Atrapando un rayo laser dentro de un chorro de agua

Por lo general, al llegar un rayo de luz a una superficie de separación de dos medios( se puede propagar por el segundo), parte de la energía del incidente se refleja formando un nuevo rayo en el mismo medio con un mismo ángulo respecto a la normal. Otra parte se propaga por el segundo medio, formando un rayo refractado.

Sin embargo, si un rayo pasa de un medio de mayor índice de refracción a otro con menor índice de refracción (por ejemplo si pasa de agua a aire) y el rayo incidente supera un ángulo crítico, este quedo atrapado en el medio en el que se encontraba reflejándose totalmente, sin refractarse nada de energía.

Este ángulo crítico se puede hallar mediante la Ley de Snell, que crea una igualdad entre el ángulo de incidencia y el índice de refracción (velocidad de la luz en el medio) del primer medio y el ángulo de refracción y el índice del segundo medio. Este ángulo es el que hace que el rayo  refractado forme un ángulo de 90º respecto a la normal, así :

Øc= arcsen (n2/ n1)  En nuestro caso el ángulo crítico:

n1 = 1.3330 Agua
n2= 1.0002926 Aire

θc= arcsin(0,75040705) = 48,6256503º

De esta forma, al agujerear una botella dejando pasar un rayo láser por donde sale el agua, si el rayo incide con un ángulo igual o superior al ángulo crítico, este se reflejará totalmente siguiendo la trayectoria del agua.
Aplicando fluoresceína al agua hacemos que el haz de luz se haga visible, consiguiendo que el efecto se vea con más claridad.
Este fenómeno tiene muchas utilidades y  es el principio de la fibra óptica.

Imán casero

Por medio de materiales que son bastante comunes y de los que podemos disponer en casa, podemos crear un imán. Para ello, necesitaremos una pila de petaca, un tornillo, un cable y algún objeto metálico como un clip.

Empezamos enrollando el cable alrededor del tornillo, de forma que el cable quede lo más pegado posible al tornillo y que esté bien pegado entre sí. Se quita el recubrimiento de los extremos del cable y se ponen en contacto con los bornes de la pila. Si ambos extremos están tocando los dos bornes, se formará un circuito cerrado, haciendo que la electricidad pase y que aparezca un campo magnético, que es el responsable de que los clips sean atraídos.

Esto ocurre ya que al estar enrollado el cable a lo largo del tornillo, se forma un solenoide, comúnmente conocido como bobina, y al conducir la corriente de la pila por el cable, el campo magnético se concentra en el tornillo haciendo que obtengan las propiedades de un imán. 

Si se deja el cable conectado mucho tiempo a la pila, ésta empezará a calentarse debido al paso de la corriente. Esto sucede por el efecto Joule, el cual dice que al encontrarse las partículas de la corriente en movimiento y las del tornillo en estado de reposo, al chocar unas con otras se genera calor, que irá aumentando conforme pase el tiempo.

El supercooling

El agua normalmente está en estado líquido a temperatura ambiente porque las moléculas de esta fluyen entre sí vibrando. Cuando una sustancia se vuelve sólida sus moléculas están más o menos fijadas en una posición, siguen vibrando pero no fluyen entre sí como cuando la sustancia es líquida.

Lo que hacemos con el supercooling es llevar agua destilada a una temperatura menor a 0 grados centígrados que es donde se deberían empezar a formar los cristales de hielo, pero en cambio no lo hace ya que al ser agua pura es muy difícil que se formen estos cristales sin tener ningún sitio donde apoyarse.

Si dejamos agua en este punto y acto seguido le añadimos un trozo de hielo o la agitamos conseguimos que se forme rápidamente hielo en todo el líquido ya que ha aparecido un sitio donde se puede formar.

Experimentando en clase con la luz: fotolumniscencia.

Con este experimento vamos a jugar con la fotoluminiscencia, ya que hemos encontrado en una papelería un rollo de papel con dicha propiedad.  Os lo enseño:

Parece un papel normal y corriente, pero...después de estar un rato en la habitación viendo el papel, apagamos la luz, bajamos  las persianas y... observamos lo que pasa:

Esto es lo que se conoce como fotoluminiscencia ¿ es o no es bonito el color verde que se obtiene? 

¿Y cuál es la explicación a este curioso fenómeno ? pues todo empieza cuando la luz   incide sobre la lámina de papel fotoluminiscente. Entonces los electrones que forman parte del papel absorben la energía de la luz  y "suben"  de nivel de energía (mirad la fig.1). Al apagar la luz, los electrones que han subido de nivel volverán a bajar, liberando en el proceso energía en forma de esa maravillosa luz verde.  

Un esquema (muy simplificado, pero válido para engendre el fenómeno)  lo tenemos como he dicho antes  en la (fig.1) que tenéis a continuación:

(fig.1). 

Como véis en el dibujo, para que la luz  haga que el papel se torne luminiscente debe tener suficiente energía para  hacer "saltar" a los electrones al siguiente nivel. Como la energía de los fotones de  luz depende de su color (longitud de onda / frecuencia) solamente algunos colores (como el violeta, azul o el verde claro) conseguirán fotoiluminar el papel. Vamos, que ya puede tener watios la lámpara de luz con que iluminamos el papel , que como sea roja, no vais a conseguir que el papel se ilumine ni a la de tres...ni con un láser superpotente...pero como sea violeta, vais a conseguir este  efecto fantástico con una simple linterna o con la luz de cualquier móvil.

Para comprobarlo, he iluminado una zona de la cinta de papel con luces de diferentes colores, entre ellos el  violeta, y el rojo. ¿Cómo lo he hecho? pues con una aplicación de móvil, que me ofrece luz del color que quiera. Podéis ver las fotos a continuación. Hay muchas apps que hacen esto, podéis buscar alguna vosotros mismos si os interesa. 

A continuación, cojo el móvil y lo apoyo sobre el papel (por el lado de la pantalla, claro)  como véis en la fotografía:

Si uso luz violeta, el resultado del experimento es este:

Y si uso luz roja, el resultado es el siguiente (como véis, no se "ilumina" el material, al no tener la luz roja suficiente energía):

Con este papel se pueden hacer muchas más cosas, como escribir letras "luminosas" con una linterna, o "impresionar" fotos del móvil.   

Por último os diremos que este fenómeno  es PURAMENTE CUÁNTICO, no se puede explicar de ninguna manera siguiendo las leyes clásicas de la Física. ¿cómo explicar  que los electrones suben de nivel dependiendo del color de la luz, y no de la potencia de la bombilla que emite luz sobre el papel? 

¡Esperamos que os haga pensar y que os haya gustado!

Resonancia con copas de vidrio

Con este sencillo experimento vamos a conseguir mover una sustancia, en este caso unos granos de café molido, por resonancia.

El experimento es muy sencillo; frotaremos el borde de una copa para que ésta vibre y emita un sonido. Este sonido tendrá una frecuencia que coincide con la otra copa, lo que provocará que esta segunda copa vibre por resonancia.

La segunda copa entra en resonancia con la primera y provoca que el papel se mueva, por lo tanto, se forma una onda estacionaria.

Pero, ¿porqué adopta los granos de café una forma tan peculiar? Los granos de café, que antes se encontraban dispersos sin ninguna forma característica, comenzarán a acumularse en zonas concretas de nuestro papel. Esto se debe a que las ondas estacionarias tienen unas zonas donde la vibración es máxima, llamadas vientres, y zonas que, por el contrario, la vibración es mínima o nula, llamadas nodos. Los granos de café tenderán a acumularse en las zonas de menor vibración (nodos), creando la forma que vemos.

Las formas que adopten los granos de café dependerán pues de donde se encuentren los nodos de la onda estacionaria, es decir, de la frecuencia que tenga la onda. Para variar la forma que adopte, tendremos que cambiar las zonas donde se acumulen los granos, las zonas de mínima vibración (nodos). La frecuencia que tenga la onda dependerá de la cantidad de agua que contenga la copa que hacemos vibrar.

Práctica RLC en la Universidad de Zaragoza

Un año más, los alumnos de la clase de Electrotecnia del Colegio Cardenal Xavierre han tenido el gran privilegio de hacer una práctica en el Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones de la Facultad de Ciencias. Es una práctica de mucho nivel, que a nuestros alumnos les va a ser de gran ayuda  cuando lleguen a la Universidad el año que viene. 

Muchas gracias desde aquí a José Barquillas, profesor titular de la Universidad, que cada año nos brinda la oportunidad invirtiendo muchas horas de su tiempo, con toda la ilusión.

También quería agradecer la asistencia a Javier Cebollada, que nos ha hecho unas fotos sensacionales. ¡Ha sido muy difícil elegir cuáles incluir en el post!
Y muy especialmente quería agradecer a los alumnos su interés y el esfuerzo realizado.

Vista parcial del laboratorio del  Dpto. de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones. Osciloscopios digitales, generadores de funciones, placas de montaje...todo lo necesario para trabajar en serio

Atendiendo a las explicaciones prácticas del profesor Barquillas

David y Héctor montando un circuito

Hay tiempo para compartir experiencias!

Sisí y David Santiago, totalmente concentrados en la placa y en la explicación del profe

Miguel y Daniel discutiendo el guión de la práctica.

La pantalla del osciloscopio debía ser muy interesante, a juzgar por las caras de Fran, Javier y Jorge.

En pleno proceso de medida, con el osciloscopio trabajando a tope

¡Osciloscopios de última generación para nuestros chavales!

Javier y Raimundo haciendo cálculos.

David Santiago y Sisí   visualizando una señal.

Funcionamiento de un timbre por inducción electromagnética

Poco antes de las vacaciones de Navidad, Francisco nos terminó de explicar la Inducción en la clase de Física, por lo que nos hizo una pequeña demostración de cómo era posible hacer, con los conocimientos que teníamos, un sencillo timbre.

Cualquier persona con cierta idea sobre el tema podría recrearlo en casa porque... ¡fue posible hacerlo utilizando simplemente cosas que teníamos en clase!

Aquí está el video de la experiencia con su correspondiente explicación:

Cálculo de la aceleración de la gravedad con un péndulo simple

¡Hola a todos! Somos alumnos de Física de 2º de Bachillerato y, aprovechando los conocimientos adquiridos en clase sobre la dinámica en el movimiento armónico simple (MAS), hemos hecho este vídeo en el que explicamos como calcular la aceleración de la gravedad con un péndulo simple. En él, mezclamos teoría y práctica. ¡Esperamos que os guste y que os anime a intentarlo!

Chispazo Electrostático

He realizado una experiencia con la ayuda de una superficie de plástico, un forro de piel animal, un electróforo (para transferir cargas) y  una botella de Leyden (para almacenar las cargas eléctricas que proporciona el electróforo). Es decir, que no he usado pilas de ningún tipo, solamente con un "poquillo" de electricidad estática que se forma al frotar la superficie plástica con el forro de piel...

Todos los  objetos están en nuestro  laboratorio,  pero también se pueden hacer fácilmente en casa.

Al acercar un alfiler a la botella de  Leyden cargada , se produce la descarga que veis en la foto a continuación. No parece gran cosa,  pero son más de 1000V ¡no está mal! Reto a mis  alumnos a hacer un "chispazo" de mayor longitud. ¡A más longitud, mas nota!

Experiencia realizada en clase, Colegio Cardenal Xavierre (Zaragoza)

Problema de PAU de los difíciles

Os he resuelto un problema de PAU de Junio 2007, opción A. Es de un protón que entra en el campo creado por una placa. Espero que os ayude  ;)

Experimentando con el peso aparente en un ascensor

¡Hola! Somos alumnos de 2º de Bachillerato de Física y os traemos un curioso experimento sobre el peso aparente en un ascensor.

Un día en clase, nuestro profesor nos planteó la siguiente incógnita: si una persona se ata una báscula a los pies y pega un salto, ¿como variará nuestro peso medido por dicha báscula?

Resulta que nosotros ya habíamos realizado el experimento previamente y habíamos creado un vídeo para explicarlo mejor. Aquí lo tenéis.

  

Como las variaciones de peso ocurren muy rápidas, aquí os dejamos también las imágenes congeladas de los máximos y mínimos de peso registrados por la báscula.

El peso que marca la báscula antes de poner en marcha el ascensor es de 54 Kg.

Cuando acelera para ir hacia arriba, el peso aumenta hasta los 63 kg:

Cuando, al llegar al piso 12, el ascensor decelera para detenerse, el peso disminuye hasta los 5 kg:

Cuando acelera (aceleración negativa) para comenzar a bajar, el peso aparente disminuye hasta los 30 kg:

Finalmente, cuando el ascensor llega a bajo de nuevo, decelera (aceleración negativa) , el peso aparente aumenta hasta los 76 kg:

También os mostramos el informe del experimento, que os ayudará a comprenderlo mejor.

Ha sido una experiencia muy interesante, sencilla y positiva.

Primer Premio en el Concurso Internacional "Improving Learning Scenarios"

El Colegio Cardenal Xavierre de Zaragoza ha ganado el concurso internacional Improving Learning Scenarios del proyecto  Inspiring Science Education, gracias a este blog.

Os adjunto  la entrevista al satisfecho profe de Física del colegio   tras obtener el primer premio, que  incluye un viaje  al prestigioso acelerador de partículas del CERN, situado en Suiza:

Entrevista

Dicho premio es uno más entre los muchos que está ganando el Colegio Cardenal Xavierre en los últimos años, lo cual es motivo de satisfacción para todos los que formamos parte de esta comunidad.

Experimentando con el vacío

En esta ocasión Laura ha hecho varios experimentos relacionados con el vacío. En primer lugar consiguió una bomba de vacío con la que extrajo el aire de un bote de cristal, y lo usó para hacer  varias experiencias:

La primera  es curiosa y se ve cómo se "inflan" unos globos conforme se hace el vacío.

Otro experimento interesante, y relacionado con lo visto en clase, es lo que le pasa a un móvil cuando lo ponemos dentro del bote en vacío: al no haber aire dentro no hay sonido, ya que el sonido es una onda mecánica  y necesita aire para propagarse (igual que por ejemplo una ola marina necesita agua para desplazarse).

Y también ha hecho un experimento, al margen de los anteriores,  con una llama en combustión, comprobando lo que le ocurre en ausencia de oxígeno.

En fin, que ha hecho un poco de todo y que el resultado final ha merecido la pena. Buen trabajo!

Pinchad  aquí para ver el vídeo

Otra vez la luz

La luz. Está ahí y no pensamos demasiado en ella, y lo cierto es que está llena de misterios y cosas sorprendentes. Hace unos días en clase estudiamos la luz de una bombilla de bajo consumo, y pudimos descomponer la luz de la misma en sus componentes fundamentales, las líneas espectrales, que como saben los estudiantes de segundo de bachillerato nos dan mucha información del material que emite esa luz.  En directo y con el ocular se observó perfectamente.

Hicimos una foto como pudimos, quitando el ocular del aparato de medida, sin luz y acercando  un móvil...pero aquí está el resultado:

Líneas rojas, naranjas, azules, violetas, distribuidas a unas distancias que se puede explicar únicamente con conceptos de Física Cuántica. Comparadlo ahora con el espectro solar:

¿véis que no tienen  nada que ver? ¿queréis conocer la razón? ¡Pues a estudiar Física en segundo de bachillerato!

Antes de cerrar esta entrada, quiero deciros que, gracias al estudio de la luz,   hemos aprendido cosas que se creía  imposible llegar  a saber: así, gracias a los espectros conocemos la composición y temperatura de las estrellas sin ir hasta ellas, y sin necesidad de ponerles un "termómetro". También hemos aprendido que las galaxias se alejan unas de otras y que el Universo se expande...y todo ello sin movernos de la silla!

Haciendo un arco iris

El otro día en clase estábamos hablando de por qué el cielo es azul y las nubes blancas. Y de los arcos iris especialmente: todo el mundo ha visto alguno, pero ¡qué poco se sabe de ellos! 

Mucha Física detrás, como saben los alumnos de segundo de Bachillerato, que hasta calcularon el ángulo al que se forman los mismos ¡entre los 40 y los 42  grados exactamente respecto  a la dirección de los rayos del Sol!

Para comprobarlo, nos bajamos a la Plaza San Francisco durante la clase. El día no era especialmente bueno debido al aire, pero ¡voilà! por arte de magia hicimos un arco iris. 

Y donde tenía  que estar: a 42º respecto a la dirección de los rayos de sol. La Física es que no falla...

Tube Wars - Experimentando con armónicos

STAR WARS - TUBE WARS

Buenas!

Somos alumnos de 2º de Bachillerato de Física y os vamos a hablar sobre las frecuencias en tubos armónicos.

Cuando nuestro profesor de física nos hizo un sonido a través de un tubo se nos ocurrió la idea de representar una canción a través de tubos, de forma que grabaríamos los sonidos por separado y luego los juntaríamos todos en un vídeo.
Para ello, aplicaríamos la teoría estudiada en clase y estaríamos haciendo experimentalmente FÍSICA.

En un primer momento nuestro trabajo consistió en un trabajo de investigación, repasando bien todas las fórmulas y hallando a través de las notas de un piano y una afinador para el iPad las frecuencias necesarias para cada nota.

Cuando llegó el día de hacer el experimento la primera labor era buscar una obra, donde encontrásemos unos tubos de electricidad o similares con los que poder hacer sonidos, tras recorrer la ciudad en busca de una obra finalmente encontramos un contenedor dónde estaba lo que buscábamos.
El siguiente paso fue aplicar las fórmulas vistas en clase, de forma que obtuvimos las longitudes necesarias de los tubos para las frecuencias de las notas que buscábamos. Este paso fue muy importante y además nos ayudó a descubrir las imprecisiones de las fórmulas, ya que en todos los tubos tuvimos que reducir la longitud para obtener las frecuencias deseadas, que comprobábamos con el afinador del iPad.

Una vez calculadas todas las frecuencias en cada tubo con las notas de la canción que íbamos representar grabamos cada sonido por separado y finalmente a través del ordenador los juntamos, obteniendo este resultado:

Fue una experiencia muy buena, y nos ayudó mucho a entender los armónicos y las posibilidades que ofrecen.

"The Big Bang Theory" and the Doppler Effect.

Yesterday I discovered a chapter of "The Big Bang Theory" absolutely awesome. Real Fun!

In this episode,  Sheldom Cooper is disguised as a "Doppler Effect", a very well-known effect in Physics.  It has to do with some original features of waves, such as sound or light: it is the change in frequency of a wave for an observer moving relative to its source.

I will try to give you a simple example: 

Think about a train coming in our direction: the sound we hear  is more piercing than usual (we say the wavelength is getting shorter). But once the train passes us and starts moving away, the sound we hear gets  deeper (and then we say the wavelength is getting longer).  This simple experience is what we physicists label  as a "Doppler Effect". And it is surprisingly useful, since for example you can prove the expansion of the Universe with it...

If you haven´t heard about it before this post, perhaps now you  can enjoy this:

In English

En español

That is all, just have fun!

How many dimensions are there in our Universe?

                                 
When we think about an object, we are talking about  how long, wide and high it is.
 In Mathematics we would say that  three dimensions are required to describe it. (3D). Furthermore, if we consider time as an additional dimension, then it would be easy to   admit   that we are living  in a 4D Universe.

Everything had seemed quite logical and made sense...at least until some physicists started to work very hard  on  an incredibly complex theory, known as String Theory. This principle tries to explain our Universe as it is, and it  must be said  that with much success. But in case this Theory is on the money, then...ok, it is weird...but our Universe should be 11 dimensional  (!!!!!!)
11-D?  but we can for sure  "feel" just  four dimensions, can´t we? where are the  other  ones? how can we figure out what it is like  to live in such a Universe?
I will do my best  to throw some light on this craziness: try to think of a civilization living in a Flatworld,  a very far away place  in which everything is plain, so things and life forms are wide / long but  they are not endowed with any height at all. what would happen in case we got to Flatworld? How would  their inhabitants see us?  and how would we see them? In the following clip Dr. Quantum sets out  such a peculiar world. Real Fun!

After watching the clip, please give this some thought: maybe we are living in our familiar 4 dimension  world, without noticing  the 11 dimension beings around  us;  and may be some of them   can see  us but we just can´t detect them ... does it make any sense?

Next clip (below)  Carl Sagan explains  in a very  simple way a  world beyond three dimensions:

And that is it. I hope you will find it interesting , and perhaps you change your mind (a little bit?)  about  what "reality" means.

PS: There is not a definitive proof for  String Theory, so maybe this is all just a weird theory...or maybe not?

¿Qué caerá antes al suelo, una pluma o un martillo?

  Esta es la pregunta que se hacía Galileo a principios del s.XVII, y llegó a la sorprendente conclusión  de que, si se lanzan simultáneamente una pluma y un martillo desde una misma altura y al mismo tiempo, ambas deberán caer al suelo a la vez. Y que si esto no ocurría exactamente era por efecto de la atmósfera terrestre, que producía un rozamiento que afectaba de manera diferente al martillo y a la pluma. Por lo tanto, un experimento que a Galileo le hubiera gustado seguramente  muchísimo hacer es el de hacer caer una pluma y un martillo pero QUITANDO LA ATMÓSFERA. Aunque claro,  no pudo hacerlo ¡una lástima!

Hoy en día sabemos que Galileo tenía razón. En notación moderna (si por "moderno" aceptamos mediados del s. XVII)   diremos que la fuerza o peso P  con que la tierra atrae a un cuerpo de masa m es:

                                 P = m x g

y que por tanto todos los cuerpos, independientemente de la masa, están sometidos a la misma aceleración g=9,8 m/s2. Y al estar sometidos a la misma aceleración, deberán caer al mismo tiempo.

Lo cierto es que si preguntas a un estudiante en pleno s.XXI qué caería antes, seguramente diría que el martillo, por lo que llevamos 4 siglos sin asimilar el concepto...

Volviendo a Galileo,  lo cierto es que en la Luna no hay atmósfera prácticamente, así que seguramente al genial científico  hubiera dado mucho por poder ir a nuestro satélite y hacer su famoso experimento,  y eso es exactamente lo que hizo el  astronauta David Scott en el transcurso de su misión en la Luna (Apolo XV), en el año 1971, a modo de homenaje a Galileo.

Creo que este vídeo debería ser obligatorio en cualquier sitio en el que se enseñe gravitación, por favor no os lo perdáis porque es una joya de la historia de la Ciencia. Que lo disfrutéis!!!

Maravillas de la luz, en Dominicos

En este post hablaré de dos características muy especiales de la luz:

1) ¿Es la luz una onda o está hecha de partículas? 

La respuesta es sorprendente, ya que es ambas cosas a la vez: en algunos experimentos se comportará como una onda, y en otros experimentos se comportara como un haz de partículas. 

                                         ¿¿¿¿¿?????  

Lo sé, parece imposible...pero es así. En la primera parte del vídeo haremos un experimento en el cual  la luz demostrará comportarse como  una onda, porque produce lo que se llama una "figura de difracción" que sólo es explicable con ondas ¡como bien saben los alumnos de Física de 2º Bachillerato del Xavierre!

2) Principio de incertidumbre de Heisemberg


Es uno de los principios fundamentales de la Física Cuántica (que explica el funcionamiento del mundo de lo muy pequeño, como los átomos, electrones, luz...) , y dice algo absolutamente fuera de nuestra intuición...intentaré poner un ejemplo para que se entienda: Supongamos que tenemos una bola de billar y la metemos en el triángulo que tiente la mesa, ese que sirve para ordenar las bolas antes de empezar la partida. Pues bien, si la bola de billar se comportara como los átomos del sorprendente mundo cuántico, empezaría a moverse a unos 4 metros por segundo. Y si el triángulo fuera más pequeño, más rápido se movería. Parece absurdo, ¿no? ¿cómo puede saber una bola de billar que la metemos en un triángulo para moverse? ¿y por qué cuanto más pequeño es el triángulo, más corre la bola de billar?
Pues bien, afortunadamente las cosas no van a sí en el mundo de las cosas grandes....pero sí en el mundo cuántico de las cosas pequeñas. En clase de Física enseño cada año que un electrón se mueve, por el mero  hecho de "meterlo" en una caja que llamamos átomo, ¡a 100000 Kilómetros por segundo!
Este principio de incertidumbre parece imposible de aceptar...pero en el colegio este año no solo lo hemos explicado...¡sino que lo hemos demostrado con un experimento! la verdad que disfruté montándolo, viéndolo y especialmente compartiéndolo con mis chicos. No creo que haya mucha gente que haya visto algo así, y menos en un cole. ¡a disfrutarlo!