Láser y el regreso

Querido Blog: ya he vuelto de vacaciones. En realidad he vuelto hace mucho, pero he ido asumiendo poco a poco lo que debía ir haciendo y , curiosamente, nadie ha hecho mi trabajo en el trabajo mientras he estado fuera, por lo que éste mes tengo el doble de trabajo. Pero ya estoy aquí, y mi compañero de Blog ha estado manteniendo el pabellón alto en nuestro magnífico Blog.


Hablemos del láser.
Todo el mundo sabe lo que es un láser, más o menos, es una lucecita muy chula que se ve muy bien y sirve para molestar a los vecinos. Además de eso, está en los lectores de CD o DVDs, en las grabadoras, se usa para grabar sobre un montón de objetos, en los ratones ópticos, .. están en todas partes. Lo que no se si se sabe es que la base teórica, el primero que postuló el efecto que hace posible la emisión estimulada fué Einstein, en 1917. El resto de la historia se puede leer en la entrada de láser en la Wikipedia.
También se usa para confinar plasma, en los experimentos de fusión termonuclear , para medir la distancia Tierra- Luna y un larguísmo etc. Otro día nos centraremos en el confinamiento de plasma, que me parece muy interesante
Lo que realmente ha generalizado y facilitado la expansión del uso del láser de forma comercial es la existencia del láser basado en semiconductores. De ésta manera es posible generar un haz láser sin necesidad de corrientes de alta tensión, gases, aparatos voluminosos, etc. Podemos meter un láser en un lápiz-puntero, o en un lector de CD portátil, o en los extremos de un cable de fibra óptica. En realidad los láseres que se usan en éstos dispositivos son láseres de diodo. En éste caso el semiconductor se estimula paraq amplicar las emisiones que necesitamos y está dentro de una cavidad resonante hecha a base de cortar el semiconductor de manera que se amplíen las longitudes de onda que nos interesan, de forma similar al caso de los láseres basados en gases.













La longitud de coherencia de los láseres de diodo es del orden de centímetros, por lo que es dificil hacer experimentos de interferencia, como el Michelson Morley con éste tipo de dispositivos. Aunque se pueden hacer.


Si quereis ver una descripción más profunda, os recomiendo éste artículo de Rami Arieli: "The Laser Adventure" Chapter 6.3 Diode lasers Page 1-18, traducido por José Mª Iglesias, de donde he extraído algunas imágenes, o ésta práctica .

Laboratorio de cuántica Online

En éste enlace podéis econtrar un laboratorio de experimentos de cuántica bastante completo.
Superposisción de ondas, paquetes en pozos, barreras, propagación de ondas, precesión de Larmor, spin echo,

Lentes gravitatorias y materia oscura

La existencia de materia son acumulaciones de materia que pueden llegar a "curvar" el espacio-tiempo de tal manera que actúen como lentes. Es decir, galaxias, o cúmulos, que modifican la trayectoria de los rayos de luz de objetos que están por "detrás" de las lentes (respecto de nuestro punto de vista) y hacen qeu se produzcan imágenes dobles, imágenes deformadas, etc.
No siempre está claro qué objeto es el que produce la lente gravitatoria, e incluso se puede usar para localizar materia oscura.
Ësto último parece que es lo que ha descubierto la NASA, en una imagen del todo poderoso Hubble.
En este caso se trata de un anillo de materia oscura, es decir, que no vemos. Los efectos que se producen sí que son visibles en ésta imagen. La imagen del anillo azulado está superpuesta a la imagen real para que se `pueda apreciar el efecto. La distribución de la materia oscura (en azul) se obtiene de estimar los fectos sobre la imagen deformada del cúmulo de galaxias que se observa.
No es la primera imgaen que se obtiene de éste estilo, hay otras, pero es bastante espectacular.
Adjunto otra (en la que no está superpuesto el halo), que también aparece en el artículo original de la NASA:

En ésta imagen, las galaxias que aparecen deformadas no pertenecen al cúmulo que estamos observando, se superponen visualmente gracias al efecto de la lente gravitatoria.

Llamaradas solares a alta resolución

El satélite Hinode registra una animación de una llamarada con la mayor resolución alcanzada hasta ahora. Éste satélite se ha lanzado con el fin de estudiar los campos magnéticos solares.
Hay un vídeo, y es impresionante. Además adjunto algunas imágenes.

En el sitio de Hinode hay más información.

Sentido de la escala y mapa del universo en escala logarítmica

Tenía preparado este articulillo desde antes de la santa semana. y justo antes de publicarlo he visto que en Curioso Pero Inútil han publicado uno sobre el mismo asunto: Escalas del Universo. No se si me han leído la mente o se trata de espionaje industrial o maldita casualidad. Pero, en cualquier caso, publico el mío y espero que ambos juntos den mejor idea de lo que quería contar. Lo que realmente me molesta es que la animación que han puesto ellos está genial :-)

Una forma curiosa de ver la escala de las cosas está en la página oficial de "El Universo Elegante". Mediante un Flash, se va haciendo zoom en una manzana, en pasos de dos órdenes de magnitud, desde 10¹ m hasta llegar a 10^-35 m. Puede apreciarse dónde están los grandes saltos, dónde están los límites de las posibles mediciones de los físicos, etc.
Otro sitio en el que podemos hacernos una idea de la escala de las cosas es en Potencias de 10. Un documental que hemos visto todos, quizás en uno de los primeros capítulos de la serie Cosmos, de Carl Sagan. En esta película se pasa de tamaños de 10²⁵ m a 10^-18 m. Hecho a partir de éste video podéis ver una animación en java en Secret Worlds: The Universe Within.


Otra animación que podéis ver está en Escalas del Universo, de la Universidad de la Laguna.
Aunque el que más me gusta de todos, quizás por el rigor, es el Mapa del Universo en escala logarítmica (menos mal) publicado por primera vez en Astrophysical Journal, y que podeis encontrar con distintans resoluciones y en trozos, en el web del autor que he enlazado antes.
Os recuerdo también otro articulo, sobre el mapa de Materia Oscura en éste mismo Blog.

Física de fluidos, cavitación

Siempre me han fascinado las imágenes de fluidos, y ahora que, después de estudiar fluidos en la carrera, sé que no se mucho más que antes, mucho más.
Veamos una imagen de cavitación:
Al dejar caer la esfera en el agua se produce un efecto de cavitación. Es un proceso que se produce en hidrodinámica cuando un objeto se mueve con relativa velocidad dentro de un fluído. Se produce una descompresión del fluído, y hay una zona en la que el líquido pasa a estado de vapor. En las películas de submarinos se ve éste efecto. El caso de la imagen que he puesto se explica y completa en éste artículo.
Otras imágenes curiosas:

Una capa jabón

<- Flujo cuasi-bidimensional
Ondas en el interior de un líquido ->



O el vídeo del impacto de una gota de agua sobre un líquido:



Hay una galería de imágenes y animaciones sobre fluidos en Gallery of Fluid Motion, de donde se han obtenido éstas imágenes.

Hacer multiplicaciones dibujando

Se atribuye al famoso físico Richard Feynman (famoso por tener un premio Nobel, por sus famosas "Lecciones de Física", libro recomendable para todo que ya sepa Física, pero sobre todo por una autobiografía que hace las delicias de todo aquel que ama de alguna manera la Física...o las gamberradas) un método gráfico para hacer multiplicaciones gráficamente.

La idea es la siguiente. Si multiplicamos 2x3 tenemos 6, que es el número de cortes que dos rectas paralelas tienen con otras 3 rectas paralelas entre si, pero perpendiculares a las primeras (no sigáis leyendo, coged papel y lapiz y comprobarlo).

Esto se puede generalizar a multiplicaciones con un número arbitrario de dígitos. Véase la figura adjunta

En este caso queremos multiplicar 23x12. Dibujamos dos líneas paralelas (rojo) que corresponden al primer dígito del primer factor. Otras 3 (azules) correspondientes al segundo, y paralelas a las primeras. Las dibujamos a cierta distancia para evitar confusión con las primeras. Ahora, el segundo dígito. Amarillo (un 1) y verde (un 2). Ya caso lo tenemos. De derecha a izquierda hacemos agrupaciones verticales y contamos las intersecciones (puntitos negros). Veamos: 6 por la derecha 4+ 3=7 en el centro y 2 a la izquierda. ¡Voilá! 23*12=276.







Vamos con otra un poco más difícil: 33*22
El proceso es idéntico (fijáos en los colores) sólo que ahora nos "llevamos una" de la suma central a la de la izquierda.


En realidad es fácil darse cuenta de lo que hace el método si recordamos cuál es nuestro método habitual de hacer multiplicaciones







Como se puede ver, los óvalos de las figuras anteriores son las columnas de la multiplicación. No obstante, tiene mucho encanto el método.


Feynman era muy aficionado a buscar atajos sencillos para realizar operaciones complicadas. Éste era uno de ellos, pero el más relevante es el de los llamados DIAGRAMAS DE FEYNMAN. Los diagramas de Feynman permiten realizar manipulaciones complicadas de complejos cálculos matemáticos de una manera gráfica muy visual e intuitiva. Tal ha sido su popularidad que se han utilizado no sólo en Física de partículas (su función inicial) sino también en Física estadística para simplificar los cálculos del llamado Grupo de Renormalización. Pero esa...ya es otra historia.

¿Son igual de probables todos los dígitos en una distribución de datos?: Ley de Benford

Intentaré explicar el título. Como parte de mi trabajo, busco anomalías y realizo auditorías de sistemas de información. Buscando procedimientos originales y prácticos me encontré con la Ley de Benford.
Parece que cuando se tiene en cuenta el primer dígito distinto de cero de una distribución no es igual de probable que sea el 1, o que sea el 2,... siguen la siguiente distribución:


Dígito Prob.
1 0.30103
2 0.176091
3 0.124939
4 0.09691
5 0.0791812
6 0.0669468
7 0.0579919
8 0.0511525
9 0.0457575



De éste curioso efecto se dió cuenta el astrónomo y matemático Simon Newcomb, en 1881, cuando observó que las primeras páginas de los libros con tablas de logaritmos estaban más usadas que las últimas. Las primeras son las que el primer dígito significativo es 1.
Años más tarde (1938), Frank Benford, físico, observó el mismo fenómeno y realizó una comprobación empírica sobre un total de 20.229 números agrupados en 20 muestras. Datos sobre áreas fluviales, constantes y magnitudes físicas y químicas, funciones matemáticas e incluso números de direcciones de personas. A partir de los resultados del análisis de estos datos postuló una ley de los números anómalos.
Algunos ejemplos con datos actuales son:
Datos del censo:
Cantidades de transferencias reales:
Y otros muchos ejemplos que podéis encontrar, por ejemplo, en http://www.nigrini.com/Benford's_law.htm

Parece que se cumple bastante bien.
Esta ley permite localizar datos falsos en contabilidades, fraudes en elecciones, anomalías en distribciones, y un largo etc. Parece que el ser humano suele tender a usar más los dígitos 5 o 6 cuando se inventa cifras. Están más cercanas a la mitad.
El desarrollo matemático está en Benford´s Law, y a lo que sellega es que la probabilidad de que el primer dígito (decimal) sea D viene dado por:
Os paso un enlace de una herramienta java que permite verificar el grado de cumplimiento de la ley.
Por cierto, en la segunda temporada de la serie Numb3rs hay un capítulo cuyo argumento matemático es la Ley de Benford.

Cámara estenopeica con una Réflex

Una cámara estenopeica es una caja oscura en la que se ha hecho un agujero en un lado y que se usa ese agujero como "objetivo", es decir, que forma una imagen en el otro lado de la caja. Es alucinante que sólo por tener un agujero se forme una imagen, jugar con la luz no cansa...
No me voy a extender en cómo se hace el estenopo, si queréis más detalles sobre el tamaño que debe tener el agujero, cómo hacerlo con un determinado tamaño (agujas), los límites de la difracción, tiempos de exposición, etc, os recomiendo el magnífico paquete compuesto por un libro de fotografías estenopeicas:


"Por un agujero"
y el magnífico: "Cuadernillo de Fotografía pobre"



Lo que quiero contaros hoy es cómo hacer una cámara estenopeica con una cámara Réflex. Esto permite hacer hasta 36 fotos sin tener que ir al laboratorio entre foto y foto, y permite hacer mediciones en lugar de probar empiricamente la exposición.
La idea es usar un adaptador de montura T a una bayoneta de nuestra cámara (que son muy baratos 18 o 20€), y usando dos cartulinas con un agujero en el centro y entre las dos cartulinas un papel de aluminio, pegándolas al adaptador de montura T, tenemos un "objetivo" intercambiable con estenopo para usar con la cámara. En mi caso uso una Nikon F100 y la medición puntual o ponderada al centro de la cámara.










Se pinta todo de negro, y por dentro he puestro una tira de fieltro negro (de una manta de avión) para evitar que entre luz que no sea por el estenopo. Recomiendo usar cinta aislante negra para fijar la cartulina al adaptador.

Mediciones en el eclipse de Luna

¿Qué tipo de información se puede obtener observando y fotografiando un eclipse? Además de la belleza propia del evento.
Como actividad para estudiantes de instituto, por ejemplo, o como simple curiosidad, os propongo un par de actividades. Una vez realizadas las fotos (es sencillo y ya os dí las indicaciones pertinentes) u obteniéndolas de internet, que para eso está, podemos obtener el radio de la luna. Usnado una fotografía en la que se vea bien la sombra de la tierra sobre el contorno de la luna, ya sea imprimiéndola o fotocopiando y ampliando, buscamos los radios de las dos circunferencias. Para ello, os recuerdo cómo se hace, escogemos tres puntos lo más alejados posible, y buscamos las mediatrices de los dos segmentos que se forman. Una par de puntos buenos son las intersecciones entre ambas curvas y añgún punto central. Los puntos en los que se cortan las mediatrices son los centros de esas circunferencias.
















Mirando la proporción entre ambos radios tenemos la proporción entre los radios de la Tierra y de la Luna, y de ahí el tamaño de la luna:
D_Luna=12742 r_Luna/r_Tierra
Siendo r_Tierra el radio aparente de la Tierra, r_Luna el de la Luna, D_Luna es el diámetro que estamos calculando para la Luna; y finalmente 12742 (km) el diámetro de la Tierra.
Haciendo estos cálculos, por ejemplo, sale, aproximadamente 3468 km. El dato real es 3474 km.
Otro tipo de cálculos que se pueden hacer son, a partir del ángulo que substiende la luna y conociendo el radio cómo acabamos de calcularlo, la distancia de la Tierra a la Luna:
Distancia=(360/Pi)·(R_luna/Ángulo_Luna)
Como guía para éste tipo de cálculos y otros, relacionados con actividades que pueden hacerse con un pequeño telescopio o sin ninguno, os recomiendo un libro:


ASTRONOMÍA: FOTOGRAFÍA Y TELESCOPIO: (ACOPLEMOS UNA MÁQUINA FOTOGRÁFICA A UN TELESCOPIO): PRÁCTICAS
Saurina, Carme; Viñuales, Ederlinda; Ros Ferré, Rosa María (Mira Editores, S.A.)




El archivo de imágenes de la Complutense, del eclipse del 3 de marzo de 2007.

Pensar o no pensar

En el recomendable libro "La física en preguntas" editado por Alianza editorial, he leído la siguiente cita del genio Maxwell ;-)

“Conozco la tendencia del espíritu humano a hacer cualquier cosa antes que pensar. Sin duda, algunos de nosotros no esperan tener éxito sin trabajo. Todos sabemos que adquirir aunque sólo sea un poco de ciencia exige un esfuerzo considerable, y estoy seguro que estamos dispuestos a avanzar en nuestra disciplina. Pero esfuerzo intelectual no equivale a pensar. Y aquellos que, con gran trabajo, han adquirido el hábito de aplicarse la tarea, frecuentemente encuentran mucho más sencillo aprenderse una fórmula de memoria que dominar un principio. Voy a esforzarme en demostrarles, y ustedes mismos lo verificarán más adelante, que los principios son fértiles en resultados, mientras que los resultados por sí mismos son estériles.
Quien se aprende una fórmula se halla a merced de su memoria; pero aquél que domina un principio puede mantener su cabeza libre de fórmulas, pues sabe que puede fabricar las que le hagan falta, en el momento que quiera.”

Bonita reflexión.

Cometa McNaught visible al anochecer y al amanecer

Para observarlo bastan unos simples prismáticos, y es un espectáculo impresionante.
Podéis encontrar datos sobre éste comenta en Astroseti. En éste enlace podeis encontrar mapas para su localización, galería de imágenes, etc.
En la asociación astronómica Hubble hay comentarios sobre astrónomos aficionados.

Mapa de la materia oscura

Este mapa se ha realizado usando datos del Hubble, espectros captados por el VLT y con imáganes del telescopio japonés Subaru y el telescopio Canadá-Francia-Hawai.
Ofrece una primera visión de la distribución a gran escala de la materia oscura, una forma invisible de materia que es la responsable por la mayor parte de la masa del universo.

Los tres ejes del esquema corresponden a corrdenadas esféricas de la posición celeste (ascensión recta y declinación) junto con la distancia a la Tierra, que va aumentando de izquierda a derecha, según las mediciones del desplazamiento cósmico al rojo.
La distancia denota la antiguedad, cuánto más lejano, más cercano al origen del universo, si pensamos en el tiempo.

El artículo completo se puede encontrar en el portal de la Agencia Espacial Europea ESA y hay una versión traducida en Astroseti, web siempre recomendable.

El ojo de la Ciencia

Hay una galería de Microfotografías, incluyendo insectos, bacterias, hongos, cristales, piezas de componentes tecnológicos, ...
Es bastante impresionante.

Visto en Menéame

Base de Datos de Imágenes científicas

Hay una base de datos de imágenes relacionadas con la Ciencia y otros campos del conocimiento humano en SciencePics, que, aunque no lo parezca por el nombre, es una base de datos de Andalucía.
En el apartado de Física hay unas 500 fotos, en las que se pueden encontrar fenómenos meteorológicos, aceleradores de partículas, osciloscopios, etc. Parece bastante útil para realizar presentaciones, blogs, etc...

Fotografía y Ciencia

Hay cosas en naturaleza que ayudan a visualizar qué y para que sirven los fractales..., por ejemplo, la comida fractal:

Imágenes de FotCiencia06, certamen de fotografía ciéntifica.
O los lapiaces en el diapiro de sal de Cardona.


O ésta, premio de la convocatoria del 2004

La Física Teórica también es bella.

Por razones varias, que tienen que ver sobre todo con la gran pregunta: ¿qué cojones hago trabajando en esto? (y no con la gran respuesta: 42), necesito recordarme de vez en cuando porqué empecé a estudiar física. Así que continuo esta línea de búsqueda de la belleza en la ciencia, y adjunto un par de imágenes espectaculares.

Simulación del patrón del flujo de electrones viajando en un paisaje a nanoescala, atrapados en la interfase entre dos solidos.

Funciones de Bessel. Resultado de la superposición de 21 ondas planas.
Otras imágenes. Por cierto, se venden posters.
Por supuesto, no puedo dejar fuera las imágenes que tanto me atrajeron desde pequeñito:

El resto de Escher