comprensión de la ciencia y la filosofía. Aceptando la incertidumbre y trabajando dentro de su marco, los científicos continúan desentrañando los misterios del mundo cuántico.

Desde aprender sobre la interacción de posición y momento, visualizar a través de la luz e impacto, hasta considerar aspectos filosóficos, el principio de incertidumbre continúa influyendo profundamente en la física y mejorar nuestra comprensión del funcionamiento microscópico de nuestro universo.


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