Acoplamiento (física)

En física, se dice que dos objetos están acoplados cuando interactúan entre sí. En mecánica clásica, el acoplamiento es una conexión entre dos sistemas oscilantes, como péndulos conectados por un resorte. La conexión afecta el patrón oscilatorio de ambos objetos. En física de partículas, dos partículas están acopladas si están conectadas por una de las cuatro fuerzas fundamentales.

Mecánica ondulatoria

Oscilador armónico acoplado

Si dos ondas son capaces de transmitir energía entre sí, entonces se dice que estas ondas están "acopladas". Esto normalmente ocurre cuando las ondas comparten un componente común. Un ejemplo de esto son dos péndulos conectados por un resorte. Si los péndulos son idénticos, entonces sus ecuaciones de movimiento están dadas por

mx. . =− − mgxl1− − k()x− − Sí.){displaystyle m{ddot {x}=-mg{frac} {x}{l_{1}}-k(x-y)}

mSí.. . =− − mgSí.l2+k()x− − Sí.){displaystyle m{ddot {y}=-mg{frac} ¿Qué?

Estas ecuaciones representan el movimiento armónico simple del péndulo con un factor de acoplamiento agregado del resorte. Este comportamiento también se observa en ciertas moléculas (como CO2 y H₂O), en las que dos de los átomos vibrarán alrededor de uno central de manera similar.

Circuitos LC acoplados

En los circuitos LC, la carga oscila entre el condensador y el ductor y por lo tanto puede ser modelado como un simple oscilador armónico. Cuando el flujo magnético de un ductor es capaz para afectar la inductancia de un ductor en un circuito LC no conectado, se dice que los circuitos se acoplan. El coeficiente de acoplamiento k define cuán de cerca el dos circuitos están acoplados y es dado por la ecuación

MLpLs=k{displaystyle {frac {fnMicroc}{sqrt {L_{p}L_{s}}}=k}

donde M es la inductancia mutua de los circuitos y L_p y L_s son las inductancias de los circuitos primario y secundario, respectivamente. Si las líneas de flujo del hilo ductor primario cada línea de la secundaria, entonces el coeficiente de acoplamiento es 1 y M=LpLs{textstyle M={sqrt {L_{p}L_{s}}} En la práctica, sin embargo, hay10 fugasAsí que la mayoría de los sistemas no están perfectamente acoplados.

Química

Acoplamiento giro-giro

El acoplamiento espín-espín se produce cuando el campo magnético de un átomo afecta al campo magnético de otro átomo cercano. Esto es muy común en las imágenes de RMN. Si los átomos no están acoplados, habrá dos picos individuales, conocidos como doblete, que representan los átomos individuales. Si hay acoplamiento, habrá un triplete, un pico más grande con dos más pequeños a a cada lado. Esto ocurre debido a que los espines de los átomos individuales oscilan en tándem.

Astrofísica

Los objetos en el espacio que están acoplados entre sí están bajo la influencia mutua de la gravedad de cada uno. Por ejemplo, la Tierra está acoplada tanto al Sol como a la Luna, ya que está bajo la influencia gravitacional de ambos. En el espacio son comunes los sistemas binarios, dos objetos acoplados gravitacionalmente entre sí. Un ejemplo de esto son las estrellas binarias que giran entre sí. También es posible que varios objetos estén acoplados entre sí simultáneamente, como ocurre con los cúmulos globulares y los grupos de galaxias. Cuando partículas más pequeñas, como el polvo, que se acoplan con el tiempo se acumulan en objetos mucho más grandes, se produce acreción. Este es el principal proceso mediante el cual se forman estrellas y planetas.

Plasma

La constante de acoplamiento de un plasma está dada por la relación entre su energía de interacción de Coulomb promedio y su energía cinética promedio, o la fuerza con la que la fuerza eléctrica de cada átomo mantiene unido el plasma. Por lo tanto, los plasmas se pueden clasificar en plasmas débilmente y fuertemente acoplados dependiendo del valor de esta relación. Muchos de los plasmas clásicos típicos, como el plasma de la corona solar, están débilmente acoplados, mientras que el plasma de una estrella enana blanca es un ejemplo de plasma fuertemente acoplado.

Mecánica cuántica

Dos sistemas cuánticos acoplados pueden modelarse mediante un hamiltoniano de la forma

H^ ^ =H^ ^ a+H^ ^ b+V^ ^ ab{displaystyle {hat {fnh}={hat} {H}_{a}+{hat {H}_{b}+{hat {fnK}

H^ ^ a{displaystyle {hat {}_{a}}

H^ ^ b{fnMicrosoft Sans Serif}

V^ ^ ab{displaystyle {hat {}_{ab}}

Acoplamiento de momento angular

Cuando los momentos angulares de dos fuentes separadas interactúan entre sí, se dice que están acoplados. Por ejemplo, dos electrones que orbitan alrededor del mismo núcleo pueden tener momentos angulares acoplados. Debido a la conservación del momento angular y la naturaleza del operador del momento angular, el momento angular total es siempre la suma de los momentos angulares individuales de los electrones, o

J=J1+J2{displaystyle mathbf {J} =mathbf {J_{1} +mathbf {J_{2}

J=L+S{displaystyle mathbf {J} =mathbf {L} +mathbf {S}

Física de partículas y teoría cuántica de campos

Se dice que las partículas que interactúan entre sí están acopladas. Esta interacción es causada por una de las fuerzas fundamentales, cuyas intensidades suelen estar dadas por una constante de acoplamiento adimensional. En electrodinámica cuántica, este valor se conoce como constante de estructura fina α, aproximadamente igual a 1/137. Para la cromodinámica cuántica, la constante cambia con respecto a la distancia entre las partículas. Este fenómeno se conoce como libertad asintótica. Se dice que las fuerzas que tienen una constante de acoplamiento mayor que 1 están "fuertemente acopladas"; mientras que aquellos con constantes menores que 1 se dice que están "débilmente acoplados".