FUNDAMENTOS DE FÍSICA III GRADO EN FÍSICA CURSO 2016/2017 Grupo 516 UAM. Profesor: Jorge Bravo Abad

Transcripción

1 FUNDAMENTOS DE FÍSICA III GRADO EN FÍSICA CURSO 2016/2017 Grupo 516 UAM Profesor: Jorge Bravo Abad

2 Motivación y vista general del curso Puerta de entrada a la Física Moderna

3 Al final del curso entenderéis las bases físicas de fenómenos como (I) Descubrimiento de la partícula de Higgs (física de partículas)

4 Al final del curso entenderéis las bases físicas de fenómenos como (II) Nuevos materiales (física de la materia condensada)

5 Al final del curso entenderéis las bases físicas de fenómenos como (III) La expansión del universo (cosmología)

6 Contenidos de la asignatura 1ª Parte. Fundamentos de la Física Moderna: Relatividad y Mecánica Cuántica Tema 1: Rela*vidad I. Transformaciones de Galileo. Postulados de la rela4vidad especial. Transformaciones de Lorentz. Contracción de la longitud y dilatación del 4empo rela4vistas. Transformación rela4vista de las velocidades. El efecto Doppler rela4vista. La paradoja de los gemelos. Tema 2: Rela*vidad II. Momento lineal rela4vista. Energía rela4vista. Conservación del momento lineal y la energía. Introducción a la rela4vidad general: principio de equivalencia, desviación de la luz en un campo gravitatorio, corrimiento al rojo gravitatorio, lentes y ondas gravitatorias, materia y energía oscura. Tema 3: Mecánica cuán*ca I. Introducción a la Fsica cuán4ca. Naturaleza corpuscular de la luz: radiación del cuerpo negro, efecto fotoeléctrico y efecto Compton. Ondas de materia. Función de onda. El principio de incer4dumbre. Tema 4: Mecánica cuán*ca II. La ecuación de Schrödinger en una dimensión. Pozo de potencial cuadrado infinito. Pozo de potencial cuadrado finito. Valores esperados y operadores. Oscilador armónico cuán4co. Barrera de potencial: el efecto túnel.

7 Contenidos de la asignatura 1ª Parte. Fundamentos de la Física Moderna: Relatividad y Mecánica Cuántica Tema 1: Rela*vidad I. Transformaciones de Galileo. Postulados de la rela4vidad especial. Transformaciones de Lorentz. Contracción de la longitud y dilatación del 4empo rela4vistas. Transformación rela4vista de las velocidades. El efecto Doppler rela4vista. La paradoja de los gemelos. Tema 2: Rela*vidad II. Momento lineal rela4vista. Energía rela4vista. Conservación del momento lineal y la energía. Introducción a la rela4vidad general: principio de equivalencia, desviación de la luz en un campo gravitatorio, corrimiento al rojo gravitatorio, lentes y ondas gravitatorias, materia y energía oscura. Tema 3: Mecánica cuán*ca I. Introducción a la Fsica cuán4ca. Naturaleza corpuscular de la luz: radiación del cuerpo negro, efecto fotoeléctrico y efecto Compton. Ondas de materia. Función de onda. El principio de incer4dumbre. Tema 4: Mecánica cuán*ca II. La ecuación de Schrödinger en una dimensión. Pozo de potencial cuadrado infinito. Pozo de potencial cuadrado finito. Valores esperados y operadores. Oscilador armónico cuán4co. Barrera de potencial: el efecto túnel. 2ª Parte. Aplicaciones de la Relatividad y la Mecánica Cuántica Tema 5: Física Atómica. Primeros modelos atómicos. Teoría cuán4ca de los átomos. El átomo de hidrógeno. El espín del electrón. Momento angular total y efecto espínórbita. Átomos mul4electrónicos. La tabla periódica de elementos. Espectros óp4cos y de rayos X. Tema 6: Estructura molecular y espectros. Tipos de enlace moleculares. Niveles de energía y espectros de moléculas diatómicas. Tema 7: Física del estado sólido. La estructura de los sólidos. Teoría clásica de la conducción eléctrica. El gas de electrones de Fermi. Teoría cuán4ca de la conducción eléctrica. Teoría de bandas. Semiconductores. Superconduc4vidad. Tema 8: Física Nuclear. Propiedades básicas de los núcleos. Radiac4vidad. Reacciones nucleares. Fisión y Fusión. Tema 9: Física de pariculas. Tipos de parxculas elementales. Leyes de conservación y simetrías. El modelo estándar. Aceleradores de parxculas. Sincrotrón. Tema 10: AstroKsica.

8 Importancia de la Física Moderna / Contexto histórico - A finales del siglo XIX, muchos científicos creían que la descripción de las leyes físicas de todo el Universo era completa a través de las leyes de Newton, las leyes de Maxwell, las leyes de la termodinámica (Carnot), etc. Albert Michelson, 1894 The grand underlying principles have been firmly established The future truths of physics are to be looked in the sixth place of decimals

9 Importancia de la Física Moderna / Contexto histórico Sin embargo, hacia 1900 el edificio de la física clásica se comienza a derrubar... à El resultado del experimento de Michelson-Morley contradecía la relatividad Newtoniana à El espectro de radiación del cuerpo negro contradecía las predicciones de la termodinámica à The efecto fotoeléctrico y el espectro de los átomos no podían ser explicados por la leyes electromagnéticas à Los descubrimentos sobre rayos X y radiactividad parecían estar completamente fuera de las leyes de la física clásica.

10 Importancia de la Física Moderna / Contexto histórico Sin embargo, hacia 1900 el edificio de la física clásica se comienza a derrubar... à El resultado del experimento de Michelson-Morley contradecía la relatividad Newtoniana à El espectro de radiación del cuerpo negro contradecía las Predicciones de la termodinámica à The efecto fotoeléctrico y el espectro de los átomos no podían ser explicados por la leyes electromagnéticas à Los descubrimentos sobre rayos X y radiactividad parecían estar Completamente fuera de las leyes de la física clásica.

11 Papel de la asignatura dentro del Grado en Física de la UAM

12 Papel de la asignatura dentro del Grado en Física de la UAM

13 Logística de la asignatura

14 Bibliografía

15 Bibliografía Principales libros de consulta durante el curso: à Modern Physics (6th edi*on), P.A. Tipler and R.A. Llewellyn, (W.H. Freeman and Company, 2012). à Modern Physics (3rd edi4on), R.A. Serway, C.J. Moses and C.A. Moyer (Thomson/Brook Cole, 2005). à Física para la Ciencia y la Tecnología: Física Moderna (6ª edición), P.A. Tipler y G. Mosca (Reverté, 2010). Otros libros de interés para la asignatura: à Rela4vidad Especial, A.P. French (Editorial Reverté). à Rela4vity: Special, General and Cosmological (2nd edi4on), W. Rindler (Oxford University Press, 2006) à Introduc4on to Quantum Mechanics, P.T. Maphews (McGraw Hill). à The Feynman Lectures on Physics, R.P. Feynman, R.B. Leighton and M. Sands (Basic Books, 2011). à Essen4al Quantum Physics (2nd Edi4on), P.V. Landshoff, A. Metherell and W. G. Rees (Cambridge University Press, 1998).

16 Organización de las clases 1ª y 2ª semana: Teoría

17 Organización de las clases Resto de semanas del curso. Lunes y Martes! Clases de teoría. Miércoles! alternando problemas/seminarios Ejemplo de 2 semanas consecutivas

18 Sobre las clases de problemas: Profesores Teoría: Jorge BravoAbad Problemas: Juan Carlos Cuevas Ruth Martínez Aulas y horas à Clases de problemas (Miércoles de h, cada 2 semanas): à Grupo 5161: De Abadía Heredia a De Prado Bajo (Prof. Jorge Bravo-Abad, Aula AU.201-4) à Grupo 5162: De Díaz Díaz a Gil Fernández (Prof. Juan Carlos Cuevas, Aula AU.201-3) à Grupo 5163: De Gómez Castellanos a Yin (Prof. Ruth Martínez, Aula AU.201-2)

19 Sobre las clases de problemas: Ejemplo: Entrega de hoja de problemas a resolver 2 semanas Recogida de la hoja anterior, entrega de una nueva hoja y resolución de la hoja entregada en la pizarra

20 Evaluación: Nota final asignatura= 35% Nota ejercicio/problemas+ 65% Examen final Problemas (20% nota final ) Nota ejercicio clase de 4 primeros caps. (15% de la nota final)

21 Durante la clase... y algunos consejos para tener éxito en la asignatura

22 Web de la asignatura! (Sección Teaching )