Dualidad partícula/onda. Stephen Hawking - El Gran Diseño - Capítulo 4 Historias alternativas

Os traigo un capítulo de El Gran Diseño (fotografiado, ya que no lo he podido escanear) sobre la dualidad de partícula-onda, en el que se realiza un experimento con fullerenos, lanzándolos contra barrera de dos rendijas, primero abriendo una, luego otro y por último las dos a la vez, obteniendo resultados inesperados en el cual nos explica el porque y hasta nos hace cambiar nuestro concepto de "pasado", llegando a la conclusión de que, según la física cuántica, el universo no tiene un solo pasado o historia única

De cara a la Pau i per si a algú li serveix de algo. Puje fotos amb tots els exercicis del tema de inducció magnética fets per una companya de fa un parell d'anys.
Si a algú li interesa algún tema en particular q comenti aquet post dient quin.

P.D. Crec q están desordenades però bè cada exercici te el seu enunciat i número corresponent

P.D.2 Encara q açò no sioga una notica jo crec q es interesant però alomillor no deuria estar al blog..

Carles O

Experimento de Michelson–Morley

Dado que estamos estudiando en clase el tema de Relatividad, y ésta resulta un tanto "irreal" debido a que no podemos apreciar sus efectos en la vida cotidiana, he estado buscando información sobre pruebas o experimentos que la justifiquen.

De esta forma me he topado con el que quizás sea uno de experimentos más famosos e importantes en la historia de la física: el experimento de Michelson-Morley. He encontrado un artículo bastante bueno, en el que explica de manera muy sencilla y clara este experimento que marcó un antes y un después.

A continuación os lo muestro. El link del que lo he copiado es: http://universocuantico.wordpress.com/2009/06/14/experimento-de-michelson-morley/

Antecedentes

A finales del siglo XIX se conocía que la luz era una onda electromagnética, que se propagaba a velocidad c (unos 300.000 km/s).

Esto, sin embargo, tenía un matiz que traía de cabeza a todo el mundo: hasta ese momento todas las ondas conocidas necesitaban un medio por el que propagarse: las olas de un estanque necesitaban el agua, las ondas sísmicas necesitaban la tierra, y el sonido (que ya se conocía que era otra onda) necesitaba el aire para propagarse.

Ahora, si suponemos que entre las estrellas que vemos y nosotros (el espacio vamos) no hay nada, esto entra en contradicción directa con que veamos la luz que nos llega de dichas estrellas.
Por lo que había que pensar en otra alternativa: en el espacio debería existir algo, un medio, que permite que se propage la luz: al cual se denominó éter, del cual no sabíamos en un principio absolutamente nada, ni de qué estaba “formado’’.

Ahora, si existiese de verdad dicho éter, deberíamos ser capaces de observarle de alguna forma, y esto fue lo que propusieron Michelson y Morley, un experimento para medir dicho éter.

Bases del Experimento

No se sabía si este éter estaría en reposo o la velocidad que tendría, pero dado que la Tierra gira en torno al Sol (en un año da una vuelta), la velocidad del éter respecto al de la Tierra cambiará a lo largo del año, y esto produciría ligeros cambios en la imagen que nos da la luz.

(Esquema del interferómetro)

Para ello, se utilizó un interferómetro de Michelson, el cual divide la luz que emite un foco luminoso (un láser por ejemplo) en dos haces, los cuales rebotan en dos espejos y se vuelven a juntar. Dado que la luz es una onda, siempre que tengamos una fuente que solo emite una longitud de onda (es decir, un color muy definido), al volver a juntarse, los dos haces interferirán produciendo máximos y mínimos de intensidad.

Para ello, se utilizó un interferómetro de Michelson, el cual divide la luz que emite un foco luminoso (un láser por ejemplo) en dos haces, los cuales rebotan en dos espejos y se vuelven a juntar. Dado que la luz es una onda, siempre que tengamos una fuente que solo emite una longitud de onda (es decir, un color muy definido), al volver a juntarse, los dos haces interferirán produciendo máximos y mínimos de intensidad.

Que se forme uno u otro depende de la diferencia de caminos que hayan recorrido los dos haces, lo que normalmente se hace variando ligeramente la posición de uno de los espejos (las variaciones de la posición deberán de ser similares a la longitud de onda de la luz, lo cual lleva a que serán de unos cientos de nanómetros: una diez milésima de milímetro).
Sin embargo, también se puede lograr el mismo efecto si estas distancias permanecen fijas pero la velocidad del medio por el que viaja la luz varía en uno de los brazos.

Así que variando la orientación de los brazos se debería observar un cambio en el patrón obtenido.

Resultados

Finalmente, y usando un instrumento que tenía unos brazos de 11 metros de largo (imaginaos las dimensiones del aparatito) y colocado sobre una “piscina” de mercurio para minimizar los movimientos del aparato, ambos físicos realizaron medidas de lo que ocurría.

Los resultados obtenidos en todas ellas fueron nulos: en ningún momento hubo ningún dato que apuntase a que la velocidad de la luz hubiera variado, o lo que es lo mismo, que el éter no tenía ninguna velocidad apreciable.

Sin embargo, esto mismo fue lo que condujo a que fuera uno de los más importantes experimentos, ya que con estos resultados se comenzó a pensar que dicho éter podría no existir, y se planteó que la luz podría viajar en el vacío, sin ningún medio de por medio, lo cual derivó finalmente en la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein, donde ya se impuso la no existencia de dicho éter.

Por último, también recomendaría echarle un vistazo al capítulo de la colección del Universo Mecánico que habla sobre este experimento. Eso sí, es un poco largo (unos 27 minutos aprox.)

Ovidio Colmenero Díaz 

2ºBachillerato A 

IES CID CAMPEADOR

Magnetoterapia

El cuerpo humano utiliza el magnetismo natural para su funcionamiento, en los huesos hay depósitos de magnética destinados a intensificar el campo magnético. Allí donde la retención de calcio óseo es mas importante, la interacción de otro campo magnético va a modificar algunos procesos biológicos como favorecer el intercambio de cargas entre la membrana celular. ¿Qué es la magnetoterapia? Técnica terapéutica que consisten en la aplicación de campos magnéticos artificiales, en presencia de trauma o disfunción, controlando la frecuencia e intensidad de estos campos. El campo magnético terrestre ofrece a los seres vivos protección eficaz contra las radiaciones solares. La intensidad del campo magnético terrestre es de unos 0.5 Gauss en la actualidad. El campo magnético terrestre experimenta variaciones importantes. Los seres vivos están acostumbrados a este campo magnético y su ausencia provoca serios trastornos. En los astronautas ha podido observarse que al estar fuera del alcance del campo magnético terrestre, se presentan alteraciones del metabolismo del calcio con aparición de osteoporosis (Frecuencia de Resonancia de las Proteínas, NASA USA,1977). La magnetoterapia consiste en reproducir sobre la zona afectada el campo magnético terrestre al que todos estamos sometidos, lo que demuestra la inocuidad de la técnica. Mientras que el campo magnético es de 0.5 Gauss y constante, los campos magnéticos artificiales pueden elevarse a niveles superiores (180 Gauss máxima potencia de pico). Se puede controlar su frecuencia; la emisión del campo ya sea en forma continua o pulsante; la forma de impulso (sinusoidal, semisinusoidal, sinusoidal rectificado, cuadrado etc.) y el tiempo de aplicación. Generalmente en magnetoterapia se emplean campos magnéticos pulsátiles con frecuencias comprendidas entre 1-100 Hz y con intensidades mínimas de 5 Gauss y máximas de 100 Gauss. Puede diferenciarse la aplicación de campos magnéticos producidos mediante la corriente eléctrica los que constituyen la magnetoterapia propiamente dicha, de los campos magnéticos obtenidos mediante imanes naturales o artificiales que se conocen como imanterapia. Los campos magnéticos aplicados en medicina son de baja frecuencia y de baja intensidad. Bases Físicas de la Magnetoterapia Cuando la corriente eléctrica atraviesa un hilo conductor genera un campo magnético coaxial a dicho hilo. La densidad del campo magnético en un punto determinado, es directamente proporcional a la distancia que separa el punto considerado del hilo conductor, de la corriente.Si con este hilo conductor se forma una espiral en hélice, se obtiene un solenoide. Un solenoide es un conjunto de hojas magnéticas sucesivas y ordenadas según su polaridad norte-sur. Dicho solenoide se rige por las reglas de Maxwell o regla “del sacacorchos” que dice “el sentido de las líneas de fuerza del campo magnético engendrado por una corriente, lo determina el movimiento de un sacacorchos que avanza en el sentido de la corriente. En el interior del solenoide, el campo magnético creado será uniforme y orientado paralelamente al eje de la espiral que lo forma. La intensidad de este campo magnético se calcula: Intensidad = Amperios x número de espiras (en gauss) / Longitud (en metros) del solenoide. 1 Gauss = 1 Oesterd. 1 Gauss = 10-4 Tesla. El campo magnético generado, varía en función del tipo de corriente que atraviese el solenoide. Si la corriente es continua el campo magnético será continuo. Si la corriente es variable el campo magnético también lo será. Para efecto del tratamiento buscamos un campo magnético pulsante, se utiliza haciendo circular una corriente alterna a través del solenoide. Mecanismo de acción de la Magnetoterapia El mecanismo de acción de los campos magnéticos es sencillo. Si colocamos diversas partes del organismo en la zona de acción de los campos magnéticos, las líneas magnéticas atraviesan estas superficies totalmente y no solo actúan en los tejidos superficiales, sino que atraviesan todo el organismo, incluyendo los huesos y todos los órganos, llegando a la profundidad absoluta. Con su aplicación se alcanza a todas las células, iones de sodio y potasio que se encuentran en la célula y el sistema coloidal. Se origina un cambio del potencial eléctrico de la membrana celular, cuyo resultado es un intercambio iónico acentuado. Se mejora la circulación sanguínea en los vasos y capilares que se observa muy bien con la termografía. Aumentan las defensas orgánicas, lo que constituye uno de sus principales efectos. En experimentos recientes se demostró que la presión parcial del oxígeno en los tejidos puede aumentar en un 1.000% , cuando actúan sobre ellos campos magnéticos a una determinada intensidad y frecuencia. Ardenne en 1976 publicó que los estados deficitarios por falta de oxígeno en las células orgánicas, son mucho más frecuentes de lo que se suponía como causa primaria de numerosas enfermedades

Bé basicament el video són un cojunt d'experiments realitzats a  l'Escuela Salesiana de Sarrià en Barcelona i es interesant perque els expliquen després des d'una perspectiva de coneixements de física de 2 de bachiller.

Com a consell recomane llevar el so de la música...

Carles Ortolà

Electromagnetismo y medicina

Los equipos basados en la transmisión y recepción de ondas electromagnéticas también han conquistado la medicina, empezando por los famosos equipos de rayos equis que permiten ver con facilidad y en poco tiempo huesos rotos a algunos otros problemas en el interior del cuerpo sin necesidad de rajarnos, o la progresión de éstos, los equipos de Tomografía Axial Computarizada.

También basados en ondas electromagnéticas se encuentran los nuevos equipos de resonancia magnética, ideales para el estudio y detección de alteraciones en los tejidos, como la existencia de un cáncer, y menos agresivos que los TAC o rayos equis al no funcionar mediante ondas ionizantes.

Otra de las aplicaciones de los campos electromagnéticos en medicina es la estimulación magnética transcraneal, técnica no invasiva utilizada para corregir o paliar los efectos de la depresión, ansiedad, déficit de atención, hiperactividad, estrés postraumático, migrañas, etc sin necesidad de medicamentos u otras sustancias químicas.

Los equipos emisores de radiación ultravioleta, junto con los equipos emisores de infrarrojos, son ampliamente utilizados en medicina para esterilización, al ser capaces de eliminar toda clase de bacterias y virus sin dejar residuo alguno.

 Se podría decir que el electromagnetismo ha contribuido en gran medida a crear el mundo que disfrutamos en la actualidad, estando en la actualidad rodeados de campos electromagnéticos cada vez en mayor número.

¿Por qué se mueve la aguja de una brújula?

Imaginemos que estamos en un coche, conduciendo a velocidad constante por una carretera recta, y lanzamos una moneda al aire. Para nosotros, la moneda habrá descrito un movimiento rectilíneo hacia arriba, cada vez con menor velocidad, se habrá detenido en el punto más alto y habrá caído de nuevo en nuestra mano. La explicación física del fenómeno será que le habremos dado un empuje vertical durante un lapso de tiempo muy breve que le habrá dado una velocidad inicial hacia arriba determinada. La fuerza de la gravedad habrá frenado su ascenso y la habrá hecho caer de nuevo, cada vez más deprisa, hacia nuestra mano. Si la moneda la observa un peatón que ve pasar el coche, entonces al movimiento de la moneda se tiene que sumar el movimiento del coche. La trayectoria observada ya no es rectilínea sino parabólica. El resultado depende de quién observa la moneda, pero la explicación física del fenómeno es exactamente la misma sea cual sea su movimiento relativo. Éste es, en definitiva, el principio de relatividad de Galileo. Una vez sabemos el resultado de un experimento para un observador concreto, si queremos averiguar el resultado para otro observador basta aplicar unas cuantas operaciones matemáticas que dependen de su velocidad y de su posición. De hecho, cambiar de observador, aunque estén en movimiento, no es más que cambiar la "perspectiva" desde la que se observa el experimento, pero –según estaban convencidos tanto Einstein como Galileo- la explicación física del mismo debería ser la misma.

Sin embargo, las explicaciones que Maxwell dio para los fenómenos electromagnéticos no parecían cumplir este principio. Si movemos un imán cerca de un circuito cerrado con una bombillita, en reposo, la bombilla se enciende. La explicación física que dio Maxwell es que el imán en movimiento crea un campo eléctrico que mueve los electrones del circuito. Si el imán está en reposo entonces no crea ningún campo eléctrico, pero al mover el circuito cerca de él los electrones se mueven y encienden la bombilla. La explicación en este caso es la aparición de una fuerza electromotriz inducida en el circuito. En este caso los resultados observados son los mismos, pero las explicaciones físicas del fenómeno son distintas según la "perspectiva" del observador, lo que no cumple el principio de relatividad de Galileo.

Las leyes de Maxwell tenían otro punto controvertido. Según las ecuaciones, la velocidad de las ondas electromagnéticas, como la luz, era una constante. Esto no es nada nuevo para las ondas: siempre tienen una velocidad constante respecto al medio en que se propagan, independientemente de la velocidad de quien las emite. Cuando un avión emite ondas sonoras, el sonido viaja por el aire a una velocidad constante de 340 m/s, por muy deprisa que vaya el avión. Pero en el caso de la luz había una diferencia: el medio era el vacío. Esto llevó a cuestionar que quizá la luz se propagaba por un medio muy especial, un "medio lumínico" que llenaba todo el espacio entre las estrellas y nosotros, y que no ofrecía resistencia al movimiento de los astros: el éter. En ese caso la velocidad de la luz sería constante respecto al éter, pero no respecto a la Tierra, que sí tendría un movimiento en ese hipotético medio. No sería lo mismo enviar un rayo de luz en la dirección del movimiento de la Tierra que hacerlo en dirección contraria. Sería como medir la velocidad del sonido emitido por un avión desde el propio avión, en dirección hacia adelante o hacia atrás. El resultado sería diferente. Sin embargo, todos los intentos de detectar el movimiento de la Tierra respecto al hipotético éter midiendo la velocidad de la luz en direcciones diferentes fueron infructuosos.

Einstein se enfrentó a estas cuestiones en su trabajo publicado en septiembre de 1905, titulado "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento". ¿Cuáles son las ecuaciones que relacionan los resultados medidos por observadores en movimiento en el caso de los fenómenos electrodinámicos, con el fin de que cumplan el principio de relatividad de Galileo?, ¿qué ocurre si se aplican estas ecuaciones también a la mecánica? Albert se apoyó en dos postulados. Por un lado, consideró que el principio de relatividad de Galileo tenía que ser válido, es decir, que tanto las leyes de la mecánica como las del electromagnetismo son las mismas para todos los sistemas de referencia inerciales, es decir, para todos los observadores en reposo o con movimiento uniforme y rectilíneo. Por otro lado, consideró que la velocidad de la luz es constante, independientemente del movimiento del emisor... ¡y del observador! Con estas dos premisas era innecesario introducir el éter, pero implicaba cambiar radicalmente la cinemática, los conceptos de espacio y tiempo.

Einstein cayó en la cuenta de que medir el tiempo, es decir, anotar la simultaneidad entre un suceso y una determinada posición de las agujas del reloj, requiere que el reloj esté en el mismo lugar donde ocurre el suceso. Si se desea anotar el tiempo en que han tenido lugar sucesos diferentes que ocurren en lugares distintos es necesario medir el tiempo con un reloj en cada lugar, sincronizar los relojes enviando señales de luz teniendo en cuenta la distancia a la que se encuentran, y poner en común las diferentes medidas. El hecho de que la velocidad de la luz sea constante independientemente de la velocidad del observador tiene un efecto en la definición de simultaneidad: si los relojes tienen movimientos relativos ¡la simultaneidad pasa a depender de la velocidad del observador! Si aplicamos la simultaneidad para medir la longitud de una vara en movimiento, anotando la posición del principio y del final en un instante de tiempo según dos relojes sincronizados en los extremos de la vara, el resultado es que ¡la longitud de la vara también depende de la velocidad respecto al observador!

El siguiente paso del artículo de Einstein fue determinar las ecuaciones matemáticas que transforman las coordenadas espaciales y temporales entre sistemas de referencia en movimiento, a partir del nuevo concepto de simultaneidad. Así llegó a las ecuaciones de transformación relativistas. Se trata de unas ecuaciones similares a las clásicas, pero en las que siempre aparece un término v/c. Si las velocidades v son pequeñas en comparación con la velocidad de la luz (la letra c), el cociente es prácticamente cero, el término desaparece y queda la ecuación clásica.

Revolucionar la cinemática clásica requería unas cuantas líneas de explicación, por lo que Einstein introdujo en su artículo un controvertido apartado en el que apuntaba algunas implicaciones físicas de estas ecuaciones, es decir: que la velocidad de la luz es una velocidad límite; que la suma de dos velocidades siempre dará una velocidad menor que la de la luz; que las longitudes de los objetos se contraen en el sentido del movimiento; y que los relojes se retrasan cuando están en movimiento.

Una vez deducidas las leyes de la cinemática a partir de sus dos postulados (el principio de relatividad y la constancia de la velocidad de la luz), el trabajo se centró en su aplicación a la electrodinámica. Con las nuevas ecuaciones de transformación, por fin la descripción física del problema del imán y del circuito en movimiento relativo sí que era la misma. El campo magnético y el campo eléctrico pasaban a ser dos "perspectivas" del mismo fenómeno físico, y el observador percibía uno u otro (o ambos) según fuese su movimiento. Aplicar las ecuaciones de transformación a los fenómenos electromagnéticos le llevó a la descripción del efecto Doppler para las ondas electromagnéticas, al cálculo de la presión que hace la luz sobre las superficies en las que se refleja, a la invariancia de la carga del electrón, y a las leyes precisas que describen el movimiento de los electrones... y a la orientación de la aguja de una brújula.