¿Por qué la velocidad de la luz es constante en todos los marcos de referencia, pero la velocidad del sonido no lo es?

Gracias por A2A,

La velocidad del sonido difiere según la densidad del aire, pero la velocidad de la luz no está sujeta a las condiciones atmosféricas y, por lo tanto, nunca varía. Y para el marco de referencia subyacente es la velocidad de la luz, por eso hablamos de “años luz” en lugar de “años de sonido”.

En el siglo XIX, los físicos generalmente creían que así como las ondas de agua deben tener un medio para moverse (agua), y las ondas de sonido audibles requieren un medio para moverse a través del (aire), así también las ondas de luz requieren un medio, que se llamó “éter” luminífero “(es decir, portador de luz).

Para medir la velocidad de la Tierra a través del éter midiendo cómo cambió la luz, Albert Michelson (1852-1931) diseñó un dispositivo conocido ahora como interferómetro. Envió el haz desde una sola fuente de luz a través de un espejo medio plateado que se usó para dividirlo en dos haces que viajan en ángulo recto entre sí. Después de salir del divisor, los rayos se desplazaron hasta los extremos de los brazos largos, donde se reflejaron de nuevo en el medio mediante pequeños espejos. Luego se recombinaron en el lado más alejado del divisor en un ocular, produciendo un patrón de interferencia constructiva y destructiva en función de la longitud de los brazos. Cualquier cambio leve en la cantidad de tiempo que los haces pasaron en tránsito se observaría como un cambio en las posiciones de las franjas de interferencia.

LOS RESULTADOS: el resultado fue decepcionante, porque no encontraron absolutamente ninguna evidencia del movimiento relativo que estaban buscando. Y sin importar qué camino tomara el haz, la luz parecía moverse exactamente a la misma velocidad . Estos resultados fueron publicados en 1887.

Este resultado nulo fue utilizado luego por Einstein en sus postulados de relatividad especial de que “la velocidad de la luz en el espacio libre tiene el mismo valor” c “en todos los marcos de referencia inerciales”

Lo único que afecta la velocidad de la luz es el índice de refracción del medio a través del cual se mueve, y para el espacio vacío, este número es 1.000000 y le brinda la máxima velocidad de luz posible. En vidrio, es 1.3333 veces más pequeño ya que c / n = c / 1.333 = 300,000 km / seg / 1.333 = 225,000 km / seg.

La velocidad de la luz en el vacío viene dada por c = 1 / [sqrt de (eo) (mo)]. Aquí, eo es la permitividad eléctrica del vacío y mo es la permeabilidad magnética del vacío. Esta expresión para la velocidad de la luz se obtuvo de la ecuación diferencial de las ondas de luz obtenidas de las ecuaciones de Maxwell para el electromagnetismo. Maxwell había acuñado sus ecuaciones de las leyes de electricidad y magnetismo con un concepto adicional de corriente de desplazamiento. A lo largo de este estudio no se tomó un sistema de coordenadas específico y, por lo tanto, es obvio que la velocidad de la luz en el vacío es constante, independiente del sistema de coordenadas. Como no se mencionó el medio en el trabajo de Maxwell, se hicieron muchos intentos (incluido el experimento de Michelson-Morley) para buscar el medio. Finalmente, el experimento MM condujo a la conclusión de que las ondas de luz no requieren ningún medio y tienen una velocidad constante independientemente de la dirección y el movimiento relativo de la fuente y el observador. De hecho, las ondas de luz son perturbaciones en los campos eléctricos y magnéticos, que se propagan en el vacío.

Las ondas sonoras son perturbaciones en el medio material. Estas son perturbaciones de presión o perturbaciones vibratorias que se propagan a través del medio material. El medio material no es absoluto, independiente del sistema de coordenadas. Dicho medio puede tener movimiento en algún sistema de coordenadas, por lo que la velocidad de las ondas de sonido depende del movimiento relativo de la fuente y el oyente o del sistema de coordenadas.

Porque la velocidad de la luz no se ve afectada o aumentada por el movimiento o la perturbación electromagnética. Por ejemplo

Considere 2 automóviles que se mueven en la dirección opuesta y parpadean los faros al mismo tiempo, pero la velocidad de las perturbaciones electromagnéticas es la misma y no se ve afectada por el movimiento del automóvil.

El sonido, por otro lado, es una onda mecánica y puede y será perturbado. Por lo tanto, no es constante en todo el marco de referencia.

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