Entrada V - Cavendish y La constante de Gravitación Universal

En esta entrada hablaremos de Cavendish y de la famosa Constante de Gravitación Universal (LGU), que muchos de vosotros conoceréis o al menos os sonará.

Si no os suena, seguramente con la siguiente imagen os empecéis a hacer una idea de lo que vamos a hablar

·




Primero vamos a describir brevemente qué es la Royal Society, cuáles son sus principales objetivos, cuáles han sido sus logros más importantes a lo largo de la historia y qué otros ilustres científicos han formado parte de ella.
La Royal Society es la primera sociedad científica creada en el Reino Unido. Su fundación oficial data de 1660, pero antes de aquello ya existían grupos de científicos que se reunían cada semana para "debatir" sobre diversos temas científicos.

El objetivo de esta antigua institución es promover, promocionar, difundir la experimentación científica.
Dentro de la Royal Society se crearon muchos y revolucionarios inventos. Gracias a esta organización nuestra sociedad "moderna" es como es. Por ella pasaron grandes científicos como Newton, Benjamin Franklin, Darwin, Robert Boyle, Sthephen Hawkings, Robert Hooke y Leibniz entre muchos otros.

·Aquí os dejamos una página web con una animación que explica la composición química del aire y otra que clasifica sus componentes en una tabla:

 --> Página web (animación)
 --> Página web (tabla)

De acuerdo con el libro "De Arquímedes a Einstein", Cavendish midió la composición química del aire.
Hemos realizado una gráfica de sectores para representar su composición:

Sentimos que no se vea muy bien pero al ser valores tan pequeños no se pueden representar bien. Para que se entienda mejor añadimos una tabla con todos los datos.

Porcentaje de la composición según el volumen	Nombre	Fórmula química
78.1 %	Nitrógeno	N2
20.9 %	Oxígeno	O2
0.9 %	Argón	Ar
0.03 %	Dióxido de carbono	CO2
0.02%	Neón	Ne
0.0005 %	Helio	He
0.0002 %	Metano	CH4
0.0001 %	Krypton	Kr
0.00005 %	Hidrógeno	H2
0.000009 %	Xenon	Xe

·Cavendish realizó descubrimientos muy importantes como por ejemplo averiguó cuales eran las propiedades del hidrógeno:

Primer elemento de la tabla periódica. 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. Tiene número atómico 1 y peso atómico de 1.00797. 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.

·En este apartado explicaremos qué es el calor específico:
Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado.

·Ahora hablemos de la Ley de Coulomb. Esta ley se enuncia con este párrafo:
La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.
Si relacionamos esa ley con la Ley de Gravitación Universal y a pesar del enorme parecido de ambas leyes podemos observar una diferencia importante, que es que en el caso de la gravedad no se han podido observar masas de diferente signo como sucede en el caso de las cargas eléctricas, y la fuerza entre masas siempre es atractiva.

·Ahora explicaremos lo que es un condensador eléctrico:
Es un dispositivo capaz de almacenar energía y está sustentado por un campo eléctrico.




·Cavendish también inventó un termómetro. Pero, ¿Cómo funcionan los termómetros?
Un termómetro es un instrumento que sirve para medir la temperatura. A lo largo de la historia han ido evolucionando hasta la invención del termómetro electrónico.
Dentro de un termometro hay mercurio líquido, muy susceptible a los cambios de temperatura. Cuando hace calor el líquido se dilata (se expande), y cuando hace frío se se contrae, y por eso va marcando dependindo de como sea su escala, ya sea que marque en Celsius, Fahrenheit o Kelvin.

Un simple método de conversión entre estas escalas es esta igualdad: 100ºC = 373K = 212ºF

·Entremos ahora en preguntas más específicas. ¿Qué es el centro de gravedad de un cuerpo?
Es el punto exacto donde un objeto se encuentra en equilibrio y la gravedad no es capaz de atraerlo en ese momento.

En esta animación se representa claramente:

 --> Animación

·Llegamos al plato fuerte de la entrada: el experimento de Cavendish.

En esta página web podréis realizarlo virtualmente:

 --> Página web

Cavendish midió la constante G y vamos a describirla basándonos en la segunda ley de Newton.

Mediante la balanza de Cavendish se puede hallar ese dato:

Por lo tanto:

En realidad no fue Cavendish quien empezó este experimento, Sino John Michell, un filósofo de la naturaleza y geólogo inglés. Con esta experiencia Cavendish no podía medir desde la misma sala cuando llevase a cabo el experimento, ya que las masas se atraían entre sí; y con él dentro sería una masa más y cambiaría completamente los cálculos.

·Para concluir con esta "entrega" de Teorías de la Física, vamos a explicar qué es el magnetismo y su aplicación en esta experiencia.

El magnetismo es un fenómeno físico por el cual unos materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros.

Si nosotros personalmente tuvieramos que realizar esta experiencia evitaríamos utilizar materiales con propiedades magnéticas como la ferrita, el hierro o el níquel en menor medida.

Y hasta aquí todo. Esperamos que os haya gustado esta nueva entrada, un saludo y Paz.

Día de la Ciencia

Hola a todos,

En esta nueva entrada, contaremos nuestra experiencia en el Día de la Ciencia, que se celebró el pasado jueves 20 de marzo en el Colegio Base (Madrid).

Desde hace ya tiempo, nuestro colegio celebra el Día de la Ciencia, en el que se emplea todo un día para exposiciones de trabajos tanto científicos como matemáticos. Cada curso realiza y expone determinados trabajos. Por ejemplo, en nuestro curso (4º ESO), este año hemos presentado en matemáticas, manualidades relacionadas con los tipos de funciones que hemos estudiado. En Física, el proyecto era algo más laborioso. Consistía en escoger uno de los muchos temas propuestos, y elaborar una serie de experimentos, así como una breve explicación sobre el tema general y cada experimento por separado. En nuestro grupo hemos escogido el tema "Transformaciones Energéticas", dado que recientemente hemos estudiado la energía y nos interesaba explicar el tema y compartir conocimientos con otros alumnos.
Sobre este tema, hemos trabajado con 3 experimentos.

El primero de todos se conoció como "La vela inquieta". Este experimento consistía en observar como una vela, prendida por los dos extremos y apoyada sobre dos vasos en una fina vara metálica, comenzaba a oscilar a medida que el fuego iba derritiendo la cera de la misma. El objetivo principal, más allá de notar este movimiento, era adivinar qué energía se transformaba y a cuál en concreto. 
(E.Térmica>>>E.Cinética)

El segundo experimento recibió el nombre de "El cilindro que vuelve", a continuación os explicamos qué ocurre y por qué este nombre.
Para este experimento eran necesarios un cuerpo cilíndrico (bote de Nesquik), un punzón (para agujerearlo por las bases), 3 tuercas,3 gomas elásticas y por último, una superficie lo más pulida posible para que el experimento se pueda realizar de manera óptima.
Proceso: Una vez atadas las gomas a las tuercas y a los agujeros de las bases por sus extremos, solo tenemos que asegurarnos de que todo está colocado en la zona central y en equilibrio; ahora solo tenemos que lanzarlo con un ligero impulso y el cilindro, si hemos sido precisos y minuciosos, regresará al punto de salida.

¿Qué creéis que ha ocurrido en el interior del cilindro?
(Transformación de E.Potencial elástica>>>E.Cinética)

El tercer experimento se llama "pelotas saltarinas". Contamos con dos pelotas de tenis y el bote cilíndrico en el que se suelen guardar. En este experimento se demuestra que la energía potencial puede transformarse en energía cinética y viceversa. Cuando elevamos la pelota pequeña hasta la altura “A”, creamos sobre ella una fuerza la cual queda almacenada como energía potencial. Cuando la soltamos, toda esa energía se va convirtiendo en energía cinética, a medida que la pelota se acelera, aumenta su velocidad y se acerca al suelo (MRUA, caida libre). Cuando la pelota choca el piso, toda esa energía de movimiento (energía cinética) se transforma en energía elástica, es decir, la goma se comprime y es allí donde se almacena la energía. Esa energía es devuelta hacia la dirección contraria, y es por eso que la pelota se acelera otra vez hacia arriba, hasta una determinada altura.

En conclusión, creemos que este día ha sido magnífico a todos los niveles. El hecho de que se celebre un día como este nos permite salirnos de la rutina escolar, atendiendo clases, haciendo exámenes,etc. Esto es un paso más en nuestro aprendizaje. Es una oportunidad de mostrar lo que sabemos escogiendo lo que queremos exponer y de la manera más amena y divertida. Estamos orgullosos de haber tenido la oportunidad de compartir conocimiento de la física y matemáticas con otros estudiantes. Creemos que hemos aprendido tanto ellos de nosotros como nosotros de ellos, teniendo en cuenta lo bien organizado que ha estado todo y su comportamiento como espectadores. Por ello, felicitar al colegio y sobretodo a los profesores de Física y Matemáticas por hacer posible un día tan impresionante.

Experiencias sobre la Inercia

Los componentes del grupo de este Blog hemos realizado conjuntamente dos vídeos con experimentos sobre la importancia de la inercia en nuestras vidas. Se trata de vídeos básicos y sobretodo, muy gráficos, sin detalles extremos.

Para ver el vídeo, haz click aquí.
Para ver el vídeo, haz click aquí.

Entrada III-Galileo y la caída libre de los cuerpos

Esta es la tercera entrada de nuestro blog de Física, en la que intentaremos hallar el valor de la gravedad (g) de la Tierra con la mayor precisión posible.

Pensamos que experimentar es un pilar importante en la ciencia ya que con ello podemos transmitir y verificar información dando lugar a una posibilidad de mejora. Para que una persona entienda conceptos de ciencia, ver el experimento con sus propios ojos es fundamental ya que se obtiene una imagen exacta del tema. Consideramos asombroso el aporte del científico Galileo Galilei a este tema. Compartimos por ello, el siguiente vídeo, que encontramos entretenido. Esperemos que os guste.

Para la realización de este entrada, nos hemos ayudado de la información que nos proporciona este blog, además del interesante vídeo que encontramos en él, de carácter experimental.

También hemos utilizado otros recursos web y programas como Wiris Little o Excel que han contribuido a una mayor comodidad y precisión a la hora de realizar esta tarea.

El grado de fiabilidad de este experimento no es total, pero hemos intentado ser lo más precisos y rigurosos con los datos y los cálculos.

Los datos los hemos obtenido del blog nuestros profesores de física, que como hemos comentado anteriormente, han realizado el experimento y han calculado el tiempo que tardan en caer dos bolas metálicas de diferentes tamaños, además de su posición en cada momento de la caída.

Posición	Altura (metros)	Tiempo (s)
1	0,025	0,08
2	0,12	0,16
3	0,27	0,24
4	0,49	0,32
5	0,78	0,40
6	1,13	0,48

Con la tabla de valores hemos hecho una gráfica para relacionar espacio y tiempo (x-t).

El siguiente paso es obtener la aceleración (a), que en este caso es la gravedad.

Los datos no son totalmente exactos porque factores como el rozamiento del aire, instrumentos utilizados o la simple vista humana aproximada, no nos permiten obtenerlos con total precisión. Secundariamente, los recursos de los cuales hemos obtenido información (vídeos) a pesar de estar bien hechos, al verlos no percibimos el desarrollo del experimento con claridad.

Posición	Altura (metros)	Tiempo (s)	Velocidad (m/s)
1	0.025	0.08	0.3125
2	0.12	0.16	0.75
3	0.27	0.24	1.125
4	0.49	0.32	1.531
5	0.78	0.40	1.95
6	1.13	0.48	2.354

*

Trabajamos con un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA).

La velocidad va aumentando a medida que transcurre el tiempo.

Cuando dejamos caer un objeto, éste tiene una aceleración constante (gravedad) y lo que varía es su velocidad expresada en m/s.

Hemos obtenido hasta aquí los siguientes resultados de las velocidades:

V1: 0.3125 m/s

V2: 0,75 m/s

V3: 1.125 m/s

V4: 1.531 m/s

V5: 1.95 m/s

V6: 2.354 m/s

A continuación, daremos lugar al cálculo del valor de la gravedad en nuestro planeta, utilizando la siguiente ecuación:

h= ½ g·t2    g= 2·h/t2                                           

Acabamos de despejar gravedad de la ecuación, dado que es lo que vamos a hallar.

Aplicamos de este modo, la segunda ecuación.

Hemos obtenido un dato medio de 9,3 m/s2 para la gravedad, por lo que con tan solo un error del 5,46%, hemos conseguido aproximarnos notablemente al dato real de la gravedad de la tierra (9,81 m/s2).

Aquí termina la tercera entrada a nuestro blog. ¡Volveremos pronto!

Actividad Conjunta: Principio de Eratóstenes

En esta entrada intentaremos calcular la medida del radio del planeta Tierra. Para ello, deberemos emplear diferentes cálculos para intentar calcular lo que Eratóstenes calculó. A continuación explicaremos los pasos que hemos seguido:

Lo primero que hicimos fue anotar en una gran hoja de papel la marca de la sombra que proyectaba un gnomon (en nuestro caso usamos un recogedor de basura), durante dos horas y media en intervalos de cinco minutos, y realizamos el experimento desde las 12:30 hasta las 15:00 horas. 

Así hemos estimado que que la longitud media de la sombra del gnomon fue de 71,2 cm y la altura media del gnomon de 77,9 cm.

Este es el gráfico de otro colegio, con su momento del cenit correspondiente.

Para calcular con precisión el momento del cenit hemos usado los datos de "The Astronimical Applications Department", que son muy parecidos a los nuestros, así que utilizaremos las 12:07.


Esta es la ecuación que se emplea para hallar el ángulo del sol en el momento que se estuvo midiendo.

Ahora, con los datos obtenidos mediante el experimento con el gnomon, calculamos la altura del sol expresada en º:

71,2 cm / 77,9 cm = 0,912 cm

Ahora calculamos el arco tangente, que sería 42,42º.

Sabemos que la distancia del Colegio Base al Ecuador es de aproximadamente 4.445,7 km.

A continuación, realizaremos los cálculos realizados con otro colegio situado en Buenos Aires, Argentina.

para calcular finalmente el radio de la tierra. Para esta tarea necesitaremos resolver correctamente las siguientes ecuaciones:

Y para ello, necesitaremos dos distancias: la lineal y la angular.

La angular se calcula de la siguiente manera: 

A= (90º-x1)+(90º-x2) ==> (90º-42,39º)+(90º-40,03º) = 47,63+49,97º = 97,6º

Ahora hay que calcular la distancia lineal. Para este proceso hemos utilizado esta web. Pones los nombres de las ciudades y directamente te calcula la distancia entre ambas.

La distancia que ha salido es de 10056,2km 

Al tener todos los datos podemos realizar la ecuación final:

La solución es 6101km y se acerca mucho al verdadero resultado (6370km). Esto podría haber sido posible si tuviéramos mejores elementos de medición.

Trabajo completado.

Actividad Inicial: Portada del libro

1. Título del libro

Los diez experimentos mas bellos de la física fueron elegidos en base a la idea que se le ocurrió al físico historiador Robert Crease: hacer una encuesta sobre los experimentos más bellos de la física.
Dicha encuesta se publicó en la revista estadounidense "Physics World". Los interesantes resultados de aquella encuesta llegaron a The New York Times, por lo que fueron globalmente conocidos.

El libro, a pesar de no haberlo leído todavía, ha despertado gran parte de mi interés por el mundo de la ciencia ya que se presenta como una forma divertida de disfrutar y aprender física. Me da la impresión de que este libro es apto tanto para adultos como gente de mi edad lo que significa que transmite información manteniendo interesado al lector, y esa idea se refuerza en la existencia de un hilo conductor.

La lectura de un libro en toda asignatura suele tener como principal objetivo el complementar y reforzar los conocimientos asimilados en el aula, pero no siempre lo hace de la misma manera. Con esto, quiero decir que no siempre es entretenido este tipo de actividades, al menos para mí.
No obstante, en este caso, nada más echar un vistazo a la portada del libro y leer las primeras dos páginas, se ha despertado en mí una fuerte curiosidad a cerca de los diversos experimentos de la física. Concluyendo, en mi opinión, este libro creo que nos servirá a todos de "herramienta motivadora" en la asignatura. Pienso que va a complementar satisfactoriamente los conocimientos que vamos a ir aprendiendo gracias a su manera de conmover al lector. Espero que se mantenga a lo largo del libro esta manera de entretener y enseñar.

La ciencia, tal y como la conocemos, para mí es "un mundo complejo y completo".
No es solo experimentar y formular, también tiene una gran y admirable historia. Es importante conocerla ya que compone los pilares de la ciencia actual. Si no conociéramos la historia de la ciencia, no sabríamos por qué ocurren determinados fenómenos, o por qué vuelan los aviones, flotan los barcos, etc
Es decir, todas las fórmulas y explicaciones vienen determinadas tras siglos y siglos de investigación, que componen dicha historia.

De los 10 experimentos que se encuentran en la introducción, conocía el número 2 (Caída libre de los cuerpos), el número 4 (Descomposición de la luz del sol por un prisma) y el número 9 (Descubrimiento del núcleo atómico)
Además, tengo una vaga idea del número 1 (Interferencia de electrones al pasar por una rejilla) mas los que vaya conociendo a lo largo del curso.

De los científicos, tengo una idea bastante clara de Galileo, Arquímedes, Einstein, Newton y ligeramente de Bohr y Eratóstenes. Conozco Rutherford pero no sería capaz de explicar información de su vida.

Como aclaré antes, el libro me da buena sensación y nos va a ayudar a entender mejor los experimentos no sólo dando información útil, si no proporcionándola de una manera amena y divertida.

2. Análisis de la Ilustración

En la imagen de portada, veo a Einstein en una bañera de la que se sale el agua, porque se ha introducido un cuerpo, que hace que aumente el volumen que ocupa este agua y se salga. Según he oído hasta ahora, esto se llama el "principio de Arquímedes". Se llame como se llame, por el simple título e imagen, he deducido que los físicos se convierten en compañeros que se van perfeccionando, y que van aportando su grano de arena a este amplio mundo. Digo esto porque veo a Einstein demostrando el principio de Arquímedes en la bañera y expresando con ese gesto que Arquímedes está en lo cierto. La ilustración me sugiere que la ciencia es divertida y que "un grano de arena se construye sobre el anterior, por muy pequeño que sea".

3. El autor

Manuel Luis Lozano Leyva es un físico nuclear, divulgador científico y escritor nacido en la capital andaluza en el año 1949. Es catedrático de física Atómica, Molecular y Nuclear en la facultad de Física de la Universidad de Sevilla desde el año 1994. Es autor de más de 80 publicaciones científicas, este libro entre ellas.

4. Diseño de mi propia portada

Esta portada creo que se convierte en un "sabor significante de ideas" al meditar sobre la frase de la foto. Expresa claramente en mi opinión, que el universo no está determinado. Es un símil entre el universo y la ciencia, que son ideas bastante relacionadas en algunas ocasiones.
Pues yo pienso "Aún queda todo por investigar"