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lunes, 3 de marzo de 2008

Barómetro: ¡Destruyamos el lenguaje!

"El País" publica su barómetro sobre el posible resultado de las elecciones, la SER dice que en su Barómetro el PSOE sale con tanto y y cuanto y el PP con lo otro, Antena 3 también tiene su barómetro...
En este momento me pregunto, casi textualmente: "¡Pardiez!, ¿un barómetro no es, como su propio nombre indica, un aparato para medir la presión?" Porque "metro" significa medida, pero lo de Bar tiene que ver con presiones, ¿no? Las IsoBaras son líneas que unen puntos de igual presión, una cámara isobárica es una cámara en la que se mantiene la misma presión, un BAR es la unidad de medida de la presión atmosférica, equivalente a 100000 pascales.
Luego, "no se ofenda si le digo: me repita la pregunta": ¿Miden la intención de voto con un barómetro? ¡Vacío mío! (no me hace falta dios), estos periodistas me tienen anonadado (por si me lee alguno, anonadar: Causar gran sorpresa o dejar muy desconcertado a alguien). ¡ Qué profesionales !. Yo sabía un montón de historias sobre cosa que hacer con un barómetro (al final del documento), pero: ¿saber quién va a ganar las elecciones con un cacharro con mercurio dentro? Pues sí, hijos mios (metafóricamente). Si nos vamos a la Real Academia, que cada vez admite más burradas, como la de contactar, ha aceptado un nuevo significado para esta palabra. Supongo que cuando 100.000 periodistas incultos dicen una chorrada, al final la dice todo el mundo y se admite. Como lo de "contact", "la espiral de violencia", "las bien merecidas vacaciones", lo peor de todo: "violencia de género" (¿y la de número?) y un cada vez más largo etc.
Barómetro. 2. m. Cosa que se considera índice o medida de un determinado proceso o estado. La prensa es un barómetro que señala el grado de cultura de un pueblo
Aunque leyendo ahora el ejemplo, me parece que el mensaje va con muy acertada y mala leche :-)
Triste mundo en el que vivimos.
Respecto al resto de cosas que se pueden hacer con un barómetro, todo el mundo conoce la anécdota:

Hace algún tiempo, recibí la llamada de un colega. Estaba a punto de poner un cero a un estudiante por la respuesta que había dado en un problema de física, pese a que este afirmaba con rotundidad que su respuesta era absolutamente acertada. Profesores y estudiantes acordaron pedir arbitraje de alguien imparcial y fui elegido yo. Leí la pregunta del examen y decía: Demuestre como es posible determinar la altura de un edificio con la ayuda de un barómetro. El estudiante había respondido: Lleva el barómetro a la azotea del edificio y átale una cuerda muy larga. Descuelgalo hasta la base del edificio, marca y mide. La longitud de la cuerda es igual a la longitud del edificio. Realmente, el estudiante había planteado un serio problema con la revolución del ejercicio, porque había respondido a la pregunta. Correcta y completamente. Por otro lado, si se le concedía la máxima puntuación, podría alterar el promedio de su año de estudios, obtener una nota mas alta y así certificar su alto nivel en física; pero la respuesta no confirmaba que el estudiante tuviera ese nivel. Sugerí que se le diera al alumno otra oportunidad. Le concedí seis minutos para que me respondiera la misma pregunta pero esta vez con la advertencia de que en la respuesta debía demostrar sus conocimientos de física.

Habían pasado cinco minutos y el estudiante no había escrito nada. Le pregunte si deseaba marcharse, pero me contesto que tenia muchas respuestas al problema. Su dificultad era elegir la mejor de todas. Me excusé por interrumpirle y le rogué que continuara. En el minuto que le quedaba escribió la siguiente respuesta: Tome el barómetro y lancéola al suelo desde la azotea del edificio. Calcule el tiempo de caída con un cronómetro. Después se aplica la formula altura = 0,5 por Acelera.de la G por T al cuadrado. Y así obtenemos la altura del edificio. En este punto le pregunte a mi colega si el estudiante se podía retirar. Le dio la nota más alta.

Tras abandonar el despacho, me encontré con el estudiante y le pedí que me contara sus otras respuestas a la pregunta. Bueno, respondió, hay muchas maneras, por ejemplo: Tomas el barómetro en un día soleado y mides la altura del barómetro y la longitud de su sombra. Si medimos a continuación la longitud de la sombra del edificio y aplicamos una simple proporción, obtendremos también la altura del edificio.

Perfecto, le dije, ¿¿y de otra manera?? Sí, contestó, este es un procedimiento muy básico para medir un edificio, pero también sirve. En este método, tomas el barómetro y te sitúas en las escaleras del edificio en la planta baja. Según subes las escaleras, vas marcando la altura del barómetro y cuentas el numero de marcas hasta la azotea. Multiplicas al final la altura del barómetro por el numero de marcas que has hecho y ya tienes la altura.

Este es un método muy directo. Por supuesto, si lo que quiere es un procedimiento mas sofisticado, puede atar el barómetro a una cuerda y moverlo como si fuera un péndulo. Si calculamos que cuando el barómetro esta a la altura de la azotea la gravedad es cero y si tenemos en cuenta la medida de la aceleración de la gravedad al descender el barómetro en trayectoria circular al pasar por la perpendicular del edificio, de la diferencia de estos valores, y aplicando una sencilla formula trigonométrica, podríamos calcular, sin duda, la altura del edificio.

En este mismo estilo de sistema, atas el barómetro a una cuerda y lo descuelgas desde la azotea a la calle. Usándolo como un péndulo puedes calcular la altura midiendo su periodo de precesión. En fin, concluyó, existen otras muchas maneras.

Probablemente, la mejor sea : Tomar el barómetro y golpear con el la puerta de la casa del conserje. Cuando abra, decirle: señor conserje, aquí tengo un bonito barómetro. Si usted me dice la altura de este edificio, se lo regalo.

En este momento de la conversión, le pregunte si no conocía la respuesta convencional al problema (la diferencia de presión marcada por un barómetro en dos lugares diferentes nos proporciona la diferencia de altura entre ambos lugares) evidentemente, dijo que la conocía, pero que durante sus estudios, sus profesores habían intentado enseñarle a pensar.


Original en Inglés
Saturday Review, el 21 de Diciembre de 1968. Su autor es un profesor americano de física llamado Alexander Calandra.

lunes, 19 de noviembre de 2007

El sueño de la LOGSE: pinta, colorea pero no aprendas

Los que nos dedicamos a la educación superior (eufemismo de "dar clase en la Universidad") llevamos años padeciendo el efecto que la LOGSE está teniendo en nuestros estudiantes. El famoso "pinta y colorea" está (de)formando estudiantes conpocos conocimientos y, lo que es peor, poca o ninguna gana de aprender nuevos [por el placer de aprender].

Acabo de ver en youtube un video de un software que, pretendidamente, se ha desarrollado para enseñar Física. Aunque admito que el software es una pasada (ved el video) creo que encajaría en la sociedad de las nuevas tecnologías. Esa sociedad que piensa que por usar power-point en las aulas vamos a enseñar mejor. Los que enseñamos asignaturas científicas o técnicas sabemos que la pizarra es un elemento pedagógico muy poderoso y que el power-point es muy valioso para algunas cosas pero no para todo.

Lo dicho, ¡una pasada! pero no creo que nadie aprenda Física con esto.

martes, 3 de julio de 2007

De lo más pequeño a lo más grande

Uso este manido título porque realmente es lo que está sucediendo ahora. Para estudiar el origen del universo, los procesos que tuvieron lugar cerca del BigBang, cómo se formaron las grandes estructuras del universo; es necesario conocer cada vez más cosas sobre cómo funcionan las partículas.

Conociendo parámetros concretos de energías, masas, procesos de desintegración o creación, etc podemos deducir cómo serían los universos según los diferentes modelos a gran escala, y de ahí comparar con lo que estamos observando y deducir si el modelo es incorrecto. Por ejemplo, si usando un determinado modelo, y usando o que sabemos osbre las partículas, deducimos una tasa de nucleosíntesis (o la proporción entre protones y neutrones, por ejemplo), y lo que se deduce no se corresponde con lo observado, sabremos que el modelo es erróneo.
Cada vez recogemos más información del universo usando partículas, o haces de fotones resultado de ciertos procesos que se producen en el nivel fundamental, por lo que debemos conocer muy bien cómo se producen esos fenómenos. Otro caso parecido es el estudio de las ondas gravitacionales, la búsqueda de materia oscura, etc.
Por eso se dice que muchas veces se estudia el origen del universo en los aceleradores de partículas.
¿Qué se está haciendo en Europa? He encontrado un sitio de éstos de Web2.0, en el que se pretende hacer ciencia colaborativa. Se ponen a disposición de los miembros de los grupos particippntes herramientas de videoconferencia, documentos, etc.
De uno de esos documentos, bastante interesante, he sacado el mapa d elo que intersa ahora mismo en Europa respecto a partículas, cosmología y astrofísica:


Lo interesante del documento, es que repasa lo que se está investigando, en qué situación está la comunidad científica, cuánto sabemos de cada rama y qué se está haciendo para saber más. Es un resumen bastante interesante.
Por ejemplo, en la búsqueda de materia oscura quieren montar un par de detectores. En el análisis del proceso de decaimiento del protón y su relación con el neutrino también...
Otro tipo de investigación es lo que se puede deducir del momento multipolar de la radiación de fondo. de la que ya hablamos.



lunes, 11 de junio de 2007

Física Recreativa como asignatura universitaria

En la universidad de Murcia han incluído ésta asignatura como parte del curso.

Rafael Garcia Molina va a impartir en el segundo cuatrimestre del curso que viene, 2007/2008, y si el número de alumnos lo permite una asignatura llamada “Física recreativa“.

Se trata de descubrir el contacto entre lo que se enseña en la carrera de Física y la propia realidad que nos rodea. Es típico en un estudiante de física que llegado el momento descubra que conoce todos los planteamientos matemáticos pero ha perdido la perspectiva de lo que realmente está estudiando. Esta asignatura es una oportunidad para dejar de estar rodeado de troncos y darte cuenta de que estás dentro de un bosque, ver las copas de los arboles, respirar.

Según el propio programa de la asignatura: “En la asignatura los estudiantes “recrearán” experiencias de Física, principalmente con dos propósitos: (i) “volver a crear” y (ii) mostrar que es posible “pasarlo bien” realizando actividades de Física. Para ello emplearemos materiales cotidianos y asequibles. Las experiencias se discutirán a un nivel formal suficiente para entender su funcionamiento y los conceptos físicos involucrados.

Noticia en Fisimur

Hay una iniciativa parecida en el ICAI en Madrid, dando clases de divulgación científica.

miércoles, 30 de mayo de 2007

Apuntes de Física y Libros

Libros gratuitos:

INSTRUMENTATION AND CONTROL. The handbook includes information on temperature, pressure, flow, and level detection systems; position indication systems; process control systems; and radiation detection principles. This information will provide personnel with an understanding of the basic operation of various types of DOE nuclear facility instrumentation and control systems. 1/2 , 2/2

THERMODYNAMICS, HEAT TRANSFER, AND FLUID FLOW. The handbook includes information on thermodynamics and the properties of fluids; the three modes of heat transfer - conduction, convection, and radiation; and fluid flow, and the energy relationships in fluid systems. This information will provide personnel with a foundation for understanding the basic operation of various types of DOE nuclear facility fluid systems. 1/3, 2/3 ,3/3

NUCLEAR PHYSICS AND REACTOR THEORY. The handbook includes information on atomic and nuclear physics; neutron characteristics; reactor theory and nuclear parameters; and the theory of reactor operation. This information will provide personnel with a foundation for understanding the scientific principles that are associated with various DOE nuclear facility operations and maintenance. 1/2 2/2

Diffraction Grating Handbook. Una de las obras de referencia más importantes y empleadas sobre espectroscopia y en especial sobre redes de difracción. Descargar

Fuel Cell Handbook. Manual de celdas de combustible. Documento editado por el Departamento de Energía de USA, de mas de 350, sobre todo tipo de baterías y celdas de combustible para la generación de energía eléctrica. Muy completo y de alto nivel. En ingles y en formato PDF. (Ver)

CERN Accelerator School: Vacuum Technology.

Introduction to the principles of vacuum physics (Ver PDF)
Mechanical pumps
(Ver PDF)
Sputter-ion pumps
(Ver PDF)
Molecular surface pumping: the getter pumps
(Ver PDF)
Molecular surface pumping: cryopumping
(Ver PDF)
Pressure measurement - total pressures
(Ver PDF)
Pressure measurement with ionization gauges
(Ver PDF)
Partial pressure measurement
(Ver PDF)
Physics of outgassing
(Ver PDF)
Thermal outgassing
(Ver PDF)
Dynamic outgassing
(Ver PDF)
Cleaning for vacuum service
(Ver PDF)
Beam-residual gas interactions
(Ver PDF)
Ion trapping, clearing, beam-ion interactions
(Ver PDF)
Leak detection
(Ver PDF)
Extreme high vacuum
(Ver PDF)
Vacuum control and operation
((Ver PDF)
E. Huttel
Materials for accelerator vacuum systems
(Ver PDF)
Engineering (
Ver PDF)
The best laid schemes
(Ver PDF)
Designing accelerator vacuum systems (
Ver PDF)
History of vacuum devices (
Ver PDF)
LHC vacuum system (
Ver PDF)
Vacuum systems of electron storage rings
(Ver PDF)
Quality issues in vacuum
(Ver PDF)

Principles of Charged Particle Acceleration. Magnífico libro editado por la Universidad de Nuevo Méjico y con la colaboración del Acelerator Tecnology Division de Los Alamos National Laboratory.

Primera parte. Ver PDF.

1. Introduction
2. Particle Dynamics 2.1. Charged Particle Properties 2.2. Newton's Laws of Motion 2.3. Kinetic Energy 2.4. Galilean Transformations 2.5. Postulates of Relativity 2.6. Time Dilation 2.7. Lorentz Contraction 2.8. Lorentz Transformations 2.9. Relativistic Formulas 2.10. Non-relativistic Approximation for Transverse Motion

3. Electric and Magnetic Forces 3.1. Forces between Charges and Currents 3.2. The Field Description and the Lorentz Force 3.3. The Maxwell Equations 3.4. Electrostatic and Vector Potentials 3.5. Inductive Voltage and Displacement Current 3.6. Relativistic Particle Motion in Cylindrical Coordinates 3.7. Motion of Charged Particles in a Uniform Magnetic Field

4. Steady-State Electric and Magnetic Fields 4.1. Static Field Equations with No Sources 4.2. Numerical Solutions to the Laplace Equation 4.3. Analog Met hods to Solve the Laplace Equation 4.4. Electrostatic Quadrupole Field 4.5. Static Electric Fields with Space Charge 4.6. Magnetic Fields in Simple Geometries 4.7. Magnetic Potentials

5. Modification of Electric and Magnetic Fields by Materials 5.1. Dielectrics 5.2. Boundary Conditions at Dielectric Surfaces 5.3. Ferromagnetic Materials 5.4. Static Hysteresis Curve for Ferromagnetic Materials 5.5. Magnetic Poles 5.6. Energy Density of Electric and Magnetic Fields 5.7. Magnetic Circuits 5.8. Permanent Magnet Circuits

Segunda parte. Ver PDF

6. Electric and Magnetic Field Lenses 6.1. Transverse Beam Control 6.2. Paraxial Approximation for Electric and Magnetic Fields 6.3. Focusing Properties of Linear Fields 6.4. Lens Properties 6.5. Electrostatic Aperture Lens 6.6. Electrostatic Immersion Lens 6.7. Solenoidal Magnetic Lens 6.8. Magnetic Sector Lens 6.9. Edge Focusing 6.10. Magnetic Quadrupole Lens

7. Calculation of Particle Orbits in Focusing Fields 7.1. Transverse Orbits in a Continuous Linear Focusing Force 7.2. Acceptance and P of a Focusing Channel 7.3. Betatron Oscillations 7.4. Azimuthal Motion of Particles in Cylindrical Beams 7.5. The Paraxial Ray Equation 7.6. Numerical Solutions of Particle Orbits

8. Transfer Matrices and Periodic Focusing Systems 8.1. Transfer Matrix of the Quadrupole Lens 8.2. Transfer Matrices for Common Optical Elements 8.3. Combining Optical Elements 8.4. Quadrupole Doublet and Triplet Lenses 8.5. Focusing in a Thin-Lens Array 8.6. Raising a Matrix to a Power 8.7. Quadrupole Focusing Channels

Tercera parte. Ver PDF.

9. Electrostatic Accelerators and Pulsed High Voltage 9.1. Resistors, Capacitors, and Inductors 9.2. High-Voltage Supplies 9.3. Insulation 9.4. Van de Graaff Accelerator 9.5. Vacuum Breakdown 9.6. LRC Circuits 9.7. Impulse Generators 9.8. Transmission Line Equations in the Time Domain 9.9. Transmission Lines as Pulsed Power Modulators 9.10. Series Transmission Line Circuits 9.11. Pulse-Forming Networks 9.12. Pulsed Power Compression 9.13. Pulsed Power Switching by Saturable Core Inductors 9.14. Diagnostics for Pulsed Voltages and Current

10. Linear Induction Accelerators 10.1. Simple Induction Cavity 10.2. Time-Dependent Response of Ferromagnetic Materials 10.3. Voltage Multiplication Geometries 10.4. Core Saturation and Flux Forcing 10.5. Core Reset and Compensation Circuits 10.6. Induction Cavity Design: Field Stress and Average Gradient 10.7. Coreless Induction Accelerators

Cuarta parte. Ver PDF

11. Betatrons 11.1. Principles of the Betatron 11.2. Equilibrium of the Main Betatron Orbit 11.3. Motion of the Instantaneous Circle 11.4. Reversible Compression of Transverse Particle Orbits 11.5. Betatron Oscillations 11.6. Electron Injection and Extraction 11.7. Betatron Magnets and Acceleration Cycles

12. Resonant Cavities and Waveguides 12.1. Complex Exponential Notation and Impedance 12.2. Lumped Circuit Element Analogy for a Resonant Cavity 12.3. Resonant Modes of a Cylindrical Cavity 12.4. Properties of the Cylindrical Resonant Cavity 12.5. Power Exchange with Resonant Cavities 12.6. Transmission Lines in the Frequency Domain 12.7. Transmission Line Treatment of the Resonant Cavity 12.8. Waveguides 12.9. Slow-Wave Structures 12.10. Dispersion Relationship for the Iris-Loaded Waveguide

13. Phase Dynamics 13.1. Synchronous Particles and Phase Stability 13.2. The Phase Equations 13.3. Approximate Solution to the Phase Equations 13.4. Compression of Phase Oscillations 13.5. Longitudinal Dynamics of Ions in a Linear Induction Accelerator 13.6. Phase Dynamics of Relativistic Particles

Quinta Parte. Ver PDF

14. Radio-Frequency Linear Accelerators 14.1. Electron Linear Accelerators 14.2. Linear Ion Accelerator Configurations 14.3. Coupled Cavity Linear Accelerators 14.4. Transit-Time Factor, Gap Coefficient and Radial Defocusing 14.5. Vacuum Breakdown in rf Accelerators 14.6. Radio-Frequency Quadrupole 14.7. Racetrack Microtron

15. Cyclotrons and Synchrotrons 15.1. Principles of the Uniform-Field Cyclotron 15.2. Longitudinal Dynamics of the Uniform-Field Cyclotron 15.3. Focusing by Azimuthally Varying Fields (AVF) 15.4. The Synchrocyclotron and the AVF Cyclotron 15.5. Principles of the Synchrotron 15.6. Longitudinal Dynamics of Synchrotrons 15.7. Strong Focusing


Os pongo unos enlaces con contenidos de apuntes de Física.




Álgebra y Geometría lineal
Cyberfísica
Análisis I
Farmacología
Física general
Informática
Termodinámica
Laboratorio de Física General
Electricidad
Química General
Electromagnetismo
Análisis II
Laboratorio de mecánica y termodinámica
Mecánica y ondas
Ampliación de ecuaciones diferenciales
Ampliación de mecánica
Estadística física
Física cuántica
Laboratorio de electromagnetismo
Laboratorio de Óptica
Óptica
Análisis complejo
Física computacional
Gravitación y astrofísica
Electrodinámica clásica
Electrónica
Física de estado sólido
Mecánica cuántica
Física estadística
Mecánica teórica
Mecánica cuántica avanzada
Óptica avanzada
Física nuclear y de partículas

viernes, 4 de mayo de 2007

Lo que mata es la intensidad


Hemos visto en muchas películas (por lo menos yo) situaciones en las que el protagonista debe desconectar algo, teniendo mucho cuidado, porque justo cerca del botón de desconexión hay 25.000 Voltios. Normalmente los Voltios están lozalizados en un único cable, o al tocar una rejilla de metal, o algo parecido. Lo que nunca se ha visto es que el protagonista diga: "¿Y cuantos Amperios, oiga?".
Creo que ya se sabe que lo realmente importante a la hora de morir es la intensidad de la corriente que te recorre. Ésta magnitud indica la cantidad de energía que recorre el cable de nuestra instalación. Por supuesto, la diferencia de potencial está relacionada con la intensidad. A un mismo sujeto con una resistencia determinada, cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la intensidad.
¿Cuanto resistimos? (je) Depende, claro. La piel tiene una resistencia de entre 1.000 y 1x105 Ohmnios. Pero la resistencia total depende de la ropa, el calzado, etc.
pero: ¿Cuanta intensidad "resistimos"?. También depende, pero los efectos son:

  • Menor de 1 miliamperio: No se nota nada.
  • De 2 a 3 miliamperios, sensación desagradable de sacudida.
  • Superior a 16 miliamperios, contracción potente de los músculos. El accidentado puede quedar "agarrado" o ser "expulsado". Por ello al cortar la corriente, cesa la contracción de los músculos y el accidentado puede caer.
  • Más de 80 miliamperios, fibrilación ventricular.
  • De 3 a 4 amperios el sistema nervioso central se inhibe y no se recupera a no ser que se corte la corriente.
  • Más de 4 amperios, daños en órganos internos.
Si quereis saber más, visitad éste sitio.
Ahora hay que hacerse otra pregunta. En la vida, ¿cuántos amperios nos rodean? Se conocen los voltajes: en casa hay 220V, las pilas son de 1,5V, etc. Repito: ¿cuántos amperios?
Una batería de coche proporciona unos 2A, en casa podemos llegar a tener hasta uno o dos amperios. Los cables de los hornos y de las vitrocerámicas soportan del orden de un amperio, y son los dispositivos que más necesitan.
En resumen, hacemos bien poniendo protecciones a los enchufes para que los niños no metan los dedos.

miércoles, 11 de abril de 2007

Computación distribuida y confinamiento magnético

El ayuntamiento de Zaragoza, en colaboración con el Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza y el Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT, ha puesto en marcha el proyecto ZIVIS, cuyo objetivo es la creación de una plataforma ciudadana de Súper Computación basada en la unión de equipos informáticos de los hogares e Instituciones publicas, para dar servicio a los investigadores de nuestra ciudad.

El proyecto está basado en el software del proyecto BOINC Berkeley Open Infrastructure for Network Computing y como aplicación piloto se realizarán cálculos relativos al confinamiento magnético necesario para el reactor fusión que está desarrollando el CIEMAT.



BOINC proporciona un entorno de computación distribuida, herencia del famoso proyecto SETI@Home. Un protector de pantalla ejecuta código por bloques que se baja y actualiza en la red cuando el ordenador no se está usando de manera interactiva.
Dentro de BOINC tenemos los siguientes proyectos http://boinc.berkeley.edu/projects.php

martes, 10 de abril de 2007

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.

viernes, 30 de marzo de 2007

Masa, Bosón de Higgs y Campos Escalares

No hace mucho pusimos una notica sobre los avances en la búsqueda del bosón de Higgs. Es esa nota, se relacionaba la búsqueda del bosón que da significado al campo escalar responsable de la masa de las partículas con datos sobre la partícula W. Si queréis conocer mejor la relación entre el bosón de Higgs, la partícula W y la rotura de la simetría electrodébil, os recomiendo una charla del curso de verano de Stanford (igualito que nuestros cursos de verano en España), The Higgs Boson and Electroweak Symmetry Breaking del profesor Michael Peskin.

En ésta se da un repaso al modelo estándar mínimo, a los métodos de búsqueda de la partícula de higgs, lo que se puede esperar encontrar en esa búsqueda, etc.
En esa charla se recomienda un libro


La Guía del Cazador de Higgs
, que no he leído, pero intentaré leer, aunque es bastante caro.

jueves, 29 de marzo de 2007

Relatividad especial para "dummies"


La teoría de la Relatividad (que no tiene nada que ver con los clásicos "Todo es relativo" o "Eso es como todo" ) se trata en realidad de dos teorías: la Relatividad Especial y la Relatividad general. Ambas teorías fueron propuestas por Einstein con una separación de 10 años aproximadamente. En este post, os quiero contar algo sobre la Relatividad Especial (que en realidad es un caso particular de la General) que es mucho más sencilla de entender de lo que la gente supone.

La Relatividad Especial ha dado mucho de que hablar acerca de los viajes en el tiempo. Para zanjar la discusión antes de empezar con los detalles resumiré: la Relatividad Especial dice que viajar al futuro es trivial pero viajar al pasado es imposible. En otras palabras, podríamos visitar a nuestros descendientes, pero no podemos volver para contarlo. Veamos por qué y qué ideas dieron origen a la Relatividad Especial.

A finales del siglo XIX, la teoría de Maxwell (de quien ya hablamos en otra ocasión)
del electromagnetismo era firmemente aceptada. En parte por su belleza (Maxwell consiguió unificar la electricidad con el magnetismo como si se tratase de dos caras de la misma manera) pero esencialmente porque proporcionaba una explicación acerca de qué era la luz. Sí, la luz. Algo tan intangible y tan diverso es una solución particular de las ecuaciones de Maxwell
Dichas ecuaciones predecían además el valor de la velocidad de la luz en el vacío, aproximadamente c=300.000 Km/s. Esta predicciómn fue corroborada experimentalmente.

Todo era perfecto...salvo un "pequeño" detalle. Cuando uno habla de velocidad, en realidad se refiere a velocidad respecto a algo. Por ejemplo, cuando nos ponen una multa por exceso de velocidad, esa velocidad es relativa al suelo (porque respecto al copiloto estás quieto). Como los planetas se mueven, así como el sol y las estrellas, a Maxwell y sus contemporáneos se les ocurrió la explicación del "éter". Una sustancia imperceptible e intangible que está en reposo absoluto respecto al universo (sería como el suelo de la carretera en la analogía anterior). Pero, claramente, esta teoría tenía muchos puntos débiles como el propio Maxwell ya sabía.

La explicación del éter terminó de derrumbarse gracias al más famoso experimento fallido de la Historia, el experimento de Michelson-Morley. En este experimento se observó que la velocidad de la luz era siempre la misma, con independencia del sistema de referencia que uno utilice. En otras palabras que por mucho que uno corra, siempre nos parecerá que la luz se aleja de nosotros con la misma velocidad.

Aquí es cuando Einstein entró en escena en 1905. En aquel año Einstein publicó una serie de artículos que revolucionaron la forma de entender la Física y hasta en la forma de concebir el mundo (Filosofía).
Uno de ellos, que podéis descargar gratuitamente en este enlace (está en inglés, el original estaba en alemán), se llamaba "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento". En él, Einstein postula que, tal como demuestran los experimentos, la velocidad de la luz es la misma en cualquier sistema de referencia. El resto del artículo versa sobre las consecuencias físicas de esta conjetura.

Trataré de explicarlo de la manera más sencilla posible. Imaginemos el siguiente experimento mental (así le gustaba a Einstein denominarlos). Estamos en el interior de un tren que pasa por la estación a una cierta velocidad. En un momento dado encendemos una luz que apunte hacia el suelo del tren (ver figura). La luz desciende, se refleja en el suelo y vuelve a subir. Si sostenemos la linterna a un metro del suelo, esto habrá llevado (recordemos, velocidad = espacio /tiempo) un tiempo:
T1=2/c
donde el 2 aparece porque la luz, primero baja y luego sube, es decir recorre el "metro" dos veces.

Veamos qué ve alguien que observe el mismo experimento desde la estación (parte derecha de la figura). La luz desciende pero a la vez avanza puesto que el tren lo hace, se refleja y sube...pero sigue avanzando. No sabemos cuántos metros "L" ha recorrido, pero claramente más que dos, porque además de bajar y subir avanza hacia la derecha. si calculamos el tiempo que ha llevado este experimento para el observador en la estación, será:
T2=L/c

Como el recorrido L es mayor que los dos metros del experimento dentro del tren, esto significa que el tiempo ha pasado más despacio para la persona dentro del tren que para la que está fuera!!!!!

Repetimos, "el tiempo ha pasado más despacio para la persona dentro del tren que para la que está fuera". En definitiva, EL TIEMPO ES RELATIVO. Con esto no me refiero al tiempo "psicológico" que hace que estar con unos amigos se pase rápidamente pero estar en clase se haga eterno. Me refiero al tiempo físico, al que miden los relojes. La contracción del tiempo del observador en movimiento está más acentuada cuanto mayor sea la velocidad del mismo. La teoría también implica que no se puede alcanzar la velocidad de la luz (si uno quiere conservar su masa).

Este fenómeno ha dado lugar a una extensa fenomenología, relacionada generalmente con los viajes espaciales. Por ejemplo si un astronauta viaja en una nave espacial a una velocidad muy elevada (recordemos que a mayor velocidad, mayor es el efecto). Al volver a la Tierra, para él habrá pasado mucho menos tiempo que el que habrá pasado para el resto de los terrícolas.

Así que, ¿viajar al futuro? Fácil, viaja a velocidades muy altas y al volver ya estarás en el futuro. Viajar al pasado no es tan sencillo. La teoría dice que si se puediese hacer, se rompería el principio de causalidad, es decir, los efectos precederían a las causas, lo cual, para la Física actual, es totalmente inaceptable.

Bueno, espero que os haya quedado algo más claro el tema (recordad el experimento del tren que es sencillo de explicar e infalible para convencer al más excéptico) y ya sabéis, cuando alguien os diga eso de "Todo es relativo", podéis añadir en un alarde de snobismo "Sí, pero depende de la velocidad a la que uno se mueva". Mejor no lo hagáis, salvo que ya tengáis pareja y estéis seguro de que no la vais a perder...

miércoles, 28 de marzo de 2007

Más datos sobre cambio de hora y consumo de energía

Por petición popular, vamos a "mirar" algunos datos más. El año pasado, 2006, el cambio de hora se hizo el día 26 de marzo (2006, para los despistados). En ese año paso exactamente lo mismo:


Se consumía más justo después del cambio.

Y en el cambio correspondiente al paso al horario de invierno (29 octubre 2006), la situación no está tan clara:
Estoy mirando un día concreto de la semana, lunes, para poder comparar. Y he escogido lunes precisamente para intentar ver qué efectos hay en la gente, que está bastante despistada con el cambio de hora.
Seguramente el perfil durante la semana cambie. No es lo mismo un viernes que un lunes.
Para ser justos y hacer un estudio más riguroso, deberíamos mirar el consumo total durante todo el semestre. Pero hay que compararlo con el consumo que habría ni no se hiciera ese cambio de hora, y esos datos no existen, evidentemente. Quizás cogiendo datos de los paises que han dejado de hacer el cambio se vería.

martes, 27 de marzo de 2007

Cambio de hora y consumo de energía

De nuevo modifican nuestra vida justificando un enorme ahorro de energía con el cambio de hora. Hay que ajustar horarios de comidas, se pierden horas de sueño, se generan problemas en los hábitos alimenticios y del sueño de niños, se llega tarde a las citas, se modifican los horarios de las medicinas, y un larguísimo etc.
Pero ¿Cuánto ahorramos? Dejando a un lado, esta vez, los desarrollos teóricos, miremos cuánto ha consumido España los lunes anteriores al cambio de hora y cuánto ha consumido el lunes justo después de cambiar la hora. Obteniendo los datos de Red Eléctrica Española podemos ver los resultados y juzgar nosotros mismos: parece que no hay tal ahorro...




Un examen simple permite ver que los máximos están por encima de lo que pasó otros lunes, antes del cambio. Realmente habría que mirar el consumo total, es decir, el área. He contado los cuadraditos por debajo de las líneas del 19 de Marzo (215) y del 26 de Marzo (226) y tambiénm se ve que el consumo ha sido mayor después del cambio.
En fin, soy bastante escéptico, ahora hay que evaluar cuánto nos cuesta a los españoles ajustarnos a los cambios de horario...

lunes, 26 de marzo de 2007

Te compro la playa por tantos euros como granos de arena hay en mi mano.



En una escena de Local Hero, el protagonista intenta comprar 8km de playa al señor Knox. Cuando las cifras van cerca del millón de libras, éste coge un puñado de arena y le dice al protagonista: "Si me das una libra por cada grano de arena que tengo en la mano, te lo vendo". Cuando aquel no acepta la propuesta, el señor Knox le dice que no había más de 10.000 granos.
¿Es cierto? ¿cuántos granos de arena caben en un puñado? Una mano puede tener un tamaño de unos 10 cm. El área será, entonces 25 cm2. Cogiendo un puñado de arena, formando un cono con la arena en la mano, podemos conseguir un volumen que suba unos 3 cm. Así que el volumen será, aproximadamente y tirando por lo alto, unos 40cm3.
¿Cuánto mide un grano de arena? Podemos hacer una estimación del tamaño del grano. En una playa de arena fina, si cogemos un poco en la mano, no somos capaces de diferenciar los granos, unos de otros, si no acercamos mucho mucho la mano. Como ya conté, la resolución del ojo, a una distancia de unos 80 o 90 cm es de unos 0,1 mm (más exactamente una resolución angular de 1,4·10-4 rad = 5 ' de arco, pero nos vale esta estimación).
Si no podemos distinguir los granos a esa distancia, quiere decir que son más pequeños: ya tenemos una cota superior para su tamaño. Son, como mucho, de 0,1mm.
Ahora veamos el límite inferior. A unos 20cm ya distinguimos los granos, así que deben ser de un tamaño aproximado de entre 0,1mm y 0,05mm. Escogemos 0,08mm, es decir: 0,008cm.
Mirando datos reales en Internet, y suponiendo que son casi esféricos, el radio más pequeño que puede tener un grano de arena es del orden de unos 0,006 cm (6x10-3 cm), por debajo se considera limo. Un tamaño normal de arena fina es del orden de 0,03cm.
Así que ha sido una relativamente buena estimación, quizás algo baja.
Para ver cuántos granos caben en la mano, deberíamos tener en cuenta el grado de compactación de las esferas, pero para ésta estimación, y teniendo en cuenta que el vendedor se impacienta, dividimos los volúmenes:
VMano/VGrano=40 cm3/2,1x10-6cm3=11.000.000 granos
Tened en cuenta que hemos considerado el tamaño más pequeño de granos y que no hay espacio entre esferas. Si cogemos un tamaño medio, ya que no todas las playas tiene arena tan fina (de hecho es el límite de lo que se considra fango), de unos 0,05 cm, salen unos 80.000 granos. Si además consideramso el espacio que queda en los huecos, salen unos 50.000 granos.
Otro caso de este tipo de estimaciones rápidas lo tenemos en el libro de Feynman. En el examen de ingreso, creo que para el MIT, les pedían a los estudiantes que estimaran cuantos camiones hacen falta para vaciar una montaña.

jueves, 22 de marzo de 2007

El peso del aire

¿Alguna vez os habéis preguntado cómo puede pesarse el aire si es un gas? A primera vista parece que si las moléculas del gas están "flotando" dentro del recipiente (y que se escaparían del él si no estuviese cerrado), ¿cómo es posible que el gas tenga un peso definido y que siempre pese lo mismo.

A esta pregunta se puede responder dentro del marco de la llamada "Teoría cinética de los gases".

Nuestra historia comienza con Daniel Bernouilli, el menor de una saga de científicos eminentes. A mediados del siglo XVIII sentó las bases de la visión mecano-estadística de los gases: pequeños corpúsculos (moléculas) que se mueven libremente, impactan entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene. La acumulación de impactos está asociada presión y la energía cinética con la que impactan a la temperatura. Brillante...pero cualitativo.


Casi un siglo y medio después, y apoyándose en los trabajos de Bernouilli y Clasius, y en los suyos propios, el omnipresente Maxwell fue capaz de determinar distintas propiedades (macroscópicas) en términos del estado mecánico de las moléculas (microscópicas). Este avance, junto con las aportaciones de Boltzmann marcan el nacimiento de la Mecánica Estadística (por cierto, hay la Revista Española de Física dedicó un monográfico a Boltzmann el año pasado que es muy recomendable).

Vamos a hacer unos cálculos para determinar el peso de un gas.

Supongamos que las moléculas obedecen las ecuaciones de Newton tal y como asumieron Bernouilli y Maxwell. De este modo, podemos visualizarlas como pequeñas bolitas que se mueven con una cierta velocidad, chocan entre si y sienten el efecto de la gravedad hacia la base del recipiente que las contiene. Si pudiésemos observarlas veríamos un trasiego incesante de bolitas cayendo, rebotando y volviendo a subir, chocando entre ellas en ese proceso. Si el gas está suficientemente diluido, las colisiones serán poco frecuentes y podemos concentrarnos en una sóla molécula. Así, la moléculas se encontrará a cierta altura, descenderá, rebotará con la base y volverá a subir a la misma altura (a este movimiento vertical hay que superponerle otro en el plano perpendicular a la base, pero que es independiente por lo que no afecta a nuestros cálculos).

Si llamamos "t" al tiempo de caida desde la altura máxima de la molécula, se producirán n=1/2t impactos con el suelo por segundo (el 2 se debe a que hay que contar la bajada y la subida). La mecánica de Newton nos dice que t=raiz cuadrada de (2h/g), donde h es la altura máxima. Por tanto

n=1/2t=raiz cuadrade de (g/8h)

La mecánica de Newton, también nos dice que la velocidad con la que llega al suelo es
v=raiz cuadrada de (2*g*h)

Antes del impacto, la molécula lleva una velocidad "v" y después del impacto "-v", así que se ha producido una variación en su cantidad de movimiento que es igual a p=m*v-m*(-v)=2*m*v (m es la masa de la molécula), por lo que el impulso total después de "n" impactos es P=n*p, que es precisamente igual al peso de la molécula=m*g

Si hacemos esto para cada molécula tendremos que el gas pesa lo que pesan todas las moléculas que contiene el mismo (sumaríamos el peso de cada una).

En otras palabras, aunque el gas no esté en contacto con el fondo del recipiente en todo momento, los pequeños impactos que se producen le transmiten un impulso igual a su peso.

La pregunta entonces es, ¿y qué pasa entre impacto e impacto? Si tuviésemos un gas de una partícula, el gas sólo pesaría cuando impactase con el fondo. El resto del tiempo no pesaría nada. ¿Por qué no vemos esa intermitencia en el peso? Pues sencillo, como hay tantas moléculas en un gas (un 1 seguido de 23 ceros aproximadamente) sólo percibimos el efecto colectivo y continuo de esos impactos.

lunes, 19 de marzo de 2007

Applets de Física


Dos corrientes generando un campo electromágnético

Otro sitio con un montón de applets de Física, Matemática e Ingeniería; de la página de Paul Falstad's Home Page!
Bastante interesante, con applets de un montón de tipos:

Ripple Tank (2-D Waves) Applet
Ripple tank simulation that demonstrates wave motion, interference, diffraction, refraction, Doppler effect, etc.
2-D Waves Applet
Demonstration of wave motion in 2-D.
3-D Waves Applet
Demonstration of wave motion in 3-D.
Coupled Oscillations Applet
Demonstration of longitudinal wave motion in oscillators connected by springs.

Acoustics

Loaded String Applet
Simulation of wave motion of a string.
Rectangular Membrane Waves Applet
Vibrational modes in a 2-d membrane.
Circular Membrane Waves Applet
Vibrational modes in a 2-d circular membrane (drum head).
Bar Waves Applet
Bending waves in a bar.
Box Modes Applet
Acoustic standing waves in a 3-d box.
Acoustic Interference Applet
Generates audio interference between your speakers.

Signal Processing

Fourier Series Applet
Frequency analysis of periodic functions.
Digital Filters
Filters digital signals and plays the output on your speakers.

Electricity and Magnetism: Statics

2-D Electrostatics Applet
Demonstrates static electric fields and steady-state current distributions.
2-D Electrostatic Fields Applet
Demonstrates electric fields in various 2-D situations; also shows Gauss's law.
3-D Electrostatic Fields Applet
Demonstrates electric fields in various 3-D situations.
3-D Magnetostatic Fields Applet
Demonstrates magnetic fields in various situations.

Electrodynamics

2-D Electrodynamics Applet (TE)
Demonstrates electromagnetic radiation.
2-D Electrodynamics Applet (TM)
Demonstrates electromagnetic radiation, induction, and magnetostatics.
Analog Circuit Simulator Applet
Demonstrates various electronic circuits.
Cavity Modes Applet
Electromagnetic waves in a 3-d rectangular cavity.
Waveguide Modes Applet
Electromagnetic waves in a waveguide.
Antenna Applet
Generates antenna radiation patterns.
Fresnel Diffraction Applet
Generates Fresnel diffraction patterns.

Quantum Mechanics

Hydrogen Atom Applet
Shows the orbitals (wave functions) of the hydrogen atom.
Molecular Orbitals Applet
Shows the orbitals (wave functions) of the hydrogen molecular ion.
1-D Quantum Mechanics Applet
Single-particle quantum mechanics states in one dimension.
1-D Quantum Crystal Applet
Periodic potentials in one dimension.
1-D Quantum Transitions Applet
Radiative transitions (absorption and stimulated emission) in one dimension.
Atomic Dipole Transitions Applet
Radiative transitions (absorption and stimulated emission) in atoms.
2-D Rectangular Square Well Applet
Rectangular square well (particle in a box) in two dimensions.
2-D Circular Square Well Applet
Circular square well in two dimensions.
2-D Quantum Harmonic Oscillator Applet
Harmonic oscillator in two dimensions.
Quantum Rigid Rotator Applet
Particle confined to the surface of a sphere.
3-D Quantum Harmonic Oscillator Applet
Harmonic oscillator in three dimensions.

Linear Algebra

Dot Product Applet
Demonstrates the dot product or scalar product of two vectors.
Matrix Applet
Demonstrates 2-d transformations using a matrix.

Vector Calculus

2-D Vector Fields Applet
Demonstrates various properties of vector fields, including divergence and curl, etc.
3-D Vector Fields Applet
Demonstrates vector fields in 3 dimensions. Includes the Lorenz Attractor and Rossler Attractor.

Thermodynamics

Gas Molecules Simulation Applet
Demonstrates the kinetic theory of gases.
Thermal Camera Pictures
Some sample pictures taken with a thermal (infrared) camera. (This is not an applet but I thought I'd throw it in here anyway.)

Miscellaneous

A Sense of Scale
Provides a visual comparison of various distances, from very small objects like protons and electrons, to distances between galaxies. (Not an applet, but I thought I'd include it here anyway.)
Ordinary Differential Equations Applet
Visual differential equation solver.
Euler's Equation Applet
Demonstrates Taylor series expansion of complex exponentials.




Éste es un ejemplo de una animación que permite
estudiar rotacionales, fuentes, etc.

Se puede hacer mediciones, son bastante rápidos, se puede configurar la resolución,... Muy trabajados y muy representativos. Además se inculye un listado de otros sitios con más Applets de Física.