Experimentos

Taller de experimentos

http://www.madrimasd.org/cienciaysociedad/taller/experimentos/Default.asp

Un motor eléctrico muy simple

Física

Antiparticula

Para cada partícula, existe una antipartícula asociada, con la misma masa pero con cargas eléctrica, débil y fuerte opuestas. Lo mismo ocurre con el espín. Se pueden producir pares partícula-antipartícula a partir de bosones neutros (fotones, Z0, bosón de Higgs,...). También se producen antipartículas en algunas reacciones nucleares y en los rayos cósmicos. Cuando una partícula colisiona con su antipartícula ambas se aniquilan produciendo energía que normalmente se condensa en la forma de fotones. Este proceso recibe el nombre de aniquilación de pares.

La existencia de antipartículas fue predicha por Dirac, unos años antes de que se encontrara la primera de ellas: el positrón. La idea surge cuando, al resolver su famosa ecuación cuántico-relativista, aparecen estados de energía negativa, los cuales no pueden ser descartados a priori. Puesto que los electrones siempre se encuentran en el estado de menor energía posible, Dirac sugirió que estos estados extras debían estar todos ocupados con lo que denomino partículas virtuales. En ese caso, un partícula virtual podía excitarse hasta un estado de energía positiva, creando una partícula real y dejando un hueco (la antipartícula) con la misma masa pero con carga opuesta. Sería un proceso al de las cargas positivas o huecos en un semiconductor.

La antimateria está formada por un conjunto de antipartículas.

Física

El Dedo en el Agua:

Imaginaos la siguiente situación:

Tenemos una balanza en la que situamos un balde lleno de agua en un lado y una pesa en el otro. La balanza está perfectamente equilibrada, esto es, tanto la pesa como el balde con agua pesan exactamente lo mismo. A continuación, introducimos la punta del dedo en el agua.

¿Qué ocurrirá?

¿Sencillo, no? Pues parece que no es tan obvio como pudiéramos pensar en un primer momento, dado que la respuesta más extendida es que “no ocurre nada”, basándose en que el peso lo sostenemos con el brazo y no incide sobre él. Pero esto no es correcto: en realidad, la balanza se desequilibra del lado del balde.

Efectivamente, el peso del dedo no juega ningún papel aquí; sin embargo, no estamos teniendo en cuenta las demás fuerzas existentes en el sistema.

El principio de Arquímedes afirma que “todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado”: el agua ejerce una fuerza sobre el dedo que es igual al volmen desalojado por el dedo, multiplicado por la densidad del agua y por la aceleración de la gravedad.´

Lógicamente, y por la Tercera Ley de Newton, para que el dedo se mantenga dentro del agua nosotros tenemos que hacer una fuerza igual y hacia abajo. Así que con nuestro brazo estamos manteniendo todo el peso de nuestro dedo menos esa pequeña cantidad que ejerce el agua. De la misma manera, el agua tiene que apoyarse en algún sitio para ejercer esa fuerza contra nuestro dedo: el balde. Y el balde, a su vez, ejerce esa fuerza sobre la balanza. En consecuencia, esa pequeña fuerza incrementa el peso del lado del balde y hace que la balanza se desequilibre.
No sé por qué sorprende tanto que se pueda empujar un líquido.

¿No empujamos sólidos?

Al fin y al cabo, podríamos ver el agua de ese balde como un solido muy deformable, con lo cual la fuerza de empuje es mucho menor, pero existe.

Noticias Cientificas

Comunicaciones a mil gigaherzios

Un chip de "grafeno'/Dona Coveney/MIT

Recuerde bien esta palabra: “grafeno”. Porque se trata de un relativamente nuevo material (una forma de carbón ultrapuro) manipulado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, MIT, que podría llevar al diseño de microchips que funcionen a velocidades mucho mayores que los chips estándar de hoy, hechos de silicona. Eso podría significar teléfonos celulares y otros sistemas de comunicaciones que transmiten data a grandísimas velocidades.

Los que hicieron en el MIT fue construir un chip llamado “multiplicador de frecuencia”, es decir que es capaz de tomar una señal eléctrica que viene con una frecuencia electromagnética X, y producir otra señal que es un múltiplo de esa frecuencia. Por ejemplo, el doble.

“En la electrónica siempre estamos intentando aumentar la frecuencia para crear ordenadores cada vez más veloces”, dice Tomás Palacios

en una entrevista con el buró noticioso del MIT. “Palacios es profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica del MIT. “Es muy difícil generar frecuencias altas mayores de 4 ó 5 gigaherzios, pero este nuevo material podría llevar a sistemas prácticos a la escala de los 500 a 1,000 gigaherzios”.

El grafeno, dice Palacios, “es el tema más emocionante de la física [de materiales] hoy en día”. El material es primo hermano de las buckyballs y nano tubos de carbono, sólo que, en lugar de estar enrollado en forma de tubos o bolas, forma una capa plana de un átomo de grosor.

Las aplicaciones comerciales, añade, podrían estar llegando en apenas un año, o dos a lo sumo. Naturalmente que el proyecto atrajo el interés –y el apoyo- del Instituto de Nanotecnologías para Soldados, también en el MIT.

Vídeo - Luz

La luz, más allá de la visión

Vídeo - Electromagnetismo

Física

Ciencia - La Fuerza de Lorentz

La fuerza de Lorentz: Es la fuerza que experimenta una carga a su paso por un campo electromagnético. En la imagen se puede observar la situación más simple: una carga (Q) moviéndose a velocidad constante (v) por un campo magnético constante (B) producido por un imán.

La fuerza resultante viene del producto vectorial de la velocidad de la carga por el campo magnético, por lo que ésta es perpendicular tanto a la velocidad como al campo. Debido a esto, si la carga llevase la misma dirección que el campo magnético, la fuerza de Lorentz sería nula.

Pero basta de teoría aburrida. Vamos a experimentar. Podemos ver la fuerza de Lorentz con nuestros propios ojos gracias a un sencillo experimento que cualquiera puede realizar en su casa.

Vamos a construir un pequeño motor homopolar, que es un motor eléctrico que se basa en la fuerza de Lorentz para transformar la energía eléctrica en movimiento. Necesitamos lo siguiente:
1)Un hilo de cobre.
2)Un imán de neodimio cilíndrico, que podremos encontrar con suerte en algún cacharro viejo.
3)Una pila.

Su construcción es tan simple que ni la voy a explicar. Mejor os enseño unos vídeos. La forma más fácil de construirlo es la siguiente:

Ver vídeo
La misma idea que el anterior, pero esta vez dejando fijo el alambre de forma que la pieza móvil sea la propia pila. Gracias a la incorporación de monedas distintas (diferente material, diferente conductividad), en este vídeo se consigue un motor homopolar con diferentes velocidades:

Electromagnetismo

Grandes Descubrimientos: La Inducción Electromagnética

A lo largo de la Historia, no siempre se ha vislumbrado la importancia de los descubrimientos científicos que se han ido sucediendo. En numerosas ocasiones, ni siquiera el propio descubridor era capaz de predecir el calado de sus investigaciones en el futuro. Un caso claro de esto lo encontramos en la Ley de Faraday (a veces llamada Ley de Faraday-Lenz o Ley de Faraday-Henry) de la inducción electromagnética.

Los fenómenos electricos y magnéticos son bien conocidos desde la antigüedad. De hecho, el filósofo y matemático griego Tales de Mileto fue el primero en describirlos. Se entendían de forma separada y se tardó muchísimo en descubrir que existía una relación entre ellos, lo que dió pie posteriormente a James Clerk Maxwel para crear una teoría unificadora llamada Teoría Electromagnética.

La persona que descubrió esta interacción entre electricidad y magnetismo fue Michael Faraday, físico y químico británico. Se basó en los trabajos realizados por Hans Christian Oersted. El profesor Oersted postuló, apoyado en consideraciones filosóficas, que la electricidad y el magnetismo deberían estar relacionados. Tras muchos experimentos infructuosos, descubrió, casi por casualidad, que una corriente eléctrica era capaz de desviar la aguja imantada de una brújula. Así pues, entre el campo eléctrico que crea la corriente y el campo magnético de la aguja existía algún tipo de relación.

Pero fue Faraday quien, con los descubrimientos de Oersted y Ampère todavía recientes, hizo uno de los más importantes descubrimientos de los últimos tiempos.

La genialidad de Faraday radica en que descubrió que era posible la generación de campo eléctrico mediante el campo magnético, algo totalmente novedoso y que a nadie se le había pasado por la cabeza. Su experimento consistía en un circuito representado por una espira conectada a un galvanómetro (medidor de corrientes).

Se dió cuenta de que, al introducir un imán en la espira, ¡se generaba corriente en ella! Y no sólo eso, también se dió cuenta de que la corriente era máxima si el polo del imán atravesaba perpendicularmente la superficie marcada por la espira, y aún más, la intensidad de corriente dependía de la velocidad con la que movía el imán: si el imán estaba quieto, no había corriente inducida.

A Faraday le gustaba montar experimentos en sus clases, y cuando realizó éste ante el público, alguien le preguntó: “¿Y eso para qué sirve?” A lo cual replicó: “¿Para qué sirve un recién nacido?” Una gran respuesta, sin duda. La pregunta del espectador resume perfectamente la visión de la ciencia de mucha gente: “¿Y eso para qué sirve?” Para todo y para nada, depende. Para empezar, debería ser más que suficiente el hecho de adquirir un nuevo conocimiento.

Paradójicamente, ese fenómeno curioso pero aparentemente inútil del que ni siquiera el propio Faraday fue capaz de predecir su importancia, hoy en día domina nuestra vida cotidiana. Se encuentra allí donde dirijamos la mirada, pues es la base de nuestra tecnología, nuestro desarrollo y, en consecuencia, nuestra civilización: generadores eléctricos (ya sean de centrales térmicas, atómicas, hidráulicas, eólicas), motores eléctricos, transformadores (que se encuentran en todos los aparatos eléctricos y electrónicos del hogar), osciladores, baterías, hornos de inducción, etc., etc., etc.

Otro día, hablaremos de Maxwell y de cómo formuló matemáticamente todo este compendio electromagnético en su Teoría Electromagnética, la cual no fue aceptada hasta después de su muerte.