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

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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!