Cavendish, el físico antisocial

Henry Cavendish fue un físico y químico británico que nació en Niza, Francia, el 10 de octubre de 1731. Perteneciente a una familia de la alta nobleza inglesa fue un alumno aplicado, callado, muy tímido y reservado. Es especialmente conocido por sus investigaciones en la química del agua y del aire, además de por el cálculo de la densidad de la Tierra.

A pesar de la familia a la que pertenecía sus logros fueron los que le hicieron ganarse el respeto de la gente. En 1760 entró en la Royal Society, la más antigua sociedad científica del Reino Unido y una de las más antiguas de Europa. Aunque se suele considerar el año 1660 como el año de su fundación, años antes ya existía un grupo de científicos que se reunía con cierta periodicidad. El 28 de noviembre de 1660 los asistentes decidieron fundar una Sociedad para la promoción del Saber Experimental Físico-Matemático, reunirse una vez por semana (los miércoles), establecer una cuota de ingreso de 10 chelines y una cuota semanal de un chelín para sufragar los experimentos, siendo elegido Wilkins como presidente. 

Desde el principio los experimentos tenían gran importancia y consumían gran parte del tiempo que duraban las reuniones. Charles Darwing, Robert Boyle, Robert Hooke, Benjamin Franklin, Isaac Newton... fueron algunos de los miembros de esta sociedad. Algunos ejemplos son las notas de Benjamin Franklin sobre cómo hacer volar una cometa en una tormenta eléctrica (1752) - demuestra que el rayo es electricidad y no un ser de fuerza sobrenatural - o la teoría de Newton sobre la luz y los colores (1672). También recoge el estudio de Edward Stone sobre el éxito de la corteza de sauce para tratar la fiebre, es decir, los inicios del descubrimiento del ácido salicílico y la producción de la aspirina, hoy uno de los medicamentos más utilizados del mundo.

Volviendo con Cavendish, uno de los experimentos que él realizó fue el de la medición de la composición del aire. Este experimento iba en contra de la teoría del flogisto, que era la teoría que estaba aceptada. Esta teoría sostenía que el flogisto era una sustancia que representa la inflamabilidad. Según esta teoría toda sustancia susceptible de sufrir combustión contiene flogisto, y el proceso de combustión consiste básicamente en la pérdida de dicha sustancia. Además decías que el único gas era el aire, y lo que emitían los materiales al arder o hervir era el flogisto que el aire contenía. Fue postulada a finales del siglo XVII, pero teorías como la de Cavendish pusieron esta errónea teoría en desuso.

En este experimento concluyó que el aire estaba formado por lo que él llamó aire flogistizado (nitrógeno y argón) en un 79,167 %, y que la parte desflogistizada era sólo un 20,833 % (se refiere al oxígeno, cuyo porcentaje es de 20,95). En este diagrama de sectores se encuentran los valores actuales de los principales componentes del aire:

Como se puede apreciar la precisión del experimento es increíble a pesar de su antigüedad.

Además realizó importantes descubrimientos en Química, algunos relacionados con el hidrógeno y el agua. El hidrógeno en condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas, H₂. El átomo de hidrógeno, símbolo H, consta de un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón. Es uno de los constituyentes principales del agua y de toda la materia orgánica, y está distribuido de manera amplia no sólo en la Tierra sino en todo el universo. Es la sustancia más inflamable de todas las que se conocen, siendo además un poco más soluble en disolventes orgánicos que en el agua. Se trata de un agente reductor poderoso, aun a la temperatura ambiente. Reacciona con los óxidos y los cloruros de muchos metales para producir los metales libres.

El agua (H₂O) es un compuesto químico formado por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Esta molécula es esencial en la vida de los seres vivos, por su material hidratante y su uso higiénico, siendo dos de sus muchos usos. Henry Cavendish descubrió en 1781 que el agua era una sustancia que está compuesta y que no es un elemento, como en la antigüedad se creía. Mas tarde se dio a conocer la verdadera composición química del agua. Entre las moléculas de agua se establecen enlaces por puentes de hidrógeno, y es la única sustancia de la que se conocen sus tres estados.

El calor específico es aquella cantidad de energía que intercambia un kilogramo de una sustancia cuando se modifica en un kelvin su temperatura. En el Sistema Internacional se mide en julios partido por kilogramo por kelvin ( J/kg K), aunque en países como Estados Unidos, el calor específico se suele medir en BTU como la unidad de calor, por libras, como unidad de masa y en grados Fahrenheit como unidad de temperatura.

Cuanto mayor sea el calor específico, mayor energía ha de ser transmitida para elevar la temperatura de la sustancia. Cuanto mayor sea esta energía transmitida, más rápidamente varía la temperatura. De esto podemos deducir que la cantidad de energía transmitida es igual a la masa por el calor específico de la sustancia y por la temperatura más alta menos la temperatura más baja:

Q = m·c (T2-T1)

Donde la cantidad de energía transmitida es Q, m es la masa, c es el calor específico y T2 y T1 son la temperatura mayor y la temperatura menor.

La ley de Coulomb dice que la fuerza de atracción reciproca entre cargas puntuales es proporcional al productos de las cargas eléctricas e inversamente proporcional a la n al cuadrado. Estos significa que dos cargas se atraerán, siempre y cuando las dos sean del mismo signo (positiva con negativa o viceversa), por una fuerza que esta condicionada por la distancia a la que estas dos cargas puntuales se encuentren y por las cargas eléctricas que tengan.

Y vosotros lectores os preguntareis, ¿pero cual es la diferencia entre la ley de gravitación universal (LGU) y esta, la ley de Coulomb? Pues la respuesta está en que la ley de Coulomb sólo es aplicable en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes.

Por esto mismo no la podemos aplicar a los planetas como podemos hacer con la ley de gravitación universal, ya que los planetas ni se mueven en trayectorias rectilíneas, ni se desplazan a velocidades bajas. Además la constante de la fórmula de las ecuaciones de estas dos leyes son distintas, en la ley de gravitación universal la constante de proporcionalidad es de 6,67·10^-11, mientras en la ley de Coulomb 8,85·10^-12.

Un condensador eléctrico es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, separadas por un material mal conductor o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.

Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica,  al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga. Es posible construir uno casero. Para ello es necesario seguir los siguientes pasos:

- Se envuelve un bote de plástico con papel de aluminio (por su interior y exterior).

- Se colocan varias gomas para fijar el papel de aluminio al vaso.

- Se hace un agujero en la tapa del bote y se introduce un tornillo con punta redonda con un alambre.

- En la parte superior del tornillo se sujeta un cepillo de colección (es un cable con varios hilos).

- Conectar otro alambre por la parte exterior de la botella. El resultado final debería de ser algo parecido al siguiente:

Hay muchos tipos de termómetros en la actualidad: de gas, de resistencia, termopar, termistor, de lámina bimetálica...Pero los dos más utilizados son el termómetro de mercurio y el termómetro digital. El termómetro de mercurio era un tubo de vidrio sellado que contenía mercurio. Al medir alguna temperatura, el volumen del mercurio aumentaba proporcionalmente a la cantidad de calor aplicado sobre el termómetro. Al dilatarse y gracias a un sistema de graduación que tenía el termómetro, podíamos averiguar la temperatura a la que el mercurio estaba siendo sometida.

También, unos de los termómetros más importantes fue el termómetro digital, que contenía unos dispositivos transductores y unos circuitos electrónicos que servían para convertir en números las pequeñas variaciones de tensión obtenidas, que muestran finalmente la temperatura en una pantalla. Una de sus principales ventajas es que no utilizan mercurio y por tanto,no contaminan en medio ambiente cuando son desechados.

Los termómetros, normalmente dependiendo del país o de la zona, son medidos en diferentes escalas. Hay cuatro escalas de temperatura: la escala celsius, que es la escala más utilizada en el mundo y en la cual el punto de congelación esta en 0ºC y el de ebullición esta en 100ºC, ambos a presión de 1 atmósfera. Fue nombrado así en honor al científico Anders Celsius. Otra escala es la escala Fahrenheit, que fue propuesta por Gabriel Fahrenheit y es la unidad de medida de temperatura en el sistema anglosajón de unidades. Su relación con los grados celsius es: °F = °C × 9/5 + 32 o °C = (°F − 32) × 5/9. Otra escala es la escala Reaumur, actualmente en desuso. Su relación con la escala Celsius es: °R = °C × 4/5 o °C = °R × 5/4. La cuarta y última escala es la escala kelvin o escala absoluta, que es la escala utilizada en el Sistema Internacional. Aunque la magnitud de una unidad kelvin coincide con la de un grado Celsius, el cero absoluto esta en 0ºK y coincide con -273,15ºC. La relación de grados kelvin con los grados celsius es: ºK = °C + 273,15.

Pero hablemos de su gran experimento en el que emplea la balanza de torsión. Para comenzar el centro de gravedad de un objeto es aquel sobre el que actúa la fuerza resultante de la suma de todas la fuerzas gravitatorias. 

Nuestro experimento trata de como varía la superficie de contacto entre dos objetos a medida que vamos añadiendo más objetos para formar una torre.

La balanza de torsión y la determinación del valor de la constante de gravitación universal.

Cavendish es conocido sobre todo por este experimento, en el cual mediante la utilización de una balanza de torsión, dos bolas metálicas grandes no magnéticas y otras dos más pequeñas pudo desarrollar unas condiciones para realizar la medición por unos visores.

El experimento lo realizó de la siguiente forma: Primero puso las dos bolas grandes cerca de las pequeñas mediante la polea que está arriba, lo suficientemente cerca para que la fuerza de atracción no fuera despreciable y superara a la fuerza de rozamiento del aire, una vez puestas lo suficientemente cerca las dos bolas pequeñas se produjo un movimiento de sentido circular, que al medir su ángulo por los visores permitió saber la fuerza de torsión producida por el movimiento de las bolas pequeñas, de la que despejamos -> F= m*a  y Fg= GMm/r^2

Tal era la delicadeza del experimento que Cavendish ni siquiera podía estar dentro de la misma sala, puesto que su propia masa causaría un error en la medición.

Esto también se aplica a la minuciosidad de medición de todos los agentes de la sala, la caja de madera sobre la que se realizaba la experiencia, la masa de los materiales utilizados y la elección de la sustancia de las bolas, puesto que si hubieran tenido algún efecto magnético hubieran desbaratado el experimento.

El magnetismo que tuvo que evitar no es más que la propia acción de los electrones, que al tener carga negativa son atraídos electromagnéticamente a otro, esto se hace mucho mas evidente en algunos metales como el hierro, níquel o el cobalto, por lo que si hubiera utilizado alguno de estos elementos se le hubiera ido a la porra la medición.

Millikan

Como dijo el genio Isaac Newton "Si he logrado ver más lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes". Esta frase expresa como los descubrimientos y todos los conocimientos científicos actuales se deben al trabajo de grandes genios que conocían mucho menos que nosotros. Y no podríamos haber logrado todos los conocimientos actuales sin las aportaciones de científicos como Robert Andrews Millikan, que a su vez no habría podido realizar el experimento que le llevo a la fama sin los conocimientos previos que tenía acerca de los átomos, los electrones y la electricidad. En esta entrada se recogen algunas teorías acerca de la electricidad previas a Millikan y su experimento: La medición de la carga del electrón.

Antes de este experimento que le permitió ganar el Nobel en 1923 había otra serie de hipótesis acerca de la electricidad, como la formulada por el científico Robert Symmer en 1759 acerca del fluido vítreo y resinoso.

Robert Symmer, físico y filósofo escocés, planteó una teoría que se oponía a la formulada por Benjamin Franklin. La teoría de Benjamin Franklin consideraba la electricidad como un fluido que lo impregnaba todo y que se encontraba en equilibrio, explicando las manifestaciones eléctricas como el desequilibrio de ese líquido producido por la fricción. Al frotar el vídrio se producía un exceso de fluido eléctrico, mientras que al frotar la cera se producía un déficit de este fluido. Esto provocaba las descargas eléctricas.

La teoría de Symmer dice que existen dos tipos de fluidos eléctricos: el fluido vítreo (que correspondería al fluido positivo) y el fluido resinoso (correspondería al fluido negativo), siendo ambos imponderables. La teoría sostiene que cada fluido estaba compuesto por partículas mutuamente repelentes (lo que significa que las partículas del mismo signo se repelen), mientras que las partículas de electricidades opuestas se atraían (que significa que las partículas de diferente signo se atraen). Cuando los dos fluidos se unen debido a su atracción mutua, el efecto se neutraliza. El acto de frotar un cuerpo provoca que se descomponga uno de los fluidos que permanece en exceso en el cuerpo y se manifiesta como electricidad vítrea o resinosa.

Otro gran científico que también realizó experimentos con la electricidad fue Joseph John Thomson, descubridor del electrón. Este científico realizó numerosos experimentos con tubos de descarga. Se tratan de tubos que tienen un polo positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo) entre los que se hace pasar una corriente eléctrica. Este tubo además estaba conectado a una bomba de vacío, ya que a medida que disminuía la presión del interior del tubo se apreciaba mejor si los rayos catódicos se veían desviados por los campos eléctrico y magnético. Thomson consiguió extraer una gran cantidad de gas de estos tubos de descargas, consiguiendo en su interior el más alto vacío alcanzado en la época, lo que le permitió observar la desviación de los rayos catódicos.

A partir de todos esos experimentos con tubos de descarga Thomson elaboró un modelo atómico. Este modelo atómico sostenía que el átomo era una gran masa de carga positiva donde se encontraban los electrones. La carga negativa de los electrones compensaba la carga positiva, provocando que el átomo fuera neutro.

Este modelo no es viable debido a una serie de experimentos posteriores que demostraron su falsedad. El resultado del experimento de la lámina de oro, realizado por Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden, sorprendió a los científicos, que no podían explicar los resultados según el modelo atómico de Thomson. En el experimento algunas partículas alfa, al chocar a gran velocidad contra la finísima lámina, salían rebotadas, siendo un hecho inexplicable si la masa del átomo estaba tan concentrada. Esto provocó el desarrollo por parte de Rutherford de un nuevo modelo atómico.

Experimento de la lámina de oro

En el caso de Millikan, este científico estadounidense trabajó en la Universidad de Chicago bajo las órdenes de Albert Michelson, investigador famoso por su colaboración junto a Edward Morley en un experimento considerado la primera prueba de la falsedad de la teoría del éter. Se creía que el éter era una sustancia extremadamente ligera que ocupaba todos los espacios vacíos como un fluido. Además era considerado como uno de los cinco elementos de la naturaleza desde antes del siglo V a.C. Este experimento pretendía detectar la presencia del éter y medir la velocidad relativa a la que se mueve la Tierra con respecto al éter. Para realizar este experimento se creó un aparato conocido como el interferómetro de Michelson en la base de un edificio cercano al nivel del mar. Los resultados del experimento fueron negativos, lo que disipó por completo el concepto de éter y sirvieron de base a la formulación de la teoría de la relatividad especial de Einstein. Debido a todo esto la hipótesis del éter resulta errónea  ya que además la teoría de la relatividad, actualmente aceptada, se basa en su no existencia.

Volviendo a lo relativo a los átomos, después del modelo atómico de Rutherford el científico danés Niels Bohr desarrolló un nuevo modelo basado en descubrimientos posteriores. El modelo de Bohr explica que hay órbitas estables alrededor del núcleo en las que están los electrones. Además este modelo sostiene que las capas son más energéticas cuanto más lejos del núcleo estén  La ionización de las gotas de aceite se debe a que, al pasar estas gotas de aceite por los rayos X, adquieren carga negativa ya que cuando estos rayos X entran en contacto con algún elemento, los rayos X ionizan al elemento con el que se encuentra, debido a que los rayos X hacen que aparezca una nueva capa en el átomo, la cual recoge electrones que están en el aire haciendo que el átomo adquiera carga negativa debido al aumento de electrones en esta nueva capa energética.

  

Dependiendo de la cantidad de carga que adquieran las gotas se comportarán de manera diferente ya que como podemos observar en el vídeo  una gota de aceite sin carga cae con normalidad en cambio una gota con carga negativa se para en el aire al caer y otra con más carga negativa que la anterior, se detenía en el aire y empezaba a ascender.

El experimento de Millikan consistía en una cámara asilada al vacío que estaba dividida en dos partes, una superior y otra inferior, y se conectaban por un pequeño agujero. En la parte superior se encontraban las gotas de aceite y en la parte superior tenía dos agujeros a los lados por los que pasaban los rayos X. Cuando las gotas de aceite pasaban a la parte inferior de la cámara y entraban en contacto con los rayos X se ionizaban y adquirían carga negativa. Esto le valió al científico Millikan para determinar la carga de un electrón.

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un metal o fibra de carbono cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta). Albert Einstein realizó una explicación teórica de este fenómeno que publicó en 1905.Más tarde Millikan intentó demostrar que Einstein estaba equivocado y pasó diez años intento demostrara que la teoría de Albert Einstein era errónea, pero descubrió su teoría era acertada. Gracias a este trabajo Albert Einstein y Millikan obtuvieron el premio nobel en 1921 y 1923 respectivamente. Las aplicaciones del efecto fotoeléctrico son la producción de energía eléctrica por radiación solar y el aprovechamiento energético de la energía solar, la fabricación de células utilizadas en los detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoeléctricas y en los sensores utilizados en las cámaras digitales.

Estas experiencias demuestran que es interesante para los científicos hacer prácticas y trabajos fuera del centro en el que se formaron porque les aporta un acercamiento a otros aspectos de su materia de estudio aparte de una perspectiva distinta de la que obtienen en su institución de origen, despertando en ellos un espíritu curioso e innovador.

De la misma manera el leer prensa de divulgación científica fomenta la competencia entre la comunidad, llevando a unos a cuestionar las hipótesis de otros o ayudándoles a enriquecer sus conocimientos, y esto se extrapola a la sociedad fuera del ámbito, dotándoles de una base sobre la actualidad de la ciencia que no obtendrían de otra manera

Aplicándonos el cuento hemos decidido proponer nuestra propia versión del modelo atómico de Rutherford, en el cual la carga positiva del átomo se concentra en un único punto llamado átomo, mientras que la carga negativa se encuentra fraccionada orbitando alrededor del núcleo.

En nuestro diagrama, el naranjo en la maceta es el núcleo, en el cual están enterrados unos limones que ofrecen la carga positiva, mientras que las naranjas a su alrededor son la carga negativa.

Hay 5 limones enterrados (Son muy pequeños) y 6 naranjas, +5 -6 = -1. Nuestro naranjátomo es un ión negativo.

Newton: Un genio al completo

Cuando hablamos de genios cuyos logros han cambiado por completo la ciencia y la historia, podemos pensar en Galileo, Einstein, Maxwell... Cada uno de ellos hizo grandes descubrimientos, pero de todos esos personajes ilustres y famosos ninguno fue tan completos como el grandioso Isaac Newton.

Tal vez creas que esto es una opinión, pero la verdad es que fue un génio tanto en la teoría como en la experimentación y las matemáticas. La teoría del color, las bases del cálculo infinitesimal, la teoría de la gravitación universal... Todas ellas marcaron el devenir de la historia, pero comencemos por el principio.

Newton nació el 25 de diciembre de 1642, o el 4 de enero de 1643. Aunque esto resulte confuso, la razón de que se le atribuyan dos fechas de nacimiento diferentes es que nació el 4 de enero de 1643 en Woolsthorpe, Lincolnshire, Inglaterra. En esa fecha el calendario usado era el juliano y correspondía al 25 de diciembre de 1642, día de la Navidad. A pesar de que nació enfermizo y muy pequeño nadie se explicó como sobrevivió a la vista de la mortalidad infantil de esa época, y de hecho vivió hasta los 84 años.

El carácter de Newton era complejo y enrevesado. A pesar de esto, en un arranque de humildad (cosa de extrañar en Newton) dijo "Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes". Esta expresión es originaria de Bernardo de Chartres, aunque esta cita se suele atribuir a Isaac Newton como pionero pues, en una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (del calendario juliano de la época) a Robert Hooke, la empleó. Con esta expresión Newton quería decir que no habría llegado tan lejos sin las aportaciones previas a la ciencia de genios como Arquímedes, Galileo, Kepler...

En esa época todas las universidades estaban impregnadas hasta el tuétano de aristotelismo (aunque científicos como Copérnico, Kepler y Galileo habían criticado mucho a Aristóteles). Pero, ¿que es el aristotelismo? Es la teoría de Aristóteles que sostuvo un sistema geocéntrico, en el cual la Tierra se encontraba inmóvil en el centro mientras a su alrededor giraba el Sol con otros planetas. El universo aristotélico tiene las siguientes características:

- Es esférico, finito, eterno, geocéntrico y geostático.

- En él no existe el vacío, sino cinco elementos que constituyen los cuerpos de las diferentes regiones: tierra, agua, aire, fuego y éter. Todo está lleno de materia.

- No hay movimientos a distancia o gravitacionales. Los planetas no se mueven en el vacío, sinó que se mueven las esferas de éter en las que se hallan.

El aristotelismo estaba basado en la observación, y en el pasado a la hora de llevar a cabo su teoría solo observó que todo el universo giraba alrededor de la Tierra (aunque una observación y análisis más profundo lo habrían descartado). Según Aristóteles la Tierra es el centro del Universo y los planetas, el Sol y las estrellas giraban alrededor de la Tierra en órbitas circulares perfectas. Más tarde Tolomeo mejoró la teoría de Aristóteles detallando con precisión la órbita de los planetas, prediciendo con exactitud en comportamiento futuro de estos (aunque seguía siendo esta teoría errónea). Esta teoría perduró por varios siglos hasta que Copérnico en el siglo XVI cambió el concepto e introdujo una serie de paradigmas, concibiendo el Sol como centro del universo.

El problema que tenía que explicar la astronomía griega, incluida la de Aristóteles, era la irregularidad de ciertos movimientos de los cuerpos celestes. Las estrellas no presentaban problemas, porque su movimiento es regular (movimiento diurno de Este a Oeste). El del sol tampoco. La anomalía la presentaban los movimientos de los planetas: éstos parecían moverse en bucles o ir hacia atrás.

En este capítulo se mencionan a muchos físicos importantes. En esta línea temporal están recogidos todos estos físicos y sus principales aportaciones (ampliar el zoom para ver más acontecimientos):

http://www.dipity.com/victorgarciacarrera/Fisicos-mencionados/ 

Newton también hizo grandes descubrimientos en la óptica,

Los telescopios reflectores son aquellos que utilizan espejos para enfocar la luz y formar imágenes, en cambio los telescopios refractores de Galileo utilizaban lentes para enfocar la luz para crear la imagen. Este cambio nuevo telescopio que hizo Newton supuso la solución para el problema que había con el telescopio refractor, que era que al formar la imagen, esta sufría una degradación lo que hacia que la imagen estuviese distorsionada comparada con el objeto observado.

Uno de los fenómenos estudiados por Newton fue la refracción, que ocurre cuando la luz pasa por un medio a otro donde la velocidad de la luz es distinta. Este fenómeno lo podríamos observar metiendo un objeto en un vaso transparente lleno de agua.

Cuando se produce este cambio de medio en los que la velocidad de propagación es distinta ocurre esta ilusión óptica que hace que veamos el objeto distorsionado, lo mismo pasaba con los telescopios refractores, la luz pasaba por las lentes, donde la velocidad de propagación es distinta que en el aire y se producía esa degradación.

La reflexión es un fenómeno que ocurre cuando se refleja la luz y esta cambia de dirección pero conserva la misma velocidad. Este fenómeno puede ocurrir cuando se refleja un objeto en un lago.

La luz hace que la montaña se refleje en el lago y que nosotros a nosotros nos llegue esta imagen. La montaña reflejada no tiene ninguna diferencia a la original, aunque la vemos un poco borrosa por el movimiento de las olas. Esto solucionaba el problema del telescopio refractor.

El arco iris primario se forma cuando la luz de Sol se refracta al pasar por el interior de las gotas de la lluvia, se refleja en parte en la car posterior de las gotas y llega al ojo del observador. El arco iris secundario es difícil de ver, ocurre cuando la luz incide sobre la gota de agua y realiza al menos dos refracciones y tres reflexiones internas. El resultado es un arco iris secundario de colores invertidos, más débil y que queda por encima del arco iris primario.

Tampoco podríamos estar hablando de newton sin mencionar sus descubrimientos en la cinemática, comenzando por sus tres leyes del movimiento:

1. Si un objeto está en reposo, seguirá así a no ser que una fuerza compensada sea ejercida sobre él.

2. Si aplicamos una fuerza al cuerpo este se moverá proporcionalmente a la intensidad de esta

3. Esa fuerza solo es aprovechable si podemos obtener una contraria, principio de acción y reacción, por eso no es posible levantarse a uno mismo.

Estas leyes pueden ser relacionadas con los conceptos de momento lineal, que nos da información de una nueva magnitud llamada cantidad de movimiento.

Esta consiste en la relación entre la masa y velocidad de un cuerpo, cuanta más masa tenga  más fuerza es necesaria para llevarla a la misma velocidad que un cuerpo más ligero.

Se expresa en mks (kilogramos * metros/segundo)

Por esa regla, necesitaríamos mucha más fuerza para parar un camión que un coche que vayan a la misma velocidad



Aparte de las leyes de la cinemática Newton también enunció la grandiosa Ley de Gravitación Universal.

Ésta dictamina que todos los cuerpos que poseen masa son atraídos entre ellos, siendo las únicas variables su masa y el cuadrado de su distancia:



Esta ley sirve para los cálculos , pero... ¿Por qué la luna no cae sobre la tierra, si esta es atraída por ella?

La respuesta es que SIEMPRE está cayendo, simplemente que está mucho más distante de la tierra que un objeto en su superficie, y en vez de caer recto, orbita alrededor de la tierra, se puede explicar muy bien viendo el siguiente vídeo:

En este enlace se encuentra un vídeo que explica la inercia (Víctor García):

https://docs.google.com/file/d/0B3NkxRD3YkQFdk9tUTlJVVY1Z1k/edit

EL VALOR DE LA GRAVEDAD

La primera fuerza que experimentamos

Probablemente, la primera experiencia que tenemos con las fuerzas del universo en nuestra corta existencia sea la de la gravedad de nuestro propio planeta, si cogemos un balón y lo lanzamos arriba, acabará cayendo, de eso no hay duda, pero... ¿Por qué?

El concepto de Gravedad viene dado desde la antigüedad, el que estableció la teoría fue Isaac Newton, un científico y alquimista inglés del siglo XVI-XVII que según se dice dio con la fórmula magistral al caerle una manzana en la cabeza ("Las manzanas no flotan") 

Gracias a él ha llegado a nosotros la ley de gravitación universal, que enuncia  "la fuerza con que se atraen dos cuerpos de diferente masa únicamente depende del valor de sus masas y del cuadrado de la distancia que los separa" que nos dice que tenemos gravedad porque la tierra tiene una masa que hace que se atraigan los objetos hacia ella.

Ahora que ya sabemos de donde viene tenemos que averiguar la fuerza con la que nuestro planeta atrae a esos objetos, y lo vamos a determinar por medio de un experimento.

En el vídeo se puede ver fotograma por fotograma la posición de una bola de acero lanzada desde arriba del metro, la razón de que esté hecho de esta forma es para que podamos determinar la posición con respecto al tiempo de la bola en caída libre. En la siguiente tabla están colocados los datos, y hemos formado una gráfica con ellos:

En esta gráfica se puede apreciar como la bola de acero no recorre siempre la misma distancia por intervalo, ya que saldría la gráfica como una línea recta. Ocurre lo contrario, ya que la distancia recorrida en cada intervalo por la bola de acero aumenta respecto al intervalo anterior, por lo que la bola experimenta una aceleración que provoca que, a medida que pasa el tiempo, vaya recorriendo cada vez más por intervalo. Debido a esto, se trata de un MRUA y la gráfica es una parábola, siendo la aceleración que experimenta la bola de acero la gravedad.

Pasemos a calcular la gravedad según los datos obtenidos de la caída de la bola de acero. Para ello, calcularemos la velocidad media de cada tramo y así, la aceleración que obtenemos en cada tramo.
V=S/T

V_m1= 0,025m/0,08s=0,31m/s

V_m2=0.12m-0,025m/0,08s=0,095m/0,08s=1.19m/s

a₁=1.19m/s-0,31m/s /0,08s=11m/s₂

V_m3=0,27m-0,12m /0,08s=0,15m/0,08s=1.9m/s

a₂=1.9m/s-1.19m/s /0,08s=8.9m/s₂

V_m4=0,49m-0,27m/0,08s=2.75m/s

a₃=2,75m/s-1,9m/s /0,08s=10,6m/s₂

V_m5=0,78m-0,49m/0,08s=3,6m/s

a₄=3,6m/s-2,75m/s /0,08s=10,6m/s₂

V_m6=1.13m-0,78m/0,08s=4,4m/s

a₅=4,4m/s-3,6m/s /0,08s=10m/s₂

La aceleración que obtenemos está entorno a los 10,2m/s₂ que se parece mucho al ya conocido 9,8m/s₂.
Hemos obtenido distinto resultado ya que no hemos tenido en cuenta algunos factores como la resistencia de aire. Además siempre hay un error experimental que nos impide obtener con precisión el valor de la gravedad. Aún así, con este experimento hemos comprobado que la gravedad está cerca de los 10m/s₂ .

Instrumentos de medida

¿Qué sería un buen blog de ciencia si no empezamos por lo básico?

Antes de intentar hacer nada es muy importante que dispongamos de las herramientas necesarias y sepamos como utilizarlas.

1-

Una de las más comunes es la balanza, que mide la masa de un cuerpo:

En el ámbito científico las electrónicas son las más utilizadas dada su mayor precisión. Suelen tener una bandeja en la que depositamos el cuerpo que deseemos pesar y un botón para tarar la balanza, que para el que no conozca el significado de la palabra es resetear a 0 el peso de la balanza una vez está marcando una masa determinada, esto nos sirve para colocar recipientes en la balanza sin que nos diga su peso.

La precisión de estas balanzas puede ir desde decigramos hasta miligramos, por lo que su sensibilidad es de un microgramo (Aunque las hay más precisas). Tienen una gran exactitud dado que no se descalibran fácilmente, así que podemos confiar en ellas casi a ciegas, y su medición al ser electrónica es inmediata.

Otro instumento también muy útil es el llamado calibre, que ofrece mediciones de longitud muy precisas, que dentro de un laboratorio son necesarias, dado que un error de 1 cm puede desbaratar todos los cálculos, y suelen tener una precisión de hasta 0,05 milímetros. La mayor desventaja que encontramos al utilizar este aparato de medición es que su utilización es un tanto laboriosa y requiere más atención que por ejemplo una regla, pero a cambio siempre da la misma longitud, porque su margen de error es muy pequeño.

Calibre convencional

Otro de los "must have" dentro de un laboratorio es un dinamómetro, que mide en Newtons. El peso de un objeto es el resultado de multiplicar su masa por la aceleración del campo gravitatorio en el que se encuentra, que es coloquialmente confundido con el concepto de masa.

El dinamómetro analógico consiste de un muelle en un tubo de cristal o plástico el cual se cuelga en un soporte fijo y se cuelga el objeto a medir de un gancho, con el objetivo que este en caída libre.

Dinamómetros de distintos colores

Los hay de muchos tipos, colores, y tensiones de muelle, esta ultima variable es fundamental para medir distintos objetos de masas distintas,  porque aunque no sean lo mismo, dentro de un mismo campo gravitatorio mas masa es igual a mas peso, su medición es rápida y tiene una precisión de hasta 0,01 Newtons, además de que son bastantes exactos.


2-

La unidad de medida del peso en el SI es el Newton (N) y la de la masa es el kilogramo (kg), aunque existen otras unidades para el peso (el kilopondio) y la masa (el gramo). El volumen se suele medir en litros o metros cúbicos.

El kg es una magnitud fundamental, mientras que el newton, el kilopondio, el gramo, el metro cúbico y el litro son magnitudes derivadas.

Ecuación de dimensiones

Newton

Litro

Metro cúbico

Gramo

Todo este tipo de información nos sirve para poder realizar experimentos e hipótesis en el laboratorio. 

3-

Ahora vamos a calcular la masa de las dos esferas que aparecen en el experimento gracias a la información aportada por el problema :

Con los datos que marcaba la balanza hay discrepancias en ambos casos. Estas diferencias se pueden deber a que, cuando se calcula la masa, al final da en ambos casos números con infinitos decimales, y como el número con el menor número de cifras significativas tenía dos, expresamos el resultado con dos cifras significativas. Por ello la masa de la esfera plateada da 68 g y la balanza marca 68,5 g (si nos fijamos en los siguientes decimales podemos ver como se aproximaban mucho al resultado de la balanza) y la masa de la esfera negra da 22 g y la balanza marca 22,5 g (también podemos observar como, por el resto de cifras decimales, se aproximaba mucho al resultado de la balanza).

El diámetro de ambas esferas es de 2,5 cm.

4-

En este apartado nos pide calcular el volumen de ambas esferas (que es el mismo, según dice el problema) y luego con el dato experimental de la masa del apartado 2 calcular la densidad de cada esfera:

Este resultado se ha redondeado a una cifra significativa, ya que la cifra con menor número de cifras significativas tiene una.

Luego, sabiendo que D= M / V

Sabiendo las densidades de estas esferas puedo intentar deducir que el material de la esfera negra es aluminio y que el de la plateada puede ser hierro, cobalto, cobre o níquel (ya que, al ser estos datos experimentales, los valores de las densidades obtenidas no coinciden exactamente con las de cada elemento,  por lo que la única que sé casi con certeza es la de la esfera negra).

5-

Los datos que hemos obtenido de cada bola son los siguientes:

Bola negra:

Peso: 0.22N

Al sumergirla: 0.14 N

Masa 22.5 g

Volumen: 8cm³

Bola plateada:

Peso: 0.68 N

Al sumergirla: 0.59 N

Masa: 68.5 g

Volumen: 8cm³

Debido a que el volumen de las esferas es el mismo (8cm3), el empuje va a ser el mismo cuando metamos las esferas en el agua:

E = V _{fluido desalojado} · d _líquido · g

Para realizar esta ecuación tenemos que saber que el volumen del fluido desalojado es igual al volumen del cuerpo sumergido, en este caso, 8cm³ y que 1 kilogramo por metros partido por segundos al cuadrado (1kg·m/s²) es la expresión equivalente a Newtons.

E= 8·10^-6 m³· 1kg/m³ · 9.8m/s² = 7.84 · 10^-5 kg·m/s² = 7.84 · 10^-5 N

El empuje es el mismo debido a que la masa de las bolas no influye en la fuerza de empuje, la densidad del fluido es la misma ya que en los dos casos sumergimos la bola en agua, y que, como hemos comprobado en el punto anterior, las dos bolas tienen el mismo volumen. Este empuje provoca que el peso de ambas bolas disminuya respecto a los valores experimentales.

Análisis de la portada

Título del libro:

En este libro se recogen los diez experimentos más bellos de la Física. Éstos fueron elegidos a partir de una encuesta realizada por el profesor Robert Crease en la revista estadounidense Physics World en la que, a partir de más de doscientas respuestas, elaboró la lista de los diez mejores experimentos de la Física. Más tarde el escritor de este libro coincidió en los resultado y elaboró el libro, pero debido a la forma en la que quería organizarlo cambió un experimento de esta encuesta por el undécimo, que era el principio fundamental de la hidrostática de Arquímedes.

Estos experimentos se consideraron los diez más bellos de la Física debido a que la belleza de un experimento se basa en que tenga la mayor simplicidad de medios para llevarla a cabo y la gran capacidad para cambiar el pensamiento dominante que ofrecieron sus conclusiones.

El libro tiene un hilo conductor. Éste se basa en que se pueden ordenar estos diez experimentos cronologicamente de forma casi perfecta, además de que todos los experimentos están relacionados con dilucidar el carácter o la naturaleza de la luz.

Las motivaciónes de este libro pueden ser ayudar a comprender lo que estudiamos, además de aprender mucho más de una forma más interesante.

Considero que es importante conocer la Historia de la Ciencia porque nos puede ayudar a comprender mejor muchas cosas, desde nuestra creación hasta el por qué de infinidad de cosas. Además nos permite conocer la evolución y los progresos que hemos llevado a cabo.

Antes de leer el libro ya conozco algunos experimentos, como el de la caída libre de los cuerpos (Galileo), el de la descomposición de la luz del sol por un prisma (Newton) y el principio fundamental de la hidrostática de Arquímedes (Arquímedes). Antes de conocer el libro también conozco a los científicos ya mencionados y a otros más (como Einstein).

Esta experiencia me parece que va a ser muy interesante y que voy a poner a prueba lo que ya conozco y lo que voy a aprender.

 

Análisis de la ilustración: Explica qué te sugiere. 

En la ilustración puedo ver como se muestra el famoso gesto de Einstein con la famosa bañera de Arquímedes, por lo que me sugiere que el libro relaciona y trata los experimentos de grandes científicos. Además, debido a la imagen, el libro parece ser entretenido y no estar dirigido a un tipo de público en contreto.

Búsqueda de información acerca del autor:

Manuel Lozayo Leyva nació en Sevilla en 1949. Es un físico nuclear, escritor y divulgador científico, además de catedrático de Física Atómica, Molecular y Nuclear en la Facultad de Física de la Universidad de Sevilla.

Tiene una numerosa cantidad de publicaciones en revistas muy importantes, tanto nacionales como internacionales. Ha escrito además bastantes libros, además de que colabora y tiene a su cargo un gran número de investigaciones y proyectos.

Diseño de tu propia portada: Esta es la parte más creativa del trabajo, se trata de diseñar una portada alternativa, explicando los motivos por los que la habéis diseñado.

Una portada alternativa sería, en vez de poner la imagen del gesto de Einstein y la bañera de Arquímedes, que el fondo de toda la portada estuviera divida en diez imágenes, cada una perteneciente a los experimentos que aparecen en el libro.

De Arquímedes a Einstein

Actividad Inicial: Portada del Libro

1. Título del libro: Este libro contiene diez experimentos físicos elegidos por el autor, escogidos de una encuesta del historiador Robert Crease en el periodico estadounidense The New York Times. Estos diez experimentos presentan unos cambios sobre los publicados en el periódico estadounidense, ya que el autor metió el onceavo experimento en el primer lugar y a incorporado algunos que no mencionó la encuesta. Estos experimentos fueron elegidos por la simpleza de los medios utilizados y por la gran capacidad de cambiar el pensamiento dominante que ofrecieron las conclusiones.

Este relato sigue un hilo conductor debido a que los experimentos se encontraban ordenados cronológicamente. El autor escribió este libro para jóvenes ya que les puede divertir, les puede ilustrar y causar algunas cuestiones y debates.

En este libro se trata la historia de la ciencia, que es muy importante conocerla ya que sin ellos no tendríamos la percepción del mundo y los conocimientos que tenemos hoy en día.

Antes de leer el libro he reconocido dos experimentos que ya conocía: El principio fundamental de la hidrostática de Arquímedes, que tuvo lugar en una bañera y la descomposición del sol por un prisma, descubierta por Isaac Newton. También, antes de leer el libro, conocía a los científicos que he mencionado antes, Arquímedes y Isaac Newton, y también a Einstein.

Esta experiencia me atrae ya que conoceremos de cerca algunos experimentos que ya conocíamos y que comprendíamos (o no) y descubriremos otros que no conocíamos.

2 . Análisis de la ilustración:

La ilustración me sugiere, debido a Einstein con su famoso gesto, que este libro es ameno y que aprenderemos a la vez que nos entretiene. También se puede ver la bañera desbordándose inspirada en el descubrimiento de Arquímedes.

3. Búsqueda de información a cerca del autor:

Manuel Lozano Leyva, nacido en Sevilla en 1949,es uno de los mejores físicos nucleares españoles y dirige el departamento de física atómica, molecular y nuclear de la Universidad de Sevilla. Tras finalizar su tesis en Oxford, trabajó en varios institutos y universidades. Ha publicado tres libros y numerosas publicaciones en revistas. Ha llevado a cargo cinco proyectos y ayudado en otro veintitrés a demás de participar en otros muchos. Lozano Leyva recibió la beca “Distinguishability and the phisics of quantum information”.