domingo, 13 de mayo de 2012

Cavendish

Henry Cavendish es uno de los más ilustres científicos hasta la fecha. Nació el verano de 1731 y ya desde pequeño compartió con su padre el afán científico. Tras el nacimiento de su hermano Frederick, dos años después, su madre murió.

De caracter era más bien introvertido y tremendamente misógino. No fardaba de su inmensa riqueza, que llegó a ser de las más cuantiosas de la época y que le permitió dedicarse a sus experimentos. En lo que ni su padre ni él tenían reparos era en comprar libros para su biblioteca, abierta para cualquier científico interesado, que fue trasladada a Clapham Common porque no querían encontrarse con nadie.

Sus únicas apariciones sociales se podían reducir practicamente a las cenas semanales de la Royal Society. La Royal Society es la academia científica más antigua que existe actualmente. Está compuesta por 1400 de los más inminentes científicos relacionados con la ciencia, ingeniería y medicina. Sus prioridades son apoyar la ciencia y la curiosidad por descubrir. Su objetivo es ayudar a la sociedad por medio de la ciencia. Entre sus miembros han estado Isaac Newton, Charles Darwin, Ernest Rutherford, Albert Einstein, Dorothy Hodgkin, Francis Crick, James Watson y Stephen Hawking. En la actualidad hay 80 noveles en la Royal Society. Su papel es promover las ciencias naturales y aplicadas y una sociedad culta. Concede recursos financieros a los científicos.

Entre sus descubrimientos destacan la composición del aire:





Este gráfico representa la composición del aire en porcentajes, siendo los más abundantes el Nitrógeno con un 78,1%, el oxígeno con un 20,9% y el argón con un 0,9%






Cavendish con sus experimentos logró acercarse increíblemente a estas cifras, diciendo que el aire estaba compuesto por aire flogistizado (nitrógeno y argón) en un 79,1% y en aire desflogistizado (oxígeno principalmente) en un 20, 83%.
Pero... ¿Qué es el flogisto?
El flogisto es, según la teoría de Joha Becher y Georg Stahl, una sustancia hipotética que poseen las sustancias inflamables y que una vez entran en combustión la pierden. Ésta teoría fue duramente criticada por Lavoisier que defendía que en la combustión se juntaba el oxígeno con otras moléculas. Este fue el principio del fin de esta teoría.

Otro descubrimiento relacionado con la química es la composición del agua, la descubrió a sus 52 años tras la muerte de su padre. Acertó con que estaba compuesta por oxígeno e hidrógeno, llamando a éste último "aire inflamable". También dijo que era el elemento más básico y abundante de la naturaleza. Otro acierto más, pues es el más sencillo, tiene solamente un protón y un electrón, siendo su peso atómico poco más de uno. Es el más abundante pues conforma un 84% de la materia visible y el agua esta compuesta por moléculas de dos hidrógenos unidos por un oxígeno H2O. Es inevitable recordar que todo ésto lo descubrió hace más de 200 años, con una tecnología increíblemente básica.

Sus experimentos con el agua le llevaron a medir los calores específicos de muchas sustancias disueltas en ella, viendo resultados distintos si añadía mas o menos soluto (sustancia en menor cantidad en una disolución). El calor específico es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de una materia 1 grado Kelvin o Celsius. A continuación os presentamos una tabla con los calores específicos de diversos materiales:


Era increíblemente polifacético, hasta ahora solo hemos mencionado sus descubrimientos químicos pero sus experimentos de las cargas eléctricas, así como las de atracción (ésto está comentado más abajo). Con sus experimentos de la electricidad llegó a formular una teoría parecida a la de Newton de atracción de los elementos: F = G \frac {m_{1}m_{2}} {r^2}, pero con las cargas eléctricas. Este descubrimiento fu atribuído a Coulomb años después por la reticencia de Cavendish de publicar sus experimentos. La Ley de Coulomb, tal y comoo se conoce hoy en día, es: la atracción recíproca de dos cargas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas:  F = \kappa \frac{q_1 q_2}{r^2}  \,\!
Si observamos las dos fórmulas son asombrosamente parecidas:
                                          F = G \frac {m_{1}m_{2}} {r^2}              F = \kappa \frac{q_1 q_2}{r^2}  \,\!
siendo "G" y "k" las constantes, "m" y "q" los agentes que se atraen y "r" la distancia entre los agentes.
Descubrió también el condensador, aunque puede ser que lo inventara Erwald Georg von Kleist, su timidez de nuevo puede haberlo privado de otra invención a su nombre. Un condensador es un instrumento capaz de almacenar energía. Está formado por dos placas de metal conductoras a los extremos y en medio o el vacío o por un material dieléctrico (mal conductor de la electricidad). La cantidad de energía que pueden almacenar depende del material y tamaño de las placas. Es directamente proporcional a su tamaño e inversamente proporcional a la distancia que las separa (en definitiva, cuanto más grande es la placa, almacena más. Se utiliza principalmente para baterías, pilas...
Para reproducirlo hay que seguir los pasos mostrados en éste vídeo:


Cavendish decidió trasladarse a Clapham Common y allí instaló un laboratorio inmenso, a la vez que un termómetro en el tejado que servía de guía a los interesados en ir a la biblioteca. Éste termómetro no era nada común en el momento, que eran de azogue y mucho menos preciso. Tampoco era de mercurio. No se sabe exactamente cual era la mezcla pero se cree que era de alcohol y que era el primero que registreba las temperatúras máximas y mínimas. El termómetro sería algo así:

La temperatura de este termómetro está medida en grados celsius. Existen tres sistemas de medida de temperatura principales: grados Kelvin (ºK), grados Celsius (ºC) y grados Fahrenheit (ºF). Los grados Kelvin son los que pertenecen al SI/SIM (Sistema Internacional de Medidas), toman como 0º el cero absoluto, la temperatura en la que la materia dejaría de moverse (actualmente se ha conseguido llegar al nanogrado kelvin con láseres. Para más información consultad este link: laser para bajar la temperatura). Los grados Celsius toman como 0º y 100º los puntos de fusión y ebullición del agua respectivamente. La diferencia entre esta unidad y la anterior son 273º, el cero aboluto es 0ºK y -273ºC, la temperatura fusión del agua es 273ºK y 0ºC Entonces la fórmula para pasar de uno a otro sería:                                                            
                                                            t(^\circ \text{C})= T (\text{K}) - 273{,}15
Los grados Fahrenheit tienen su escala dividida entre el punto de congelación de una disolución de cloruro amónico y la temperatura corporal de un ser humano, a la que considera 100ºF. Esta medida es utilizada principalmente en EEUU. La fórmula para pasar de Kelvin a Fahrenheit y viceversa es:
                                                        ^\circ \text{K} = \frac{5}{9x} (^\circ\text{F}-32)+273\,\!

Los termómetros pueden ser:

 Mercurio


Los Termómetros de mercurio se utilizan con una escala y mercurio que al dilatarse por calor sube por el tubo y marca una temperatura mayor, o en el caso inverso, desciende y marca una inferior. Tradicionalmente se ha utilizado para medir la temperatura corporal.

Fueron prohibidos en 2007 por la Directiva Comunitaria por la toxicidad del mercurio, tanto a las personas como al medio ambiente. A los humanos en pequeñas dosis afecta al sistema nervioso, en altas es mortal. Un gran problema es que no se degrada y los seres vivos lo acumulan. Puede transmitirse por la cadena alimentaria. Por ejemplo, a las embarazadas no se les permite comer mucho pescado azul porque pueden tener dosis de mercurio mayores que otros pescados.(acumuladas de los que se han comido)








Digital
El digital funciona mediante un dispositivo que puede variar su resistencia eléctrica: Termistor, unos circuitos integrados que miden el voltaje y se transforma la información que reciben en un número que aparece en la pantalla.






Gas
El termómetro de gas funciona mediante gases, como su nombre indica. Los gases si aumentan la temperatura aumentan su volumen y hacen que el mercurio ascienda. Su funcionamiento es muy parecido al de los termómetros de mercurio, más complejo y no menos peligroso.







El último descubrimiento suyo que aparece en el libro es el de la constante de gravitación universal. Para ello dipuso dos pesos fijos y otros dos suspendidos desde un brazo, uno a cada lado (los pesos tienen que pesar mucho más que el brazo para ser más precisos en los cálculos). La densidad de los pesos es fundamental para que la masa sea mayor a una menor distancia. La atracción se mayor y las condiciones externas no influyen tanto.  Su diseño es algo así:


Cavendish cronometraba el tiempo que tardaba y el ángulo que había recorrido (se podía apuntar con una luz a un espejo anclado al brazo móvil). Cavendish tuvo que realizar estas medidas desde fuera de la sala porque al ser la gravedad universal y cada objeto ser afectado por todos los demás, su proximidad podía alterar los cálculos.
Hay que tener en cuenta para tomar las medidas el centro de gravedad de los pesos, que es el punto en el que se ejercen todas las fuerzas en ese objeto. Cuanto más alto esté el centro de gravedad con respecto a la base, más inestable será. Si el centro de gravedad está fuera de espacio comprendido por la base, el cuerpo caerá. Un ejemplo de ésto son las torres kio:


Su centro de gravedad está situado (suponiendo que el edificio tenga una densidad de los materiales igual en cada parte) en el cruce de la vertical con la horizontal del medio. Como sigue estando dentro de la base (si lo miras verticalmente) es estable y no se caerá, aunque al no estar centrado es más fácil que se derrumbe por factores externos.
Este fenómeno se puede demostrar con este vídeo:


En este vídeo el centro de gravedad está por debajo de la base, lo que hace practicamente imposible que se caiga.

Según el autor, Manuel Lozano Leyva, para el experimento, el material más fácil de conseguir y muy efectivo para el experimento es el plomo. También nos aconseja no utilizar hierro o acero. Pero... ¿Por qué?
El hierro y el acero tienen propiedades magnéticas y pueden interactuar con el magnetismo terrestre y el experimento acabaría más como una brújula. El magnetismo es un fenómeno por el cual los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros. Los materiales como el hierro, níquel y cobalto son especialmente sensibles, pero todos los materiales experimentan estas fuerzas aunque sea levemente.
Las unidades del SI son:
Tesla (T): unidad de campo magnético
Weber (Wb): unidad de flujo magnético
Amper (A): unidad de corriente eléctrica que genera campos magnéticos

miércoles, 22 de febrero de 2012

NEWTON. DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ DEL SOL.

En esta entrada resolveremos algunas cuestiones sobre el cuarto capítulo del libro De Arquímides a Einstein.

Newton tiene dos fechas de nacimiento, el 25 de diciembre de 1642 y 4 de enero de 1643. Esto se debe a que la primera es la fecha del calendario Juliano y la otra es la de nuestro calendario actual, el Gregoriano.

Newton con su frase:"Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre hombros de gigantes"quiere decir que los científicos, inventores... anteriores son los que le han proporcionado los conocimientos básicos para realizar sus descubrimientos.

Aristóteles fue un filósofo muy influyente en temas sobre la dinámica, cinemática, astronomía y cosmología. Sobre esta última tenía una visión peculiar, el Aristotelismo. Su mundo "Supralunar" consiste en que los planetas y el Sol están sujetos en esferas alrededor de la Tierra, los planetas "externos" están hechos de éter; y el sublunar, la naturaleza, al contrario que el anterior, es afectado por la casualidad y que todo tiene principio y fin.

El telescopio que usó Isaac es el reflector, que presenta una mejor calidad óptica y su fabricación es mucho más barata que el refractor de Galileo
La refracción es la variación de la trayectoria de un rayo de luz al cambiar de un cuerpo translúcido o transparente a otro.
La reflexión es el cambio de trayectoria de los rayos de luz al chocar con un cuerpo opaco.

Siguiendo el modelo de la refracción surge el arco iris: los rayos de luz inciden en las gotas de agua, que actúan como prismas y los rayos salen de la gota con una inclinación aproximada de 138º




o
.










domingo, 22 de enero de 2012

Experimentos Inercia

Las leyes de Newton son:
  1ª - Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.
  2ª - El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.
  3ª - Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.

En estos experimentos vamos a comprobar la primera Ley de Newton.


Experimento 1
Se coge un vaso, recipiente, tubo... (da igual el instrumento mientras tenga el borde redondo, una jarra, por ejemplo), se coge un objeto para poner encima del objeto cilíndrico (preferiblemente de base plana, pues se sujetará mejor. En este caso hemos puesto un recipiente para salsa) y se corta una tira de papel. El grosor de la tira influye en el experimento: si es muy ancha aumenta la superficie de fricción y aumenta el rozamiento, lo que hará que el recipiente se desplace más y viceversa. 

Procedimiento: Se coloca el borde de la tira de papel encima la jarra y sobre ello el recipiente. Se tira bruscamente de la hoja de papel y el recipiente se queda en el borde de la jarra.


Experimento 2
Para este experimento utilizaremos dos vasos, una tira de papel, dos monedas y un objeto alargado que permitirá aumentar la velocidad del golpe.

Procedimiento: Se colocan los vasos en un lugar elevado y con espacio en medio (para que el palo, regla... pueda pasar), se coloca la tira de papel sobre los vasos y las monedas encima, una en cada vaso. Con el objeto se realiza un golpe veloz al papel para que las monedas no se muevan.

variante 1
variante 2
Estos experimentos no han salido como estaba previsto, aunque nos han permitido hacer una interesante observación: aparte de que los vasos tenían un borde ligeramente redondeado y las monedas se caen con más facilidad; que si aplicas una fuerza menor a la del rozamiento, la moneda se desplaza con el papel, y si se aplica una fuerza mayor, el papel se desplaza más que la moneda (el desplazamiento de la moneda depende de la fuerza con la que se tire del papel y del tiempo que se tarde en llegar hasta ella, cuanto menos se tarde, menos se desplazará la moneda).
A demás hemos advertido que las monedas se han caído siempre hacia el vaso. para averiguar el porqué hemos probado a girar la moneda hacia dentro y hacia fuera y porque está colocado en una zona curva, siempre es más probable que caiga hacia el centro.


Experimento 3
Esta vez utilizaremos sólo un recipiente, para que toda la fuerza se aplique a ese tramo de papel (en el experimento anterior, al ser con dos vasos, no se sujeta un extremo del papel por lo que hay que aplicar más fuerza para que la moneda no se caiga) y un instrumento más alargado (cuanto más largo sea mayor será la velocidad lineal es mayor: V-lineal = ω*r a mayor radio, mayor velocidad lineal) 

Procedimiento: Es el mismo procedimiento que en el anterior pero sólo con un recipiente y se sujeta la tira de papel con una mano mientra se da el golpe con la regla.

Este experimento ha sido un éxito y podemos reafirmar con el la primera ley de Newton: el objeto esta en reposo y la fuerza que lo haría moverse, el rozamiento, no ha sido aplicada (sí, pero mínimamente) por lo que continúa en reposo.



Después de este análisis de los resultados planteamos una hipótesis para éste tipo de experimentos:

  Para que un cuerpo no se mueva la fuerza aplicada (suponiendo que es instantánea y que no hay aceleración) ha de ser mayor que el coeficiente de rozamiento estático y que el dinámico equivalente a la distancia de papel

Vídeo coche-globo

Vamos a realizar un experimento con un coche propulsado por un globo:


El experimento constará de 4 parte:
-Fase de reposo: El globo ya está lleno pero lo sujetamos tapando el orificio de salida así que el coche no se mueve.
-Fase de aceleración: Soltamos el coche y comienza a salir el aire impulsando el coche.
-Fase inercial: El globo ya no tiene más aire y continúa moviéndose hasta que el rozamiento hace que se detenga finalmente.
-Fase de reposo final: El coche ya no se mueve porque no hay ninguna fuerza que produzca una aceleración en él.



Si el coche no sufriera ningún rozamiento, la fase inercial estaría correctamente nombrada pues el coche iría siempre a la misma velocidad y no alcanzaría nunca el reposo aunque sí el equilibrio


Este es el vídeo del experimento que mejor salió, pues el globo estaba centrado y lo habíamos sujetado bien para que no tuviera ningún escape de aire.


El coche llegó a una distancia de 4,6m


Este experimento lo realizamos en un terreno rugoso a ver cuales eran las diferencias


Se puede apreciar que al no ser el terreno tan liso como en el experimento anterior el rozamiento aumenta y por lo tanto el coche recorre menos distancia: 2,1m

Otro fenómeno que resulta curioso es ver la aceleración que sufre el coche cuando queda poco aire en el globo. Una hipótesis es que al haber echado todo el aire (dióxido de carbono en su mayoría puesto que llenamos el globo soplando) pesa menos y por lo tanto el rozamiento disminuye


Este es uno de los primeros vídeos

de fondo se puede oír la risa de un compañero ante nuestro fracaso

En el se puede observar que el coche tiende a girar a la izquierda. Esto puede ser por varios factores, que alguna de las ruedas del lado izquierda estén bloqueadas por algo o que el globo esté colocado de manera que se apoya en el lado izquierda aumentando el rozamiento.

lunes, 3 de octubre de 2011

Empuje

El empuje es igual al peso del volumen de fluido desalojado, si se desalojan 8,18 ml el empuje será de 8, 18 gramos

En el dinamómetro el peso desciende 0,08 N
Dado que F=m*G

0,08N=0,00818Kg*9,8m/s^2
0,08N=0,08Kg*m/s^2
(este último es 0,080164 sin redondear con las cifras significativas, por lo tanto el error es mínimo y puede haber sido ocasionado por la precisión de nuestros ojos con respecto al dinamómetro)

miércoles, 21 de septiembre de 2011

Que pesados....(Dinamómetro, balanza y calibre)

El dinamómetro: instrumento que sirve para medir fuerzas, es un medidor de newtons, mide la fuerza que ejerce un objeto sobre la Tierra. Consiste en un muelle calibrado de tal forma que da la medida correcta.
su rapidez es inmediata en comparación con los demas medidores.Es sensible ya que si la mueves, la medida del dinamómetro varía pero más tarde vuelve a la misma. Su exactitud es imprecisa por sus medidas que son pequeñas .



Sensibilidad: desplazamiento del marcador de medida.
Exactitud: mismo resultado con mismas medidas.
Rapidez: Cantidad de timepo que tarda el medidor en darte la medida.






Balanza: Es un aparato usado en la medición de pesos y masas.Su precisión se mide en gramos o en kilogramos en las básculas que pesan a personas. No es precisa, su rapidez es inmediata ya que te la da la medida a los pocos segundos.
Es muy sensible porque si tu te apollas en la balanza aunque sea un poco la medida varia.




Calibre: Es un intrumento de medida que nos permite medir con mucha precisión y exactitud las dimensiones de un cuerpo(objeto).Se suele medir en centimetros y ahora su precisión aunmenta cuando el calibre es electronico.  No tiene mucha rapidez ya que tienes que ajustarlo con mucha precisión a su longitud. No es sensible porque tu puedes mover el calibre lo que quieres y va a seguir manteniendo la longitud ya tenias anteriormente. Tambien se le llama pie de rey.


 Unidades que miden el peso:
  -Masa:Cantidad de materia de un cuepo(en el SI son los kg).
  -Volumen: Espacio que ocupa un cuerpo( en el  SI son los m3 )
  -Peso:La fuerza con la que la Tierra atrae un cuerpo( en el SI son los Newtons)
La magnitud fundamental es el peso y las magnitudes derivadas son la masa y el volumen.Debido a que la ecucion del peso es: P = M · G.

1 PROBLEMILLA
Vamos a calcular la masa de las 2 esferas para comprovar si coinciden con las balanzas electrónicas.
P = M · G
ESFERA GRIS
masa de la bola: 68,5g
Gavedad=9,8 m/s2
Masa(68.5g)·1kg/1000g= 0.0685kg
P=0.0685kg·9.8=0.68N
Masa=0.68/9.8= 0.694kg=69.4g
LA BALANZA NOS INDICABA QUE SU MASA ERA DE 68.5g Y NOSOTROS HEMOS CALCULADO QUE LA MASA DE LA ESFERA GRIS ES DE 69.4g.
P = M · G
ESFERA NEGRA
masa de la bola: 22,5g
Gavedad=9,8 m/s2
Masa(22.5g)·1kg/1000g= 0.0225kg
P=0.0225kg·9.8=0.2204N
Masa=0.2204/9.8= 0.2245kg=22.5g
LA BALANZA NOS INDICABA QUE SU MASA ERA DE 22.5g Y NOSOTROS HEMOS CALCULADO QUE LA MASA DE LA ESFERA GRIS ES DE 22.5g.
Esto nos indica que unas veces la balanza tiene mas precision que otras, su diferencia es minima asique podemos seguir diciendo que es precisa sabiendo que hay un margen de arror.
 2 PROBLEMILLA
Ahora vamos a calcular el volumen de las dos esferas a partir de sus diamtros.
Volumen de una esfera: 4/3π·r3
Esfera gris:
Diametro=2,52 Radio=1.26cm
Volumen=2.7πcm3=8.48cm3
Densidad=Masa/Volumen
Densidad=68.4/8.48cm3=8.06g/cm3
Esfera negra:
Diametro=2,51 Radio=1.255cm
Volumen=2.6πcm3=8.28cm3
Densidad=22.5g/8.28cm3=2.72g/cm3
La bola podria ser potasio sodio o aluminio lo mas lógico que sea es aluminio.