El Universo MecánicoProducido por el Instituto Tecnológico de California e Intelecom, 1985. ISBN 0-89776-819-3 es una colección de 52 vídeos realizados en 1985 por el Instituto de Tecnología de California financiado por la Annenberg / CPB Project y producida por el mismo CALTECH e INTELECOM (un consorcio sin fines de lucro que agrupa colegios comunitarios de California).
La serie presenta la física a nivel universitario, abarcando temas desde Copérnico a la mecánica cuántica. Para ello utiliza dramatizaciones históricas y animaciones que explican conceptos de la física. Estas últimas eran unas de las animaciones más avanzadas de la época: casi 8 horas de animación por ordenador a cargo del experto del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA James F. Blinn. Cada episodio se abre y se cierra con una conferencia "fantasma" del profesor David Goodstein del Instituto Tecnológico de California.
A pesar de su antigüedad, la serie se utiliza muy a menudo incluso hoy día en escuelas, gracias al gran rigor científico de su contenido y a su cuidadosa exposición de hechos y supuestos prácticos, como una ayuda suplementaria para explicar fenómenos como la relatividad especial. Durante el transcurso de los vídeos se abarcan contenidos como la electricidad, la mecánica clásica, el electromagnetismo, la termodinámica, la relatividad y la mecánica cuántica, así como aborda las biografías de los más importantes científicos de la historia y sus descubrimientos, como por ejemplo Johannes Kepler, Isaac Newton, Galileo Galilei o Albert Einstein, entre otros.
Lista de Capítulos Capítulo Título Descripción1Introducción al Universo MecánicoEn una vista previa introduce las ideas revolucionarias de los héroes Copérnico a Newton y vincula la Física de cielo a tierra.2La ley de la caída de los cuerposLos experimentos ingeniosos de Galileo demostraron que todos los cuerpos caen con la misma aceleración constante.3DerivadasLa función de las matemáticas en la Física y las derivadas como una herramienta practica. 4InerciaGalileo arriesga su estatus para responder a las preguntas del universo con su ley de la inercia.5VectoresLa Física debe explicar no solo por qué y cuánto, sino también dónde y de qué manera.6La ley de NewtonNewton establece las leyes que relacionan fuerza, masa y aceleración.7IntegraciónNewton y Leibniz llegan a la conclusión de que la diferenciación y la integración son procesos inversos. 8La manzana y la LunaLos primeros pasos reales hacia los viajes espaciales comienzan cuando Newton describe la fuerza entre dos partículas del universo: ley de la gravitación universal. 9El círculo en movimientoLas ideas filosóficas de Platón que llevaron a la teoría del movimiento circular uniforme. 10Las fuerzas fundamentales de la naturalezaTodos los fenómenos físicos de la naturaleza se explican a través de cuatro fuerzas : dos fuerzas nucleares , la gravedad y la electricidad. 11Gravedad, electricidad y magnetismoExplicación de la diferencia entre las Fuerzas Magnéticas, Eléctricas y Gravitatoria.12El experimento MillikanDesde el tubo de Thomson que permitió el descubrimiento del electrón hasta la medición de su carga a través del experimento de la gota de aceite de Millikan, todo posible gracias al método científico. 13Conservación de la energíaConservación de la energía, la cantidad de movimiento y del momento angular, cantidades que no se crean ni se destruyen. Los experimentos de Galileo que asocian la velocidad a una posición particular en un plano inclinado, su relación con el trabajo y la velocidad, que dan lugar a la energía cinética. 14Energía potencialRelación entre el trabajo y energía potencial asociada a la altura que puede transformarse en energía en movimiento. Cambio en la cantidad de movimiento. Principio de conservación de la energía mecánica y teorema del trabajo y la energía. 15Conservación del momentoLa variación de la cantidad de movimiento. Sistemas que se mueven con velocidad constante debido a que la cantidad de movimiento se conserva. Colisiones. Explicación del funcionamiento de un acelerador de partículas. 16Movimiento armónicoLos sistemas perturbadores estables producirán un movimiento armónico simple. 17ResonanciaLa resonancia se produce cuando la frecuencia de una fuerza perturbadora se acerca a la frecuencia armónica natural de un sistema.18OndasLas ondas son una serie de perturbaciones que se propagan a través de sólidos, líquidos y gases. 19Momento cinéticoLos objetos que se mueven en círculos tienen momento cinético. 20Torsión y giroscopiosUna fuerza que actúa sobre un objeto que gira puede producirle un movimiento de precesión. 21Las tres leyes de KeplerKepler descubrió que las órbitas de los planetas son elipses. 22El problema de KeplerNewton demostró que una ley de gravedad en la que la fuerza de atracción es inversa al cuadrado de la distancia implica que los cuerpos celestes se mueven en órbitas que son secciones cónicas. 23Energía y excentricidadLa conservación de la energía y el momento cinético ayudan a determinar qué tan excéntrica será una órbita.24Navegar por el espacioLas leyes que describen el movimiento planetario se usan para navegar en el espacio. 25Desde Kepler a EinsteinEinstein usó las leyes de Newton y Kepler para trabajar en su teoría de la relatividad. 26La armonía del UniversoArmonizando la música a las órbitas de los planetas.27Más allá del Universo MecánicoUna visión general de la materia para la segunda mitad de la serie. 28Electricidad estáticaIntroducción al concepto de carga eléctrica. 29El campo eléctrico]Michael Faraday introdujo el concepto de campo eléctrico. 30Capacidad y potencialLos conceptos básicos del condensador, con un énfasis histórico en Benjamin Franklin. 31Voltaje, energía y fuerzaComprendiendo cómo funcionan las cargas eléctricas y cómo ejercen fuerzas. 32La batería eléctricaGracias a la invención de la batería eléctrica de Alessandro Volta, podemos tener una corriente eléctrica constante. 33Circuitos eléctricosLas "tuercas y tornillos" de cómo los circuitos eléctricos se hicieron prácticos, con Wheatstone, Kirchhoff y Ohm. 34MagnetismoWilliam Gilbert descubrió que la tierra misma es un imán, un descubrimiento anterior a la ciencia moderna. 35El Campo MagnéticoSegún la ley de Biot-Savart y la ley de Ampère, las corrientes eléctricas crean, y están influenciadas, por campos magnéticos. 36Campos Vectoriales e HidrodinámicosAlgunos conceptos que se aplican generalmente a los campos vectoriales son útiles tanto en electromagnetismo como en el estudio del flujo de fluidos. 37Inducción electromagnéticaInducción electromagnética (demostrada por Faraday en 1831): Un campo magnético cambiante crea una corriente eléctrica. 38Corrientes alternasPara hacer que la distribución de la energía eléctrica a grandes distancias sea práctica, se utilizan transformadores para cambiar los voltajes de las corrientes alternas. 39Las Ecuaciones De MaxwellAl encontrar la pieza conceptual que faltaba en las matemáticas de la electricidad y el magnetismo, Maxwell descubre que la luz es una onda electromagnética. 40Óptica Entender la luz como una onda explica sus propiedades de reflexión , refracción y difracción. 41 El experimento Michelson MorleySi la luz es una onda, ¿en qué medio oscila? Mediante una medición cuidadosa y precisa, Michelson y Morley trataron de detectar el movimiento de la Tierra a través de este medio, el "éter", y no encontraron nada. 42Las transformaciones de LorentzEinstein se dio cuenta de que, si la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores, entonces las distancias en el espacio y las duraciones del tiempo transcurrido deben ser relativas. 43Velocidad y TiempoEinstein llegó a la transformación de Lorentz desde una comprensión conceptual más profunda, creando una teoría llena de sorpresas como la paradoja de los gemelos. 44Energía, Cantidad de Movimiento y MasaLa conservación de la cantidad de movimiento todavía se aplica a la relatividad especial, pero con nuevas implicaciones. 45Temperatura y la ley de los gasesEl estudio de la termodinámica comienza con gases. 46La máquina de la naturaleza Una introducción al Máquina de Carnot, una máquina ideal para convertir la energía térmica en trabajo mecánico. 47EntropíaLa investigación adicional de los motores de Carnot conduce al concepto de entropía. 48Bajas temperaturasFaraday convierte el cloro gaseoso en líquido, iniciando la búsqueda de temperaturas cada vez más bajas, que culminan en la licuación del helio. 49El átomoLos antiguos griegos introdujeron la noción de que la materia está hecha de átomos A principios del , las líneas espectrales y el descubrimiento del núcleo atómico forzaron el desarrollo de nuevas ideas. 50Partículas y ondasLa luz, que se pensaba que era una onda, se encontró que actuaba en algunas circunstancias como una corriente de partículas. Este rompecabezas condujo a la mecánica cuántica. 51Del átomo al quarkComprender las funciones de onda que se pueden asignar al electrón en un átomo de hidrógeno ilumina la forma de la tabla periódica de los elementos. 52El Universo Mecánico cuánticoUna revisión de la serie.
Referencias
Véase también Física Instituto de Tecnología de California
Enlaces externos The Mechanical Universe en YouTube
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