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¿Por qué el escape de las ondas electromagnéticas de un microondas no depende del marco de referencia, debido al efecto Doppler?

Si un observador que viaja hacia un horno de microondas a casi la velocidad de la luz desplaza las microondas lo suficiente como para que sean luz visible, ¿cómo puede la malla de la puerta del horno seguir impidiendo que las ondas salgan del horno?

Y a la inversa, si un observador que viaja a casi la velocidad de la luz lejos de un horno de microondas desplaza al rojo la luz visible lo suficiente como para que sean microondas, ¿cómo puede la malla de la puerta del horno seguir permitiendo que las ondas escapen del horno?

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La pantalla se mueve con el horno. Desde su punto de vista, la radiación está en la región de las microondas, y no deja salir ninguna. Sería diferente si pudieras manipular con un jurado el horno para que funcionara con la puerta quitada, y luego llevaras la puerta contigo mientras haces el experimento. En ese caso, el punto de vista de la pantalla sería el mismo que el tuyo. Vería la luz azul, y dejaría pasar la luz azul a través de los agujeros.

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@SolomonSlow Lo que dices es correcto, pero hay más en esta pregunta. Según la relatividad, tiene que ocurrir lo mismo (que podamos detectar los fotones por un detector fijo frente al owen o no), independientemente del marco de referencia que estemos utilizando. Espero que StudyStudy o alguien más versado en electrodinámica relativista que yo escriba una respuesta.

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Va a volver al tensor de Faraday.... es.m.wikipedia.org/wiki/Tensor_electromagnético

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johng Puntos 71

En primer lugar, vamos a entender mejor por qué las puertas del microondas mantienen las ondas dentro del horno en primer lugar. Utilizando una generosa cantidad de mano: imaginemos que una onda electromagnética incide sobre un agujero circular en la puerta del horno microondas. Además, imagine que en algún momento el campo eléctrico apunta hacia el lado derecho del agujero. Entonces los electrones se desplazarán hacia el lado izquierdo, creando una nueva onda en el campo eléctrico. Sin embargo, la onda tarda algún tiempo en recorrer todo el borde del agujero. Si la distancia alrededor del agujero es aproximadamente del mismo tamaño que la longitud de onda de la onda incidente [1], entonces la nueva onda está exactamente fuera de fase con la onda incidente. Así, fuera de la caja, la onda incidente se anula.

Muy bien, ¿cómo se ve esto en el marco de referencia del observador rápido? Bueno, las ondas incidente y de respuesta se propagan en la misma dirección, por lo que el efecto Doppler es exactamente el mismo para ambas. [2] Por lo tanto, todavía se cancelan entre sí en el marco del observador.

Notas:

  1. Si la circunferencia del agujero es más pequeño que la longitud de onda, sigue habiendo un camino dentro del metal con la misma longitud que la longitud de onda incidente, por lo que ocurre lo mismo. Las ondas creadas a lo largo de caminos más largos y más cortos que la longitud de onda se anulan mutuamente. Una pequeña cantidad de la onda incidente pasa porque este proceso de cancelación no funciona perfectamente para tamaños de agujeros distintos de cero. Para obtener una imagen más detallada de la interacción se necesitaría una simulación numérica completa, pero este modelo es lo suficientemente preciso para la pregunta.

  2. Podemos precisar un poco más por qué el efecto Doppler es el mismo para las ondas incidentes y las de respuesta. El efecto Doppler relativista tiene dos componentes: la dilatación del tiempo, que aparece como $\gamma$ y el efecto Doppler ordinario (debido a la velocidad finita de la luz y a la distancia entre frentes de onda), que aparece como $1-\beta$ . Desde el punto de vista del observador, la componente Doppler ordinaria es la misma para las ondas incidente y de respuesta, mientras que la dilatación del tiempo se manifiesta en que los electrones de la puerta parecen responder mucho más rápido que en el marco del horno de microondas.

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KR136 Puntos 46

La puerta de cristal móvil tiene una respuesta diferente al campo electromagnético. Hay que transformar su susceptibilidad electromagnética a lo largo. Esto es un tensor de Lorentz de cuarto rango digamos $\epsilon_{\mu\nu\rho\sigma} $ que contiene el dieléctrico y la susceptibilidad magnética. Tiene la misma simetría que el tensor de Riemann de la RG. El resultado será que la ventana es opaca. Dejo que se resuelva esto como un ejercicio interesante.

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¿dónde entra en juego la suceptibilidad electromagnética? se trata sólo del tamaño de los agujeros, que hacen que el metal actúe como una jaula de faraday, ¿no?

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Hay que transformar la susceptibilidad del metal. Predigo que el horno actúa como una jaula de Faraday a la frecuencia de la radiación en cualquier marco de referencia.

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¡Oh, ya veo! Parece que tienes razón, aunque no tengo ni idea, lol

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jaypabs Puntos 195

La respuesta es que la onda no está cambiando realmente. Piénsalo así. Cuando pasa un coche tocando música a todo volumen, el tono aumenta a medida que se acerca, suena correctamente por un momento, y luego el tono disminuye a medida que se aleja. La persona que está en el coche oye el mismo tono todo el tiempo.

Editar:

Además, imagine que un coche se dirige a 40 mph hacia una pared que se mueve a 0 mph. La colisión se producirá con resultados consistentes con una colisión a 40 mph. Ahora bien, si un coche se dirige a 40 mph hacia otro coche que se dirige hacia él a 40 mph (de frente), se producirá una colisión con resultados consistentes con un coche que se dirige a 80 mph hacia una pared que se mueve 0 mph. Si un coche que va a 40 mph hacia otro coche que va a 40 mph por detrás (de frente), ni siquiera se producirá una colisión... así que imaginemos que el coche de atrás va a 41 mph... se producirá una colisión que es consistente con un coche que va a 1 mph hacia una pared que se mueve a 0 mph.

En otras palabras:

La música que ha salido del coche por la ventanilla y que ha sido escuchada por alguien que está fuera del coche, es el sonido que se experimenta como diferente.

La música tiene un tono más alto mientras el coche se mueve hacia la persona porque la velocidad* de la onda aumenta por la velocidad del coche. El tono suena normal durante un momento porque el coche no se acerca ni se aleja de la persona, lo que deja la velocidad* del sonido como está, y el tono es más bajo cuando el coche se aleja porque la velocidad* de la onda sonora se reduce por la velocidad del coche.

Aplicación al escenario de las microondas:

El horno microondas es como el coche y la onda electromagnética (visible o microondas) es como la onda sonora de la música.

La onda electromagnética que se desplaza es la que ha salido del interior del horno microondas.

El desplazamiento que se observa en la onda electromagnética es causado por un cambio en la velocidad* de la onda al ser observada con respecto al observador.

Edición: *la velocidad de las olas, por lo tanto, el aumento de la frecuencia.

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Kevin Zhou Puntos 1670

Hay una intuición muy sencilla: las microondas rebotan porque son más anchas que los agujeros. En el marco móvil, las microondas sólo se contraen longitudinalmente. Siguen siendo igual de anchas, por lo que siguen rebotando.

Si se utilizara un marco en el que el microondas se moviera lateralmente, la anchura de las microondas sí se contraería. Pero entonces los agujeros también lo estarían, por el mismo factor, así que siguen sin salir.

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@b.Lorenz Si lo piensas un poco más, te darás cuenta de que mientras suena superficialmente como una explicación errónea, en realidad es correcta. Si haces un paquete de ondas cuya anchura sea menor que la de un agujero, lo atravesará. No hay ningún efecto mágico no local que lo haga rebotar.

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Bueno, eso tiene sentido.

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John Jackson Puntos 58

El doppler afecta a la percepción del observador. Lo observado no cambia, por lo que las microondas seguirían bloqueadas y, no se podrían ver en absoluto, y mucho menos desplazadas.

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