sábado, 21 de mayo de 2016

Millikan

La hipótesis de Symmer dice que dos fluidos (tenues) uno positivo o vítreo y el otro negativo o resinoso, con propiedades totalmente diferentes, se neutralizan al combinarse.
Con vítreo y resinoso se refería a cuando una varilla se carga eléctricamente positiva tras haberla frotado con una tela de seda, y al frotar una barra de lacre o un trozo da ámbar con una tela de lana, se obtenía una carga negativa. A estos fenómenos le llamaba electrón, a lo que se le llamó posteriormente "electricidad" cuyo significado es "ámbar amarillo".

Esta hipótesis la podemos llevar acabo con diferentes experimentos, como el que enseñamos a continuación, y a parte hay otros experimentos como: si inflas un globo y te lo frotas contra el pelo durante unos segundos, se ve que el pelo es atraído por el globo y también cuando lo acercas a un grifo, el agua se desvía hacia el globo.



Un tubo de descarga funciona con un cátodo, un diafragma agujereado, una placa y un ánodo. El cátodo es el electrodo negativo, envía un chorro de rayos X a través de diafragma agujereado y este es proyectado en una placa en la cual va a estar el ánodo (electrón positivo), por lo que se atraeraá ya que dos cargas de signo opuesto se atraen y dos del mismo se repelen.

Para que se desviaran los rayos catódicos, Thomsom puso dos placas, una positiva y otra negativa, para intentar comprobar si los rayos se desviaban hacia la positiva. Al final puso dos potentes imanes en el interior, uno en la parte superior y el otro en la inferior con carga diferente. Y por último, el chorro de rayos X se desvió hacia arriba ya que era repelido por el imán negativo.

Los gases apenas transmiten la electricidad, pero su conductividad aumenta a medida que disminuye su presión. Por ejemplo, cuando se baja la presión hasta unos 10 mmHg, aparecen descargas disruptivas muy tenues que aumentan si se disminuye el gas interior. A unos 5 mmHg, las descargas llenan el tubo adquiriendo una luminosidad cuyo color depende del gas que contenga (violeta con aire, rojo anaranjado con neón, etc). Cuando la presión baja aún más, hasta décimas de mmHg, aparecen franjas oscuras entre el cátodo y el ánodo, entorno a los cuales surgen luminosidades azuladas. Cuando se coloca un un obstáculo entre el cátodo y el ánodo, la sombra es proyectada en el ánodo, por lo que podemos deducir que los rayos catódicos van desde el cátodo hacia el ánodo.

Resultado de imagen de tubo de descarga

El modelo de Thomson (Thomson fue su descubridor) se caracterizaba por ser el primero que representó el átomo como una gran esfera eléctrica positiva, en la cual se distribuían los electrones como pequeñas esferas situadas uniformemente.

Se basa en que los electones estan distribuidos alrededor de una nube con carga positiva. Con este modelo el átomo era neutro y así si los electones (carga negativa) fueran atraidos por el nucleo ( carga positiva ). Cuando Thomsom elaboró esta teoría todavía no se había descubierto ni los protones ni los neutrones.

El modelo de Thomsom fue válido durante unos años, porque 14 años después Rutherford descubrió que el átomo tenía núcleo y que los electrones giraban alrededor de él en una órbita y se propuso otro modelo de representación.

Resultado de imagen de thomsonResultado de imagen de thomson modelo atomico

Albert Michelson realizó un experimento que le hizo muy famoso, este consistía en medir la velocidad a la que se movía la Tierra con respecto al éter. Tras realizar este experimento se dio cuenta de que el éter no existía, y de que todas sus ideas estaban equivocadas. Esta fue la primera prueba contra la teoría del éter, y sirvió de base a la formulación de la teoría de la relatividad espacial de Einstein.

Cremos que el éter (del cual antiguamente se pensaba que era una sustancia extremadamente ligera que se creía que ocupaba todos los espacios vacíos, como un fluido) actualmente no es del todo viable ya que, aunque no se niega su existencia, no hay suficientes estudios acerca de él.


Resultado de imagen de Albert MichelsonResultado de imagen de albert michelson experimento

Según el modelo de Bohr, los rayos X aportan a los electrones una carga energética que hace que se cambien a órbitas superiores para compensar el equilibrio que tiene que haber entre la órbita ocupada por el electrón y la adicional carga electromagnética (otorgada por los rayos X), y es por esto por lo que los rayos X ionizan las gotas de aceite.


El experimento de Millikan consiste en introducir en un elemento gaseoso, gotas de aceite de un radio del orden de un micrómetro. Estas gotitas caen lentamente, con un movimiento uniforme, con su peso compensado por la viscosidad del medio. A esa gota mientras bajaba se la irradiaba con rayos X para ionizarla negativamente. Cuando llegaba, atraída por la gravedad, a la segunda estancia se activaban los campos eléctricos que la hacían encontrar durante unos instantes el equilibrio y, después, volver a subir. Durante este proceso Millikan pesó el electrón: e = 1,602 × 10-19 culombios.

Resultado de imagen de experimento millikan

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones a través de los rayos X. Por ejemplo, en las calculadoras un haz de luz incide sobre la chapa metálica, le absorbe los electrones y estos giran en un circuito electrónico. Hoy en día se puede ver en muchos objetos y lugares, como en las energías renovables (la energía solar utiliza este sistema de absorción de electrones para conseguir energía que además es acumulable y renovable). Albert Einstein recibió el premio Nobel por este descubrimiento y aunque Millikan trató de demostrar que los cálculos eran incorrectos durante 10 años, su última conclusión fue que eran del todo ciertos.

Resultado de imagen de efecto fotoeléctrico

Creemos que es interesante que los científicos pasen algunos años en otros centros de investigación distintos a los que se formaron porque hay veces que las personas que no conocen algo pueden llegar a corregir errores.

Es recomendable leer libro de divulgación científica porque te enteras de nuevas investigaciones y te pones en contacto con otros científicos.

Este es nuestro modelo atómico, como el de Bohr:


viernes, 18 de marzo de 2016

Cavendish

Cavendish perteneció, como muchos otros grandes científicos, a la Royal Society es una de las asociaciones científicas más antiguas con más de 350 años de historia y con sede en Londres. Sus orígenes se remontan a 1640 cuando era una reunión de pensadores en la que se compartían ideas y opiniones, no fue hasta 20 años después que el arquitecto Christopher Wren, que se acordó la fundación de una sociedad para promover el saber experimental físico-matemático.


Los científicos más ilustres que han pasado por sus salas son: Isaac Newton, Charles Darwin, Benjamin Franklin, Albert Einstein, Stephen Hawking y Henry Cavendish, al que le dedicaremos esta entrada de nuestro blog.

Cavendish midió la composición química del aire, hemos hecho el siguiente gráfico con los distintos porcentajes de cada elemento:



Comparando los datos actuales (los del gráfico) con los que consiguió Cavendish nos hemos dado cuenta que el científico los midió con gran exactitud: él midió el nitrógeno y el argón juntos (a lo que llamó aire flogistizado) y observó que eran el 79, 167%, por lo que erró en menos del 1%; el resto de los gases (a lo que llamó aire desflogistizado) le dió del 20,833% errando en menos del 1%.

Antes se pensaba que el aire estaba formado por el flogisto, una sustancia invisible que existía en todas las cosas materiales y que explicaba su combustión antes de que se descubriese el oxígeno.

Cavendish hizo numerosos descubrimientos de química como las propiedades del hidrógeno: al ser un no metal, es un mal conductor de la electricidad y del calor, en la naturaleza se encuentra en estado gaseoso, ya que su punto de ebullición es de -252ºC. Se suele utilizar para procesar combustibles fósiles, para producir el amoniaco que se encuentra en los productos de limpieza, en la producción de ácido clorhídrico y el tritio, isótopo radiactivo de hidrógeno, se utiliza en las reacciones nucleares.

El agua es uno de las moléculas más habituales, compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. sus propiedades fundamentales son: su punto de fusión es de 0ºC y el de ebullición, de 100ºC; es el único elemento que se expande al congelarse, por lo que la densidad del hielo es menor que la del agua líquida, permitiendo la vida en muchos lagos y mares helados. Su capacidad calorífica es superior que la de cualquier líquido o sólido, siendo un muy buen regulador del calor, cosa imprescindible para los seres vivos de sangre fría.

El calor específico (c) de una sustancia es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que dar a la unidad de masa (1kg) de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (suele depender de la temperatura inicial).

Cavendish hizo numerosos descubrimientos, de los cuales algunos no se le atribuyeron a él, como la Ley de Coulomb que dice que 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 separan 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. La constante de proporcionalidad depende del medio.
En comparación con la LGU, esta última se refiere a la gravedad y la Ley Coulomb a el electromagnetismo. Además, la LGU es universal, ya que se cumple independientemente del medio, mientras que la Ley de Coulomb, cambia según el medio. Además, mientras la primera dice que los cuerpos siempre se atraen, la segunda depende de los signos de la carga. Ambas van en dirección radial (de centro a centro).

Un condensador eléctrico es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.


El termómetro es un invento relativamente reciente y sirve para medir temperaturas. Se utilizan líquidos que se contraen  al enfriarse y se expanden al calentarse. Contienen un pequeño depósito con el líquido, conectado a un tubo muy fino por el que se puede elevar la sustancia. Cuando aumenta la temperatura, el líquido coloreado se dilata y sube por el interior del tubo. Hay diferentes escalas termométricas: Celsius (basada en la temperatura del agua), Farenhait y Kelvin (basada en el cero absoluto), siendo la última la utilizada en el Sistema Internacional de Unidades.

El centro de gravedad de un punto es el punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo, de tal forma que en el momento respecto a cualquier punto de esta resultante aplicada en el centro de gravedad es el mismo que el producido por los pesos de todas las masas materiales que constituyen dicho cuerpo. Hemos realizado la siguiente experiencia sobre el centro de gravedad:



El experimento que llevó a cabo Cavendish para determinar la constante de gravitación universal implicó una balanza torsión y dos bolas con 25 kg de masa, así, mediante un espejo colocado en el centro y un rayo de luz que se reflejaba en él, pudo determinar la torsión del cable cuando los extremos se veían atraídos por las dos masas exteriores. Cavendish no podía estar en la misma habitación, ya que su masa interferiría en el experimento.


No era buena idea utilizar materiales como el hierro o el acero, ya que son materiales muy magnéticos y el magnetismo terrestre interferiría en los datos obtenidos. El magnetismo es un fenómeno físico por el cuál los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Evitaría utilizar en la experiencia otros materiales como el níquel, cobalto y sus aleaciones (imanes).

sábado, 12 de marzo de 2016

Isaac Newton

Isaac Newton tiene dos fechas de nacimiento (1642 y 1643), esto se debe a que pertenecen a distintos calendarios, el juliano y  gregoriano respectivamente.

Cuando Newton dijo "Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes", se refería a que había llegado tan lejos en sus investigaciones gracias a que otros científicos, como Descartes o Galileo, que le precedieron, le habían allanado el camino de la ciencia.
Sin embargo, esta frase no es original de Newton, ya que, como él mismo escribió, Bernardo de Chartres la dijo primero.

La visión aristotélica del universo era que este estaba divido en dos mundos, el celestial, perfecto e incorruptible, y el terrestre, defectuoso. Aristóteles creía en el geocentrismo, en el cuál, la Tierra está inmóvil en el centro del Universo y el Sol y los demás astros, giran a su alrededor.

El siguiente esquema presenta los científicos más importantes de la época de Newton:


Newton mejoró infinitamente el telescopio de Galileo, ya que utilizó otra técnica que consistía en reflejar la luz entrante en un espejo reflector, aumentando la imagen; este telescopio permitía más en el mismo tamaño, ya que no utilizaba lentes de aumento; además eliminaba la aberración cromática, por lo que la imagen ampliada se veía con más nitidez.

La reflexión y la refracción son dos fenómenos relacionados con la luz; el primero, consiste en que la luz, al chocar contra un cuerpo, rebota con el mismo ángulo con el que la luz ha incidido:

La  refracción se produce por el cambio de velocidad que la luz sufre cuando cambia de medio:

Como consecuencia de este fenómeno, las imágenes se ven desplazadas al pasar a otro medio.

Hemos tratado de simular el experimento que hizo Newton para descomponer la luz. En vez de usar un prisma hemos utilizado una copa de cristal transparente llena de agua y hemos hecho pasar la luz del sol. Esta es la descomposición de luz que hemos obtenido:


El arco iris que nos ha salido es más bien difuso, ya que la pared estaba a muy poca distancia de la copa. Como se puede observar en la fotografía, el arco iris está invertido, debido a que la luz luz se ha reflejado en el borde de la copa.
El arco iris se forma cuando la luz blanca, mezcla de todos los colores, se descompone al atravesar otro medio, ya que cambia su velocidad. La disposición de los colores viene dada por el ángulo con el que se reflejan. El arco secundario se forma al producirse una doble refracción de la luz del sol, el arco es de 51º de radio; en este arco iris los colores se organizan de forma contraria al primario (lo que hemos obtenido en nuestro experimento).
Fuente

Todos hemos podido observar que cuando llueve y hace sol al mismo tiempo, en el horizonte se forman dos arcos que contienen toda la gamo cromática; el superior, también llamado secundario, es más tenue que el inferior o primario.

El momento lineal es la cantidad de movimiento, es una magnitud fundamental en física de carácter vectorial. Se describe como el producto de la masa por la velocidad: p = m · v. La fuerza que actúa sobre un cuerpo se puede definir como el cambio del momento lineal: F = (d/dt) ·p. Vamos ha intentar describir las tres leyes de Newton con esta magnitud:

  1. Principio de inercia: si no hay incremento de momento lineal, d/dt = 0, por lo que la fuerza resultante es igual a 0 y el cuerpo mantiene su estado cinemático.
  2. Principio fundamental de la dinámica: si hay incremento de momento lineal, d/dt ≠ 0, por lo que el cuerpo sufrirá una fuerza que hará que cambie su estado cinemático.
  3. Principio de acción y reacción: si se aplica la segunda ley a cada cuerpo cada sufrirá la misma fuerza.
Ley de Gravitación Universal: La fuerza que sufren dos cuerpos es proporcional al producto de las masas de los dos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros. La dirección es radial, de centro a centro.

Resultado de imagen de lgu formula fisica


Esta fuerza cumple la ley de acción y reacción, ya que ambos la sufren simultáneamente pero en sentido contrario. Es universal, ya que se da independientemente del medio en el que se encuentre.

La fuerza centrífuga que sufren los cuerpos impide que la Luna caiga sobre la Tierra. Esto es posible debido a la velocidad inicial de la Luna, ya que cuando la aceleración de la gravedad curva su trayectoria, esta es mayor que la Tierra. La fuerza centrífuga es la reacción de la fuerza de atracción (centrípeta). La velocidad orbital es aquella que tiene un objeto en órbita alrededor de otro cuerpo y viene dada por:












domingo, 24 de enero de 2016

Experimentos de inercia


Galileo

Posición tiempo (s) altura (m) Velocidad (m/s) tiempo (s)
0 0 0 0 0
1 0,08 0,025 0,3125 0,08
2 0,16 0,12 1,1875 0,16
3 0,24 0,27 1,875 0,24
4 0,32 0,49 2,75 0,32
5 0,4 0,78 3,625 0,4
6 0,48 1,13 4,375 0,48
V= e/t

Intervalo [0, 1]=0,025m/0,08s = 0,3125 m/s
Intervalo [1, 2] =0,095m/0,08s = 1,1875m/s
Intervalo [2, 3] = 0,15 m/0,08s = 1,875 m/s
Intervalo [3, 4] = 0,22m/0,08s = 2,75 m/s
Intervalo [4, 5] = 0,29m/0,08s = 3,625 m/s
Intervalo [5, 6] = 0,35m/0,08s = 4,375 m/s



En la gráfica velocidad-tiempo podemos observar una recta, por lo que su pendiente (que es igual a la aceleración) es constante, es decir, se trata de un MRUA. Esta observación está de acuerdo con nuestras expectativas, ya que al ser una caída libre, es un MRUA.

Al ser un MRUA, la pendiente de la gráfica velocidad-tiempo, es igual a la aceleración:
Pendiente:
Δy/Δx
(1,1875-0,3125)/(0,16-0,08)=
10,9m/s2


Hemos obtenido 10,9m/s2 cuando es 9,8m/s2 esta discrepancia se debe a algún error de cálculo.

Las posibles causas del error se deben a la toma de datos, algún error de cálculo y a otros factores.

y = y0 + v0t – ½ gt2

y1 = 0,3125 · 0,08 – ½ · 9,8 · 0,082
y2 = 0,3125 · 0,16 – ½ · 9,8 · 0,162
y3 = 0,3125 · 0,24 – ½ · 9,8 · 0,242
y4 = 0,3125 · 0,32 – ½ · 9,8 · 0,242
y5 = 0,3125 · 0,40 – ½ · 9,8 · 0,242

y6 = 0,3125 · 0,48 – ½ · 9,8 · 0,242