martes, 5 de abril de 2016

CAVENDISH. LA CONSTANTE DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL.


Cavendish entró a formar parte de la Royal Society en 1760. Newton y Hooke, entre otros ilustres científicos, también formaban parte de ella. La Royal Society es una prestigiosa academia científica inglesa, fundada en 1660 por prominentes personajes del mundo de la ciencia y de la cultura. Institución máxima del saber humano de la historia inglesa, todavía hoy desarrolla el papel de academia de las ciencias del Reino Unido y del Commonwealth.
El objetivo principal de esta academia científica, la más antigua existente, es hoy como antes, promocionar y difundir la investigación científica. Del mismo modo, otra de sus funciones es la de facilitar orientación y asesoramiento científico a los políticos británicos.
Entre sus muchos logros, se la considera como la Academia Nacional de Ciencias del Reino Unido y mantiene fluidos vínculos con la Academia Real Irlandesa y, además, forma parte del Consejo Científico Británico. El último de los galardones que han recibido ha sido el Premio Príncipe de Asturias de Comunicación y Humanidades.
Han formado parte de ella científicos como Darwin, Einstein o Stephen Hawking.

Cavendish midió la composición química del aire. El diagrama de abajo es una representación gráfica de los elementos por los que está constituido el aire. Que son los siguientes:

Elemento
Porcentaje
Nitrógeno
78.1
Oxígeno
20.9
Argón
0.9
Dióxido de Carbono
0.03
Neón
0.002
Helio
0.0005
Metano
0.0002
Kriptón
0.0001
Hidrógeno
0.00005
Xenón
0.000009








Sin embargo, Cavendish creía En el libro dice que la cantidad de ‘aire flogistizado’ (nitrógeno y argón) es de un 79,167%. Actualmente el porcentaje de nitrógeno junto con el de argón es de 79,1%. Además, la parte ‘deflogistizada’ era solo un 20,833%, actualmente es de 20,9%.

La teoría del flogisto intentaba explicar el fenómeno de la combustión y la causa de que algunos elementos fueran combustibles mientras que otros no. Su creador, el médico y químico alemán Georg Ernst Stahl (1660-1734), suponía que el calor se presenta en dos formas: libre y en combinación. Éste último, que denominó flogisto -palabra que en griego significa inflamable-, es inherente a todos los cuerpos combustibles. De este modo, la combustión era, según Stahl, el paso de esta forma de fuego combinado a la forma libre, donde se hace apreciable a los sentidos. Las cenizas y escorias que quedan tras la combustión carecen de flogisto y, por consiguiente, son incapaces de volver a arder. Esta interpretación de la combustión fue rebatida a finales del siglo XVIII por Lavoisier, al demostrar que se trataba de una reacción química.




Propiedades del oxígeno y composición química del agua:
Una de las propiedades de los elementos no metales como el hidrógeno es que son malos conductores del calor y la electricidad. El hidrógeno, al igual que los demás elementos no metales, no tiene lustre. Debido a su fragilidad, los no metales como el hidrógeno, no se pueden aplanar para formar láminas ni estirados para convertirse en hilos. El estado del hidrógeno en su forma natural es gaseoso. Es un elemento químico de aspecto incoloro. El número atómico del hidrógeno es 1 y su símbolo es H.
El agua está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y un átomo de oxígeno (O) unidos mediante sendos enlaces covalentes, de manera que la molécula tiene una forma triangular plana.

El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad. En general, el valor del calor específico depende del valor de la temperatura inicial. Se le representa con la letra 
 (minúscula).


Ley de Coulomb:

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 separa 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.

Ley de Gravitación Universal:
La fuerza con la que se atraen dos cuerpos puntuales proporcional al  producto de sus masas e inversamente proporcional a la distancia al cuadrado que los separa.

Comparaciones que tienen estas leyes.
Coulomb:
- Fuerza gravitatoria
- Variable directamente proporcional: masas de los cuerpos
- Variable inversamente proporcional: distancia entre los dos cuerpos
- Constante de proporcionalidad: (G)
Gravitación universal:
- Fuerza electromagnética
- Variable directamente proporcional: magnitud de las dos cargas
- Variable inversamente proporcional: distancia que las separa.
- Constante de proporcionalidad: (Er)


Un condensador eléctrico es un dispositivo pasivo que se utiliza en la electricidad y es capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Hoy en día se usa para flashes de cámaras hasta tubos fluorescentes pasando por su incorporación en circuitos para evitar caídas de tensión.




Cavendish inventó un termómetro sin mercurio. Un termómetro cuenta con el equilibrio térmico para determinar la temperatura de un determinado cuerpo.


es un instrumento de temperatura Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros digitales.
Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada.
Los tipos de escalas térmicas son:
-Escala Celsius o Centígrada:
Para esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullición y de fusión del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0 respectivamente. En esta escala, estos valores se escriben como 100° y 0° y se leen 100 grados Celsius y 0 grados Celsius respectivamente. 

-Escala Fahrenheit:
Los puntos fijos de esta escala son los de ebullición y fusión de una disolución de cloruro amónico en agua. En ella el grado 32 corresponde al 0 de la escala centígrada y el 212 al 100°C.
-Escala Absoluta o de Lord Kelvin: 
 en los estudios científicos se usa la absoluta o de lord Kelvin, por haberla inventado este físico inglés. En la escala absoluta, al 0ºC le hace corresponder 273ºK ; a los 100ºC corresponde 373ºK. Se ve inmediatamente que 0ºK está a una temperatura que un termómetro centígrado señalará como -273ºC. El pasaje de una escala a la otra es muy sencillo, pues, según el caso, basta sumar o restar 273.

El centro de gravedad de un cuerpo es aquel punto en el cual se aplica la resultante de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Este centro permite a los cuerpos tener equilibrio.


En este experimento no hubiera sido buena idea usar materiales como el hierro o el acero. Esto se debe al magnetismo que es un fenómeno físico con que los objetos se atraen o son repulsivas.Los cuerpos que se atraen por el magnetismo son imanes. El hierro o el acero variarían el resultado final del experimento porque interactuarían con el campo magnético terrestre.





sábado, 26 de marzo de 2016

NEWTON. DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ DEL SOL

En esta entrada hablaremos de Isaac Newton a quien no cabe juzgar sino como uno de los más grandes genios de la historia de la ciencia. Sin olvidar sus importantes aportaciones a las matemáticas, la astronomía y la óptica. Lo más brillante de su contribución pertenece al campo de la física, lo cual vamos a estudiar nosotros con ayuda del libro 'De Arquímedes a Einstein'.

A este gran científico se le atribuyen dos fechas de nacimiento 25 de diciembre de 1642 o el 4 de enero de 1643, según el calendario gregoriano. Los países católicos adaptaron inmediatamente el calendario gregoriano, sin embargo, los países protestantes, anglicanos y ortodoxos no lo hicieron en el mismo momento, si no que se fueron acogiendo al nuevo calendario paulatinamente. Hasta 1752 Inglaterra no se acogió al nuevo calendario. Por eso se produce esta confusión con la fecha de nacimiento de Newton

Isaac Newton escribió: ‘Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes’ en una carta a Robert Hooke en la que hacía mención a sus predecesores aludiendo a los hombros de los gigantes. En esa carta Newton daba muestras de humildad ya que quería indicar que lo que ha podido conseguir se debe gracias a las aportaciones de otros colegas que le precedieron.  La frase es original de Bernardo de Chartres que fue un filósofo neoplatónico, erudito y administrador del siglo XII. Quizás la contribución cultural más famosa del filósofo sea la cita «a hombros de gigantes» que le fue atribuida por su discípulo Juan de Salisbury quien en su obra Metalogicon escribe:

La física aristotélica es cualitativa y no cuantitativa. Según esta, lo que sucede en el mundo no puede ser matematizado porque es absolutamente heterogéneo: es el mundo de los cambios, del movimiento, de la diversidad, de los fines. Sin embargo, hay una región del cosmos que presenta tal armonía que no puede ser explicada de manera similar a como se hizo con la naturaleza: el cielo. Es ésta una región del orden, donde suceden también cambios, pero absolutamente predecibles, regulares y estables.

A continuación, hemos realizado un eje cronológico con todos los científicos que se han mencionado en el capítulo y han sido muy importantes en el desarrollo de la Física:


El telescopio de Galileo se construyó con lentes, con una convexa y otra cóncava y eso provocaba imágenes invertidas.
En cambio Newton utilizó espejos para su telescopio, colocando uno en la parte de abajo del tubo y hacía que reflejase la luz con otro espejo secundario.
La calidad de imagen del telescopio de Galileo era menor que el de Newton.
Newton duplicó los aumentos en un telescopio de menor tamaño que el de Galileo, ya que el de éste medía 1,5 m y el de Newton sólo 15 cm.
NEWTON:                                                         GALILEO:




















El arco iris es un fenómeno óptico que se produce como consecuencia de la reflexión y refracción de los rayos solares sobre  gotas de agua, en este caso la lluvia.
Debido a la refracción, la luz blanca del sol atraviesa la gota de agua, que hace de prisma, y se descompone en los colores del espectro visible…el violeta se sitúa en el interior y el rojo en el exterior.
El orden de colores desde del violeta interior es, azul, verde, amarillo, naranja y el rojo, que es  el exterior…y debido a la reflexión, lo vemos con forma de arco.
Cuando estas viendo el arco iris, el sol está por tu espalda y por encima de tí, y  la lluvia por delante , que es donde se forma el arco de unos 42 grados de radio.

El arco secundario se forma al producirse una doble refracción. Tiene un tono más débil y aparece por encima del arco iris primario, con un arco de 51 grados de radio.



Leyes de Newton:

  • 1ª ley de Newton o principio de inercia:
Si sobre un cuerpo no actúan ninguna fuerza, o la resultante es nula, el cuerpo no varía su velocidad, con lo que si esta en reposo seguirá en reposo y si se mueve, seguirá moviéndose con MRU.
  • 2ª ley de Newton o principio fundamental de la dinámica:
Si sobre un cuerpo actúa una fuerza resultante, dicho cuerpo cambiará su velocidad, con lo que tendrá aceleración. La fuerza y la aceleración son directamente proporcionales a la masa. 
  • 3ª ley de Newton o principio de acción y reacción:
Si  un primer cuerpo ejerce una fuerza llamada acción sobre un segundo cuerpo entonces, simultáneamente, el segundo cuerpo ejerce una fuerza que se llama reacción sobre el primer cuerpo con el mismo módulo y la misma dirección pero opuesta.

El momento lineal o cantidad de movimiento es el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad. Es una magnitud fundamental de la dinámica ya que permite distinguir entre dos objetos con distinta masa pero que van a la misma velocidad.
El impulso relaciona la fuerza y el tiempo. Es el producto de la fuerza ejercida por el intervalo de tiempo.

Ley de Gravitación Universal

La ley de Gravitación Universal explica por qué todos los cuerpos cercanos a la superficie de la Tierra caen con la misma aceleración constante.
Ley de la Gravitación Universal para todos los cuerpos: dos cuerpos cualesquiera se atraen mutuamente con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Esta ley se puede representar mediante la ecuación con una constante de proporcionalidad llamada “G”, que es igual para cada par de cuerpos del universo.
F = Gm1m2d2

La causante de que la Luna no caiga sobre la Tierra es la fuerza centrífuga, una fuerza ficticia, que ejerce una fuerza contraria a la fuerza centrípeta, que es la que provoca el giro de la Luna alrededor de la Tierra Se necesita para que la Luna se mantenga en órbita.
Pero si observamos la Tercera Ley de Newton, te das cuenta de que no es compatible con el libro "De Arquímedes a Einstein", porque ambas fuerzas están aplicadas sobre un mismo sistema, con lo cual contradice la ley.

La órbita de la Luna alrededor de la Tierra es una elipse y esta tiene una velocidad en cada uno de sus puntos. Esta velocidad se llama velocidad orbital que es la velocidad que tiene un planeta o satélite (natural o artificial), en su órbita alrededor de otro cuerpo celeste como una estrella, planeta.

Con el simulador de abajo, vimos que la bola, al ser lanzada, se dirige al centro teniendo un cambio de dirección constantemente, el giro que hace la bola del caños tiene una aceleración normal y esa aceleración constituye la gravedad.






viernes, 8 de enero de 2016

GALILEO. CAÍDA LIBRE



Vamos a trabajar un experimento en el que la teoría de Galileo de la caída libre se puede comprobar. El mayor inconveniente que se nos ha presentado ha sido la imprecisión humana. El experimento consiste en tirar dos bolas de acero con tamaños diferentes, y estas se han dejado caer desde la misma altura en una cinta métrica repetidas veces. De esta forma queremos comprobar que la aceleración que experimentan es igual que la gravedad.


Primero tomamos los datos y hacemos una tabla:

t(s)y(m)
00
0,08-0,025
0,16-0,12
0,24-0,27
0,32-0,49
0,4-0,78
0,48-1,13

Posteriormente calculamos la velocidad instantánea en cada intervalo:




















Y hacemos su respectiva tabla con respecto al tiempo:
                                                                                 
t(s)v instantanea (m/s)
00
0,08-0,3125
0,16-1,1875
0,24-1,875
0,32-2,75
0,4-3,625
0,48-4,375

A continuación, representamos los datos en gráficas:

De esta gráfica podemos concluir que la velocidad de las bolas aparte de ser la misma, es negativa dado que su pendiente lo es y no es constante por tanto sabemos que experimenta una aceleración, es decir, que a medida que pasa el tiempo el espacio recorrido incrementa cada vez más y por eso la gráfica tiene forma de parábola.

Como la pendiente es una recta podemos concluir que la bola realiza un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, esto quiere decir que a medida que pasa el tiempo la aceleración no varía, pero la velocidad aumenta. Al tener la gráfica una pendiente negativa la aceleración también lo es. Esta observación está de acuerdo con nuestras expectativas dado que los resultados coinciden con la gravedad, puesto que es una aceleración y siempre es negativa. Así que podríamos afirmar que la causa por la cual las bolas caen al suelo se debe a este factor.



Por último, calcularemos el valor experimental de la gravedad:




Como resultado nos da un valor para g= -9,375. Un valor muy parecido al real ya que solo hay un error absoluto de 0,425.