Cómo explicar la teoría de la relatividad a un niño de 13 años

La teoría de la relatividad tiene un significado muy preciso. Cualquier noción filosófica que explique como “el dolor se percibe de manera diferente por diferentes personas, por lo tanto relativo” es simplemente erróneo y sin sentido.
Hay un fenómeno que puede ser una especie de introducción. No es una relatividad especial per se, sino un trampolín accesible para un niño de 10 años.
Ese es el concepto de que no podemos diferenciar físicamente entre un observador en movimiento o parado.
A veces, cuando se conduce en un tren, su cerebro se deja engañar (si es un tren sin problemas) que el mundo exterior se está moviendo y usted está parado. El mismo efecto se puede ver cuando se está acostado boca arriba y mirando las nubes en movimiento. Parece que las nubes están quietas y tú te mueves.
El primer peldaño hacia la relatividad es este: la experiencia física descrita anteriormente puede extenderse y puede explicar que, por ejemplo, el camarero en el tren puede poner agua en el vaso sin que se derrame fuera del vaso, aunque el tren está alejando el vaso. Debajo de la botella de agua. (Otro ejemplo sería el misterio de por qué puedes hacer malabares con pelotas en el tren en movimiento rápido). Esto puede llevarle un tiempo a darse cuenta como un descubrimiento realmente sorprendente. (Este puede ser un buen punto para detenerse y dejar que se hunda durante un par de años).
Todavía no estamos en la relatividad, por supuesto. Ahora viene el siguiente paso más complejo. Una vez que está muy desconcertado por el hecho de que el agua todavía fluye hacia el vaso y puede hacer malabarismos con las bolas en el tren (si el niño no está asombrado por este hecho, no tiene sentido continuar) puede explicar esto:
Necesita imaginar lo que vería si mira el tren en movimiento desde afuera mientras está parado e imagina una trayectoria del agua que fluye hacia el vidrio como se ve desde afuera. Es posible que deba dibujar una imagen. Ahora, con suerte, el niño está totalmente desconcertado. Lo que acaba de aprender es la naturaleza aditiva de las velocidades vistas desde afuera mirando hacia el tren. (Nuevamente, es un buen momento para detenerse y dejar que se hunda durante un par de años).
Ahora puede dar el último paso hacia la relatividad: las velocidades de la luz no se suman de esta manera. La luz es mucho más misteriosa. La velocidad de la luz es constante. Esto es difícil y el niño de 14 años debe aceptar esto como un hecho. Si puede convencerlo, entonces la afirmación es la siguiente: la teoría de la relatividad resuelve el dilema al cambiar la forma en que transcurre el tiempo visto por un observador en movimiento versus un observador que se detiene. Explique que si tiene el mismo reloj parado y deje que alguien viaje en el tren durante un millón de años a 1000 millas por hora. Comparan los relojes después de un millón de años. El reloj que viajaba en el tren ahora está un poquito, quizás un segundo atrás. Ojalá el año 14 no tenga pesadillas.
Quizás en otro año puedas tomar papel y lápiz y explicar la transformación de Lorentz.

Un empleado de una oficina de patentes suiza se dio cuenta de que la ley de gravedad de Newton, aunque acertada la mayor parte del tiempo, era incorrecta al hablar de objetos muy grandes y muy distantes. El nombre de este hombre era Albert Einstein. Einstein revisó las leyes de gravedad de Newton para hacerlas más precisas. Llamamos a lo que él desarrolló la teoría de la relatividad.

En realidad son dos teorías. El primero se llama Relatividad Especial. Esta teoría establece que es imposible determinar si se está moviendo o no a menos que pueda mirar otro objeto.

Piénsalo. Si estuvieras en el medio del espacio exterior lejos de cualquier otro objeto, ¿cómo sabrías si te estabas moviendo o no? Todo movimiento es relativo a otros objetos. Por ejemplo, en este momento en relación con su computadora (o teléfono) no se está moviendo en absoluto, pero en relación con los quásares distantes, se está moviendo a casi la velocidad de la luz. En relación con la Tierra, la mayoría de los meteoritos se mueven a aproximadamente 25,000 millas por hora (40,233 km), pero si estuvieras parado en un meteorito mirando a otro meteorito que vaya en la misma dirección que tú y a la misma velocidad, no parecería moverse en absoluto.

La relatividad especial también dice que la velocidad de la luz siempre es constante. Esto significa que no importa lo que hagas para encender, siempre irá a la misma velocidad.

La teoría de la relatividad general es la que redefinió las leyes de la gravedad. Dice que es imposible distinguir la diferencia entre la gravedad y la fuerza de inercia de un objeto en movimiento.

En otras palabras, si subes dentro de una nave espacial giratoria, la inercia hará que te muevas hacia las paredes exteriores de una manera que se sentiría como la gravedad. Esta es la razón por la cual los futuros diseños de naves espaciales a menudo tienen grandes cilindros giratorios unidos a ellos.

La teoría de la relatividad general también dice que los objetos grandes hacen que el espacio exterior se doble de la misma manera que una canica colocada sobre una gran lámina delgada de caucho provocaría que el caucho se doble. Cuanto más grande es el objeto, más espacio se dobla. Al igual que una bola de boliche, la lámina de goma se doblaría mucho más que la canica.

Espero que esto ayude.

Fuente: Astronomía y espacio para niños.

No intentes enseñar la teoría completa de la relatividad. La teoría de la relatividad es demasiado formal (abstracta) para un niño. La teoría de la relatividad tiene una estructura compleja que utiliza algunos conceptos contra intuitivos. Los humanos no aprenden fácilmente conceptos formales hasta la pubertad. Si intentan aprender la relatividad y no pueden, pueden sentirse frustrados.

Hay un psicólogo infantil llamado Piaget que estudió cómo los niños aprenden ciencias. Descubrió que hay cuatro etapas de desarrollo infantil. No necesitamos entrar en los dos primeros. Sin embargo, los dos últimos son de pensamiento concreto y formal. El pensamiento concreto a menudo implica cantidades conservadas como la energía y el impulso. El pensamiento formal implica cantidades geométricas como el espacio y el tiempo. La mayoría de la gente aprende pensamiento concreto por la pubertad. Algunas personas aprenden a pensar formalmente después de la pubertad.

Piaget también estudió otras partes de la psicología cognitiva. Se le ha demostrado que está equivocado en varias cosas. Sin embargo, mi experiencia dice que él tiene razón con respecto a la enseñanza de la ciencia.

Piaget dice que no es aconsejable impulsar el pensamiento formal sobre las personas antes de la pubertad. Esto no solo es cierto para la relatividad, sino también para otros temas. La relatividad incluye conceptos tanto concretos como formales. Sin embargo, la mayor parte de la relatividad involucra temas formales. La gente se frustra con la relatividad cuando es el primer tema formal que han visto.

Hay partes de la relatividad que definitivamente enseñaría porque son fundamentales para la ciencia y la tecnología experimentales. Los dos conceptos que enseñaría son ‘E = mc ^ 2’ y el concepto de ‘agujeros negros’.

Estos dos conceptos son más concretos que el resto de la relatividad. Se pueden explicar en términos de los conceptos concretos de energía e impulso. La primera física que aprende un niño involucra cantidades conservadas. El resto de la relatividad utiliza conceptos formales como el espacio y el tiempo.

Estos conceptos tienen una base pre-relativista, por lo que no necesita entrar en la relatividad. Si busca con cuidado, encontrará científicos que examinaron estos dos temas incluso antes de que Einstein naciera. Entonces, estos conceptos son independientes de los supuestos fundamentales de la relatividad. Los escritores de ciencia ficción generalmente conocen ambos conceptos, incluso si no saben nada más sobre la relatividad. Entonces, comprender estos dos conceptos podría ayudar al niño a apreciar algo de ciencia ficción.

El concepto de equivalencia de masa y energía (‘E = mc ^ 2) es importante en términos de energía nuclear y radiactividad. Es importante para comprender los reactores de fisión, las bombas nucleares y el poder del sol. Por lo tanto, el niño los encontrará una y otra vez. Incluso puede llegar a esto leyendo un periódico.

Estos dos conceptos también son importantes para comprender la astronomía estelar. La astronomía estelar es lo suficientemente concreta para que la disfrute un niño.

Hay otros temas que podrían presentarse DESPUÉS de la adolescencia. Con la forma en que se mueve la física experimental, tal vez incluiría el concepto de ‘ondas de gravedad’. Sin embargo, este también es un concepto concreto. El concepto de dilatación del tiempo es útil cuando se habla del GPS. Sin embargo, tenga cuidado con la dilatación del tiempo.

El concepto de dilatación del tiempo en sí mismo es concreto. Simplemente explique que la velocidad y la gravedad pueden ralentizar el tictac de los relojes atómicos, elásticos y biológicos. No tiene que explicar por qué, ya que nadie sabe por qué.

Hay una forma de cronometrar la dilatación que puede causar problemas. Hay un fenómeno relacionado con la dilatación del tiempo llamado reciprocidad que solo se puede explicar al entrar en detalles de la relatividad. El adolescente puede ver la reciprocidad como una paradoja. Explicar la reciprocidad implica conceptos muy abstractos que pueden no ser aprendidos hasta mucho después de la pubertad.

Le sugiero encarecidamente que evite el concepto relativista de ‘continuo espacio-tiempo’, incluso para los adolescentes. El mismo nombre tiene tres conceptos formales: espacio, tiempo y continuo. La gente debería saber cómo se tratan estos conceptos en la teoría newtoniana antes de aprender sobre la relatividad. Por lo tanto, recomiendo que los estudiantes aprendan sobre el ‘continuo espacio-tiempo’ después de tener una sólida base en mecánica clásica. ¡Aprende a dibujar un diagrama vectorial de fuerza antes de atacar el ‘continuo espacio-tiempo’!

Aquí hay un enlace y una cita.

http://castle.eiu.edu/scienced/5 …

‘… Uno de los temas dominantes de la psicología del desarrollo de la inteligencia de Piaget es que la mente se desarrolla en una secuencia de etapas relacionadas con la edad. Si bien la secuencia sigue siendo la misma para todos los niños, la velocidad a la que los niños en particular pasan por las etapas dependerá de la dotación genética y de las circunstancias socioculturales. Piaget ha descrito cuatro etapas principales, cada una de las cuales, con fines heurísticos, se puede describir con respecto a la principal tarea cognitiva que plantea para el niño.

La primera, o etapa sensori-motora, dura desde el nacimiento hasta aproximadamente los dos años. Durante este período, la tarea principal del bebé es construir un mundo de objetivos permanentes para llegar a una concepción de las cosas que continúan existiendo incluso cuando no están presentes para sus sentidos. Esta etapa podría describirse como dominada por una “búsqueda de conservación”.

En la siguiente etapa ( operaciones previas ), generalmente de 2 a 6 o 7 años, la tarea principal del niño es dominar la función simbólica o representativa. Es durante este período que el niño adquiere lenguaje, descubre el juego simbólico y experimenta sus primeros sueños. En esta etapa, se podría decir que el niño está involucrado en “una búsqueda de representación”.

Aproximadamente a la edad de 6 o 7 años, el niño ingresa a la etapa operativa concreta, que dura hasta aproximadamente la edad de 11 o 12. Durante este período, la persona más joven tiene que dominar la interrelación de clases, relaciones y miembros, y lo hace esto con respecto a las cosas y con la ayuda del razonamiento silogístico. El concreto operacional; la etapa es, por lo tanto, una en la que el joven se dedica a “buscar relaciones”.

Durante la etapa final – operaciones formales – (generalmente de 12 a 15 años) la tarea principal del joven adolescente es conquistar el pensamiento. Las estructuras operativas formales le permiten tomar su propio pensamiento como un objeto y pensar sobre el pensamiento, sobre condiciones de hecho contrarias y sobre situaciones ideales. En una palabra, hace posibles especulaciones teóricas y filosóficas y podría llamarse la etapa en la que el joven se dedica a una “búsqueda de comprensión”.

¿Alguna vez te has preguntado cómo se ve el mundo exterior cuando estás sentado dentro de un tren y mirando por la ventana? ¿Los árboles, los postes y la gente? ¿No parecen todos moverse hacia atrás en la misma velocidad? ¿Alguna vez lo pensaste? ¿Cómo sucede eso cuando en realidad eres tú quien se mueve y no ellos? Oh, espera, ni siquiera eres tú, sino el tren que se mueve, y como estás sentado dentro de él, también te mueves con el tren a la misma velocidad. Esto sucede debido a la teoría más famosa en Física que Einstein denominó teoría de la relatividad y, a veces, teoría especial de la relatividad. Y de hecho, especial es. Veamos por qué y cómo.

Apliquemos esta teoría a la velocidad. Dice que la velocidad es relativa. Nada en este mundo es rápido o lento en sí mismo. Solo son rápidos o lentos en comparación con otra cosa. Entonces, básicamente, qué tan rápido o lento se ve algo depende de desde qué posición lo esté mirando (también llamado marco de referencia en Física). Por lo tanto, aunque la persona que está fuera del tren está de pie, parece que se mueve hacia ti porque desde tu posición, que se está moviendo, también se está moviendo. Si bien su amigo que está sentado con usted dentro del tren no parece moverse en absoluto hacia usted, cuando en realidad, también se mueve con la misma velocidad que el tren. Entonces, ¿por qué parecen quietos? Porque te mueves demasiado a la misma velocidad. Entonces, con respecto a usted, él no se está moviendo.

Puede haber muchos ejemplos de esto. Hablemos de tu carrera escolar, por ejemplo, en la que llegaste en segundo lugar. Para tu compañero de clase Albert, que fue tan lento que ni siquiera pudo completar la carrera, debes ser un corredor muy rápido. Pero para el niño que corrió demasiado rápido y llegó primero, le habría parecido lento. ¿Tiene sentido?

¿Ese libro sobre tu mesa? Está en reposo, ¿verdad? No lo es ¿Cómo puede ser cuando está en la tierra y nuestra tierra se mueve tan rápido? Has leído sobre eso, ¿no? Has estudiado sobre la rotación y las revoluciones de la tierra. De esa manera, nada en la tierra está en reposo, incluso aquellos que parecen estarlo. Todos se mueven con la tierra. Para ti, parecen estar en reposo, porque tú y ese libro tuyo, ambos se están moviendo a la misma velocidad. Pero imagina a un alienígena que está sentado en otro planeta que es mucho más lento que la Tierra, ¿mira tu libro desde su planeta? El libro parecerá moverse muy rápido hacia ella.

La teoría de la relatividad también puede relacionarse con muchos ejemplos del día a día. Se aplica a la longitud, el tiempo e incluso la masa. Cuando comience a observar el fenómeno que lo rodea y tratará de relacionar las cosas, seguramente apreciará cómo una teoría tan pequeña y aparentemente simple convirtió a Einstein en el científico del siglo.

¡Todo lo mejor para tu observación! Y no olvides hacer preguntas tontas. La física se entiende mejor de esa manera. 🙂

Un tipo realmente inteligente llamado Albert Einstein demostró una vez que los rayos de luz siempre viajan a la misma velocidad.

Imagina que estás parado en el suelo y enciendes una linterna.

Si mide la velocidad de ese haz de luz, entonces debería obtener 299,792,458 metros por segundo.

Ahora, si te paras en un tren en movimiento y realizas el mismo experimento, entonces aún deberías obtener 299,792,458 metros por segundo.

Además, todos los que midan el haz de luz lo medirán viajando a 299,792,458 metros por segundo.

No importa si están parados en el suelo, en un avión que viaja a Mach 3 o en una nave espacial que viaja cerca de la velocidad de la luz.

Todos medirán la luz viajando a la misma velocidad.

Ahora, medimos la velocidad por cuántos metros puede viajar algo en un segundo.

La única forma en que todos pueden obtener el mismo resultado para la velocidad de la luz es si todos definen un metro y un segundo cambia en relación con la velocidad de la luz.

Intuitivamente, pensamos que la velocidad de la luz debería cambiar en relación con nosotros, pero en realidad es lo contrario: cambiamos en relación con la velocidad de la luz.

Esto es lo que queremos decir cuando decimos que el tiempo y el espacio son relativos.

Este concepto es tan importante que Albert Einstein construyó una teoría completa a su alrededor llamada “La teoría especial de la relatividad”.

En una nota al margen, Albert Einstein escribió sobre esto en 1905 en un artículo titulado “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”. Este artículo debería haberle ganado un premio Nobel. Sin embargo, solo puedes ganar el premio Nobel una vez, y eventualmente lo ganaría por un artículo que escribió en mecánica cuántica (era tan inteligente).

En cualquier caso, Albert Einstein se preguntó qué implicación tenía el espacio y el tiempo relativos en la gravedad.

Le llevó mucho tiempo, pero finalmente descubrió cómo la gravedad, el espacio y el tiempo se relacionan entre sí.

Utilizó el siguiente experimento mental (eventualmente lo llamaría “su momento más feliz”).

Imagina a un chico en una caja viajando en el espacio a una velocidad constante. Suponga que viaja a través del espacio a la velocidad adecuada para que experimente una fuerza descendente de 1 g.

Albert Einstein dijo que ningún experimento puede diferenciar entre la caja en la tierra o la caja que se mueve a través del espacio a 1g. Por lo tanto, las dos cosas son equivalentes.

Llamó a esto “El Principio de Equivalencia” y se propuso crear una matemática que hiciera equivalentes esas dos cosas.

Por ejemplo, si toma la posición de que viajar a través del espacio a 1g y los efectos de la gravedad en la Tierra son equivalentes, entonces todo en la Tierra se está acelerando hacia arriba a 1g.

No parece que lo estemos haciendo, pero de acuerdo con “El Principio de Equivalencia”, todos estamos acelerando hacia arriba a 1 g.

Eso no tiene ningún sentido; entonces, Albert Einstein trató de que tuviera sentido.

Considere el paseo en el parque de atracciones Rotor.

El rotor es un gran barril vertical que gira. La rotación del barril crea un efecto centrífugo equivalente a la gravedad.

Mientras el viaje está en funcionamiento, su sentido de gravedad cambia de estar hacia el suelo a estar hacia las paredes. Del mismo modo, su sentido de subida también cambia de estar hacia el cielo a estar hacia el centro del viaje.

Durante el viaje, puede sentir que está acelerando en círculos, pero la aceleración es en realidad hacia el centro. Esta es la razón por la que siente que hacia arriba está hacia el centro del viaje, y por qué la gravedad está hacia el lado de las paredes.

Funciona de esta manera porque el espacio a tu alrededor es curvo.

¿Podría ser que todos estamos acelerando hacia arriba a través de algo curvo?

¿Podría el espacio mismo ser curvo?

Einstein asumió este caso y creó una matemática que caracterizó esa curvatura.

Llamó a esto “La teoría general de la relatividad”.

Entonces, aparentemente vivimos en un espacio curvo.

Ahora, el espacio no nos parece curvo. Sin embargo, puedo demostrar fácilmente la curvatura.

Si supone que cualquier objeto en movimiento seguirá una línea recta, seguirá la curvatura del espacio cuando esté en movimiento.

Ahora, toma un objeto y tíralo hacia adelante. Observe cómo el objeto seguirá una parábola. Esta parábola muestra la curvatura del espacio.

No podemos sentirlo, pero el espacio alrededor es realmente muy curvo.

DESCARGO DE RESPONSABILIDAD: UNA RESPUESTA MUY LARGA ADELANTE : p

Deje que el niño de doce años sea Harry, y Hermione, que es usted, se lo está explicando …

Harry: Hermione, ¿quién es este tipo con cabello extraño? (Señalando a Einstein)

Hermione: Está entre los mejores científicos de todos los tiempos, Albert Einstein. Famoso por proponer la teoría de la relatividad.

Harry: que? ¿Relatividad?

Hermione: (Ya lamentando el error, pero decide no desairar a Harry. Es un niño inteligente y está mal burlarse de la curiosidad de un niño). Sabes sobre la luz, ¿verdad? Cómo es instrumental para la visión … vemos todas las cosas alrededor porque la luz se refleja de ella …

Harry: Sí, lo estudié el año pasado … ¿y qué?

Hermione: Bueno, ¿cómo ves tu reflejo en un espejo?
Harry: La luz de mi cara se refleja en el espejo, se mete en mis ojos y atraviesa mi nervio óptico …

Hermione: sí, sí, esa es la esencia … así que una suposición principal de esta teoría es que la velocidad de la luz es constante para todos los observadores.

Harry: Obviamente, será lo mismo para todos los observadores … ¿por qué las personas medirán diferentes velocidades para la luz?

Hermione: (haces una palmada mental por arrojarte en esta basura, pero continúa …) Cuando te veo pedalear en la carretera, te veo avanzar a 10 km / h.

Harry: Nunca ando en mi bicicleta tan lento …

Hermione: Si no te callas, le diré a mamá sobre ese chocolate … (Harry hace una mueca, pero se calla) Sin embargo, si estoy trotando en la misma dirección a 5 km / h, te alejarás de mí en una velocidad de 5 kmph hacia adelante, ¿verdad?
Pero, para mamá que mira desde el balcón, todavía estás en bicicleta a una velocidad de 10 km / h. Conmigo hasta aquí?

Harry: si

Hermione: Ahora, asumimos que si eras liviano y viajaras a una velocidad de 10 km / h, incluso si viajo a 5 km / h en la dirección en la que viajabas, aún te veré alejarte a una velocidad de 10 km / h … y mamá, de todos modos, sentado en el balcón lo verá alejarse a 10 km / h. Entonces la velocidad de la luz es la misma con respecto a todos los observadores …

Harry: (Hace que repita el ejemplo anterior nuevamente, discute cómo es posible, luego comprende lo que es una suposición y dice) No me diga … ¿esta es su teoría de cuál es su nombre?

Hermione: Teoría de la relatividad … No, esa es la suposición en la que se basa. Probemos este experimento mental … ¿Qué pasa si sostienes un espejo frente a tu cara y viajas a la velocidad de la luz?

Harry: ¿Y qué?

Hermione: Piensa, idiota.

Harry: veré mi reflejo, ¿por qué?

Hermione: ¿quieres? (sonrisa tímida) Si la luz viaja de tu cara al espejo a la velocidad de la luz, el espejo se aleja del haz de luz a la velocidad de la luz, ¿llegará la luz de tu cara al espejo? Recuerde, no podemos agregar nuestra velocidad al haz de luz, de acuerdo con la suposición que habíamos hecho …

Harry: (Jaw drop) uhhh …

Hermione: Y si ninguna luz llega al espejo, ¿qué ves? ¿Ves negro … ¿Ves blanco …? Pero entonces, ¿no son los colores blanco y negro en sí mismos?

Harry: Uhhh … ¿No vemos ningún color?

Hermione: ¿Y qué no es color?

Harry: Uhhh … ¿Qué es todo esto sin sentido? Estábamos hablando de Einstein, ¿verdad? ¿Qué es esta mierda sin color?

Hermione: Bueno, este experimento mental supuestamente fue la premisa sobre la cual Einstein formuló su teoría de la relatividad. Usted me dice, ¿cómo va a resolver este problema de “sin color”?

Harry: Espera, espera, esto es demasiado … uhh … tal vez no podamos viajar a la velocidad de la luz … (Harry tendría que ser realmente inteligente para haberlo descubierto, pero de todos modos)

Hermione: Sí, entonces esa es una de las cosas que la teoría propone, que nada puede viajar más rápido que la luz. Y esto, la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores, da resultados muy extraños … Algo como, deformación del tiempo, deformación de la distancia, entonces …

Harry: Whoa ??? ¿Esperar lo? ¿Túnel del tiempo? Significa que el tiempo se ralentiza? ¿¿¿ES VERDAD??? ¿Te gusta Star Trek? ¡GUAU!

Hermione: Por favor, deja de gritar, ¿quieres? (Ahora está considerando seriamente la forma de terminar esta conversación … Pero la brillantez de la teoría lo mantiene en marcha). Cuando viaja a velocidades muy altas, como cerca de la velocidad de la luz, la distancia se acorta y el tiempo se ralentiza. para que puedas viajar al futuro …

Harry: WOWOWOWOWOW !!! Espera … ¿Es solo una propuesta o podemos hacerlo? Oh no, no me estás haciendo bromas, ¿verdad?

Hermione: No, el único problema es que no podemos viajar a velocidades tan altas … Pero hay matemáticas sólidas para respaldar la teoría, y se ha probado miles de veces … Es verdad … Pero no me preguntes acerca de las matemáticas. aunque … no tengo tiempo …

Harry: ¿No tienes tiempo o no lo consigues tú mismo? Sé cómo luchas con las matemáticas (te da una sonrisa burlona)

Hermione: Cállate idiota, ve a google la teoría en lugar de comerme la cabeza (¡lo golpeas en la cabeza y lo dejas asombrado y un poco más educado en la teoría de Einstein!)

Hace poco hablé con mi hijo de 7 años al respecto. (Había oído hablar de Einstein y quería saber por qué lo llamaban genio. También me había preguntado antes acerca de la velocidad de la luz, así que lo sabía).

Yo: “Bueno, recuerdas la cosa con la velocidad de la luz, ¿verdad?”

Él: “Sí, por supuesto, papá” (leve molestia de su parte que podría pensar que podría haber olvidado).

Yo: “Ok, hay una cosa extraña que nadie podría explicar antes de Einstein: si viajas en un tren y disparas un arma, la bala se mueve a la velocidad del disparo más la velocidad del tren. Pero si viaja en un tren y enciende una linterna, el rayo de luz no se mueve a la velocidad de la luz más la velocidad del tren. Todavía es solo la velocidad de la luz. No importa cuánto lo intentaron, nunca pudieron hacer que el haz de luz se moviera más rápido que la velocidad de la luz ”.

Él: “¿Y si apunto la linterna hacia atrás?”

Yo: “Pregunta inteligente, joven Padawan. Se podría pensar que el rayo se mueve a la velocidad de la luz menos la velocidad del tren, pero cuando la gente lo mide, siempre es la velocidad de la luz “.

Él: “Hm. Hmmmm ¿Pero por qué?”

Yo: “Nadie podría explicar esto. Hasta Einstein: descubrió que el tiempo y el espacio cambian para que la luz siempre se mueva a la velocidad de la luz. Si enciende la linterna en el tren, la longitud del tren cambia y el tiempo se ralentiza para que la velocidad general del haz de luz sea la velocidad normal de la luz “.

Él: “Hmmmmmm”.

Yo: “Y no te preocupes: solo muy pocas personas pueden entender todos los detalles. Pero muchas cosas no funcionarían en nuestro mundo si Einstein no lo hubiera solucionado. Como la televisión por satélite o el GPS de nuestro automóvil o los vuelos espaciales “.

Lo que generalmente he aprendido al explicar a los niños: no se preocupen porque no es una explicación completa. Quieren saber de qué se trata el fenómeno y cómo afecta nuestras vidas. Y están felices de saber que “si estudias mucho, tal vez seas tú quien lo lleve aún más lejos”.

De una manera divertida como un juego en el que él es un astronauta en un cohete, consígalo primero para que se haga un traje espacial ahora cuando lo usa, es divertido aprender.
Esto puede ayudar …

Imagine que está en una nave espacial y sostiene un láser para que dispare un haz de luz directamente hacia arriba, golpeando un espejo que ha colocado en el techo. El haz de luz vuelve a bajar y golpea un detector.
(Arriba) Ves un rayo de luz que sube, rebota en el espejo y baja directamente. (Abajo) Amber ve que el rayo viaja a lo largo de un camino diagonal.

Sin embargo, la nave espacial viaja a una velocidad constante de la mitad de la velocidad de la luz (0.5 c, como lo escribirían los físicos). Según Einstein, esto no tiene importancia para usted: ni siquiera puede decir que se está moviendo. Sin embargo, si el astronauta Amber te estuviera espiando, como en la parte inferior de la figura, sería una historia diferente.
Amber vería tu haz de luz viajar hacia arriba a lo largo de un camino diagonal, golpear el espejo y luego viajar hacia abajo a lo largo de un camino diagonal antes de golpear el detector. En otras palabras, usted y Amber verían diferentes caminos para la luz y, lo que es más importante, esos caminos ni siquiera tienen la misma longitud. Esto significa que el tiempo que tarda el haz en pasar del láser al espejo y al detector también debe ser diferente para usted y Amber, de modo que ambos estén de acuerdo con la velocidad de la luz.
Este fenómeno se conoce como dilatación del tiempo, donde el tiempo en una nave que se mueve muy rápidamente parece pasar más lento que en la Tierra.
Por extraño que parezca, este ejemplo (y muchos otros) demuestra que en la teoría de la relatividad de Einstein, el espacio y el tiempo están íntimamente unidos. Si aplica las ecuaciones de transformación de Lorentz, funcionan para que la velocidad de la luz sea perfectamente consistente para ambos observadores.

Matemáticamente, sería casi imposible para un niño de 13 años aprender relatividad a menos que sea muy talentoso. Filosóficamente hablando, claro, ¿por qué no? El concepto de que la información y la forma en que se propaga la información depende de la condición del observador y la hoja (espacio-tiempo) en la que se propaga la información no es estacionaria ni absoluta, se estira y se mueve y no hay un estado absoluto de reposo. El límite máximo al que se propaga toda la información es la velocidad de la luz.

Observe que la palabra información se refiere a eventos relacionados con el movimiento, eventos físicos como la caída de una manzana. Las características como la gravedad dependen de la condición acelerada del observador o de quién se ve afectado, y los eventos y la forma en que se perciben en el tiempo o la distancia dependen de todas las características de esta hoja, conocidas como espacio-tiempo. El espacio-tiempo es dónde y cuándo ocurren los eventos. La forma en que experimentamos estos eventos depende de la geometría del espacio-tiempo (relatividad general).

Tengo 13 años y entiendo perfectamente la relatividad conceptual, al menos mis profesores de ciencias estarían de acuerdo, pero matemáticamente me encogería y fracasaría.

Las matemáticas lo hacen elegante, pero no puedo esperar hasta la escuela secundaria para aprender las matemáticas necesarias para entenderlo en un sentido cuantitativo.

Además, el niño de 13 años tiene que entender muchos conceptos abstractos filosóficos como la racionalidad y el empirismo, y todo eso lleva a cómo percibimos la ciencia, conocida como el método científico. Uno tiene que entender la física newtoniana o al menos lo básico para aprender sus defectos.

También hay que entender un poco de electromagnetismo o, al menos, cómo conduce al límite fundamental de la velocidad de la luz. F = ma predice que la condición de la masa o la aceleración de la masa instantáneamente (más rápido que la luz) afecta la fuerza, pero las ecuaciones de Maxwell han conducido a la velocidad de la luz, Einstein notó que cualquiera de las dos tenía que ser correcta y abordó el problema en la relatividad .

F = ma funciona en marcos de referencia inerciales, pero imaginemos un escenario típico. Imagina que estás en un tren y el tren acelera hacia adelante. Usted y las personas en el tren regresan y suponen que es una fuerza que les hace acelerar hacia atrás. Pero un amigo tuyo fuera del tren no nota que lo mueves todo, es el tren en movimiento. Entonces F = ma no es cierto en un marco de referencia acelerado y lo que sucede es que la parte trasera del tren acelera hacia ti. Entonces estás en reposo pero la parte trasera del tren acelera hacia ti. Eso se conoce como el principio de equivalencia.

¿Cómo afecta el espacio-tiempo curvo al movimiento de los cuerpos celestes y provoca la caída libre de los objetos? Aprende la ecuación e = mc ^ 2 y lo entenderás.

Para comenzar a aprender relatividad básica simple, o relatividad especial, debe usar un sistema de coordenadas simple de 3 puntos en el espacio más un punto t (tiempo). Este sistema se refiere al marco de referencia. Un marco de referencia es la única forma de analizar el movimiento del objeto y el orden, la distancia y el momento en que se produce el evento.

Un niño de 13 años conoce la fuerza, es decir, la masa multiplicada por la aceleración. La masa es constante aquí. En pocas palabras, si se aplica una fuerza de 20 N sobre mí, mi masa es de 50 kg, tendré una aceleración de 0.4 m / s ^ 2. Kid sabe que la velocidad es pequeña. Kid lo sabe. Kid también sabe que las cosas son relativas. Si ese niño está de pie en la Tierra, vería un avión viajando a 20 km / h. Si ese niño viaja en otro avión con la misma velocidad, entonces el niño vería ese otro avión en reposo. Es todo concepto de velocidad relativa. Kid ya lo sabe.

Ahora, mi trabajo es mostrarle a ese niño otra cosa hermosa. Recuerde niño, para velocidades pequeñas, los efectos reales son difíciles de ver. Te mostraré los efectos para una gran velocidad.

Supongamos, chico, estoy aplicando una fuerza tan grande que coincide con tu velocidad instantánea cercana a la velocidad de la luz. Ahora las cosas cambiarían. La misa comenzará a variar. La misa no será constante. Habrá variación en masa y velocidad. Llamamos a esa masa como masa relativista. Masa relativista con respecto a la Tierra. No te confundas aquí chico. La masa no depende de la velocidad. No te equivoques. Si también me aplican con la misma fuerza y ​​luego te miro, parecerías estar en reposo. Las cosas son solo relativas. Nada más. No te confundas. Esto se llama su teoría especial de la relatividad en términos de equivalencia masa-energía.

El espacio y el tiempo están conectados. Considere el espacio a lo largo del eje xy el tiempo a lo largo del eje y. Cuando no te mueves en el espacio, te mueves completamente en el tiempo. Te mueves puramente en dirección y. Si comienza a moverse a lo largo de la dirección x con cierta velocidad, no se movería completamente en el tiempo. Te moverías en la resultante del espacio y el tiempo. El tiempo se dilataría para ti. Es tu marco de referencia. La persona en la Tierra vería el tiempo normal, pero para usted, debido a su movimiento, el tiempo se dilataría. Este es el concepto de dilatación del tiempo. Esta es nuestra teoría especial de la relatividad.

A2A. ¿Cuál es el objetivo aquí? Si desea que el niño de 12 años (o cualquier otra persona) tenga más de un nivel de comida china (“sabe bien, pero una hora después tiene hambre”) de comprensión, primero debe hacer que se sienta cómodo con mucha física newtoniana (desplazamiento, velocidad, aceleración, movimiento inercial y no inercial). Y a pesar de ser considerado elemental, eso es difícil y mucha gente nunca lo entiende. Si encontrara a un niño de 12 años que fuera prometedor, dibujaría muchos diagramas de Minkowski. La relatividad es básicamente una geometría cartesiana en 2D con un giro, y dudo que alguien pueda entenderla realmente con palabras: necesita imágenes. Pero necesitas el fondo newtoniano para leer los diagramas.

Por otro lado, si solo quieres que tengan una sensación de comprensión durante una hora, apenas importa: solo menciona muchas cosas interesantes como la dilatación del tiempo y los agujeros negros.

La teoría de la relatividad es solo una idea o un concepto en astrofísica. Cuando endereza una tela y coloca un objeto pesado sobre ella, hay una curva o deformación de esta tela. Este tejido fue llamado por Einstein como ‘espacio-tiempo’ y los objetos como cualquier planeta o estrella.
Esta depresión se llamó gravedad.
Este es solo el concepto básico de la teoría de la relatividad general de Einstein

¿Cómo explicas la teoría de la relatividad a los niños?

Con el debido respeto a Einstein y Minkowski, es más importante enseñar a los niños a respetar a los demás, a no intimidar, a ser amables con los demás, a ser sinceros y honestos, a no dañar a los demás, a no odiar a las personas por su color de piel. , La creencia / incredulidad de Dios, o cualquier otra cosa, para tratar de aprender ciencia básica, que la teoría de la relatividad, la mecánica newtoniana o incluso la mecánica cuántica.

¡Paz!

23 marzo 2018

La teoría de la relatividad consiste básicamente en dos teorías: teoría especial de la relatividad y teoría general de la relatividad.

1. Relatividad especial

• La teoría especial de la relatividad básicamente establece que la velocidad de la luz es constante en cualquier marco de referencia.
• Tratemos de entender esto usando un ejemplo popular: suponga que tiene una persona A sentada en un automóvil moviéndose a la mitad de la velocidad de la luz (c / 2) y otra persona B parada en la carretera. El automóvil tiene los faros encendidos y A observa que la velocidad a la que viaja la luz es de 300000000 m / s (c). Ahora esperarías que B observe que la velocidad de la luz es

c + la velocidad de la fuente de luz

= c + c / 2

• pero la relatividad especial dice que este no es el caso y que B observa que la velocidad es exactamente lo que A observa que es- 300000000 m / s

loco, ik

2. Relatividad general

• La relatividad general explica cómo funciona la gravedad. establece que los cuerpos con masa curvan la estructura del universo, o espacio-tiempo, y esto une dos cuerpos.
• si esto es difícil de visualizar, mira el siguiente video

¡encantado de ayudar!

La conciencia de que la posición de uno cambia en relación con otra cosa se expresa como velocidad.

La conciencia de que la posición de uno cambia en relación con uno mismo se expresa como aceleración.

La velocidad constante es la aceleración cero. El verdadero movimiento se define por la aceleración y no por la velocidad constante. Si la velocidad constante es cero o la velocidad de la luz, no hay movimiento si la aceleración es cero.

La velocidad limitante de la luz está ahí porque la inercia asociada del fotón es cero y, por lo tanto, ya no se puede acelerar.

La relatividad necesita dos partes, que están en relación.

La velocidad y el tiempo se pueden medir en cada parte (sistema) por separado. Puede observar ambos sistemas desde un punto fijo fuera de ambos.

Ahora puede dividir la velocidad y el tiempo de ambas partes en relación con:

a) entre sí o
b) el punto fijo.

Obtendrá diferentes valores para ello. Esa es la base de la teoría de la relatividad.

Recuerdo la respuesta dada a esta misma pregunta por el propio Einstein:
Para un niño adolescente, una hora con una buena chica se siente como un minuto, un minuto sentado en una estufa caliente se siente como una hora; Eso es relatividad.
Quizás aunque un niño de 10 años no esté de acuerdo con la parte de “niña” …

Tienes 1 minuto de tiempo de juego y 1 minuto de pie en la esquina. Ambos son de un minuto. Sin embargo, no tienen la misma experiencia. Este es el sentido de la relatividad.

De hecho, enseñé aspectos de la relatividad a mis propios hijos cuando eran bastante más jóvenes. No, no profundicé en las matemáticas rigurosas para las que aún no estaban preparados. Pero sí hablé sobre la dilatación del tiempo y la contracción del espacio y lo que sucede cuando te acercas a un agujero negro. Esto fue mucho más fascinante que cualquier historia de “Alicia en el país de las maravillas”, porque no es solo un cuento de hadas. En realidad es la verdadera realidad.

La idea es despertar los intereses a una edad temprana, y a medida que maduran, si así lo eligen, pueden aprender más.