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.

Entrada IV - Newton y la descomposición de la luz

Isaac Newton fue un físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés. Es conocido, además de por sus trabajos sobre la naturaleza de la luz y la óptica y el desarrollo del cálculo matemático, por describir la ley de gravitación universal y por elaborar las leyes de la mecánica clásica que llevan su nombre, las Leyes de Newton.

Primera pregunta: ¿Por qué Isaac Newton tiene dos fechas de nacimiento (25 de diciembre de 1642 y 4 de enero de 1643?

Eso se debe a que la fecha varía según el calendario que usemos:

Juliano: 25 de diciembre de 1642.

Gregoriano: 4 de enero de 1643.

Segunda pregunta: ¿Qué quiso decir Newton con su expresión "Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes"? ¿Esa frase es realmente original de Newton?

Esta fue una frase que le dijo en una carta a Robert Hooke, donde quería decir que si había llegado donde se encontraba, era todo gracias a las investigaciones de “gigantescos” (grandes) científicos anteriores.

En realidad, esta frase no pertenece a Newton sino que es de Bernardo de Chartres, que fue un erudito, administrador y filósofo neoplatónico del siglo XII.

Tercera pregunta: ¿Cuál es la visión aristotélica del Universo o Aristotelismo?

Aristóteles creía en el geocentrismo, es decir, creía que la Tierra es el centro del universo y que todos los cuerpos giran alrededor de ella.

En este link se explica de forma sencilla y compacta la visión geocéntrica y la visión heliocéntrica, la “nuestra”. Para ello, bajad un poco la página hasta llegar al apartado en el que pone “Teoría Geocéntrica”, pues la información de encima, aunque es interesante, no tiene tanto que ver con la pregunta en cuestión.

Cuarta pregunta: Construye una línea de tiempo que contenga a los físicos mencionados en el capítulo 4 del libro “De Arquímedes a Einstein”, que aprovecho para recordar que es el tema de fondo de este blog, y sus principales aportaciones a dicha ciencia.

Hemos realizado este eje cronológico (con sangre y sudor, mucho sudor y sangre) en el que están representados los científicos mencionados en el capítulo 4 del libro “De Arquímedes a Einstein”.

Para observarlos a todos deberás darle a las pestañitas en las que salen un “+” y se extenderán todos los científicos del eje.

Quinta pregunta: ¿Qué ventajas presenta el telescopio reflector de Newton frente al telescopio refractor de Galileo?

Los telescopios refractores de Galileo tienen un problema: la aberración cromática, una degradación claramente visible de las imágenes.

En cambio, ese problema no existe en los telescopios reflectores de Newton.

Sexta pregunta: Realiza el experimento de descomposición (dispersión) de la luz mediante un prisma óptico y descríbelo incluyendo tu propia imagen.

Los arco iris se pueden crear de una forma artificial. Si utilizamos la forma de crearlos que sugiere el libro “De Arquímedes a Einstein” solamente necesitaremos una botella con agua.

Hacemos pasar luz a través de ella, lo que separa las longitudes de onda de los distintos colores y permite que veamos ese arco iris.

Séptima pregunta: Explica por qué se forma el arco iris primario y el secundario.

El arco iris primario surge por el paso de luz a través de gotas de agua.

El arco iris secundario necesita para formarse que se genere un ángulo que forman las gotas de agua, que hace que esté más lejos, y que invierte los colores del arco iris primario.

Octava pregunta: Infórmate acerca del concepto de momento lineal y trata de escribir las tres leyes de Newton en función de esta magnitud.

En la primera ley, sólo surtiría efecto si el cuerpo estuviera en movimiento, o no tendría relación con el movimiento lineal.

En la segunda ley, si la fuerza es el producto de masa por aceleración, habría que averiguar con ayuda del movimiento lineal cuanto vale la aceleración.

En la tercera ley, si se chocan dos objetos, siendo una acción, ésta forma una reacción, en la que también interviene el movimiento lineal.

Novena pregunta: Enuncia y comenta la Ley de Gravitación Universal.

La ley de Gravitación Universal es la ley física que describe la relación gravitacional entre cuerpos que contengan masa.

Un claro ejemplo de ella sería la relación entre la Luna y las mareas, ya que las mareas alta y baja se deben a un cambio de la atracción gravitatoria ejercida por la Luna.

Décima pregunta: En la página 112 del libro "De Arquímedes a Einstein" se alude a una fuerza centrífuga que es la causante de que la Luna no caiga sobre la Tierra. Después de ver el vídeo anterior, ¿estás de acuerdo con esa explicación? ¿es compatible con el tercer principio de Newton? ¿Qué es la velocidad orbital? Experimenta con el cañón de Newton para resolver esta cuestión.

Para responder a esta pregunta es necesario saber qué es la fuerza centrífuga. Se define como aquella que actúa sobre un cuerpo en movimiento sobre una trayectoria curvilínea y que posee un sentido hacia fuera del eje de rotación.

El link del video en cuestión es este. Dura aproximadamente 44 minutos pero, al ser tan interesante, se hace hasta corto. Os recomiendo verlo.

Si relacionamos la fuerza centrífuga con la ley de acción y reacción de Newton, vemos que ya que al tener fuerzas en sentido contrario, que es la acción, se genera un movimiento que es la reacción.

Pero…¿Qué es la velocidad orbital? Pues es simplemente la velocidad de un planeta, satélite o cuerpo en el espacio que se encuentra en órbita alrededor de otro cuerpo celeste.

En esta animación podréis experimentar con el llamado “Cañón de Newton”, en formato de animación, claro… (A no ser...)

Y hasta aquí la entrada de hoy (mañana no habrá, lo siento).
Esperamos que os halla gustado y/o/e/u entretenido y hasta la próxima.

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 Conjunta: Arquímides, el Principio Fundamental de la Hidrostática

1º Instrumentos:
Las cualidades que debe presentar un buen instrumento de medida son:
-Tener una buena sensibilidad, lo que se refiere al desplazamiento del marcador de medida. -Tener una buena precisión, por lo que posea una mínima fracción de medida. -Tener exactitud, es decir que el valor sea el mismo, sean las veces que midamos ese objeto. -Tener rapidez, que el aparato de medida no tarde mucho en determinar sus unidades de su respectiva magnitud. Dinamómetro: Es un instrumento utilizado para medir fuerzas o para pesar objetos. El dinamómetro tradicional fue inventado por Isaac Newton y funciona basándose en un resorte que sigue la ley de elasticidad de Hooke en el rango de medición. Al igual que una báscula con muelle elástico, es una balanza de resorte, pero no se utiliza para comparar masas, como la balanza de platillos. Posee gran precisión (0,01 Newton) pero no gran exactitud. Su precisión depende de la presión que se ejerce sobre el objeto. Posee gran rapidez y sensibilidad. Calibre: Consta de dos partes y sirve para medir objetos, por lo tanto es preciso ya que al ejercer presión sobre el objeto impide que se mueva o descoloque la medida. Su rapidez depende de la capacidad de utilización o manejo que tenga la persona que lo utilice, y la sensibilidad depende de cómo de bien hayas cerrado las barras de metal. Báscula: Posee una precisión de 0,5g. Es un objeto que tiene una plataforma para poner el objeto que quieras pesar. Su sensibilidad no es mucha, ya que, como hemos dicho anteriormente, su medida va de 0’5 en 0’5g, por lo tanto no pesa nada inferior a 0’5g y tampoco posee gran exactitud ya que cuando tu pesas algo, la mayoría de las veces la medida es diferente a una segunda medida pero sin embargo posee gran rapidez. 2º Las unidades de medida, según la R.A.E (Real Academia Española) son un conjunto de unidades coordinadas, determinadas por convenios científicos internacionales, que permiten expresar la medida de cualquier magnitud física. La unidad en la que se mide el peso se denomina Newton (N). El newton es la unidad de fuerza del SI y se nombró así en homenaje a la aportación del físico Isaac Newton al gran mundo de la física. La unidad en la que se mide la masa se denomina Gramo (g). El gramo en la actualidad es la milésima parte del Kilogramo (Kg) Originalmente fue definido como la masa de 1 cm3 de agua a una temperatura de casi 4 ºC La unidad en la que se mide el volumen es el metro cúbico (m3) El volumen es una magnitud derivada de la longitud porque multiplica longitud, anchura y altura. El metro cúbico es equivalente al volumen de un cubo de 1 m de arista. Las magnitudes fundamentales son aquellas que dan lugar a las magnitudes derivadas. En el SI, las unidades utilizadas para las magnitudes fundamentales son 7: -Longitud, metro (m) -Masa, kilogramo (kg) -Tiempo, segundo (s) -Intensidad de corriente eléctrica, amperio (A) -Temperatura, kelvin (K) -Cantidad de sustancia, mol (mol) -Intensidad luminosa, candela (cd) Las magnitudes derivadas son aquellas que van a depender de otras para ser medidas, y dependen de las fundamentales. Hay muchas magnitudes derivadas que cuentan con un nombre propio en el SI en la actualidad. Por ejemplo, Volumen molar, presión, resistencia eléctrica, potencia, luminosidad, fuerza, frecuencia, aceleración, etc 3º Ahora vamos a ver si la masa por el cálculo de g=9,81m/seg2 se parece a la que nos proporciona la balanza. La masa de la esfera metálica es 68,5 g y la esfera de color negro tiene una masa de 22,5 g. Peso = Masa · Gravedad Por lo tanto, la masa de la esfera metálica es: 0,69N = Masa · 9,81·m/seg2 Masa = 0,0703 kg = 70 g Eso quiere decir que hay una diferencia entre la masa dada por la actividad (68,5g) y la masa calculada (70g). La diferencia es de 1,5g. Eso se puede deber a que la báscula no es muy precisa. Utilizando la “ecuación” subrayada anteriormente calculamos la masa de la bola negra: 0,22N = Masa · 9,81·m/seg2 Masa = 0,022 kg = 22 g Eso quiere decir que hay una diferencia entre la masa dada por la actividad (22,5g) y la masa calculada (22g). En este caso la diferencia es mínima (0,5g) y se considera nula. 4º Vamos a calcular la densidad de las dos bolas: => V = 8,23
Teniendo el volumen y la masa de cada bola, que el volumen es el mismo, podemos averiguar la densidad. Densidad de la bola plateada: Masa: 68,5 g Volumen: 8,37 cm2 Densidad ⇒ ⇒ 8,1 g/cm3 Densidad bola negra: Masa: 22,5 Volumen: 8,37 cm2 Densidad ⇒ 2,7 g/cm3 5º En este video hemos podido averiguar como la fuerza variaba cuando nuestro objeto, en este caso la bola, se depositaba en un fluido. Esto se debe a que el agua tiene una fuerza vertical hacia arriba la cual se llama empuje. Esta fuerza provoca el objeto tenga un menor peso en newtons. Lo que dice Arquímedes es que para calcular esto hay que hacer su fórmula y calcularla: Empuje = V · D · G La bola negra: Tiene una masa de 22,5 g y la fuerza hace el objeto es de 0,22 newton, pero tras meterlo en el agua varía a 0,115 newtons. La bola plateada: Posee una masa de 68,5 gramos y su fuerza ejercida fuera del agua es de 0,67 newtons, pero al sumergirlo en el agua varía a 0,59 newtons. Las diferencias son en la bola negra de 0,076 newtons, mientras que en la bola plateada de 0,08 newtons.