3 cosas que hacer para ser un físico

"Si quieres ser un físico, debes hacer tres cosas. Primero, estudia matemáticas; segundo, estudia matemáticas, y tercero, haz lo mismo."


Sommerfeld en verdad sabia física, es uno de los consolidadores de la teoría de la mecánica cuántica, nos brindo aportaciones importantes en óptica, demostró que los rayos X eran una onda, entre otros trabajos.

Ciertamente para saber física, hay que saber matemáticas... y otras cosas... por ejemplo física. Vamos, las matemáticas describen a la naturaleza, sin regirla.

Cómo me han comentado, la frase es chistosa. De cierto es que solo bastan dos actividades para ser un físico.

la frase es vía: science is beauty

la educación de hoy es...

"Educar es enseñar a vivir. No se trata de hacer del aula un lugar interesante, sino de hacer del aprendizaje una experiencia emocionante y relevante. No se trata de una nueva educación a través de las nuevas tecnologías, sino de motivar el aprendizaje significativo, el análisis crítico y el pensamiento creativo día a día."

Visto en un pizarron 

Cómo usar rayos gama para fabricar un láser

La obtención de un láser de rayos gama es un reto de la física moderna. Por mínimo, existen dos problemas a resolver:

1)La acumulación de núcleos isómeros en una muestra

2)Disminuir el ancho espectral de emisión de rayos gama

Al parecer la obtención de emisión láser a niveles nucleares es imposible de obtener por métodos tradicionales.

Sin embargo, E. V. Tkalya de la Lomonosov Moscow State University, propone en un trabajo teórico muestra cómo amplificar la radiación gamma empleando un cristal dieléctrico de torio (Th). De acuerdo con Tkañlya, la amplificacion laser se debería a 3 factores:

1) la excitación de una gran cantidad de isómeros de torio por medio de pre-radiación láser de unos cuantos Watts. Este mecanismo de excitación láser se usa en muchos otros sistemas láseres. Por ejemplo, los de colorante (dye) o los que usan generación de segundo armónico.

2) la obtención de inversión de población en los niveles nucleares de una muestra fría colocada en un campo dípolar magnético. En subniveles de Zeeman.

3) La emisión/absorción de los fotones ópticos por los núcleos de torio en el cristal sin retroceso. Es decir, por un efecto Mossbauer en la región óptica.

De este modo, Tkalya considera que es muy factible la obtencion de un láser de rayos gama en la región óptica.

Los rusos cuentan con una alta reputación en trabajos teóricos de óptica, especialmente en láseres de alta potencia, tal vez como un subproducto de la guerra fría con USA. Lo curioso es que se descarte para la obtención experimental de tal láser,

¿quién será el primero en fabricar un láser con rayos gamma?

Referencias:

E.V. Tkalya, Nuclear Gamma-Ray Laser of Optical Range. arXiv:1011.0858v1 (2010)

¿Es falso este video de tiro parabólico extremo?



He visto en varios noticieros de TV este video. Los presentadores,en principio, afirman que el video es cierto, sin meter las manos al fuego. Típico de malos periodistas y de medios desesperados por subir el nivel de audiencia: falta de investigación, alto grado de credulidad y carencia en solicitar interacción entre quienes los siguen.

El video es FALSO. Como afirman al final del sitio gigaom, se emplearon animaciones para mostrar el salto.

Microsoft pagó para realizar el video como parte de una campaña viral, que funcionó muy bien. Tanto realizador como patrocinador admitieron el montaje. Lamentablemente, son muchos los medios de comunicación que les falta la honestidad y curiosidad para llegar a la verdad en este y otros muchas otras notas presentadas.

En lo que respecta a la física, la supuesta velocidad que adquiere el cuerpo es tal alta como para que el agua que sale de la piscina infantil sea mayor.

Cómo mejorar la educación científica mediante la edición en Wikipedia

En la actualidad, aumentar en los estudiantes las habilidades de comunicación (ante públicos especializados y ante grandes audiencias) y realizar aprendizajes cooperativos son los objetivos de muchos profesores. Adecuar las clases de ciencias en un contexto de comunicación por medio de Internet requiere de adaptaciones rápidas y sencillas, que se mantengan concentradas en los temas científicos a desarrollar.

Cheryl L. y amigos de la Universidad de Michigan nos relatan como emplearon la Wikipedia en un curso de química y alcanzar tales objetivos.

Este es mi resumen de su articulo.

Primero realizaron grupos de 2 a 3 alumnos con una cuenta de edición de Wikipedia. Los alumnos identificaron 2 a 3 entradas de Wikipedia que podrían mejorarse (mencionando las fortalezas y debilidades de tales entradas). Entre estudiantes y profesor seleccionaron una de esas entradas propuestas tomando en cuenta su relevancia en química y posibilidad de mejora.

Después, de unas semanas los alumnos presentaron un borrador proponiendo el cambio en la Wikipedia y esperaron retroalimentación del grupo y profesor.

En la semana 7 de trabajo, los alumnos aprendieron a editar la Wikipedia.  

Ya en la semana 14 los alumnos presentaron su entrada, mostraron la vieja entrada para mostrar los cambios realizados y sugiriendo futuras mejoras

Los requisitos solicitados
  • Para tal trabajo los alumnos debieron presentar
  • Un mínimo de 8 referencias
  • Un mínimo de 3 secciones adicionales, incluyendo una introducción para el público general
  • Un mínimo de 3 imágenes o esquemas que mejoraran la explicación del tópico
  • Hipervínculos con temas relacionados y dentro de la misma entrada

Debido a que hay un registro de quien hizo que cambios en Wikipedia, el profesor puede seguir paso a paso el avance de los alumnos. Lo cual es una ventaja cuando otros usuarios fuera de la clase también pueden hacer cambios.

De acuerdo con los autores los alumnos se sintieron muy satisfechos con el proyecto y mostraron aprendizaje colaborativo. Además de que emplearon adecuadamente los materiales.

De cierto es que este articulo es una buena propuesta de aprendizaje colaborativo, con supervisión mediana, cuando el profesor conoce la herramienta le consume poco tiempo, y otras bondades que me hacen decidirme a emplear algo similar en mi próximo curso de licenciatura. 

Via:

Referencias:

Moy, C., Locke, J., Coppola, B., & McNeil, A. (2010). Improving Science Education and Understanding through Editing Wikipedia Journal of Chemical Education, 87 (11), 1159-1162 DOI: 10.1021/ed100367v

Presentación: Introducción a la técnica Montecarlo con 2 ejemplos en Matlab

Estas láminas las uso para dar una clase sobre métodos numéricos y programación. Espero que les sea útil y me dejen un comentario para mejorar la presentación. Por ejemplo, enlaces a otros ejemplos Montecarlo.

Presentación de intro. a la espectroscopia de esparcimiento Raman

Me encontré con esta buena presentación (en ingles). El efecto Raman fue descubierto empleando luz solar. Hoy en día, es muy una técnica muy demandada en laboratorios químicos pues es complementaria de la espectroscopia infrarroja.


Me interesa mucho hacer experimentos con esta técnica: tanto para caracterizar materiales, como para hacer nuevos experimentos.

Espero poner más presentaciones científicas en este blog.

¿Cómo hacer un pistón de fuego y hasta que temperatura puede alcanzar?: Videos y fórmulas

Este es el video de la demostración. 1,000 cuadros por segundo para ver claramente como se hace fuego en una compresión adiabática.



El pistón de fuego es un juguete científico popular, consiste de una jeringa sellada con un poco de yesca (viruta de madera) en su interior. Cuando el pistón comprime el aire en el interior, la temperatura aumenta, logrando que la yesca se encienda.

Algunas tribus Filipinas y de la península Malaya han empleado este instrumento como encendedor. Por supuesto, desde la invención de los fósforos se ha convertido en obsoleto. Con todo, los motores de Disel emplean el mismo principio: compresión para calentar el vapor de combustible y encenderlo sin la necesidad de chispa.

Después realizar una demostración en el salón de clases, J A Scott-Brown y amigos decidieron calcular la temperatura que se puede alcanzar en este proceso termodinámico. Este es el resumen

Buscamos una fórmula que describa la temperatura T en el pistón, que tiene una sección trasversal de área A, que su longitud se reduce en x unidades. El pistón contiene n moles de gas con un calor especifico C. Por simplicidad, se asume que el gas es ideal, que no se pierde calor en los alrededores, y que la yesca tiene una masa despreciable y un calor especifico diminuto.

Primero, el trabajo es producto de la fuerza y la distancia (w = Fx), presión es la fuerza entre el área (P = F/A) y la ley de gases ideales (P = n R T/V) nos permiten construir la ecuación diferencial:





Como no hay pérdidas de calor en los alrededores; el calor realizado es igual a nCT, donde C es la capacidad calorífica molar del aire, y n es el número de moles del gas en el pistón. Emplearemos estos datos para hacer una sustitución en nuestra ecuación diferencial (donde introducimos la constante D):









Empleando las propiedades del logaritmo encontramos que 





Utilizando que las condiciones iniciales son x = x_0 y T= T_0; encontramos que la temperatura se puede escribir como:





Aplicando esta fórmula.


Para una temperatura de 27 grados centígrados, un pistón de 18 cm, que se comprime hasta alcanzar los 2 cm. Tenemos una temperatura de 289 grados centígrados. Más aun, si la persona pusiera todo su peso sobre el pistón, se podría llegar a una temperatura de hasta 541 grados centígrados. Por su puesto en un movimiento rápido, de otro modo no se alcanzarían tales temperaturas.


Finalmente un video donde explican cómo construir un pistón de fuego.



Referencias:


Scott-Brown, J., Cunningham, O., & Goad, B. (2010). How hot can a fire piston get? Physics Education, 45 (4), 328-329 DOI: 10.1088/0031-9120/45/4/F04

Secuencia de fotos: Perla de leche escapando del café. Mi agradecimiento por todos sus votos



5 imágenes para narrar la colisión de una gota de leche sobre la superficie de café negro. La imagen mayor se presentó en el concurso TuCiencia2010, gracias a sus votos, la foto ganó el premio especial del público y una mención honorifica.

La explicación de la imagen concursante fue la siguiente:
"La ciencia es bella porque nos brinda nuevas perspectivas de nuestros alrededores, de la naturaleza, de la vida. Un acto tan cotidiano como el verter unas gotas de leche al café está lleno de momentos dinámicamente dramáticos que nuestros ojos desnudos son incapaces de percibir."

"Gracias a las cámaras comerciales, como las añadidas a los celulares, que alcanzan velocidades de captura de 160 cuadros/segundo, es posible que cualquiera capte los detalles de la colisión de las gotas de leche en la superficie del café, como es este caso."

"Cuando la gota de leche se precipita en caída libre, aumenta su velocidad y adquiere una forma esférica; efectivamente, la tensión superficial fomenta la adquisición de tal simetría óptima: el máximo de material en el mínima superficie."

"En el momento en que la leche colisiona con el café, la leche tarda un tiempo en incorporarse en el negro líquido; de hecho, se presenta una gama de movimientos. La perla de leche se sumerge en el café, cual pelotilla perdiendo su velocidad inicial en una tensa sabana; incluso la gota se aplasta en el choque inelástico mientras forma un cráter en la superficie oscura. Después, tanto la tensión superficial del café y la leche causan que la perla blanca se reconstruya y rebote, mientras tanto el cráter producido en la colisión tiende a cerrarse violentamente causando que las orillas del café conformen una columna oscura que asciende pegada y tras de la pelotilla blanca."

"Más aún, hay un instante, capturado por esta fotografía, donde la energía cinética de la columna de café se agota y la perla lechosa todavía cuenta con un poco más energía cinética. Así, en la imagen se puede observar como un hilo oscuro de café que apenas si roza a la esferilla blanca. A los 0.14 segundos después del choque, la perla se ha liberado de la oscura columna. Finalmente, la leche cae de nuevo en el café, esta vez con menos energía cinética, en un choque menos violento, de modo que la perla de leche se diluye e incorpora al café negro."
A petición de varios de Uds les presento la secuencia.

Las fotografías de colisiones de líquidos son clásicas en los temas de foto científica, son sencillas de tomar y son básicas para introducirse en fotografía rápida, lo que es mi caso. Espero tomar mejores imágenes para todos los lectores del Tao de la Física, y espero sus sugerencias para tomar nuevas imágenes.

Por su puesto la imagen la incluiré en el libro en línea de ejercicios y respuestas de física.

Para saber más de colisiones de líquidos les recomiendo el libro en línea The History of Stopping de Worthington, Mach y Edgerton. De tal libro realizaré varios comentarios en este blog, su blog.

Para saber más:

Cómo fotografiar la salpicadura de una gota de agua

¿Tres canciones de matemáticas?

1) los maestros de Les Luthiers y El Teorema de Thales empezaron hace muchos años con este tema en la musica, con una idea clara en divertir. Mi favorito:



2) El pop fino de números, que habla poco de ciencia, pero tiene buen ritmo.




3) Esta sobrevalorada cumbia matemática, que sí habla de muchas ideas de mate y rimas curiosas:




Debe haber más canciones en español sobre el tema, ¿cuál me falta?

Cómo surfear sobre una onda de choque y separar fragmentos de meteoritos


Las ondas de choque no son ondas sonicas. Son perturbaciones en el aire que viajan a una velocidad mayor que la que puede alcanzar el sonido; usualmente, se forman cuando el gas es empujado rápidamente por un objeto sólido. La onda de choque comprime a las ondas de sonido formando un región de alta presión llamada frente de onda.

Nick Parziale del Instituto de de Tecnología de California y sus compañeros nos dan una idea de como navegar, surfear sobre uno de estos frentes de onda. Estudiaron el fenómeno mediante dos pelotas de nylon (una más grande que la otra) en un tunel de viento y le dipararon aire coprimido supersonico de viajando a Mach 4. Filmaron la onda de choque resultante con una técnica fotográfica llamada Schlieren.

En la onda de choque las bolas se separan. Más interesante aún, la bola pequeña comienza seguir el arco de onda creado por la bola mayor. Es decir, la bola pequeña surfea sobre la onda de choque creada por la otra bola

Más allá de una simple curiosidad científica. Hay ejemplos en la naturaleza de este efecto. Cuando los meteoritos alcanzan velocidades supersonicas, sus fragmentos viajan alrededor del arco del frente de onda, formando una imagen 3D de la perturbación.

Parziale y colaboradores afirman que el efecto es muy sensible a las geometrias de los dos objetos, hasta ahora carecen de un resultado para que tomes tu tabla e intentes surferar en una onda de choque (LoL).

Referencias:

Bulletin of the American Physical Society

Árticulo Arxiv: Experimental Investigation of Shock Wave Surfing, y   Video

Cristales gigantes que crecen en cueva de condiciones infernales

En el desierto de Chihuahua, México la actividad minera es abundante, se extrae plata, plomo, cuarzos, entre otras materiales. En su continua búsqueda de vetas ricas; unos trabajadores, por casualidad encontraron a a 304 metros bajo tierra la entrada a una cueva con cristales que formaban diversas columnas de hasta 11 metros de altura.

Magnificas fotografías en el sitio de NatGeo muestran como pequeñas hormigas a los espeleologos sobre las columnas de cristales traslucidos.

Formando un selva de cristales, con más de 170 gigantes formaciones la cueva cuenta con condiciones mortales, una combinación de 90% de humedad y una temperatura de 56 grados céntrigrados, suficiente para matar a un humano en 30 minutos. Por ello los investigadores deben portar trajes refrigerados.

Hace millones de años, una cueva se inundo de agua, con el tiempo los minerales de sulfato se separaron del agua y se conglomeraron en un lento proceso que permitió el crecimiento de los cristales en la cueva inundada. Hace una decada, la cuava fue drenada, hoy la cueva es parte de investigaciones de mexicanos e italianos, para nada es un lugar turistico, no solo por las condiciones de temperatura y humedad, también porque los cristales pueden ser delicados y objeto de saqueo.

¿Donde se podran encontrar otras cuevas con cristales semejantes?

¿Podrían existir cuevas con diamantes gigantes?

Les dejo con un video un programa amarillista, pues el video de NatGeo no esta gratis en Internet. Estas piedras para nada son mágicas per se. Así que el final del video (después del min 7:00) esta lleno de ideas absurdas sobre el uso de los cristales para obtener beneficios. WTF


Referencias: La imagen es del sitio de NatGeo, se pueden ver de naranja a los pequeos investigadores, frente a las columnas gigantes de cristal.

Enlaces de interes:
1) Cómo hacer crecer cristales en tu cocina.
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