Los ejercicios que encontrarás a continuación te permitirán aplicar y consolidar tus conocimientos sobre diagramas de espacio-tiempo. Prepárate para poner en práctica tus habilidades, ya que cada ejercicio te desafiará a aplicar diagramas y fórmulas específicos.

1

El diagrama espacio-tiempo correspondiente a un cuerpo en reposo, donde el eje espacial es el horizontal, es...

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Solución

1 Consideramos el eje horizontal como el eje espacial y el vertical como el eje temporal , donde representa la velocidad de la luz

 

2Para graficar un objeto en reposo, se requiere que su coordenada espacial sea la misma para cualquier punto de la gráfica; así, un objeto en reposo se representa con una recta vertical.

2

El diagrama espacio-tiempo correspondiente a un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme, donde el eje espacial es el horizontal, es...

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Solución

Se sigue de la gráfica de la posición respecto al tiempo de un objeto con movimiento rectilíneo uniforme.

3

Para un objeto con movimiento rectilíneo uniforme, el ángulo entre la recta y el eje temporal es...

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Solución

1 Consideramos el eje horizontal como el eje espacial y el vertical como el eje temporal , donde representa la velocidad de la luz

 

2Para graficar un objeto con movimiento recilíneo, basta recordar que la velocidad es la pendiente de gráfica de la posición respecto al tiempo.

 

3Como el eje espacial es el horizontal, es el ángulo comprendido entre la recta y el eje temporal.

4

Si la velocidad de un objeto con movimiento rectilíneo uniforme es pequeña, entonces la recta en el diagrama espacio-tiempo tiende a ser...

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Solución

1 Consideramos el eje horizontal como el eje espacial y el vertical como el eje temporal , donde representa la velocidad de la luz

 

2Para graficar un objeto con movimiento recilíneo, basta recordar que la velocidad es la pendiente de gráfica de la posición respecto al tiempo.

 

3Como el eje espacial es el horizontal, es el ángulo comprendido entre la recta y el eje temporal. Así, si la velocidad es pequeña, entonces la recta se aproxima a la vertical

5

El intervalo de tiempo entre los acontecimientos A(2,1), B(7,4) en el sistema de referencia en que ambos transcurren en un mismo punto es...

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Solución

1 Expresamos los puntos en el diagrama espacio-tiempo

Diagrama espacio-tiempo contraccion distancia

 

2 Podriamos pensar que podemos calcular el tiempo empleando Pitágoras, pero Pitágoras es válido en espacios Euclideanos y los diagramas de espacio-tiempo son espacios de Minkowski por lo que debemos aplicar

 

3Como el sistema de referencia transcurre en un mismo punto, . Sustituyendo se obtiene

6

El intervalo de tiempo entre los acontecimientos A(2,1), B(5,6) en el sistema de referencia en que ambos son simultáneos es...

Selecciona una respuesta.

Solución

1 Expresamos los puntos en el diagrama espacio-tiempo

Diagrama espacio-tiempo dilatacion del tiempo 1

 

2 Podriamos pensar que podemos calcular la distancia empleando Pitágoras, pero Pitágoras es válido en espacios Euclideanos y los diagramas de espacio-tiempo son espacios de Minkowski por lo que debemos aplicar

 

3Como en el sistema de referencia ambos son simultáneos, . Sustituyendo se obtiene

7

Un pasajero de un tren se encuentra en el punto medio de un vagón y enciende una linterna de manera que la luz se propaga hacia las puertas trasera y delantera. Si para el pasajero el diagrama espacio-tiempo es simultáneo, entonces para el observador en el andén el diagrama espacio-tiempo es...

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Solución

1 Expresamos los puntos en el diagrama espacio-tiempo para el pasajero del tren y notamos que A y B son simultáneos en S'

Diagrama espacio-tiempo eventos simultáneos

 

2 Expresamos los puntos en el diagrama espacio-tiempo para el observador en el andén y notamos que A y B no son simultáneos en S

Diagrama espacio-tiempo para observador

 

3 Expresamos S y S' en el diagrama espacio-tiempo

Diagrama espacio-tiempo simultáneo

8

Un piloto viaja en una nave espacial con velocidad de 0.65c. Al pasar por la Tierra su reloj es ajustado a las 10:00 am. Poco después pasa por una estación fija con respecto a la tierra, vuelve a observar su reloj y este marca las 10:40 am. La hora en la estación al pasar la nave es...

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Solución

1La hora en la estación debe ser mayor que la marcada por el reloj del piloto, esto debido a la dilatación del tiempo.

 

2 Indicamos los datos conocidos

 

3 Empleamos la fórmula de dilatación del tiempo

 


4Sustituimos los datos conocidos en la fórmula de dilatación del tiempo

 

5En la estación espacial son las 10:52.64 am

9

Un observador en reposo tiene una barra de 4.3 metros y un observador en movimiento con una velocidad de 0.00005c observa la barra pasar frente a él. La medida de la barra observada por la persona en movimiento es...

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Solución

1La medida de la barra vista por el observador en movimiento es menor respecto a la medida observada por la persona en reposo, esto debido a la contracción de espacio.

 

2 Indicamos los datos conocidos

 

3 Empleamos la fórmula de contracción del espacio

 


4Sustituimos los datos conocidos en la fórmula de contracción del espacio

 

5El observador en movimiento midió 4.29 m por la barra.

10

Un observador determina que dos eventos están separados por metros y que ocurre con una separación de 3 segundos. El intervalo propio entre ambos es...

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Solución

1Consideramos un segundo observador en movimiento respecto al primero y que determina que los dos eventos ocurren en la misma localización espacial. El intervalo propio entre ambos eventos es el medido por el observador en movimiento.

 

2 Indicamos los datos conocidos

 

3 Empleamos la fórmula de Lorentz

 

4Sustituyendo los datos se obtiene

de donde se obtiene .

 

5 Empleamos la fórmula de dilatación del tiempo

 


4Sustituimos los datos conocidos en la fórmula de dilatación del tiempo

Si tienes dudas puedes consultar ejercicios resueltos del tema.

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gaspar

Gaspar

Soy matemático y es un placer poder compartir mi gusto por las matemáticas.