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Universidad Tecnológica de Pereira eBooks

Elementos de Física Moderna Avanzada

Alexander Ruden, Juan Pablo Trujillo Lemus, Jorge Andrés Cardona Hernández

Published Jan 1, 2022• 0 citations
Publisher

Abstract

El trabajo titulado ELEMENTOS DE FISICA MODERNA AVANZADA es una obra realizada con el fin de exponer algunos elementos claves de la física del siglo XX en el ámbito académico y muy en especial para aquellas personas que usan la física como el principal instrumento en investigaciones o aplicaciones ingenieriles. El texto presentado, es consecuencia de un esmerado análisis por parte de los autores, sobre las experiencias de la enseñanza y el aprendizaje de la física moderna en el siglo XXI y las necesidades de los estudiantes/profesores de la Universidad Tecnológica de Pereira en el que hacer académico y desarrollador. Por otra parte, el manuscrito tiene como propósito, entregar una herramienta a los estudiantes que iniciarán sus cursos de física avanzada en carreras de pregrado y posgrado, como: Licenciatura en Matemáticas y Física, Ingeniería Física, Maestría en Instrumentación Física, Doctorado en Ciencias, los cuales requerirán disponer material bibliográfico de formación básica. Los temas mostrados en la obra, son tratados de manera que el lector pueda seguir una línea coherente en los contenidos, los cuales se tratan de manera intuitiva respetando el rigor.

DOI
10.22517/9789587227895

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Elementos de física moderna

Osvaldo Civitarese

El libro está dedicado a la presentación de temas básicos de la denominada “física moderna”. Está diseñado para estudiantes de segundo y tercer año de la licenciatura en Física y carreras afines e intenta familiarizar al estudiante con los conceptos y herramientas de cálculo adecuados a los temas incluidos en el texto. Los temas tratados incluyen la teoría de la relatividad especial de Einstein, el modelo atómico de Bohr, las leyes de la radiación, el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton, los principios de la mecánica ondulatoria, la ecuación de Schroedinger y sus soluciones para el oscilador armónico y el campo coulombiano. Se presentan las reglas de cuantificación del momento angular y se discuten las soluciones de la ecuación de Schroedinger en presencia de barreras de potencial. El material del texto se acompaña con ejercicios de aplicación y lecturas recomendadas. Al final de cada capítulo se presenta una guía de los conceptos expuestos.

•Jan 1, 2017•0 citations

El Acto De Medir En El Mundo Microscópico: Un Material Para Su Enseñanza Y Comprensión

H. Suárez, Jose O. Organista, Deisy Viviana Cardona Duque

En las teorias fisicas clasicas aceptamos sin reparo que la observacion necesaria para hacer mediciones y dar cuenta de las cualidades, no altera las propiedades de un sistema fisico. O en otras palabras, el acto de medir no perturba el sistema; o si lo perturba se puede hacer despreciable o sino, se puede hacer la perturbacion que acompana a la observacion pequena, podemos calcular el efecto de esa perturbacion y compensarlo para lograr una precision arbitraria. Sin embargo, desde la teoria cuantica el supuesto de la atomicidad nos impide hacer despreciable el acto de observar, el acto de medir. La interaccion necesaria para medir, no se puede hacer arbitrariamente pequena porque los objetos fisicos que interactuan tienen en general propiedades fisicas las cuales vienen en paquetes de onda, en quantums. Cuando se exige una medida precisa, se requiere una interaccion fuerte y entonces el aspecto estadistico de la naturaleza se revela en todo su esplendor. Es decir, la perturbacion produce una interaccion fuerte y el comportamiento individual se hace incontrolable. Asi solo nos queda prever el comportamiento estadistico. Esta problematica dada en la fisica se transpone al aula de clase y se convierte en un problema de comprension para los estudiantes de un curso introductorio de mecanica cuantica. En este trabajo se presenta un material para la ensenanza de este tema constituido por analogias y visualizaciones con el fin de ayudar a los estudiantes en su comprension. Este material ha sido usado con estudiantes del curso Mecanica Cuantica II de la licenciatura en fisica de la Universidad Pedagogica Nacional.

Revista Colombiana de Física•Mar 10, 2011•0 citations

Física cuántica I

Pablo García González, José Enrique Alvarellos Bermejo, José Javier García Sanz

Este libro expone los contenidos de la asignatura Fisica Cuantica I del tercer curso del Grado en Fisica de la UNED, que al estudiante le serviran para familiarizarse con los conceptos claves del mundo cuantico. Dado que la mecanica cuantica es una herramienta necesaria para profundizar en otras muchas disciplinas, se hace especial hincapie en los aspectos metodologicos, si bien se desarrolla un buen numero de aplicaciones concretas. Cada capitulo se abre con una breve presentacion del tema, seguida de unas someras orientaciones para su estudio autonomo. A lo largo de la obra se intercalan numerosos ejemplos y problemas resueltos, y al final de cada tema se propone una coleccion de problemas.

•Jan 1, 2012•0 citations

Problemas de Física Moderna

Francisco Alconchel Pecino

La Fisica Moderna es fundamental para comprender las nuevas tecnologias y los descubrimientos cientificos del siglo XX. La Fisica Cuantica esta en los fundamentos de los dispositivos electronicos de los ordenadores. El laser permite realizar operaciones quirurgicas antes impensables. Las aplicaciones de la Fisica Nuclear en Medicina permiten obtener imagenes precisas de los organos internos y poderosas herramientas para la lucha contra el cancer. La Teoria de la Relatividad es necesaria para comprender el funcionamiento de las centrales nucleares y cual es la fuente de energia del Sol. La Fisica Moderna es la base de nuestra comprension actual del Universo. Este conocimiento, aparte de su propio interes intelectual, tambien es importante en Filosofia, pues describe la posicion del Hombre en La Creacion y establece fundamentos firmes para responder a las eternas cuestiones de quienes somos y de donde venimos. El libro esta divido en cinco capitulos que contienen problemas resueltos relativos a los principales temas de Fisica Relativista y Fisica Cuantica. Esta obra esta dirigida a estudiantes universitarios de primer curso que necesitan afianzar sus conocimientos en Fisica Moderna.

Editorial Académica Española eBooks•Mar 28, 2012•0 citations

Breve recuento histórico del desarrollo de la Mecánica Cuántica

Segundo Bienvenido Camatón Arízabal, Jorge Washington Encalada Noboa, Christian Antonio Pavón Brito

El propósito de este trabajo es presentar una idea de lo que abarca el estudio de la mecánica cuántica realizando un recorrido histórico de los antecedentes y los hechos que dieron origen al nacimiento de esta nueva teoría que rompería con los esquemas y las leyes físicas que predominaban en aquella época. Se mencionará también cómo se fue desarrollando esta teoría con el pasar de los años y se concluye el artículo mostrando unas aplicaciones de esta nueva rama de la física en el planteamiento de algunos problemas físicos y alguna aplicación en el desarrollo de tecnología. Para desarrollar este trabajo se realizó un resumen de varios capítulos de textos citados en la parte de las referencias bibliográficas.

Espirales revista multidisciplinaria de investigación•Mar 4, 2018•1 citation

Nueva didáctica de la mecánica cuántica

Angela Savasta

Mi trabajo de tesis con el título de “Nueva Didáctica de la Mecánica Cuántica”, nace de la idea de desarrollar un nuevo acercamiento didáctico para introducir algunos conceptos fundamentales de la mecánica cuántica en manera simple y convincente. Este acercamiento se inspira en recientes tentativas de volver a formular esta teoría según los principios físicos elementales. Esto tiene la ventaja de no utilizar el formalismo matemático de los espacios de Hibert y de los operadores Hermitianos y de sacar en manera intuitiva y razonable los conceptos fundamentales de indeterminación y “entanglement”. No se trata de simple divulgación, sino de una introducción que permite, a través de un aparato matemático sencillo y con conceptos físicos elementales , presentar los conceptos de medida y de probabilidad y de formular, además, predicciones cuantitativas sobre los sistemas cuánticos más elementales: los sistemas a dos estados entre los que podemos poner el “spin”. Por este nuevo acercamiento me he inspirado a los trabajos de Lucien Hardy, que demostró como el formalismo de la Mecánica Cuántica se pueda también deducir sin partir de axiomas abstractos, sino basándose sobre postulados razonables y con un significado claro. En particular se han sacado algunos conceptos fundamentales de la Mecánica Cuántica, basándose en los conceptos elementales de “bit” (a unidad de información) y de vector. Este estudio se ha desarrollado también con el objetivo de valorar la eficacia de las nuevas fórmulas introducidas en relación a las competencias de base de los estudiantes a los que se ha presentado. El grupo seleccionado para mi investigación está constituido de 125 estudiantes entre 17 y 23 años de edad, de ambos sexos, del quinto año de dos Institutos de bachillerato con especialidad en ciencias de dos ciudades de Sicilia, Messina y Caltanissetta. La investigación se ha efectuado en el laboratorio de informática del Instituto “Seguenza” (Sicilia-Italia) y en el aula Magna del Instituto “Mottura” (Sicilia-Italia) durante las clases de enseñanza curricular. Las fases de la investigación fueron tres: fase “pre test”, fase de “training” y fase “post test”. En la fase “pre test” se ha suministrado el cuestionario sobre el conocimiento primario del asunto, para comprobar el nivel de partida de todos los estudiantes. En la segunda fase, fase de “training”, por lo que se refiere al Instituto “Seguenza” de Messina, cada clase se ha tratado individualmente. Para cada clase se han presentado unas “slides” que contenían el texto y las imágenes, coadyuvadas por mi explicación. La explicación del asunto de la tesis ha durado una hora, incluso las respuestas a las preguntas obtenidas de la observación de las “slides”. Después de la fase de aprendizaje, a los participantes de la investigación se ha administrado un “retest” que sirvió a comprobar la eficacia de la nueva didáctica introducida. Los resultados se han analizado con el programa SPSS, construyendo las tablas de frecuencias y los gráficos, con el objeto de describir, por sexo y por escuela, los resultados de cada pregunta de los cuestionarios. Luego, con las tablas de contingencia sobresalieron algunas correlaciones significativas entre las respuestas de los estudiantes de las dos escuelas. Este estudio ha demostrado que examinando la comparación “pre test” / “re test” con el test de Wilcoxon (dado que las variables pretest y retest son numéricas), se consigue una relación altamente significativa por el Instituto de Messina. O sea, no obstante las evaluaciones en matemáticas y física no fuesen altas y el resultado del pretest insuficiente, los estudiantes han desarrollado bien el retest, demostrando la facilidad y validez del nuevo acercamiento didáctico. Para los estudiantes de Caltanissetta, donde la muestra considerada era inferior, los estudiantes habían sacado notas más altas en matemáticas y física y los resultados del pretest han resultado mejores. El resultado de godas formas muy positivo del retest parece menos que significativo.

•Nov 3, 2017•0 citations
El trabajo titulado ELEMENTOS DE FISICA MODERNA AVANZADA es una obra realizada con el fin de exponer algunos elementos claves de la física del siglo XX en el ámbito académico y muy en especial para aquellas personas que usan la física como el principal instrumento en investigaciones o aplicaciones ingenieriles. El texto presentado, es consecuencia de un esmerado análisis por parte de los autores, sobre las experiencias de la enseñanza y el aprendizaje de la física moderna en el siglo XXI y las necesidades de los estudiantes/profesores de la Universidad Tecnológica de Pereira en el que hacer académico y desarrollador. Por otra parte, el manuscrito tiene como propósito, entregar una herramienta a los estudiantes que iniciarán sus cursos de física avanzada en carreras de pregrado y posgrado, como: Licenciatura en Matemáticas y Física, Ingeniería Física, Maestría en Instrumentación Física, Doctorado en Ciencias, los cuales requerirán disponer material bibliográfico de formación básica. Los temas mostrados en la obra, son tratados de manera que el lector pueda seguir una línea coherente en los contenidos, los cuales se tratan de manera intuitiva respetando el rigor.
El libro está dedicado a la presentación de temas básicos de la denominada “física moderna”. Está diseñado para estudiantes de segundo y tercer año de la licenciatura en Física y carreras afines e intenta familiarizar al estudiante con los conceptos y herramientas de cálculo adecuados a los temas incluidos en el texto. Los temas tratados incluyen la teoría de la relatividad especial de Einstein, el modelo atómico de Bohr, las leyes de la radiación, el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton, los principios de la mecánica ondulatoria, la ecuación de Schroedinger y sus soluciones para el oscilador armónico y el campo coulombiano. Se presentan las reglas de cuantificación del momento angular y se discuten las soluciones de la ecuación de Schroedinger en presencia de barreras de potencial. El material del texto se acompaña con ejercicios de aplicación y lecturas recomendadas. Al final de cada capítulo se presenta una guía de los conceptos expuestos.
En las teorias fisicas clasicas aceptamos sin reparo que la observacion necesaria para hacer mediciones y dar cuenta de las cualidades, no altera las propiedades de un sistema fisico. O en otras palabras, el acto de medir no perturba el sistema; o si lo perturba se puede hacer despreciable o sino, se puede hacer la perturbacion que acompana a la observacion pequena, podemos calcular el efecto de esa perturbacion y compensarlo para lograr una precision arbitraria. Sin embargo, desde la teoria cuantica el supuesto de la atomicidad nos impide hacer despreciable el acto de observar, el acto de medir. La interaccion necesaria para medir, no se puede hacer arbitrariamente pequena porque los objetos fisicos que interactuan tienen en general propiedades fisicas las cuales vienen en paquetes de onda, en quantums. Cuando se exige una medida precisa, se requiere una interaccion fuerte y entonces el aspecto estadistico de la naturaleza se revela en todo su esplendor. Es decir, la perturbacion produce una interaccion fuerte y el comportamiento individual se hace incontrolable. Asi solo nos queda prever el comportamiento estadistico. Esta problematica dada en la fisica se transpone al aula de clase y se convierte en un problema de comprension para los estudiantes de un curso introductorio de mecanica cuantica. En este trabajo se presenta un material para la ensenanza de este tema constituido por analogias y visualizaciones con el fin de ayudar a los estudiantes en su comprension. Este material ha sido usado con estudiantes del curso Mecanica Cuantica II de la licenciatura en fisica de la Universidad Pedagogica Nacional.
Este libro expone los contenidos de la asignatura Fisica Cuantica I del tercer curso del Grado en Fisica de la UNED, que al estudiante le serviran para familiarizarse con los conceptos claves del mundo cuantico. Dado que la mecanica cuantica es una herramienta necesaria para profundizar en otras muchas disciplinas, se hace especial hincapie en los aspectos metodologicos, si bien se desarrolla un buen numero de aplicaciones concretas. Cada capitulo se abre con una breve presentacion del tema, seguida de unas someras orientaciones para su estudio autonomo. A lo largo de la obra se intercalan numerosos ejemplos y problemas resueltos, y al final de cada tema se propone una coleccion de problemas.
La Fisica Moderna es fundamental para comprender las nuevas tecnologias y los descubrimientos cientificos del siglo XX. La Fisica Cuantica esta en los fundamentos de los dispositivos electronicos de los ordenadores. El laser permite realizar operaciones quirurgicas antes impensables. Las aplicaciones de la Fisica Nuclear en Medicina permiten obtener imagenes precisas de los organos internos y poderosas herramientas para la lucha contra el cancer. La Teoria de la Relatividad es necesaria para comprender el funcionamiento de las centrales nucleares y cual es la fuente de energia del Sol. La Fisica Moderna es la base de nuestra comprension actual del Universo. Este conocimiento, aparte de su propio interes intelectual, tambien es importante en Filosofia, pues describe la posicion del Hombre en La Creacion y establece fundamentos firmes para responder a las eternas cuestiones de quienes somos y de donde venimos. El libro esta divido en cinco capitulos que contienen problemas resueltos relativos a los principales temas de Fisica Relativista y Fisica Cuantica. Esta obra esta dirigida a estudiantes universitarios de primer curso que necesitan afianzar sus conocimientos en Fisica Moderna.
El propósito de este trabajo es presentar una idea de lo que abarca el estudio de la mecánica cuántica realizando un recorrido histórico de los antecedentes y los hechos que dieron origen al nacimiento de esta nueva teoría que rompería con los esquemas y las leyes físicas que predominaban en aquella época. Se mencionará también cómo se fue desarrollando esta teoría con el pasar de los años y se concluye el artículo mostrando unas aplicaciones de esta nueva rama de la física en el planteamiento de algunos problemas físicos y alguna aplicación en el desarrollo de tecnología. Para desarrollar este trabajo se realizó un resumen de varios capítulos de textos citados en la parte de las referencias bibliográficas.
Mi trabajo de tesis con el título de “Nueva Didáctica de la Mecánica Cuántica”, nace de la idea de desarrollar un nuevo acercamiento didáctico para introducir algunos conceptos fundamentales de la mecánica cuántica en manera simple y convincente. Este acercamiento se inspira en recientes tentativas de volver a formular esta teoría según los principios físicos elementales. Esto tiene la ventaja de no utilizar el formalismo matemático de los espacios de Hibert y de los operadores Hermitianos y de sacar en manera intuitiva y razonable los conceptos fundamentales de indeterminación y “entanglement”. No se trata de simple divulgación, sino de una introducción que permite, a través de un aparato matemático sencillo y con conceptos físicos elementales , presentar los conceptos de medida y de probabilidad y de formular, además, predicciones cuantitativas sobre los sistemas cuánticos más elementales: los sistemas a dos estados entre los que podemos poner el “spin”. Por este nuevo acercamiento me he inspirado a los trabajos de Lucien Hardy, que demostró como el formalismo de la Mecánica Cuántica se pueda también deducir sin partir de axiomas abstractos, sino basándose sobre postulados razonables y con un significado claro. En particular se han sacado algunos conceptos fundamentales de la Mecánica Cuántica, basándose en los conceptos elementales de “bit” (a unidad de información) y de vector. Este estudio se ha desarrollado también con el objetivo de valorar la eficacia de las nuevas fórmulas introducidas en relación a las competencias de base de los estudiantes a los que se ha presentado. El grupo seleccionado para mi investigación está constituido de 125 estudiantes entre 17 y 23 años de edad, de ambos sexos, del quinto año de dos Institutos de bachillerato con especialidad en ciencias de dos ciudades de Sicilia, Messina y Caltanissetta. La investigación se ha efectuado en el laboratorio de informática del Instituto “Seguenza” (Sicilia-Italia) y en el aula Magna del Instituto “Mottura” (Sicilia-Italia) durante las clases de enseñanza curricular. Las fases de la investigación fueron tres: fase “pre test”, fase de “training” y fase “post test”. En la fase “pre test” se ha suministrado el cuestionario sobre el conocimiento primario del asunto, para comprobar el nivel de partida de todos los estudiantes. En la segunda fase, fase de “training”, por lo que se refiere al Instituto “Seguenza” de Messina, cada clase se ha tratado individualmente. Para cada clase se han presentado unas “slides” que contenían el texto y las imágenes, coadyuvadas por mi explicación. La explicación del asunto de la tesis ha durado una hora, incluso las respuestas a las preguntas obtenidas de la observación de las “slides”. Después de la fase de aprendizaje, a los participantes de la investigación se ha administrado un “retest” que sirvió a comprobar la eficacia de la nueva didáctica introducida. Los resultados se han analizado con el programa SPSS, construyendo las tablas de frecuencias y los gráficos, con el objeto de describir, por sexo y por escuela, los resultados de cada pregunta de los cuestionarios. Luego, con las tablas de contingencia sobresalieron algunas correlaciones significativas entre las respuestas de los estudiantes de las dos escuelas. Este estudio ha demostrado que examinando la comparación “pre test” / “re test” con el test de Wilcoxon (dado que las variables pretest y retest son numéricas), se consigue una relación altamente significativa por el Instituto de Messina. O sea, no obstante las evaluaciones en matemáticas y física no fuesen altas y el resultado del pretest insuficiente, los estudiantes han desarrollado bien el retest, demostrando la facilidad y validez del nuevo acercamiento didáctico. Para los estudiantes de Caltanissetta, donde la muestra considerada era inferior, los estudiantes habían sacado notas más altas en matemáticas y física y los resultados del pretest han resultado mejores. El resultado de godas formas muy positivo del retest parece menos que significativo.