martes, 7 de junio de 2016

ACTIVIDAD 8: RUTHERFORD, EL NÚCLEO ATÓMICO




Pensamos que el hecho de que los investigadores científicos formen a los estudiantes es una manera de avanzar ya que al aprender de una persona que se dedica a la ciencia por completo puede suponer que se atraiga más a los alumnos, proponiéndoles nuevas experiencias y proyectos y dándoles diferentes enfoques sobre lo que están estudiando.

RUTHERFORD; FÍSICA Y QUÍMICA
La Química y la Física son ramas de la ciencia que estudian la materia, pero son muy diferentes, ya que la física se basa en el estudio de la materia y la energía y la química se basa en el estudio de la materia y sus transformaciones. En un proceso físico, las sustancias siguen manteniendo su naturaleza y sus propiedades esenciales, es decir, sigue siendo la misma sustancia. En cambio, en un proceso químico se cambia la composición de la sustancia: una sustancia se transforma en otra, que puede tener propiedades similares o completamente distintas.

Rutherford dijo: ‘’Toda ciencia, o es Física, o es coleccionismo de sellos’’. Con esta frase, Rutherford, pretende decir que la Física es la más importante de las ciencias, la base de todo. Se considera que la Física engloba a muchas otras ramas de la ciencia por lo que, según Rutherford, todo lo que no se pueda demostrar a través de la Física se puede considerar ‘’coleccionar sellos’’, es decir, una actividad inútil y sin importancia. Esto es muy irónico, ya que más tarde ganó el Premio Nobel de Química a pesar de ser un físico, a lo que dijo: ‘’He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de físico a químico’’. Con esta frase no solo se queja de que le dieran el premio de Química y no el de Física, sino que también remarca el hecho que también dijo con la frase anterior: la Física es la más importante de las ciencias y no puede compararse con ninguna otra.

El verdadero hecho por el que ganó el premio de Química fue porque la academia debía entregar premios a varios trabajos que habían destacado ese año, y consideraron que el trabajo del ganador del premio de Física se acercaba más a esta ciencia que el trabajo de Rutherford (del cual hablaremos más tarde), y que este pertenecía más al campo de la Química.



NIKOLA TESLA:
Nikola Tesla (1856-1943) fue un importante inventor, ingeniero mecánico, ingeniero eléctrico y físico. Tesla nació en Serbia, pero más tarde obtuvo la nacionalidad estadounidense.

Estudió en las universidades de Graz, en Austria, y Praga y trabajó en varias industrias eléctricas en Budapest y París, hasta que se mudó a Estados Unidos. Allí trabajó bajo las órdenes de Thomas Alba Edison y debido a sus continuas disputas dejó de trabajar con él y se asoció con G. Westinghouse, que compró las patentes de su motor y de un transformador a través del cual se facilitaba la distribución de corriente. Ganaron la batalla de la distribución de energía y Tesla ganó mucha fama en Estados Unidos.

Fundó en Nueva York un laboratorio de investigaciones electrotécnicas, donde descubrió el principio del campo magnético rotatorio y los sistemas polifásicos de corriente alterna. Creó el primer motor eléctrico de inducción de corriente alterna y en su honor se denomina tesla a la unidad de medida de la intensidad del flujo magnético en el sistema internacional.

Sus invenciones y patentes se sucedieron con rapidez, y en 1887 inventó el motor de inducción de corriente trifásica. En el motor, las tres fases actúan sobre el inducido de forma que se logra que éste gire al generarse un campo magnético rotatorio. Este invento se consiguió mejorar unos años más tarde ya que el rotor se movía con un poco de retraso con respecto a la frecuencia de corriente.

En 1891 inventó la bobina que lleva su nombre. Ésta consiste en un transformador con un núcleo de aire y con una espiral primaria y otra secundaria en resonancia paralela. Con la bobina fue capaz de crear un campo de alta tensión y alta frecuencia. Un par de años más tarde descubrió la llamada ‘’luz de Tesla’’, un fenómeno de carácter ondulatorio en las corrientes alternas de alta tensión y alta frecuencia.

Se dice que fue un personaje muy excéntrico y que no prestaba atención a sus finanzas, por lo que murió empobrecido a los 86 años.

Como ya hemos mencionado antes, tuvo una gran disputa con Thomas A. Edison y Tesla, empeñado en demostrar la superioridad de su corriente alterna frente a la corriente continua de Edison, empezó la llamada ‘’batalla de las corrientes’’ (ganada por Tesla). Más tarde apareció Marconi, que ganó el Premio Nobel por su aparato de radio, aparato que contaba con numerosas aportaciones tecnológicas de Tesla, por lo que entraron en conflicto.








EN EL CAPÍTULO DE RUTHERFORD...:
En el capítulo de Rutherford se indican el descubrimiento de varios fenómenos físicos que fueron muy importantes con respecto al desarrollo de la sociedad del siglo XX y que siguen siendo de gran importancia.

La fluorescencia y la fosforescencia se obtienen a partir de dos clases distintas de minerales luminiscentes, los cuales eran fenómenos naturales llamados “luminiscencias” y conocidos desde hacía bastante tiempo por los geólogos, físicos y químicos. Los fluorescentes emitían una extraña luz azulada al ser estimulados por radiación externa, mientras que los fosforescentes emitían una luz verdosa la cual persistía aun cuando se les dejaba de iluminar.






Los rayos x son radiaciones electromagnéticas cuya gran virtud es la penetrabilidad en ciertas sustancias como la piel, los tejidos, las hojas de aluminio, o el papel. Además de esto, también son capaces de hacer fotografías las cuales suelen ser utilizadas para fines médicos. El descubrimiento de estos rayos tuvo lugar hacia el año 1895, cuando el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen experimentaba con los tubos de Hittorff-Crookes y la bobina de Ruhmkorff, para investigar la fluorescencia violeta que producían los rayos catódicos.

Tras cubrir el tubo con un cartón negro para eliminar la luz visible, observó un débil resplandor amarillo-verdoso proveniente de una pantalla con una capa de platino-cianuro de bario, que desaparecía al apagar el tubo. Determinó que los rayos creaban una radiación muy penetrante, pero invisible, que atravesaba grandes espesores de papel e incluso metales poco densos. Usó placas fotográficas para demostrar que los objetos eran más o menos transparentes a los rayos X dependiendo de su espesor y realizó la primera radiografía humana, usando la mano de su mujer. Los llamó "rayos incógnita", o "rayos X" porque no sabía qué eran, solo que eran generados por los rayos catódicos al chocar contra ciertos materiales.







Otro de los grandes descubrimientos fue la radiactividad, la cual consistía en la desintegración espontánea de ciertos átomos pesados. Esta descomposición atómica se basaba en tres tipos de emisiones:


alfa→ átomos de hierro


beta→ electrones


gamma→ radiación electromagnética muy energética (de altísima frecuencia) y, en consecuencia, cortísima longitud de onda




En el libro también se menciona que Joliot y Marie Curie demostraron que muchas sustancias emitían rayos que solo podían provenir de sus átomos. A este fenómeno lo llamaron radiactividad. Además de los Curie, la familia de Becquerel llevaba varias generaciones experimentando con sustancias fosforescentes,y después del descubrimiento de los rayos x, se dedicó a impresionar varios objetos metálicos en placas fotográficas con sales de uranio con el objetivo de averiguar la capacidad de penetrabilidad que tenían los rayos fosforescentes. Becquerel cubría una placa fotográfica con papel negro de manera que no la impresionara la luz del sol. Sobre ella colocaba un objeto metálico, como una moneda, lo cubría todo con sal de uranio y lo exponía al Sol. La luz del Sol excitaba la fosforescencia de la sal. Entonces Becquerel revelaba la placa y la imagen era debida sólo a la luz fosforescente. Aunque muchos libros dicen que Becquerel descubrió la radioactividad por casualidad, la verdad es que no fue así. Después de observar cómo la imagen de la moneda que había interpuesto entre la placa y las sales uranio salía nítida a pesar de que el día era nublado, hizo varias repeticiones del experimento, llegando a la conclusión de que las sales emitían rayos que no tenían nada que ver con la fosforescencia, y que era sólo el uranio el que emitía algún tipo de radiación nueva.

Finalmente, los Curie y Rutherford consiguieron aclarar qué era la radiactividad, lo cual fue muy importante para Becquerel ya que gracias a esto, se percató de la importancia de su descubrimiento. Después de esto, Rutherford siguió estudiando la conductividad eléctrica de los gases y descubrió que los elementos radiactivos emitían dos clases de rayos muy distintas a las cuales llamó alfa y beta.





Las radiaciones alfa, beta y gamma, son tipos de reactivos los cuales tienen unas características concretas.


Radiación alfa: es un tipo de radiación poco penetrante que puede ser detenida por una simple hoja de papel. Rutherford sugirió que los rayos alfa son iones de átomos de Helio moviéndose rápidamente. Este tipo de radiación la emiten núcleos de elementos pesados situados al final de la tabla periódica. Estos núcleos tienen muchos protones y la repulsión eléctrica es muy fuerte, por lo que tienden a obtener N aproximadamente igual a Z, y para ello emite una partícula alfa. En el proceso se desprende mucha energía que se convierte en la energía cinética de la partícula alfa, es decir que estas partículas salen con velocidades muy altas. En el proceso un núcleo cualquiera de número másico A y número atómico Z, se convierte en otro núcleo Y con número másico A-4 y nºatómico Z-2, y se emite una partícula alfa.





Radiación beta: su poder de penetración es mayor que las alfa. Son frenadas por metros de aire, una lámina de aluminio o unos cm de agua. Existen tres tipos de radiación beta: radiación beta menos, radiación beta más y captura electrónica.


radiación beta - : aparece para cualquier tipo de núcleo, pero es típica de núcleos con exceso de neutrones. Es un mecanismo usado por los núcleos para llegar a la línea de estabilidad. La radiación Beta - consiste en la emisión espontánea de electrones por parte de los núcleos.


radiación beta + : mediante este mecanismo un núcleo emite espontáneamente positrones, e+, antipartículas del electrón de igual masa pero con carga eléctrica opuesta. Lo que ocurre es que un protón del núcleo se desintegra dando lugar a un neutrón, un positrón o partícula Beta + y un neutrino . Así el núcleo se desprende de los protones que le sobran y se acercan a la línea de estabilidad N = Z. Por ello se da en núcleos con exceso de protones.


captura electrónica: se da en núcleos con exceso de protones. El núcleo captura un electrón de la corteza electrónica, que se unirá a un protón del núcleo para dar un neutrón.





Radiación gamma: en este tipo de radiación el núcleo no pierde su identidad. Mediante esta radiación el núcleo se desprende de la energía que le sobra para pasar a otro estado de energía más baja. Emite rayos gamma, o sea fotones muy energéticos. Este tipo de emisión acompaña a las radiaciones alfa y beta. Es una radiación muy penetrante, atraviesa el cuerpo humano y sólo se frena con planchas de plomo y muros gruesos de hormigón. Al ser tan penetrante y tan energética, de los tres tipos de radiación es la más peligrosa.









La ley de desintegración atómica dice que: el ritmo con que una sustancia radiactiva emite partículas radiactivas disminuye exponencialmente con el tiempo. La desintegración de un núcleo cualquiera se produce al azar, y el número de núcleos que se desintegran en un intervalo de tiempo es directamente proporcional al tiempo y al número de núcleos existentes. Esta ley sirve como método de datación geológica ya que se puede utilizar para conocer la edad de una roca. Las rocas contienen átomos inestables llamados isótopos radiactivos. Estos se desintegran y se transforman en otros. El isótopo radiactivo se denomina elemento padre y el nuevo elemento hijo. La desintegración se realiza a un ritmo constante que puede ser medido.




El carbono-14 es el isótopo utilizado en la datación por radiocarbono, el cual es un método de datación radiométrica. Su núcleo contiene 6 protones y 8 neutrones y el valor para el periodo de semidesintegración de este isótopo es de 5568 años, aunque Cambridge le dio un valor de 5730 años. El carbono-14 está presente en todos los materiales orgánicos, por lo que se emplea en la datación de especímenes orgánicos.







Finalmente, un contador Geiger es un instrumento que permite medir la radiactividad de un objeto o lugar. Es un detector de partículas y de radiaciones ionizantes. El primer dispositivo que recibió este nombre solo detectaba partículas alfa y fue inventado por Rutherford y el físico alemás Hans Geiger. Más adelante, Geiger mejoró el aparato con la ayuda de Walther Müller, de este modo, fue capaz de detectar mayor número de radiaciones ionizantes.






EXPERIMENTO DE RUTHERFORD:
El experimento de Rutherford consistía en lanzar partículas alfa (núcleos de helio) a una lámina de metal. Se esperaba que las partículas alfa atravesaran la lámina sin desviarse. Para observar dónde chocaban estas partículas colocaron, detrás y a los lados de la lámina metálica, una pantalla fosforescente.

En el modelo atómico de Thomson las cargas positivas y negativas estaban distribuidas uniformemente, por lo que la esfera debía ser eléctricamente neutra, y las partículas alfa pasarían a través de la lámina sin desviarse.

Con los resultados vieron que aunque la mayor parte de las partículas había atravesado la lámina sin desviarse, algunas habían sufrido grandes desviaciones e incluso algunas pocas habían rebotado hacia atrás. Esto significa que las cargas positivas y las negativas no están distribuidas uniformemente y llevó a Rutherford a deducir que hay un núcleo con carga positiva y que los electrones con carga negativa orbitan a su alrededor.

No funcionó con Mica porque es un material muy grueso y las partículas alfa, al ser muy grandes, deterioran a la Mica. Mejoró con pan de oro porque era menos grueso y mejoró mucho con pan de platino porque es un material muy fino y las partículas pueden atravesarlo con mayor facilidad.

Cuando Geiger y Mardsen le contaron a Rutherford que las partículas alfa que había disparado contra la lámina de oro rebotaron, éste dijo: "Es como si se disparara un obús naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara". Con esto quiso decir que se trataba de un hecho tan extraño como si una hoja fuese capaz de parar una bala y hacer que rebotara.



MODELO DE RUTHERFORD:
El modelo atómico de Rutherford fue el primero que consideró que el átomo estaba formado por dos partes: la corteza, constituida por los electrones, con carga negativa, que giran alrededor del núcleo muy pequeño y que concentra toda la carga positiva y la masa del átomo.

Este modelo atómico tuvo una gran importancia, ya que explicaba los resultados que obtuvo Rutherford en sus experimentos. Sin embargo, hubo varias dudas que el modelo no resolvió. Por un lado, se planteó el problema de cómo un conjunto de cargas positivas se mantenían unidas en un volumen tan pequeño. La respuesta llegó unos años más tarde cuando se descubrió la fuerza nuclear fuerte. Por otro lado existía la dificultad proveniente de la electrodinámica clásica, que dice que una partícula cargada y acelerada (los electrones) causaría radiación electromagnética, perdiendo energía y cayendo sobre el núcleo. Se trata de un modelo físicamente inestable.

A Rutherford se le considera el padre de la interacción nuclear ya que gracias a sus aportaciones se pudo llegar a descubrir la fuerza nuclear fuerte, que es una de las 4 interacciones fundamentales y que mantiene el núcleo unido.

Las 4 interacciones fundamentales son las siguientes:


Interacción gravitatoria: La más débil de todas. Su alcance es infinito y hace que cualquier tipo de materia provista de energía interaccione entre sí.


Interacción electromagnética: Actúa entre partículas con carga eléctrica. Es más fuerte que la gravitatoria y también tiene un alcance infinito. Describe casi todas las experiencias de nuestra vida cotidiana


Interacción nuclear fuerte: Se da entre partículas cargadas eléctricamente y es la que mantiene el núcleo del átomo unido. Es la que permite a los quarks unirse para formar hadrones. A pesar de ser la más fuerte, se da en distancias muy cortas (un radio atómico)


Interacción nuclear débil: Su intensidad es menor que la electromagnética y su alcance es menor que el de la nuclear fuerte. Es la responsable de que los quarks y leptones decaigan en partículas más livianas.




NUESTRO ESCUDO:
Este es nuestro escudo. Nuestro lema ‘’Et laborem, et patientiam’’ significa ‘’Con esfuerzo y perseverancia’’ en latín. Con esto queremos decir que se necesita trabajar duro y no rendirse para conseguir grandes cosas. Son cualidades que no solo los científicos deberían tener, sino todas las personas.



sábado, 4 de junio de 2016

Capitulo 7: Millikan




1. Symmer fue un físico inglés que dijo que la electricidad de todos los cuerpos estaba formada por dos fluidos que se neutralizan entre sí, constituyendo un fluido eléctrico neutro. Estando en este estado, los cuerpos no dan señales de electricidad, pero cuando se rompe este equilibrio, los dos fluidos se separan aparecen los fenómenos eléctricos de uno o de los dos fluidos. Pero estos fluidos tienen una gran tendencia a recomponerse y neutralizarse. Symmer llamó a estos fluido vítreo y resinoso, pero hoy en día se conocen como cargas positivas (+) o negativas (-).

2. Un tubo de descarga es un tubo de vidrio con dos electrodos, conectados a una fuente de alto voltaje, de modo que uno de los electrodos queda cargado negativamente (cátodo) y otro positivamente (ánodo). En el tubo hay un gas encerrado a bajas presiones. Al calentar el cátodo, éste emite un número de electrones en forma de rayos catódicos que se dirigen al ánodo. De esta forma se pudo determinar que los electrones tienen un carácter negativo porque es atraído por la carga positiva y repele a la carga negativa. Si el tubo está recubierto de algún material fluorescente, los rayos brillan intensamente. Con el tiempo, se comprendió que los electrones que formaban los rayos catódicos se transmiten de forma diferente dependiendo del gas, y se llegó a la conclusión de que la conductividad de un gas aumenta cuando disminuye su presión. Esto se manifiesta con fenómenos de luz, de distintos colores dependiendo de la presión, como los previamente citados. Un científico llamado Thomson trató de sacar la mayor cantidad de aire del tubo posible y aproximarse al vacío. Llego a un punto en el que los rayos catódicos se desviaron debido a la carga eléctrica. A través de su experimento demostró que la carga negativa y la luminosidad eran indivisibles, al contrario de lo que pensaban algunos investigadores.










3 . Además de descubrir el electrón, Thomson también propuso un segundo modelo del átomo. El modelo decía que el átomo era una esfera compuesta de electrones de carga negativa incrustados en el átomo, que tiene carga positiva. Según Thomson, los electrones se distribuyen de forma uniforme en el interior del átomo, suspendidos en una nube de carga positiva. Aunque el modelo de Thomson explicaba muchos hechos observados en química y con los rayos catódicos, hacía predicciones incorrectas sobre la distribución de la carga positiva en el interior de los átomos. Más tarde se descubrió que la carga positiva estaba concentrada en una pequeña parte en el centro del átomo, es decir, en el núcleo atómico. Tampoco explicaba la regularidad de la tabla periódica de Mendeleiev, que finalmente se explicaría con modelos posteriores.





4 . Millikan trabajó en la Universidad de Chicago, donde trabajó Michelson. Este científico, junto con Morley, hizo uno de los experimentos más famosos en la historia de la física. A finales del siglo XIX, se creía que la luz se propagaba en el espacio a través de una sustancia hipotética llamada éter. El propósito de estos dos científicos era medir la velocidad relativa con la que se movía la Tierra con respecto al éter. Para ello, se utilizó un interferómetro de Michelson, el cual divide la luz que emite un foco luminoso en dos haces, los cuales rebotan en dos espejos y se vuelven a juntar. Como la luz es una onda, siempre que haya una fuente que solo emita una longitud de onda, al volver a juntarse, los dos haces interferirán produciendo máximos y mínimos de intensidad. Que se forme uno u otro depende de la interferencia de caminos que hayan recorrido los dos haces de luz, que se hace variando la posición de uno de los espejos. También se puede conseguir variando la velocidad del medio por el que viaja la luz en uno de los brazos del instrumento. Por lo tanto, variando la orientación de los brazos se debería observar un cambio en el patrón obtenido. En el experimento, los dos hombres utilizaron un instrumento con brazos de 11 metros de largo, colocado sobre una piscina de mercurio para minimizar los movimientos del aparato lo más posible. Los resultados a los que se llegaron no fueron los esperados, si no que la velocidad de la luz no varió, es decir, el éter no tenía ninguna velocidad apreciable. Así, este experimento se convirtió en uno de los puntos más fuertes para desmentir la teoría del éter.





5 . Según el modelo atómico de Bohr, los átomos están compuestos de un núcleo con carga positiva y electrones girando en órbitas alrededor del núcleo. Los electrones deben ocupar la órbita de menor energía posible o la órbita más cercana al núcleo. Cada órbita puede contener un número determinado de electrones y no más. Al irradiar las gotas de aceite con rayos X, los electrones se cargan de energía y buscan órbitas con un mayor nivel energético. Si ninguna de las órbitas tiene la capacidad de aguantar la energía del electrón, éste se escapa y el exceso de energía se convierte en energía cinética.



6 . En 1909, Millikan llevó a cabo un experimento para determinar la medida de la carga de un electrón con una gota de aceite. La experiencia constaba de dos partes en las que se utilizaba la misma gota: en la primera parte se determinó su masa o radio con la velocidad de caída en ausencia de un campo eléctrico y la segunda, consistió en determinar su carga midiendo la velocidad de caída en presencia de un campo eléctrico. Millikan diseñó un aparato dividido en dos cámaras, que además contaba con un par de placas horizontales paralelas, una con carga positiva y otra con carga negativa. En la cámara inferior había un microscopio y se podía modificar el voltaje en el interior de las cámaras. Cuando se aplica una diferencia de potencial a las placas del condensador se establece un campo eléctrico. El sentido del campo eléctrico es tal, que la gota se eleva con velocidad uniforme. Midiendo esta velocidad se determina la carga de la gota. Millikan llegó al resultado de que la unidad fundamental de carga o carga del electrón es e=1,6·10-9 C.



7 . El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material al incidir sobre él una radiación electromagnética, que puede ser luz visible o de luz ultravioleta. La luz está compuesta por unas partículas llamadas fotones que tienen una energía característica determinada por la frecuencia de onda de la luz. Si un electrón que ha absorbido la energía de un fotón supera la energía mínima para que un electrón sea arrancado del material, éste podrá escapar. La energía de los fotones depende de la longitud de onda y no de la intensidad de la luz. Una de las aplicaciones más importantes que tiene el efecto fotoeléctrico son las células fotovoltaicas, que son la base para la energía solar.





8 . Es interesante que los científicos pasen tiempo en otros centros de investigación para poder conocer distintas formas de trabajo y aprender más. De esta manera, puede cambiar su forma de pensar y puede hacer que tenga una mentalidad más abierta. También puede contrastar opiniones y conclusiones con otros científicos que le pueden ayudar con su investigación.



9 . Es recomendable leer libros de divulgación científica, ya que enganchan al lector y cuentan cosas que podrían aparecer en libros de texto pero de forma interesante y entretenida. Además, es una gran forma de aprender sin la necesidad de estudiar, está disponible para prácticamente todas las edades por su lenguaje sencillo y claro y no hay que tener conocimientos previos para entender de lo que habla. Estos libros te dan ganas de aprender más y más.





10 . Este es nuestro modelo atómico basado en el de Bohr. Los puntos rosas representan los electrones y la pelota representa la parte con carga positiva.

miércoles, 13 de abril de 2016

Cavendish

1.       Describe brevemente qué es la Royal Society, cuáles son sus objetivos principales, cuáles han sido sus logros más importantes a lo largo de la historia y qué otros científicos han formado parte de ella.

Es la sociedad científica más antigua del Reino Unido y una de las más antiguas de Europa. Se fundó en 1660, aunque ya había científicos que se reunían desde hacía varios años antes. Sus principales objetivos son el impulso de la investigación científica y la difusión del conocimiento para beneficio de la humanidad. Algunos de sus miembros más famosos figuran Isaac Newton, Charles Darwin, Benjamin Franklin, Albert Einstein, Robert Hooke y Stephen Hawking. Actualmente cuenta con más de 1500 miembros, entre ellos 75 Premios Nobel e integrantes de la familia real británica. Han ganado varios premios, entre los cuales está el Príncipe de Asturias de Comunicación y Humanidades. Además, poseen varias medallas:
·         Medalla Buchanan, para las ciencias médicas.
·         Medalla Copley, para la biología.
·         Medalla Darwin, en los campos de la evolución y diversidad biológica.
·         Medalla Gabor, para la ingeniería genética.
·         Medalla Hughes, en el campo del electromagnetismo.
·         Medalla Leverhulme, en torno a la ingeniería química.
·         Medalla Royal, para las dos más importantes contribuciones para el adelanto de conocimiento natural.
·         Medalla Rumford, por investigaciones científicas excelentes en el campo de las propiedades térmicas u ópticas de la materia.
·         Medalla Sylvester, en el campo de las matemáticas.
·         Medalla del rey Carlos II, otorgada sólo en tres ocasiones a jefes de estado no británicos que hayan contribuido enormemente al desarrollo científico de sus países.


2.       Cavendish midió la composición química del aire. Realiza un diagrama de sectores con una hoja de cálculo que incluya los gases más importantes por su abundancia y compara tus resultados con los del libro. Investiga qué es el flogisto y por qué cayó en desuso.

En el libro, los valores que midió Cavendish son bastante parecidos a los que tenemos en la actualidad. Por ejemplo, el oxígeno es el 20,833 % del aire según él, pero en la actualidad sabemos que es el 20,95 %. Teniendo en cuenta los avances tecnológicos que han surgido desde que midió la composición química del aire, hizo un muy buen trabajo.
El flogisto es la sustancia hipotética que explicaba la combustión antes del descubrimiento del oxígeno. Supuestamente, todos los cuerpos inflamables contenían flogisto y el proceso de combustión consistía en la decadencia de esta sustancia. Esta teoría fue postulada en 1667 por Johann Becher. Lavoisier realizó un experimento que no resultó como la teoría del flogisto explicaba. Lavoisier interpretó correctamente la combustión y la atribuyó al oxígeno y descartó la idea del flogisto. Con Lavoisier, el resto de los químicos abandonaron esta teoría y empezaron apoyar la teoría en la que la combustión está basada en el oxígeno.

3.       Cavendish realizó importantes descubrimientos de Química. Investiga sobre las propiedades del Hidrógeno y sobre la composición química del agua.

Propiedades del hidrógeno:
·         Es un no metal  por lo que es un mal conductor de la electricidad y del calor
·         Como todos los no metales, no tiene lustre ni se puede aplanar ni estirar por su fragilidad
·         Su estado natural es el gaseoso
·         Aspecto incoloro
·         Su número atómico es 1 y su número másico es 1,00794 u
·         Su símbolo es H
·         Su punto de fusión es -258,125 ºC
·         Su punto de ebullición es -251,882 ºC

El agua (H2O) está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno unidos mediante sendos enlaces covalentes, por lo que las moléculas tienen una forma triangular plana. Los átomos están separados entre sí por 0,96 Angstroms (aprox. un nanómetro). El ángulo que forman sus líneas de enlace es de 104,45 º. El agua se comporta como un dipolo (dos regiones con una cierta carga eléctrica, una positiva y otra negativa). Esto se debe a que el hidrógeno y el oxígeno son muy distintos vistos desde la electronegatividad.




4.       ¿Qué es el calor específico de una sustancia?

Es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad. Se representa por la letra ‘’c’’.
c=C/m donde m es la masa de la sustancia y C la capacidad calorífica.
En el SI el calor específico se expresa en julios por kilogramo por kelvin (J·kg-1·K-1).

5.       ¿Qué es la Ley de Coulomb? Realiza una comparativa, señalando analogías y diferencias que encuentres entre esta ley y la Ley de Gravitación Universal.

La Ley de Coulomb es la constante de proporcionalidad que depende de la constante dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas. Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que las separa.





El valor de la constante de proporcionalidad k es aproximadamente 9·109 Nm2/C2 en el SI.
En el aspecto formal, la Ley de Gravitación Universal es igual que esta ley, sin embargo existen algunas diferencias:
·         La Ley de Coulomb es para cargas eléctricas y la ley de Newton es para masas.
·         En la LGU, las masas son siempre positivas, lo que determina que la fuerza gravitacional siempre será de atracción. En la Ley de Coulomb, la fuerza eléctrica es de atracción solamente entre cargas de signo distinto.
·         La constante k es mucho más grande comparada con la constante gravitacional G. Esto quiere decir que la fuerza eléctrica es más intensa que la gravitacional.

6.       ¿Qué es un condensador eléctrico? ¿Serías capaz de fabricar uno con material casero?

Un condensador es un componente eléctrico que almacena carga eléctrica, para liberarla posteriormente. Para almacenar la carga eléctrica utiliza dos placas o superficies conductoras en forma de láminas separadas por un material dieléctrico. Estas placas son las que se cargan eléctricamente cuando está conectado a una batería o fuente de tensión. Las placas se cargan con la misma cantidad de carga (q) pero con distintos signos (una + y otra -). Una vez cargado, hay entre las dos placas una tensión, está preparado para soltar esta carga cuando esté conectado a un receptor de salida.



Sería fácil construir un condensador en casa. Lo único que haría falta serían un bote de plástico, papel de aluminio, unas gomas elásticas, cables, un tornillo, una batería y un voltímetro. Desafortunadamente, no teníamos algunos de los materiales así que no pudimos hacer el experimento.

7.       ¿Cómo funciona un termómetro? ¿Qué tipos de escalas térmicas existen?

El termómetro es un instrumento diseñado para medir la temperatura. Funciona respetando la dilatación térmica del metal. Algunos metales se dilatan cuando son expuestos al calor, y el mercurio (Hg) es muy sensible a estas temperaturas, por lo que los termómetros están generalmente fabricados con este material. Cuando el mercurio en el interior del termómetro recibe calor, éste experimenta una dilatación que hace que recorra el tubo del termómetro en el que está contenido. Así, cuando el mercurio atraviesa la escala numérica, podemos medir la temperatura.
La mayoría de los lugares del mundo utilizan la escala Celsius (ºC), que está en grados centígrados. Sin embargo hay más escalas, como la escala Farenheit (ºF), la escala Kelvin (K) o grado Réaumur (ºR).

8.       ¿Qué es el centro de gravedad de un cuerpo? Diseña tu propia experiencia y grábala en video.

Es el punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas masas materiales de un cuerpo, de tal forma que el momento respecto a cualquier punto de esta resultante aplicada en el centro de gravedad es el mismo que el producido por los pesos de todas las masas materiales que constituyen dicho cuerpo. En otras palabras, el centro de gravedad de un cuerpo es el punto respecto al cual las fuerzas que la gravedad ejerce sobre los diferentes puntos materiales que constituyen el cuerpo producen un momento resultante nulo.


9.       Haz una descripción del experimento de Cavendish y contesta a la siguiente pregunta: ¿por qué Cavendish no podría medir desde la sala donde se encontraba la balanza de torsión?

El experimento de Cavendish consiste en dos esferas pequeñas, cada una de masas "m" fijas a los extremos de una barra horizontal atada al techo mediante un largo hilo. Cuando dos grandes esferas, cada una de masa "M", se colocan cerca de las esferas más pequeñas, la fuerza de atracción entre las esferas pequeñas y grandes hace que la barra gire y gire el hilo de suspensión en una nueva posición de equilibrio. Se mide el ángulo al cual gira la barra, por medio de la desviación de un haz luminoso que se refleja en un espejo unido al hilo. Además de proporcionar el valor de G, los experimentos muestran que la fuerza es atractiva, proporcional al producto m·M e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los centros de masas de las esferas.
Cavendish no pudo medir desde la misma sala donde se realizó en el experimento porque él también atraería a las masas y él sería atraído por las masas, lo que causaría perturbaciones y el valor de G sería distinto.

10.   Investiga por qué no es buena idea utilizar materiales como el hierro o el acero para realizar el experimento. ¿Qué es el magnetismo? ¿qué otros materiales evitarías en caso de diseñar la experiencia?


No es buena idea utilizar estos materiales porque tienen propiedades magnéticas. El magnetismo es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Esto quiere decir que si se hubiesen usado estos materiales, además de la fuerza de atracción gravitacional, hubiesen sufrido atracción o repulsión por sus propiedades magnéticas.

domingo, 10 de abril de 2016

Newton

1.       Resuelve el siguiente enigma: ¿Por qué Isaac Newton tiene dos fechas de nacimiento (25 de diciembre de 1642 y 4 de enero de 1643)?

Tiene dos fechas de nacimiento porque son de calendarios distintos. La de 1642 se refiere al calendario juliano y la de 1643 se refiere al calendario gregoriano (el calendario que usamos actualmente). Cuando nació Newton se utilizaba el calendario juliano en Gran Bretaña.

2.       ¿Qué quiso decir Newton con su expresión ‘’Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes’’? ¿Es frase es realmente original de Newton?

Con esta frase Newton quiere decir que lo que ha conseguido ha sido gracias a las aportaciones de los demás científicos. La frase no es suya, sino que es atribuida a Bernardo de Chatres (Bernardus Carnotensis en latín), un filósofo neoplatónico del siglo XII.

3.       Desde una perspectiva científica, ¿cuál es la visión aristotélica del Universo o Aristotelismo?

Según Aristóteles, hay dos regiones en el universo: el mundo sublunar y el mundo supralunar. El mundo sublunar abarca todo lo que está por debajo de la luna (sin incluirla), es decir, la Tierra. En la Tierra todo se y es heterogéneo. Las cosas están compuestas de cuatro elementos (tierra, agua, aire y fuego). Los movimientos siempre son rectilíneos y finitos, descendentes si son tierra o agua y ascendentes si son aire o fuego. Se considera que los movimientos no rectilíneos son una violación del orden natural. Como la tierra es el elemento más pesado y nuestro mundo está compuesto en su mayoría de tierra, es el centro del universo.
El mundo supralunar es la región que empieza en la luna y se extiende más allá. En el mundo supralunar rige la armonía y el orden. Todo está compuesto del quinto elemento, el éter. Los planetas y las estrellas están envueltos en esferas de éter, que mueve al cuerpo. No se mueven por si solos, sino que se mueven las esferas. Siguen un movimiento circular y uniforme teniendo como centro a la Tierra. Según Aristóteles el Universo es esférico y finito pero eterno, es decir, no tiene historia.
Cuando ocurría alguna irregularidad en el movimiento de los planetas, se atribuía a la percepción y no se consideraba real.

4.       Construye una línea del tiempo que contenga a los físicos mencionados en el capítulo y sus principales aportaciones a dicha ciencia.

Para ver la línea del tiempo haz click en el siguiente enlace: http://timeglider.com/timeline/831b83ba4528cc58

5.       ¿Qué ventajas presenta el telescopio reflector de Newton frente al telescopio refractor de Galileo? Explica que son la reflexión y la refracción.

Las principales ventajas que presenta el telescopio de Newton son:
·         Las aperturas son muy variadas y no afectan demasiado al coste ni a lo compacto que es el telescopio.
·         Elimina la aberración cromática (distorsión óptica provocada por la lente al no poder enfocar todos los colores en un punto de convergencia).
·         Son más económicos en grandes aperturas.
·         Funcionan en un espectro de luz más amplio.
·         Su coste de fabricación no es muy alto y su proceso de fabricación es más rápido.
·         Permite tener un ratio focal más pequeño, lo que supone un mayor campo de visión.
El telescopio de Newton era reflector. La reflexión es el cambio de dirección de una onda, que al entrar en contacto con la superficie de separación entre dos medios cambiantes, regresa al punto donde se originó.


Por otro lado, el telescopio de Galileo era refractor. La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro, pero solo se produce si la onda incide de forma oblicua sobre la superficie de separación y si tienen índices de refracción distintos. Se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda señalada.


6.       Realiza el experimento de descomposición de la luz mediante un prisma óptico y descríbelo incluyendo tu propia imagen.
Al pasar la luz blanca a través de un prisma, la luz blanca se descompone en distintos colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta). Newton llamó a éste conjunto de colores espectro. Éstos son los colores de los que se compone la luz blanca, y al pasarlos por el prisma cada uno sufre una desviación según su longitud de onda, dando origen a lo que llamamos arcoíris. 
Hemos tratado de realizar el experimento que realizó Newton en casa, pero en vez de usar un prisma, hemos utilizado un vaso con agua.







Al pasar la luz del sol, que es blanca, ha aparecido un pequeño arcoíris por la dispersión de la luz que hemos explicado antes.

7.       Explica por qué se forma el arcoíris primario y el secundario.

Los arcoíris se forman cuando los rayos del sol atraviesan pequeñas gotas de agua contenidas en la atmósfera terrestre. Es un arco que contiene los colores a los que Newton llamó espectro, con el rojo arriba y el violeta abajo.
El arcoíris primario está formado por los rayos que penetran una gota refractándose, se reflejan una vez en su superficie interna y salen de la gota refractándose de nuevo. Se forma un ángulo de aproximadamente 42º.
En cambio, el arcoíris secundario está formado por los rayos que penetran en la gota y se reflejan dos veces en su superficie interna. Se forma un ángulo de aproximadamente 50º. Son más transparentes que los primarios y tienen los colores invertidos.

8.       Infórmate acerca del concepto de momento lineal. Trata de escribir las tres leyes de Newton en función de esta magnitud.

El momento lineal de un cuerpo es la cantidad de movimiento o momentum de un cuerpo. Se define como el producto de la masa por el vector de velocidad, por lo que es una magnitud vectorial.

p=m·v

Primera Ley de Newton (Ley de la Inercia):

Todo sistema que esté sometido a fuerzas cuya resultante es 0, tenderá a seguir en us estado de reposo o de MRU.
Si R=0, p= m·vf = m·vo. La cantidad de movimiento no cambia. Al no haber aceleración, la velocidad es constante.

Segunda Ley de Newton (Principio Fundamental de la Dinámica):

Si sobre un sistema actúa una fuerza cuya resultante es distinta a 0, el cuerpo sufrirá una aceleración proporcional a su masa.
F= dp/dt                                                               (d=derivada, p=momentum)
F=(d/dt)·(m·v)=m·(dv/dt)=m·a
Al cambiar la velocidad, la cambia la cantidad de movimiento.

Tercera Ley de Newton (Principio de Acción y Reacción):

Si sobre un sistema ejerce una fuerza sobre otro (F12) llamada acción, entonces simultáneamente el sistema 2 ejercerá una fuerza (F21) sobre el sistema 1, reacción, con mismo módulo y sentido contrario.
p1/t= -p2/t
dp1/dt= -dp2/dt
F12= -F21

9.       Enuncia y comenta la Ley de Gravitación Universal.

La fuerza de atracción que sufren dos masas entre sí es proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros.

La Constante de Gravitación Universal (G) es:
Si sustituimos la 2ª Ley de Newton en la fórmula de la Ley de Gravitación Universal, somos capaces de saber cuánto vale la aceleración de la gravedad en cualquier punto:


Con esta ley, se explica el movimiento de los cuerpos terrestres y celestes, las leyes de Kepler sobre el movimiento de los planetas, que el movimiento de un cuerpo en caída libre es independiente del peso y por qué se forman las mareas.
Explica la razón por la cual los cuerpos próximos a la superficie de la Tierra caen con la misma aceleración, pero entonces, ¿por qué no cae la luna desde el cielo? Al contrario de lo que se creía antes de Newton, la trayectoria de la manzana al caer no es rectilínea, sino que es curvilínea porque es empujada por la fuerza del aire. Es igual que un proyectil disparado desde un cañón, que según Newton describe una trayectoria elíptica. Esto quiere decir que tanto la manzana como la luna caen, pero la manzana llega al suelo y la luna sigue cayendo permanentemente.

10.   En ‘’De Arquímedes a Einstein’’ se alude a una fuerza centrífuga que es la causante de que la Luna no caiga sobre la Tierra. ¿Estás de acuerdo con esa explicación? ¿Es compatible con el tercer principio de Newton? ¿Qué es la velocidad orbital?

Según el libro, la causante de que la luna no caiga sobre la Tierra e una fura centrífuga porque se opone una fuerza de igual módulo y dirección, pero de sentido contrario, como dice la 3ª Ley de Newton. El cuerpo se equilibra porque se supone que la fuerza opuesta a la atractiva de un cuerpo es la fuerza centrífuga.
La luna orbita la Tierra porque se encuentra en un equilibrio entre la gravedad y la inercia. La inercia hace que los cuerpos se muevan en línea recta, por lo que si la velocidad inicial es mucho mayor a la necesaria para orbitar, el cuerpo saldría de la órbita por la tangente. Si la velocidad inicial es menor a la necesaria, el cuerpo se estrellaría contra la superficie de la Tierra. Esto se puede ver con el cañón de Newton. Sólo con la velocidad inicial adecuada, el cuerpo orbitará la Tierra.
Según la Ley de Acción y Reacción, la acción sería la fuerza que ejerce la Tierra sobre la luna y la reacción la fuerza que ejerce la luna sobre la Tierra, por lo que ambos cuerpos se acelererarían el uno hacia el otro hasta juntarse de no ser por la velocidad inicial que llevaba la luna.
La velocidad orbital es la velocidad que lleva un cuerpo en el espacio en la órbita alrededor de otro cuerpo celeste.

martes, 26 de enero de 2016

Experiencias sobre la inercia


Hace un poco más de 2000 años Eratóstenes fue capaz de medir el radio de la Tierra. Nosotras hemos intentado hacerlo de una manera muy parecida para entender mejor cómo pudo llegar a esas conclusiones.
Para ello, contamos con un gnomon, que en nuestro caso fue el palo de un recogedor y una brújula, para saber orientar el papel sobre el que escribiríamos, con un rotulador las marcas de la sombra a medida que pasaba el tiempo (cada cinco minutos exactamente). Ya teníamos todo para tomar las medidas.
Estuvimos tomando estas medidas el 21 de septiembre de 12:30 a 13.20. Para minimizar el error, se hizo una media entre las distintas medidas tomadas sobre la longitud del gnomon y la longitud de la sombra más corta que éste proyectaba. Con esto pudimos calcular el ángulo α , (40,7º). Ya sólo nos faltaba recoger las medidas de otro colegio que estuviese, como mínimo, a 400km de distancia.


Elegimos el colegio IFRJ, en Río de Janeiro, Brasil; con las coordenadas -22.910585, -43.220673. Como es necesario que ambos sitios desde los que se tomen las medidas estén en el mismo meridiano, igualamos las longitudes de ambos lugares situándolos en nuestro meridiano, ya que si nuestro colegio hubiese estado ubicado en un principio en él, habría pasado lo mismo que pasó en Brasil, pero unas horas antes. 
  

Ya teníamos sus datos, con los que, una vez obtenidas la longitud del gnomon y de la sombra más corta, pudimos hallar el ángulo β (21,9º). 

Para poder realizar las relaciones que habíamos estudiado en clase, era necesario que un gnomon no proyectara ninguna sombra. Si nos lo imaginásemos, tendríamos que rotar la Tierra un poco. Como nos encontrábamos en hemisferios distintos, y estábamos en el equinocio de otoño, los rayos del sol incidían paralelamente en el Ecuador y se proyectaba una sombra en ambos gnómones en sentidos contrarios. Por esta razón, al “rotar” la Tierra, tendríamos que sumar al segundo gnomon el ángulo del primero, que ya no proyectaría ninguna sombra. De esta manera nos quedaba que ambas ciudades estaban separadas por 62º y 7002,07km de distancia.

Mediante el factor de conversión:

           7002,07
360º·  ________   = 40.657,2km
               62º
pudimos obtener la medida de la circunferencia de la Tierra.
Para hallar el radio de la misma, tan sólo tendríamos que dividir ese resultado entre 2, obteniendo así, 6.470,8km de radio de la Tierra; solo 99,8 km más grande que la medida real.
Aunque Eratóstenes no contase con los recursos de hoy en día, su método nos ha llevado a una medida que, comparada con la real, nosotras consideramos muy acertada.