2 sencillas actividades para medir la intensidad de campos magnéticos

Basta una brújula un alambre por donde pase corriente o un imán y un poco de trigonometría para hacer diferentes experimentos de mediciones de de campos magnéticos.
Las siguientes actividades son adecuadas para un nivel pre-universitario.

Una brújula funciona porque una aguja es magnetizada, por lo cual su componente horizontal se alinea con el campo magnético neto en la vecindad. En lugares abiertos el campo magnético terrestre es suficiente para afectar la dirección de la aguja de la brújula. Por su puesto, en presencia de otros cuerpos magnéticos o de un alambre por donde pase corriente, se debe tomar en cuenta la suma vectorial de las componentes magnéticas, esto es:


En una situación particular cuando la componente adicional es perpendicular al campo terrestre. Entonces la razón de las intensidades se relaciona fácilmente con la trigonometría.

(¿puedes demostrar la anterior ecuación?)

El ángulo theta es la deflexión del ángulo de la brújula del norte magnético (el corresponde a cero grados), el campo magnético terrestre puede variar en un intervalo de 1.53 a2.77 e-5 teslas. Por lo cual la anterior ecuación puede emplearse para medir la intensidad del campo magnético adicional

Primera actividad: campo magnético de un alambre con corriente.

Asegurándose de que la brújula este lejos de materiales magnéticos o de hierro, como se muestra en la figura se alinea el alambre (30 cm de largo aprox.) con la dirección que muestra la brújula. Entonces se conecta el alambre a una pila o a una fuente de corriente, alternativamente se puede conseguir un amperímetro para relacionar la corriente con el campo magnético producido. De este modo podemos calcular la intensidad de campo magnético en el alambre.


Este valor se puede comparar con la ley de Biot-Savart para un alambre largo:



donde I es la corriente en el alambre, y r es la distancia del centro del alambre al centro de la brújula


Segunda actividad: Campo magnético de un imán.

La anterior actividad se puede hacer con un imán permanente, pero también se puede añadir la dependencia con la distancia la cual es una función del tipo


donde k es una constante de proporcionalidad, que se debe medir; d es la distancia que separa a la brújula del imán; y n es una potencia por determinar. Por su puesto la dependencia con la distancia es diferente para diferentes configuraciones imán/brújula. Aquí estamos pensando en que los imanes (alambres) están alineados (forman una línea recta los ejes magnéticos de los elementos) con la brújula.

Para calcular el factor n, se toma la razón del campo magnético de a una distancia y al dobre de esa distancia, obteniendo:


Tomando en cuenta el logaritmo natural de los dos lados:


Para un dipolo magnético n debe estar cercano a -3, mientras que para un alambre n es -1.

Entonces, empleando nuestra ecuación inicial para la dependencia del campo magnético, para un dipolo magnético, como es el caso de las barras de imán.


Por su puesto, una gráfica puede ser mejor que solo considerar dos puntos. Tomar en cuenta las incertidumbres es suficiente para sostener el argumento del dipolo.

Estas dos actividades son suficientes como primera aproximación para un curso introductorio de magnetismo. Espero que puedan hacer los experimentos y nos dejen un comentario de cómo les fue.

Fuente.
ResearchBlogging.org Lunk, B., & Beichner, R. (2011). Exploring Magnetic Fields with a Compass The Physics Teacher, 49 (1) DOI: 10.1119/1.3527756

El día de los niños cabeza de caja grande (fotos)



Más que una instalación para un video musical o un festival de arte contemporáneo, estos niños de 5to grado usan como sobreros gigantes estas cajas para protegerse y observar el eclipse solar de la primavera de 1963.

En la parte superior de la caja hay un pequeño agujero, por el que pasa un haz de luz que los niños ven, conforme progresa el eclipse la luz de hoyo también muestra el progreso de eclipse. De modo que se puede disfrutar el espectáculo sideral sin ver directamente al Sol, sin dañarse la vista.


Seguramente este tipo de invasiones de chiquillos cabeza de cartón solo aparece en los días de eclipse, por lo cual se puede inventar una leyenda urbana: “cuando veas niños con cabeza de carto, cuidado, los cielos se oscurecerán y el Sol desaparecerá” (LoL).

Via:

5 ejemplos sencillos sobre la correlación y ajuste de líneas, con Excel.

Todos los que nos dedicamos a presentar información por medio de gráficos debemos dominiar el ajuste de curvas a una serie de datos, este post es un comentario sobre la relación de la correlación a los ajustes de líneas rectas.

Cuando hacemos un experimento lo mejor es sólo variar una variable y observar una sola respuesta a ese estimulo. Después, debemos presentar esos datos en un gráfico y buscar una ecuación matemática que nos permita extraer la información de comportamiento que observamos y predecir otros casos.

Pues bien, para mostrar la relación entre la correlación de datos experimentales (que aquí llamamos R cuadrada) y los puntos obtenidos por un ajuste de datos (como es el método de mínimos cuadrados), les presento 5 ejemplos básicos de cómo funciona.

Por ser muy popular, emplee Excel para hacer los gráficos y simulaciones numéricas. 

Caso 1. En una columna hice una serie de números que varían linealmente 1:1:20, y los grafique contra su clon. Por medio de botones alternos, Excel puede desplegar líneas de tendencia, la ecuación de ajuste y el factor R^2 para que se muestre en el gráfico. En este y los otros casos escogimos un ajuste lineal pues este es un ejemplo introductorio y porque la regresión lineal es el modelo matemático muy fácil de interpretar desde el punto de vista físico.

El resultado es una línea que empata con todos los puntos experimentales (que nosotros creamos ;) ), por lo cual el factor R^2 es 1. R^2 es un índice normalizado, de intervalo de 1 a 0, el 1 significa que nuestra elección de ajuste es adecuado, mientras que el 0 representa un pésimo ajuste. Como veremos en este post, es cuestión de criterio que ajuste emplear.


Caso 2. A cada uno de los datos de respuesta originales les he sumando un número aleatorio, use una función propia de Excel que genera los números aleatorios entre 0 y 1. Al obtener la línea de tendencia, observamos que no todos los puntos empatan en los puntos, eso era lo que esperábamos. Por lo cual, efectivamente el factor R^2 disminuyo hasta 0.9981, lo que significa que es una alta correlación, por lo cual el ajuste sigue siendo adecuado pese al ruido presente.


Caso 3. Ahora aumente el nivel de ruido, mulliqué la función aleatoria por 10 y la sume a los datos lineales. El resultado es una mayor dispersión de los puntos, por lo cual la correlación del ajuste lineal disminuyo hasta 0.7859; en estas condiciones este ajuste es muy pobre, incluso se puede pensar en desecharlo.



 


Caso 4. Ahora bien, como tenemos información previa sobre el origen de los datos (como en todo experimento bien planeado), sabemos que el ajuste debe ser lineal, que algunos datos están demasiado alejados de la línea de tendencia; por lo cual, aplicaremos un criterio para eliminar los datos que más se alejan de la línea de tendencia, en este caso el criterio fue tomar a los más alejados a golpe de vista (pues este es un ejemplo didáctico :) ). Esto solo lo puedo hacer si cuento con varios puntos y si confío en el ajuste originalmente elegido. Me quede con 11 datos y obtengo una mejora en el R^2 de 0.7792 a 0.952. Eliminar datos outliers es válido, especialmente si se sistematiza; lo que no es válido es alterar o añadir puntos a conveniencia y sin avisar a quien recibe la información (eso es engañar).

Caso 5. Mejorar la R^2 es solo un criterio para hacer adecuados ajustes de líneas, para nada es una regla increbrantable. Un ejemplo claro es una serie de datos de respuesta que siguen una parábola. Cuando aplicamos una lineal de tendencia obtenemos una R^2 = 0.9435 lo cual es una buena correlación; sin embargo, como sabemos el origen de estos puntos numéricos, es un ajuste equivocado. Lo cual es claro cuando empleando las funciones de Excel ajustamos a una parábola y aumentamos la correlación hasta 1, el valor máximo que se puede obtener.


Conclusión. El factor de correlación entre ajuste de curvas y datos experimentales nos da información sobre lo certero que puede ser el modelo, pero solo es un criterio, que se debe complementar con otra información previa, calculada o inferida.

Actividad sugerida:
Puedes hacer tus propios experimentos numéricos con el archivo original que hice, puedes trabajarlo desde Google Docs. Y recuerda déjanos tus comentarios para mejorar este post que tanta ayuda necesita.

Links de interé:
¿Qué tan bueno es un ajuste? (ingles), para ser más formales sobre el significado de R^2.

¿Cono doble rebelde a las leyes de Newton? Video

Me encanta este experimento, pues muestra la importancia del centro de masa en la mecánica y como se puede engañar la intuición



Dos rampas forman un plano inclinado, sobre él se coloca un cono doble (la parte gruesa esta en el centro), cuando el cono se coloca en las rampas, el centro de masa del cono efectivamente cae; sin embargo, los soportes del cono se elevan.

Dinos tu opinión: ¿realmente este artilugio puede ayudar en la construcción de edificios?

Los 5 post más visitados en un año del Tao de la física

De acuerdo con las estadísticas propias de Blogger estas son las entradas más populares en un año de usar ese servicio de estadísticas, de arriba hacia abajo:






Algunas de las entradas datan del 2007, las dos pos más visitados tratan sobre cómo mejorar la didáctica en una clase, mientras que los otros tres lugares buscan mostrar el lado divertido de la ciencia. 

Para mi es divertido ver cómo esta estadística es diferente a la histórica, pues esta se basa más en lo que la gente busca por medio de buscadores y por medio de recomendaciones.

Siempre es bueno saber que es lo que la gente busca de sitios de divulgación de la ciencia, como este su blog. :)

Motor de lata de Coca-Cola

Dicen que con Coca todo sabe mejor, aunque este experimento se puede realizar con cualquier otra lata.



Preguntas para pensar

Si el aluminio no es un metal magnético, ¿Cómo es que puede girar la lata dentro del embobinado del motor?

Links relacionados

Simple motor que sólo usan imanes

Cómo construir un motor Stirling

Video: curioso motor que usa el efecto Curie

Video: Cómo hacer un motor de vapor en 5 minutos

Motores homopolares.

Motor que funciona con bandas de goma y una lámpara


Video: el principio de un motor superconductor

Hacia dónde apunta la optoelectrónica. Video



Una de las direcciones hacia donde apunta Corning Co. es hacia la integración de la electrónica en vidrios de diversas clases. Haciendo ventanas inteligentes, que usen la energía solar para alimentarse, que puedan desplegar comandos e imágenes de alta calidad.

Muchos de estas aplicaciones parecen lujos de una utopía de la ciencia ficción. Sin embargo, lo mismo podía pensar un antiguo griego (como Pitágoras) de nuestra tecnología de teléfonos celulares o incluso la editorial. Lo cierto es que esta tecnología puede ayudar a tener una mejor vida en todos los aspectos y estratos sociales.

En el grupo de investigación donde trabajo estamos en interesados en desarrollar esta clase de vidrios de funciones ópticas y electrónicas: por medio de materiales híbridos con propiedades de óptica no-lineal (generación de segundo armónico, limitadores ópticos etc.), emisores de luz orgánicos (OLEDs, por sus siglas en ingles), y celdas solares de tintura.

Tal vez ese video, tal vez sea una aplicación real y tangible del mercado del mañana.

Demostración experimental de cómo inducir señales de radio

Simple experimento que solo requiere de bastante alambre, dos carretes, un radio y una bocina..

Uno de los carretes de alambre se conectado al radio, mientras que el otro carrete se conecta a la bocina. Los dos carretes están desconectados entre sí. La señal de radio es trasmitida atraves de la inducción magnética causada por la corriente en el alambre conectado al radio. La señal solo es recibida cuando el flujo magnético atraviesa al carrete. Cuando los carretes están perpendiculares entre sí, no se recibe señal.

¿Qué variaciones se pueden hacer en este experimento para hacerlo cuantitativo?

Links relacionados:

Lord Kelvin y sus 660 artículos en una gráfica


Un total de 660 artículos escribió Lord Kelvin, uno de los físicos más importantes de toda la historia. En la imagen de este post se ve una gráfica de año contra numero de publicaciones, donde también se hace referencia de la edad de kelvin y hechos importantes de su vida (como que fue contratado por su universidad a los 22 años). Abajo de esa gráfica se ve un linea de intereses de Kelvin, mientras más gruesa es la linea representa el tema en que estaba trabajando, todo el gráfico es un joya de la infográfia de un investigador.

A tal cantidad ingente de papers se debe sumar a sus actividades sus intereses comerciales, consultorias y demostraciones publicas, trabajo público, y trabajo como profesor. J. T. Lloyd, nos brinda esa imagen y un muy emotivo homenaje a Kelvin como profesor comprometido a las demostraciones, a cuantificar las observaciones a la ciencia y la educación.

Actualmente para obtener un contrato como investigador se requiere demostrar que se cuenta con publicaciones especializadas publicadas en revistas internacionales e indizadas. Nos quejamos de que los nuevos investigadores nos encontramos en un sistema de “publica o muere”, y hacemos referencia de los tiempos donde por la falta de recursos humanos, cualquiera podía ser contratado con apenas un titulo universitario. Recordamos que grandes de la ciencia como Galois o Descartes tendrían indices de publicación muy bajos en el actual sistema. Con nostalgia vemos hacia atrás.

ResearchBlogging.orgPues esas ideas arcaicas debemos cambiarlas, hay que ver hacia adelante y adaptarse a lo que tenemos que afrontar para seguir haciendo lo que nos gusta, sea lo que fuere.

Fuente:

Lloyd, J. (1980). Lord Kelvin demonstrated The Physics Teacher, 18 (1) DOI: 10.1119/1.2340402

Baja la temperatura y baja la resistencia eléctrica: Videos

El celoso canal de You-Tube del MIT (pues no permite la inserción de videos en otras páginas web) cuenta con una demostración física muy ilustrativa de la relación de la resistencia eléctrica y la temperatura. Suministran voltaje a un foco apenas por abajo de su umbral para encender, después insertan la base del foco en nitrógeno líquido, al disminuir la temperatura, la resistencia disminuye. Pues los electrones en el sólido vibran menos, por lo cual el paso de la corriente sufre menos interferencias de choques con la red electrónica de metal.

Por otro lado, En un colegio má pequeño que el MIT, en el sig. video vemos unos estudiantes hacer una variación del experimento, cuantitativamente miden la resistencia (de un alambre muy largo, y delgado) en función del aumento de temperatura. Además nos proponen una actividad, nos muestran sus datos y nos piden que los grafiquemos junto con ellos.


Creo que los dos videos, el del MIT y del colegio son igualmente ilustrativos. Con un lenguaje diferente nos complementan la información sobre un efecto físico. Ahí radica la democracia de Internet, cualquiera puede subir su video con su versión; también ahí esta la demoscracia de la ciencia, todos podemos hacer un experimento para demostrar un efecto. No importa si perteneces a un colegio pequeño o al prestigiado MIT, todos podemos participar para aprender y compartir lo que aprendemos.

Cómo hacer un modelo de material ferromagnético

ResearchBlogging.orgFrecuentemente en los museos de ciencia encontramos conjuntos brújulas alrededor de un imán potente o de un alambre por el que circula una corriente eléctrica, la idea es mostrar cómo mapear un campo magnético potente por medio de las brújulas. Para hacer arreglos como ese se debe tener la precaución de que las brújulas no interacción entre ellas, por lo cual se recomienda que estén separadas alrededor de 2.5 diámetros.  Como se ve en la Fig. de abajo.
 
Sin embargo, que muchas brújulas se alineen unas a otras por su cercanía puede ser un buen modelo de dominios ferromagnéticos en materiales. Como nos muestra Héctor G. Riveros del Instituto de Físca, UNAM, México.

Las sustancias ferromagnéticas poseen moléculas con dipolos magnéticos permanentes que se pueden alinear por campos externos, cuando la alineación de estas moléculas es localizada y es diferente por regiones, estas zonas son llamadas dominios. 

Los materiales ferromagnéticos no-magnetizados presentan dominios muy pequeños, con zonas aliadas muy diferentes. De modo que macroscópicamente el campo magnético es casi cero. Al aplicar un campo magnético externo se producen dominios inicialmente orientados en la misma dirección que el campo eléctrico, que crece a expensas de sus vecinos moleculares en el material.

Este caso, una magnetización completa significa producir un dominio único. Como sucede en los imanes permanentes. No obstante materiales como el hierro puede ser magnetizados temporalmente, lo cual tiene muchas aplicaciones tecnológicas.

Pues bien cuando colocamos muchas brújulas juntas y luego colocamos un imán potente, las agujas de las brújulas se orientan de acuerdo con el campo externo. Ahora, al remover el imán, las brújulas no regresan a su estado inicial (como se espera); están tan cerca entre ellas que se mantienen las orientaciones inducidas, por lo cual se observan dominios ferromagnéticos de este modelo macroscópico.


El experimento es muy simple por lo cual puede ser una buena demostración para cualquier nivel de estudios. Espero que la puedan hacer con sus alumnos, o compañeros.

¡Felices experimentos!!

Referencia:
Riveros, H., & Betancourt, J. (2009). Interacting Compasses The Physics Teacher, 47 (7) DOI: 10.1119/1.3225511

Enlaces de interés:

Video: curioso motor que usa el efecto Curie

Video: Camarón que caza con ondas de choque

Hay animales que sorprendentes por su forma de cazar, como muestra el camarón pistola, que cuenta con una pinza que cierra muy rápido formando una onda de choque, en el impulso sale disparada agua a una velocidad de aprox. 100km/h a una temperatura superior a los 4000 grados centígrados (lo que es muy alto), pero en un tiempo inferior del segundo. Esta onda de choque tiene las condiciones necesarias para noquear a su presa, para que el camarón tenga su almuerzo.


En el video mencionan una temperatura mayor, lo que me parece una exageración, habrá que ver las cuentas. 
Ya en otras ocasiones les platicamos de cómo el sonido puede ser un arma para controlar multitudes, ahora encontramos un ejemplo aplicado entre los animales.

¿Qué es lo que hace letal a la onda de choque, la temperatura, la velocidad, el tiempo?
¿Qué otros animales usan el sonido para cazar?

Enlaces relacionados:

3 famosos artistas pop que estudiaron matemáticas o física

Me encontré dos interesantes posts en el blog un poliedro en el tiempo sobre este tema, esta es su lista

Los famosos del área del Pop:

1) Danica McKellar (Winni de la serie los años maravillosos), es actriz y matemática, ha dictado algunas conferencias y ha escribe libros sobre el tema.



2) Art Garfunkel, es músico y tiene una maestría en matemáticas, ha logrado seis premios Grammy y es parte del salón de la fama del Rock and Roll.




3) Brian May, este guitarrista y vocalista del exitoso grupo Queen, es también astrofísico. Además de él, otros dos integrantes estudiaron biología e ingeniería.



Hace poco realice un post sobre los prejuicios que la gente tiene sobre quienes estudian ciencias. Yo defiendo que somos bastante comunes en el grueso de la población, tanto que podemos encontrar gente muy bella, rica y a la moda. En esa ocasión me pidieron más pruebas. Bueno estos son unos ejemplos extra. :)

No por ser feo, desalineado y pobre harás mejor ciencia, que quien es bello, bien arreglado y rico. Se hace buena ciencia porque se tiene una actitud y un método de trabajo científico, lo demás es extra.

Así que a dejarse de tonterías, todos podemos hacer ciencia, sin importar de donde provengamos.

via: 1,2


Enlaces relacionados:

Portadas de discos con temas de física

Cómo hacer una cámara de niebla para estudiar partículas elementales

Este video en español da las instrucciones para construir una sencilla cámara de niebla para observar trazas de partículas alfa.


En el video usan un material radiactivo: el americio 241, según el autor del video lo contienen algunos detectores de humo. También se pueden utilizar “minerales o sales de uranio. Para esto último, conviene convertir la sal de uranio (Acetato de uranilo o nitrato de uranilo) en una sal insoluble en agua y adherirla a un pequeño soporte”.

Siempre es interesante encontrar videos donde construyan aparatos científicos con lo que hay a la mano, espero que este video sirva para los que tienen proyectos escolares o inquietudes científicas.

 Por su puesto hay alternativas más simples para hacer estos aparatos, con un fin demostrativo.

Felices experimentos!!
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...
Se produjo un error en este gadget.