Experimentació lliure

Un bloc de recursos per a les Ciències Experimentals

Ciència entre tots a Girona

Publicat per Lorenzo Ramírez a 23 abril 2014

Ciència entre totsAquest proper dissabte 26 d’abril de 2014, Girona s’afegeix a les ciutats que organitzen una fira de ciència al carrer amb la participació activa de l’alumnat i professorat dels centres del territori. La iniciativa ha sorgit del Centre de recursos pedagògics del Gironès impulsada pel professor Tavi Caselles, del que recomano la pàgina web de Física i el bloc d’experiments que edita.

Durant el matí a la plaça Pompeu Fabra, entre la seu de la Generalitat de Catalunya a Girona i la Casa de Cultura, s’instal•laran les parades científiques per al gaudi de tota la ciutadania que vulgui apropar-se.

 

A més de les propostes dels centres educatius, també hi seran les actuacions de magnífics divulgadors de la ciència i un espectacle científic de gran format que realitzaran Pep Duran i Pep Anton Vieta a les 12 del migdia que titulen Reacciona… explota! al que podrà assistir-hi tothom, ja que hi haurà una pausa en la fira.

La diada te associat un bloc en el que es van penjant les experiències i/o activitats que els centres i el divulgadors presentaran en la fira.

cartell

 

Publicat en Esdeveniments, Experiments | Etiquetat: , | Deixa un Comentari »

Microscopi de cartró

Publicat per Lorenzo Ramírez a 12 març 2014

 A través de I fucking love science m’arriba la notícia de que un equip de bioenginyers de la universitat d’Stanford ha dissenyat un microscopi de cartró (FoldScope) que pot salvar vides ja que és capaç de detectar els paràsits de la malària, per exemple, i que es pot fabricar en sèrie per menys d’un euro.

 Concretament li assignen el preu de 0,97 $ a l’article en el que descriuen en detall les característiques del microscopi, quan el número de microscopis a fabricar és de 10.000 unitats.

Quan l’he vist, amb el que a mi m’agraden els ginys científics de paper que funcionen, he pensat. quina meravella!. I així és.

Els augments del microscopi depenen del tipus de lent utilitzada, però és capaç de veure les coses amb un augment de 2.000x. Per exemple, en la seva pàgina web ensenyen fotografies en les que es veuen mostres com les de sota preses amb un augment d’entre 140 – 1140x :

Imatges amb Foldscope

Com que el microscopi és quasi tot de paper, no es trenca si cau a terra (en el vídeo es veu que el trepitgen i desprès funciona). Es pot imprimir en un full de cartolina i muntar-lo afegint-li una lent, una pila botó i una llum LED, de manera que el microscopi funciona en poc més de deu minuts. Es pot personalitzar en funció del tipus de LED que serveix per il·luminar els porta. La bateria pot durar prop de 50 hores, lo que són moltes hores sense canviar-la, el que permet un munt de temps per explorar el món microscòpic en el diagnòstic d’una malaltia potencialment mortal (si fora el cas), o l’estudi d’una mostra al camp, o simplement per treballar amb la canalla. Etc.

tall del Foldscope

El Dr Manu Prakash és el director de l’equip que ha desenvolupat el FoldScope i ha estat donant conferències per tot arreu per tal de convèncer als metges de la seva utilitat com una eina de diagnòstic i també als profes i investigadors per tal d’utilitzar-lo a les aules i o com a un microscopi portàtil.

I després de tanta meravella, com es pot aconseguir?. Doncs bé, no hi ha més que apuntar-se enviant un correu (signup@foldscope.com) explicant-les com vols fer-lo servir i fent-les després un escrit en el que expliquis com ha anat l’experiència, ja que volen fer una publicació a la que anomenaran el “world’s most awesome biology/microscopy lab manual” on recopilaran totes les experiències del seu projecte”Ten Thousand Microscope Experiment

 )

-

Publicat en Biologia, Fabricació d'eines científiques, Física | Etiquetat: , | Deixa un Comentari »

Reflexió interna total frustrada

Publicat per Lorenzo Ramírez a 16 febrer 2014

La refracció i la reflexió interna total

Tots els profes de física expliquem el fenomen de la reflexió interna total. Quan un feix de llum incideix en la superfície de separació amb un medi que té un índex de refracció més petit que el de procedència, es reflecteix totalment quan incideix amb un angle d’incidència més gran que un donat per la relació dels respectius índex de refracció, anomenat angle límit.

Reflexio i refraccio

De fet, no només expliquem la utilitat de la reflexió interna total per a la transmissió d’informació en el cas de la fibra òptica, o per la simple transmissió de llum per a fer bonic (làmpades de fibra òptica), sinó també la de la seva frustració (refracció) en la construcció de sensors de pluja pels parabrises dels cotxes.

Lampara fibra optica

Sensor de pluja

En l’actualitat molts cotxes porten de sèrie un eixugaparabrises automàtic que es fica en marxa o s’atura en funció de que caigui aigua, o no, i que funciona de la següent manera:

sensor de lluvia

En el sensor, que normalment es troba en la part central superior del vidre davanter, un díode envia una llum infraroja a la làmina del parabrisa amb un angle de 45º, de manera que es produeixi la reflexió total en ell. El raig reflectit (amb la major part de la intensitat lluminosa) arriba a un sensor (fotodíode) que actua d’interruptor en un circuit.

Sensor de pluja

En ploure, l’aigua sobre el parabrisa produeix un canvi en l’índex de refracció del segon medi (abans passava del vidre (n ≈ 1,5) a l’aire (n = 1) i ara del vidre a l’aigua (n = 1,3)), de manera que varia la intensitat del raig reflectit, ja que una part es refracta. Això fa que ara la intensitat de llum que arriba al sensor sigui bastant menor que en condicions de sequedat, el que obre un circuit que actua sobre el eixugaparabrises, que comença a funcionar.

En el aquest enllaç teniu una explicació més detallada, que correspon al següent vídeo, prou il·lustratiu del fenomen:

-

La reflexió interna total frustrada (RITF)
Frustrated Total Internal Reflection (FTIR)

Però el títol de l’entrada no es refereix a aquesta frustració per refracció que pateix la llum en els sensors de pluja, sinó a un altre fenomen que jo desconeixia fins fa poc, concretament fins que vaig trobar-me amb una estupenda infografia de Vicente Torres Zúñiga en el seu bloc El Tao de la Física, on es veuen uns fotons tristos (frustrats) que salten el buit i s’allunyen en un altre medi, en lloc de reflectir-se interna i totalment (somrients) en el mateix medi des del que incidien.

frustrada_luz

Explica, com he fet jo abans, que la llum pot viatjar d’un mitjà de índex de refracció gran a un altre índex menor, però que després d’un cert angle d’incidència, la frontera ja no deixa passar la llum, es comporta com un mirall. (Reflexió Interna Total – RIT).

Però que si s’acosta prou un altre vidre al primer, la frontera es torna indefinida i la llum segueixi el seu trajecte original (refracció). De manera que encara que hi hagi un espai entre els dos vidres s’observa que la reflexió es frustra com en el cas de la refracció quan parlaven d’una gota de pluja sobre el vidre. Per això se li diu Reflexió Interna Total Frustrada – RITF.

Es deu a que quan la llum incident arriba a la frontera vidre – aire, es produeix una petita pertorbació de l’ona electromagnètica (ona evanescent), que s’endinsa en l’aire, però que disminueix la seva intensitat ràpidament, fent-se pràcticament zero (no hi ha refracció). Però quan s’apropa prou un altre vidre al primer, aquesta pertorbació es torna a transformar en llum i continua el seu camí sense desviar-se, de manera que la reflexió interna ja no és total.

El dibuix i les fotografies següents que il·lustren prou aquest fenomen estan tretes de l’article A visual classroom demonstration of frustrated total internal reflection as an analogue to optical tunnelling (Rabiya Salman et al 2013 Eur. J. Phys. 34 1439 – el document no és accessible sense pagar).

RITF

A continuació enllaço un parell d’experiments de RITF en Youtube, i un parell d’articles en els que tracten el fenomen en profunditat:  Zhu, S. i altres, Frustrated total internal reflection: A demonstration and review, Am. J. Phys. 54 (7), July 1986,  i Zoltán Vörös and Rainer Johnsen, A simple demonstration of frustrated total internal reflection, Am. J. Phys. 76  8, August 2008.

-

-

Com a broma diré que una prova de la “simplicitat” del fenomen és que va ser objecte de pregunta en la proba de l’Olimpíada de física de 2006 que va tenir lloc a Singapur (Part 3: Reflexió interna total frustrada)

A més de la caricatura, en l’entrada Luz frustrada: caricatura, Vicente Torres proposa una experiència casera per mostrar el fenomen de la RITF que consisteix en agafar got transparent i posa-li una mica més de la meitat d’aigua i mirar des de dalt com es veu a la foto. Es veurà l’efecte de mirall que suposa la reflexió interna total normal.

Després diu que si et mulles una mica els dits de la mà i tornes a agafar el got veuràs les teves empremtes digitals a través del vidre.

Si feu les dues coses veureu com, en mullar-vos les mans, apareixen els dits per art de màgia. És una experiència molt i molt xula, sorprenent. Però ….. en mullar-te les mans, es produeix la reflexió interna total frustrada o la simple (per dir-li d’alguna manera) refracció?

Crec que més aviat és lo segon, que és el mateix efecte que es produeix en el cas dels sensors de pluja, que per produir la RITF no s`ha d’afegir aigua entre el vas i els dits, el que s’ha de fer és apropar prou els dits al got, és a dir, prémer-los més, com diu el peu de foto del vas en l’article de Wiquipedia: “Quan un got d’aigua es manté fermament, les serralades que formen les empremtes digitals es fan visibles per reflexió interna total frustrada”.

Tornant a descriure l’experiment casolà del vas d’aigua, l’explicació vindria per aquí:

Si es mira cap avall un got transparent ple d’aigua que sostenim amb la mà, podem veure les protuberàncies que formen les empremtes dactilars en pressionar la mà amb força contra les parets de la copa. Però si es manté el got d’una manera més fluixa, no veurem les marques de les empremtes digitals contra les parets del vidre. Aquesta observació mostra el procés de “reflexió interna total frustrada”. Matemàticament, la base de la reflexió interna total és que una ona de llum incident en un límit entre dos mitjans amb un angle major que l’angle límit només pot existir en el medi d’índex més baix en la forma d’una funció exponencial en decaïment.

RITF

Reflexió interna total frustrada (RITF)

RIT
Reflexió interna total (RIT)

  

Normalment, l’ona transmesa decau exponencialment, i ràpidament tendeix a zero, de manera que tota l’ona es reflecteix dins el vidre quan la llum incident sobrepassa l’angle límit.

Refrac_total_quant

No obstant això, si el un segon mitjà es troba només a una curta distància, l’ona es pot transmetre a través d’aquesta regió “prohibida” ja que la forma exponencial de l’ona no decau totalment a zero, sinó que s’uneix a una ona a l’altra banda. Per tant, la probabilitat de transmissió de l’ona de llum a través d’una barrera és una funció exponencial de l’amplada de la barrera, exactament com en el cas dels electrons passant a través de barreres en l’efecte túnel de la mecànica quàntica.

Refracció

Refracció (mans mullades)

Així que, per què apareixen les empremtes digitals en pressionar amb força en un got?. Quan es pressiona fermament els dits contra el vidre, només existeix una capa molt petita d’aire entre les crestes de les empremtes dactilars dels dits i el vidre. Per tant, entre les crestes de les empremtes digitals i el vidre la quantitat d’aire es redueix prou perquè tingui lloc l’efecte túnel en la llum que travessa del vidre a l’empremta, i no es vegi la reflexió total en les crestes de les empremtes.

Si les mans estan mullades, la llum es refracta del vidre a l’aigua, es reflecteix en els dits, torna a refractar-se de l’aigua al vidre, i segueix el seu camí, refracció darrera refracció, fins arribar al nostre ull. En aquest cas es veuen tots els tous dels dits, com a la foto

Aquest fenomen és la base d’alguns tipus de pantalla tàctil. Com a exemple podeu mirar aquest projecte en micro-funding, per arribar a construir una pantalla tàctic comercialitzable.

88fd00a3acf39c9b2b680000ad018c8f_large

Publicat en Experiments, Física | Etiquetat: , , , | Deixa un Comentari »

Coses que giren de forma curiosa

Publicat per Lorenzo Ramírez a 15 gener 2014

Les coses que giren sempre m’han fascinat, de fet crec que hi ha molta gent a la que els hi agraden, encara que no sàpiguen ben bé què és el moment angular. De petit havia jugat força amb baldufes de diferent tipus, la clàssica de fusta i cordill, la perinola dels “Juegos reunidos”, virolets, etc., i de més gran vaig conèixer el “Tippe top”. Baldufa girantTambé m’he entretingut amb altres coses que giren com són els ous durs i pedres de formes vàries, i recentment he trobat un parell d’objectes (un disc i un cilindre) que giren de forma prou curiosa com per animar-me a fer aquesta entrada al bloc.

La Baldufa

Baldufes hi ha de múltiples formes, materials i grandàries, però totes elles tenen la part de baix d’una forma quasi cònica, acabant en punxa. Podeu veure algunes a La baldufa, i fins i tot associar-vos en la mateixa plana web amb altres amants de les baldufes

Baldufes

Baldufes (Font Turnertoys, via Wikimedia commons)

De fet, una baldufa normal ja és ben estrany com gira sense caure, sembla mentida que no caigui inclús quan se li dona un cop petit o quan se li fica a girar inclinada d’entrada, per molt que el seus moviments de gir, de precessió i nutació estiguin ben estudiats i es puguin arribar a entendre amb algunes nocions de la part de la mecànica anomenada Sòlid rígid. En aquest article de wikipèdia està prou ben explicat.

Una baldufa que no gira cau com qualsevol objecte en el que la vertical del seu pes no troba cap base de sustentació. Però si gira sobre el seu eix de simetria, aconsegueix tenir una propietat física anomenada moment angular, L, que ajuda la virolla a no caure, encara que en contrapartida ha de fer un gir complementari anomenat precessió, al voltant d’un eix vertical. L’anàlisi teòric del moviment de la baldufa porta a la següent equació que regeix de forma aproximada (no està contemplada la nutació) el seu moviment, i el dels moviments giroscòpics en general:

W = M/I·w.

On W és la velocitat angular de precessió, M és el moment de les forces que actuen sobre la baldufa (depèn de l’angle d’inclinació de la baldufa, j, quant més inclinada, més moment), I és el moment d’inèrcia (més gran quant més aplanada sigui la baldufa) i w és la velocitat angular de la baldufa

La precessió és el moviment associat amb el canvi de direcció en l’espai que experimenta l’eix instantani de rotació d’un cos. (Font Caliver [Public domain], via Wikimedia commons)

La precessió és el moviment associat amb el canvi de direcció en l’espai que experimenta l’eix instantani de rotació d’un cos. (Font Caliver [Public domain], via Wikimedia commons)

De l’equació es pot deduir que la velocitat angular de precessió és més gran quant més gran és el moment de les forces, i per altra banda, quant més lenta és la velocitat de rotació més gran serà la velocitat angular de precessió. Això el podeu comprovar ràpidament amb una baldufa. Quan la fiqueu a girar, com la velocitat angular és gran, es manté el burot pràcticament dret, però després, amb el fregament amb el terra i amb l’aire es va frenat la rotació i es va inclinat una mica, i en disminuir la velocitat angular i augmentar el moment del pes, la baldufa comença un moviment de precessió que poc a poc va augmentant la seva velocitat angular i perdent l’equilibri fins que al final cau.

El virolet rodó o Tippe top

Però entre tots els virolets hi ha un de més curiós, tant que no és una baldufa ja que no té la part de baix en punxa sinó arrodonida. Es diu Tippe top o baldufa de Thomson (es veu que Thomson ja es dedicava en el seu temps a ensenyar física amb joguines)

Virolet rodó    Tippe top

A finals del segle XIX (1890) els precursors dels tippe tops ja van aparèixer en unes lectures del professor John Perry que es van convertir en 1910 en un llibre titulat Spinning tops (pag 74), al 1891 ja van ser patentades i a meitat del segle passat van ser tornades a patentar i es van vendre com a xurros, encara que jo no les vaig descobrir fins ara fa 20 anys en una botiga d’articles de festa.

Quan el Tippe top gira a suficient velocitat amb al part esfèrica a baix, a poc a poc comença a inclinar-se fins que el palet toca a terra, el virolet se capgira i continua girant amb la part esfèrica en la part de dalt. Quan la velocitat angular decreix, el virolet torna a la seva posició normal.

Els fisics Wolfgang Pauli i Niels Bohr observant una baldufa tippe-top. a la inauguració del nou Institut de Física en Lund, Suède, en juliol de 1954. (Per Pieter Kuiper via Wikimedia Commons)

-

-

Aquest comportament del Tippe top resulta ben curiós ja que quan gira capgirat recolzant-se en el palet és evident que el seu centre de masses es troba més amunt que quan gira en la posició inicial (la normal per les baldufes) i, per tant, la seva energia potencial gravitatòria és més gran i tots saben que els sistemes tendeixen a les situacions de mínima energia.

L’explicació detallada (i complicada) de la física del moviment d’aquest virolet la podeu trobar en castellà (J. Güélmez, professor de la Universitat de Cantàbria, 2007), en francès (Luc Gauthier et Jean Delsarte, 1996) i en anglès (Antonis Vakis, 2007), estant la clau de per què es capgira en dos aspectes que tenen a veure amb la forma arrodonida del Tippe top: el fregament continu de l’esfera amb el terra sobre la que gira i el fet que, en inclinar-se una mica, el seu centre de gravetat s’aixeca en lloc de baixar, com ho fa en les baldufes tradicionals.

De fet aquest comportament no és exclusiu del virolet rodó. Els ous durs i moltes pedres de riu es fiquen drets en fer-los girar, i també els balons de rugby.

Pedres de la vora el mar

Pedres de la vora el mar

moviments que ja l’explicava John Perry en el llibre Spinning tops (1910) , ja comentat abans, en la pàgina 69, sent el seu comportament explicable en termes similars al del virolet Tippe top.

      “And I will now show you the curious phenomenon that puzzled him that year. This ellipsoid (Fig. 31) will represent a waterworn stone. It is lying in its most stable state on the table, and I give it a spin. You see that for a second or two it was inclined to go on spinning about the axis A A, but it began to wobble violently, and after a while, when these wobbles stilled, you saw that it was spinning nicely with its axis B B vertical; but then a new series of wobblings began and became more violent, and when they ceased you saw that the object had at length reached a settled state of spinning, standing upright upon its longest axis. This is an extraordinary phenomenon to any person who knows about the great inclination of this body to spin in the very way in which I first started it spinning. You will find that nearly any rounded stone when spun will get up in this way upon its longest axis, if the spin is only vigorous enough, and in the very same way this spinning top tends to get more and more upright.”

Fig. 31

Fig. 31

 

-

Spinning Disk Trick

Seguint en la mateixa línia, recentment vaig descobrir el que interpreto com una variant moderna de la Tippe top i que és precisament el motiu que em va impulsar a repassar els objectes que giren i pel qual me va semblar interessant escriure una notícia al bloc.

En el següent vídeo s’explica com és l’Spinning Disck Trick i com gira

I en aquest segon vídeo s’avança un explicació del comportament tant interessant que té aquest disc en gira, encara que, tal com diu ell mateix, ni el que la fa se l’acaba de creure.

Les dimensions del disc guarden unes proporcions aproximades a les del dibuix de sota. Jo mateix he construït un disc amb truc amb dos discos CD empegats als que els hi he fet un forat, que funciona si fa o no fa com el del vídeo. Suposo que si un te un amic fuster no li serà difícil aconseguir una rèplica.

Disc amb truc          Tippe top

Aquestes dimensions guarden un paral·lelisme amb les de la Tippe top, ja que la proporció entre l’àrea total del dics amb truc i la seva part buida és similar a la proporció de l’àrea del tall vertical d’una baldufa Tippe top i el que li faltaria per ser un cercle.

El cas és que si es fica a girar el disc amb truc amb el forat en la part de baix, el disc gira en aquesta posició establement, però si es parteix de la situació en la que el disc te el forat en la part de dalt, que és la situació de menys energia potencial, el disc, en girar, tendeix a capgirar-se i ficar-se amb la part foradada a sota de forma similar, encara que no tant estable com ho fa el Tippe top.

Baldufa regiradora

(Baldufa regiradora, peonza celta, rattleback)

Aquesta baldufa, que sembla una pedra de riu allargada te la particularitat que gira molt bé en un sentit però si es fa girar en sentit contrari al cap de poca estona s’atura i gira en sentit contrari. Si li fas balancejar-se comença a girar. Curiosa, però sosa.

Aquí teniu l’explicació de Francisco R. Villatoro dels moviments (i moltes més coses) d’aquesta baldufa i d’aquí us podeu baixar un article de A. Garcia and M. Hubbard de títol Spin Reversal of the Rattleback: Theory and Experiment que no se’l salta un saldador de perxa.

Aquí teniu un altre vídeo en el que es veu una baldufa regidadora feta amb una cullereta

-

Cilindre girador

Per últim presento el Cilindre girador, que no és una baldufa, però també gira, i no vegis de quina forma tant curiosa. Donald E. Simanek explica que qui li va ensenyar aquest cilindre va ser Martin Gardner, però que no tenia cap referència, ni sabia com se deia la joguina. Jo no l’havia vist mai i la únic altra referència escrita que he trobat és de la pàgina del museu Exploratorium de San Francisco, on Paul Doherty fa una mica d’explicació del fenomen.

Spinning cilyndre

El cas és que quan tens el cilindre sobre una taula i prems un dels extrems amb un dit fins que llisca, comença a girar de manera que l’únic color que es veu (quatre o cinc vegades en cada volta) és el que hi era a sota del dit abans de començar a girar, ni rastre de l’altre color.

Cilindre amb dit

És molt fàcil de fer ja que les dimensions no són crítiques, i funciona l’efecte sense problemes. Per fer-lo he retallat un bocí de tub de PVC dels utilitzats en electricitat al que he empegat dos enganxines de color als extrems. El que ja no és tant fàcil és esbrinar com funciona.

Des de Veritasium ens mostren el fenomen i ens aporten una explicació en tres vídeos successius.

-

Publicat en Física, Joguines | Etiquetat: , , , , , , , | Deixa un Comentari »

Oïda!, caiguda lliure

Publicat per Lorenzo Ramírez a 1 desembre 2013

Fa un mes va tenir lloc la IX Reunió de Divulgadors de Ciència en la que vaig participar amb l’experiment que us explico a continuació.

L’experiment

Caiguda bitlles

Dibuix del llibre Experimentos con hilo y cinta adhesiva

Experimentos con hilo y cinta adhesiva (Edge, R.D., 2002, Ed. American Physical Society) és un llibre extraordinari que tinc llistat en Llibres i repositoris digitals de treballs pràctics de Física i de Química.

Entre els experiments que inclou està l’1.22, L’acceleració de la gravetat, on proposa

1.- Que es tallin 2 fils de longitud igual a l’altura de l’habitació, o tan llargs com un estudiant pugui assolir al ficar-se sobre una cadira (uns 2,50 m d’alçada), de manera que en un dels fils s’enganxen amb cinta adhesiva bitlles a intervals de 60 cm, i en l’altre fil s’uneixen les bitlles a intervals proporcionals al quadrat dels nombres enters.

2.- Després l’estudiant s’ha de ficar-se de peu sobre una cadira sostenint els 2 fils com es mostra a la figura (la primera bola a penes haurà de tocar el pis). Primer deixarà caure el fil que té les bitlles uniformement espaiades, i a continuació deixarà caure l’altre fil.

Els xocs que fan les boletes en arribar a terra s’escoltaran més fàcilment si es deixen caure els fils en un recipient metàl·lic.

I pregunta al lector:

En el primer cas, s’escoltarà que el temps entre els clics es redueix a mesura que les bitlles que estaven més altes arriben a terra?. En el segon cas, serà ara igual el temps entre clics consecutius?

La meva proposta inicial

Em vaig dir: quina experiència més guapa!. I ben decidit, vaig aconseguir una sèrie de femelles i vaig muntar dos fills amb les femelles enganxades a les distàncies següents:

Taula 1

Taula 1

De manera que l’altura a la que arribaven era màxim 2 metres i ja no calia ni que me pugés a una cadira.

FemellesVaig agafar una i altra corda i les vaig deixar caure sobre el terra. Quina desil·lusió!, gaire bé no es sentia més que un soroll fluix indeterminat. Bé, pot ser es millori l’experiència si es fica una llauna a sota, i en xocar les femelles farien més soroll.

Vaig tornar a repetir l’experiència i, ara si, ara es sentia una sorollada forta, … però inclassificable!. No diré indistingible perquè eren una mica diferents, però sense criteri per assignar el soroll a una corda o altra (so intervals regulars o so a intervals creixents).

A veure, doncs, què he fet malament?, no és veritat que …..

Les femelles que estan més amunt estaran accelerades per més temps que les femelles de baix i es mouran més ràpidament, cobrint la mateixa distància en un temps més curt a mesura que s’aproximen al terra?, i per tant, que si estan col·locades a intervals regulars d’espai en la corda, xocaran amb el terra cada vegada a intervals més curts de temps?.

I que en el segon cas, en el que la separació entre les femelles de més amunt és més gran que les de baix, tot i que les seves velocitats d’arribada seran més elevades, el temps que hi haurà entre impactes serà el mateix?.

Penseu que les femelles cauen pràcticament en caiguda lliure, i en aquest cas la fórmula per calcular la distància recorreguda sota l’acció de la gravetat és h = 1/2 g·t2 (on h és l’alçada inicial de la femella i t és el temps que triga en arribar a terra ). Com que he espaiat les femelles en intervals tals que les arrels quadrades de les altures successives són proporcionals a nombres enters i consecutius, el temps entre successius xocs a de ser constant. Si es fan els càlculs resulta:

Taula2

Taula 2

Resulta que en el millor dels casos els intervals de temps entre xoc i xoc són de menys d’una dècima de segon. Pot ser algun jove sigui capaç de distingir-los, un servidor, de cap manera.

Vaig tornar al llibre dels experiments amb fil a (re)veure què és el que realment proposaven (no el que vaig entendre), i llegint amb deteniment me’n vaig adonar que els intervals als que lliguen les bitlles i els temps corresponents eren els de la taula 3. De fet, en el dibuix no hi ha més que cinc bitlles a cada cordill, el que a mi, d’entrada, me va semblar molt poca cossa, només quatre “cloncs”?.

Taula3

Taula 3. Proposta del llibre Experimentos con hilo y cinta adhesiva

La reconsideració de l’experiment

Bé, i arribats a aquest punt, què fem?. Es poden plantejar tres alternatives:

La primera és fer l’experiment seguint fil per randa el que indica l’autor del llibre. Quatre bitlles o femelles lligades als cordills fins una altura de 2,40 m i una llauna al terra. Se suposa que malgrat tinguem l’oïda dura serem capaços de distingir sons a intervals de quasi dues dècimes de segon, que és el que passa en un dels casos.

Una altra possibilitat és, mantenint alts els intervals de temps (dues dècimes de segon), augmentar el nombre de femelles fins a vuit (8) o deu (10), el que implica allargar molt les cordes i, per tant, disposar d’unes escales amb forat des d’on deixar caure les peces. Pot resultat una experiència espectacular per un dia especial.

La tercera proposta és millorar la oïda amb una tecnologia que està a l’abast de tothom (us ben asseguro que és més difícil trobar femelles grosses). Me refereixo a utilitzar un micròfon amb un ordinador que tingui instal·lat un programa de gravació i tractament de so, com és l’Audacity (tutorial en castellà). Aquest programa permet gravar sons i analitzar-los. Per exemple en el nostre cas, mesurar els intervals de temps entre els diversos xocs enregistrats, de manera que les dades obtingudes permeten estudiar quantitativament el moviment de caiguda lliure i calcular l’acceleració de la gravetat.

A sota teniu les gràfiques obtingudes amb les caigudes de les femelles lligades als cordills a distàncies de 20 cm entre si i amb distàncies entre si creixents (5, 20, 45, 80, 125, 180), respectivament. A simple vista s’observa que en un cas els intervals són iguals, i en l’altre són cada vegada més petits.

Caiguda intervals regulars 20cm

Soroll de la caiguda de les femelles amb una distància de 20 cm entre si

Caiguda intervals regulars temps

Soroll de la caiguda de les femelles amb distàncies entre si creixents (5, 20, 45, 80, 125, 180)

L’actuació a la reunió de Salamanca

El públic assistent a la reunió de divulgadors va protestar tímidament quan vaig intentar fer-li combregar amb rodes de molí i fer-li creure que es podia distingir a simple oïda els dos conjunts de sorolls que es van produir en deixar caure els cordills amb les femelles lligades a intervals massa petits. Si presentava un experiment, és que havia de funcionar, no?. Però, per altra banda, no semblava que funcionés gaire … . Bé, al final crec que varen poder aclarir la situació.

-

Publicat en Experimentació assistida per ordinador, Experiments, Física | Etiquetat: , , , , | Deixa un Comentari »

IX Reunió de Divulgadors de Ciència (DDD) Salamanca 2013

Publicat per Lorenzo Ramírez a 29 novembre 2013

Els passats dies 1,2 i 3 de novembre va tenir lloc a Salamanca la IXa Reunió de divulgadors de ciència (DDD). Es va fer a la Residència dels Pares Paüls de Santa Marta, que és un edifici imponent que disposa d’una bona sala d’actes, que és on es van fer les exposicions, i també d’habitacions, on varem estar allotjats estupendament la majoria dels assistents.

Pares Paules Salamanca

Astronauta Catedral de SalamancaSalamanca no necessita presentació, així que només recomanaré per la relació que tenen amb la divulgació científica dos llocs. Un és la porta nord de la Catedral Nova, enfront del Palau d’Anaya, on es pot observar l’anacrònica figura d’un astronauta esculpida en 1992 pel picapedrer Miguel Romero, que va seguir la nova tradició d’incorporar un element contemporani en les restauracions.

L’altre lloc “científic” a visitar és el Museu del cinema, que presenta l’exposició permanent Artefactes per fascinar, del cineasta Basilio Martín Patino, que mostra més de dos-cents aparells i imatges sobre el naixement i evolució del setè art. És un museu petit, però fascinant.

projector

Tornant a la reunió, comento que van assistit més de 150 divulgadors de tota Espanya que van poder gaudir de més de 70 comunicacions (microponències, ja que la durada teòrica màxima ha de ser de 4 minuts). Un any més Manolo Fernàndez va organitzar una trobada d’un nivell i un interès fora mida, i després ha preparat un resum de les presentacions que teniu en les diapositives de sota.

-

NOU: El 29 de gener de 2014, els companys del museu Pincipia de Màlaga han penjat els vídeos amb les presentacions de la Reunión. Són dos vídeos corresponents a les sessions del divendres i el dissabte:

-

-

Publicat en Esdeveniments, Experiments | Etiquetat: , , | Deixa un Comentari »

Sim-Ciència. Jocs científics de simulació de la realitat

Publicat per Lorenzo Ramírez a 20 novembre 2013

SimCity-boxJa tenia una edat quan van aparèixer els jocs d’ordinador, així que vaig aprendre a jugar amb ells amb els meus fills, el que ha fet que mai hagi estat molt habilidós amb els comandaments. Pot ser per això, o per la meva deformació professional, els jocs que més me van agradar des d’un principi són els de simulació, el SimCity Classic (1989), per exemple, o el SimEarth (1990), o les aventures gràfiques com les d’Indiana Jones (1992). En Wikipedia hi ha 12 categories en aquests tipus de videojocs

Simearth-boxSimCity és un joc de simulació en el que el jugador pren el paper d’alcalde d’una ciutat (entra en la categoria de “joc de simulació de Deu”), de manera que ha de anar prenent decisions per tal que els ciutadans i la seva ciutat prosperin, és a dir, que la ciutat es faci cada vegada més gran i amb nivells més alts de satisfacció dels habitants. 

Es van editar simuladors de diferent temàtica, com el anomenat SimEarth, en el que el jugador feia directament de Deu, però no van tenir gaire èxit. Només SimCity va ser objecte de múltiples versions, que duren fins l’actualitat i d’una exitosa Spin-off que s’anomena Los Sims, que és un joc de gestió de famílies amb èmfasi en les interaccions socials.

Què tenen a veure els simuladors amb la ciència?.

 Per a construir una ciutat sostenible, en SimCity s’ha de pensar en la producció d’electricitat i en la xarxa de distribució elèctrica, en la fabricació de productes i serveis, en el tràfic i en la contaminació ambiental que tots aquests processos generen, etc.. Són aspectes que innegablement tenen relació amb la ciència.

 I els altres simuladors?. Crec que la gama dels simuladors amb contingut científic o relacionat amb la ciència que podem utilitzar nosaltres i els nostres alumnes és prou variada i interessant com per dedicar-les una mica de temps i veure quin partit els hi podem treure. No només ho penso jo, recentment la web de Recerca en acció ha penjat una pàgina amb una selecció de (19) Jocs de ciència de la que una bona part són jocs de simulació.

 De fet, què són els aplets de física de química o de les diverses ciències, no són simuladors de la realitat?, i ….. no són una mica jocs? ;-)

Algunes propostes

 Dirigeix una ciutat. Lincity-NG 2.0 (Castellà)

 lincity-ng-24El SinCity clàssic no està accessible, però hi ha un clon anomenat Lincity (Lincity –NG 2.0) que, com el seu nom indica es va crear per poder jugar en Linux, però que ara també està disponible per windows. És unjoc de simulaciómultiplataformai gratuït, i on, com ja he comentat pel joc original, el jugador ha de controlar i gestionar tots els aspectes socio-econòmics d’unaciutat. Una característica única en Lincity és l’opció entre dues formes de guanyar, assolir eldesenvolupament sostenible, o evacuar a tota lapoblacióen unanau espacial.

CityOne (IBM) (anglès)

IBM proposa CityOne, un videojoc en línia orientat a l’educació, en el qual haurem de gestionar, com en el cas anterior, una ciutat. El joc dóna l’oportunitat al jugador de enfrontar-se als problemes típics de les grans ciutats, tals com la superpoblació, la gestió poc eficient de l’energia, l’economia estancada en petites empreses i sobretot, un disseny més intel·ligent de la ciutat, que faci que la població creixi i prosperi en el futur.

CityOne

SimCity de les energies. Electrocity (anglès)

Electrocity_mayorWantedElectrocity és un altre joc d’ordinador en línia que permet als jugadors utilitzar les seves pròpies ciutats virtuals. Específicament ensenya als jugadors el maneig de l’energia, la sostenibilitat i el medi ambient a Nova Zelanda (però com si diguéssim Catalunya). Està desenvolupat per l’empresa Genesis Energy, que és la principal productora d’electricitat a Nova Zelanda, i pensat específicament per a que sigui jugat per alumnat de secundària. A la web hi ha té propostes didàctiques pel professorat

L’energia a casa: segueix-li la pista! (català)

 

L’energia a casa és un joc interactiu en línia (en flash) de l’Institut català de l’energia per aprendre a fer un bon ús de l’energia a casa. Està adreçat a nois i noies d’entre 9 i 16 anys i té per objectiu ser una eina d’aprenentatge, conscienciació i difusió del coneixement del bon ús de l’energia.

No és un joc com els anteriors, sinó que està estructurat en diferents pantalles que corresponen a les diferents estances d’una casa, on es troben un seguit d’elements que representen situacions incorrectes relatives a l’estalvi i bon ús de l’energia a casa. A mida que es van resolent les diferents situacions, en un temps limitat, es van sumant punts i es donen un seguit de consells per poder estalviar energia a casa. Un cop resoltes totes les situacions o quan s’hagi esgotat el temps, cal contestar un test de deu preguntes que sumaran punts en cas de contestar-les correctament.

joc_energia_banner

Controla un reactor nuclear (anglès)

 És un joc en línia de pagament (~10$) però que té una versió demo suficient per iniciar-se. Es tracta de realitzar el control d’una petita planta d’energia nuclear comercial. L’objectiu és produir tanta electricitat com es pugui sense provocar avaries o el col·lapse de la central . Per això s’ha de trobar un equilibri entre la màxima producció d’energia i l’operació segura de la central, mantenint la central a la major potència de producció possible. Són moltes les coses que poden funcionar malament si no se és acurat.

 El joc ve amb instruccions i amb un diagrama animat de la planta nuclear. Existeixen nombrosos indicadors i llums d’advertència. Es poden ajustar les barres de control per controlar la calor produïda en el reactor, el cabal de refrigerant en el circuit primari, per portar la calor a l’intercanviador de calor, la quantitat de vapor del circuit secundari per portar-lo a la turbina i el flux cap la torre de refredament. També hi ha un subministrament de líquid de refrigeració d’emergència si es necessita “

nuclear-power-plant-simulator-0

Mi central. Central elèctrica (Castellà)

 És un simulador d’alt nivell i pensat per a forofos de l’electricitat. Es tracta de controlar la pròpia central energètica de carbó per a que funcioni i no deixar als usuaris a dues veles.

 Hi ha multitud de controls per dissenyar una estratègia per tal de consumir els menors recursos possibles. Part del desafiament és anticipar-se a les possibles avaries. S’ha d’aguantar odioses alarmes i sempre s’està amb l’espasa de Dàmocles a sobre ja que una mala maniobra o una avaria i tot s’enfonsarà.

Té un manual molt detallat i s’ha d’estudiar molt.

 Micentral

Controla. Simulador de control de la xarxa elèctrica (castellà)

controlaCONTROLA, simulador de control elèctric és un joc interactiu en línia que proposa adoptar el paper d’operadors del Centre de Control Elèctric (CECOEL) als alumnes d’Educació Secundària Obligatòria (ESO).

En to humorístic i divertit, la missió dels jugadors consisteix a mantenir el subministrament elèctric davant incidències diverses: canvis bruscos de temperatura, increment o disminució important de l’activitat industrial, demanda en diversos moments del dia o estacions de l’any, sol·licitud de subministrament per part de països veïns …

Mitjançant un sistema de regulació instantània, els jugadors han de controlar la quantitat d’energia elèctrica subministrada per diverses centrals de producció (tèrmiques, nuclears, eòliques i hidroelèctriques) per donar resposta al consum dels nuclis urbans i industrials.

Websismo. Simulador de terratrèmols (castellà)

 És un joc en línia divulgatiu sobre terratrèmols, els seus efectes i la mitigació d’aquests. És un recurs didàctic creat per l’Institut de Ciències de la Terra “Jaume Almera” (ICTJA) i GEOMEDIA.

 Websismo

Stop disasters. Intenta minimitzar desastres varis (Castellà)

 Aturem els desastres és un joc en línia de simulació de desastres de l’EIRD (International Strategy for Disaster Reduction) de les Nacions Unides.

El principal grup destinatari són els nens de 9 a 16 anys d’edat, però qualsevol pot jugar el joc i gaudir-ne, i tots poden aprendre més sobre la prevenció de desastres. Cada partida es juga en un període de 10 a 20 minuts, en funció del tipus de desastre que es vulgui prevenir i del nivell de competència del jugador. Hi ha cinc desastres possibles i amb cada un d’ells es pot jugar al nivell de dificultat fàcil, intermedi o difícil.

 earthquake_result

 

Tsunami Mapper. Com afecten els Tsunamis (anglès)

 Tsunami Mapper és una aplicació en línia de Google Maps que utilitza el servei d’elevació per mostrar les zones que es puguin veure afectades per un tsunami.

Per simular un tsunami heu d’escriure la ubicació de la ciutat que vulgueu, indicar, la direcció en la que viatjarà el tsunami, la intensitat del tsunami segons l’escala Papadopoulos – Imamura, l’alçada de l’ona i finalment el punt de partida del tsunamis. Després es simularà el tsunami en el mapa. Una vegada que es dibuixa el mapa, es pot apropar i allunyar per veure si un carrer o una casa donada és sota l’aigua o no .

 Tsunami_maper

 

El futuro de Villa Girondo. Implicacions de la construcció d’una pressa (castellà)

villagirondoAquest videojoc ha estat elaborat amb el suport de diversos organismes internacionals, com és l’Agencia Espanyola de Cooperació Internacional per al Desenvolupament i proposa avançar sobre problemàtiques vinculades amb la Dècada de l’Educació per al Desenvolupament Sostenible que tenen presència en els dissenys curriculars dels països llatinoamericans. El futur de Villa Girondo aborda, a partir d’un cas imaginari, les tensions entre el progrés i la sostenibilitat ambiental que avui es tracten en nombrosos tòpics. Aquest videojoc els aborda en relació amb la construcció de preses i les relocalitzacions compulsives de població que es produeixen com a conseqüència del desenvolupament d’aquestes enormes obres d’infraestructura.

Aquesta joc s’ha d’instal·lar a l’ordinador però incorpora la modalitat de joc en xarxa, amb l’objectiu d’explorar aquesta modalitat en un context d’aula.


Dominar l’Univers

 No parlaré d’Stelarium, Cartes du ciel, Virtual Moon Atlas o Celestia que són coneguts per tothom, sinó de dos simuladors que corren en el navegador i que no necessiten descarregar-se ni instal·lar res a l’ordinador.

El primer és Interactive 3D model of Solar System Planets and Night Sky (castellà), que és un simulador del sistema solar en format web que permet interaccionar amb els diferents astres, permetent visions del sistema solar en perspectiva des de diferents angles, apropar-se als diferent planetes, mesurar distàncies etc. És molt fàcil d’usar i molt intuïtiu, ideal per l’alumnat de l’ESO i el públic en general.

sistemasolar3d630

El segon, Length of planet Earth’s days and nights (anglès), és molt més senzillet i com el seu nom indica serveix per visualitzar i calcular la longitud dels dies i les nits de la Terra en funció dels mesos i dies de l’any. És una animació (hi ha més) feta en flash en el departament de Física del Santa Barbara City College

Length

 

-

 

 

 

Publicat en General, Simulacions | Etiquetat: , , , , | Deixa un Comentari »

Experimentació a classe amb plàstics hidròfils

Publicat per Lorenzo Ramírez a 6 juny 2013

Aquest trimestre, en estudiar les propietats dels plàstics, hem realitzat amb l’alumnat de 4t curs de l’ESO una treball pràctic que vam titular “Estudi del material dels boquers i de les perles d’hidrogelen el que analitzaven un objecte d’alta tecnologia, com és un bolquer. Estudiaren la seva estructura i composició i ens van detenir en la quantificació del poder d’absorció d’aigua que te un dels plàstics que el composen, el poliacrilat de sodi.

El treball es va completar contrastant les propietats d’absorció de el poliacrilat de sodi amb les de la poliacrilamida, component de les perles d’aigua o d’hidrogel.

Probablement coneixeu la pràctica, però no m’estic de fer-li publicitat perquè és espectacular. La quantitat d’aigua que poden arribar a retenir aquests plàstics és enorme, sobre tot alguns copolímers d’acrilamida i acrilat de sodi que poden absorbir (per osmosis) aigua destil·lada fins a 400 vegades el seu pes inicial, encara que en la nostra experiència vam arribar a 180 vegades amb el poliacrilat de sodi dels panyals i a 80 vegades amb la poliacrilamida de les perles d’hidrogel, malgrat que he vist en algun lloc fins a 1000 vegades, però sense cap referència a cap estudi.

No es van començar a sintetitzar fins la dècada dels 60, però des dels 80 ja s’usen en bolquers i, més recentment en jardineria. De fet vaig viure el canvi de tecnologia dels panyals: vaig criar el meu fill gran amb gases de cotó que s’havien de rentar després de cada deposició i amb boquers moderns amb poliacrilat al segon fill, i només es porten 4 anys.

Per aconseguir poliacrilat de sodi el més fàcil és demanar un bolquer a algun company o companya que estigui criant. Bàsicament hi ha de dos tipus, els cars i els barats. En els barats el polímer hidròfil està barrejat amb la cel·lulosa en la mateixa capa. En els cars, el poliacrilat està confinat entre dues capes del panyal separat del cotó i probablement també hi haurà diferència en el tipus de poliacrilat (longitud de la cadena, per exemple), encara que aparentment són semblants i s’expandeixen tot el que vulguis en afegir-les aigua. Mireu aquest vídeo de Sergio Paredes (i també les seves entrades al respecte al seu bloc)

-

També es pot comprar el polímer en un distribuïdor de productes químics local o per internet, on es coneix millor per neu instantània, ja que això sembla el poliacrilat quan esta inflat, però és més car que els bolquers (si te’ls regalen) i no te la gràcia de descobrir-lo.

La poliacrilamida es pot comprar en qualsevol floristeria o “xino” del barri i també per internet a bon preu, demanat per les perles d’aigua. De vegades es confon amb l’altre polímer, de fet, la fotografia de wikipèdia que il·lustra el poliacrilat és de les boletes de poliacrilamida.

Sodium_polyacrylate_600Poliacrilat o poliacrilamida?

Una vegada inflades les boletes, com que estan plenes d’aigua, el seu índex de refracció és el mateix que el de l’aigua i per aquesta raó, si compreu perles sense color, “desapareixen” a l’introduir-les en ella (no es veuen fins i tot estant molt a prop).

-

A més són pilotetes que boten i, com són transparents actuen com a lents esfèriques precioses.

Lent esfèrica de poliacrilamida

Publicat en Experiments, Física, Materials, Química | Etiquetat: , , , , , | Deixa un Comentari »

X Encuentros para la Enseñanza de la Astronomía a Lleida

Publicat per Lorenzo Ramírez a 31 maig 2013

X Encuentros Apea 2013 LleidaL’Associació per a l’Ensenyament de l’Astronomia ha convocat els X Encuentros pera la Enseñanza de la Astronomia que se celebraran a Lleida, de l’1 al 5 de juliol de 2013. La seu dels “Encuentros” és l’Institut Maria Rúbies i el CaixaForum de Lleida, on es faran les conferències inaugural i de cloenda.

Els “Encuentros” es celebrem cada dos anys i suposen un punt de trobada entre professionals i amics. En ells us podeu trobar amb companys que desenvolupen la seva activitat de molt diferents formes però sempre amb l’Astronomia com a base. S’aprèn i gaudeix, no només dels coneixements dels altres, sinó de la seva companyia i compartint també els vostres propis coneixements.

La base de les trobades són els tallers, de dues hores de durada. Els que estan previstos aquest any són:

1. Cosmologia per a secundària. Professor: Juan Tomé.

2. Astronomia amb Geogebra. Professors: Antonio Arribas i Agustín Lavilla.

3. Fotografia astronòmica a l’aula de secundària. Professor: José Manuel Pérez.

4. El Telescopi de Galileu. Professor: José Antonio de los Reyes.

5. Cerca de micrometeorits. Professors: Sensi Pastor i José Antonio de los Reyes.

6. Ens anem de viatge a Mart? Professor: Esteban Esteban.

7. Llibre-maqueta de les estacions de l’any. Professora: Àngela del Castillo.

8. Son-Cube: experiments a la frontera de l’espai. Professor: Kike Herrero.

9. Models astronòmics i maquetes astronòmiques. Professor: Avelino Álvarez Vázquez.

10. Avaluació docent d’una classe sobre nucleosíntesi estel·lar. Professora: Finita Poveda.

11. Observació solar i digitalització d’imatges. Professor: Joan Manuel Bullón.

12. Presentació Lluna. Professora: Rosa Maria Ros. Carles Schnabel i Rat Parellada

 

També hi haurà comunicacions, pòsters, exposicions, maquetes, tec. També estan previstes dues conferències , d’inauguració i de cloenda, impartides per Álvaro de Rújula (El bosón de Higgs o lo que son las cosas) Juan Antonio Belmonte (Los Hijos del Sol: astronomía y paisaje en el Mediterráneo en la Antigüedad), i altres activitats “extra-escolars”, com la visita el divendres al Centre d’Observació de Univers a Àger o del dimecres a les caves de Raïmat..

El contingut concret de cada taller, les comunicacions i les conferències les trobareu en el segon comunicat dels “Encuentros”.

Us animem a tots a que us apunteu als “Encuentros” en la pàgina web de l’associació (http://www.apea.es), on trobareu més informació de com arribar-hi, hotels a Lleida, etc. Per que surti bé de preu la matrícula l’heu de fer abans del dia 15 de juny.

I, ja que entreu en la web, us recomano l’apartat “Materiales para trabajar”, on hi ha penjats tot un seguit de tallers a realitzar.

 

Fins al juliol a Lleida!

 

Publicat en Astronomia, Esdeveniments | Etiquetat: , , , | Deixa un Comentari »

Després de Ciència al carrer 2013 a Lleida

Publicat per Lorenzo Ramírez a 30 maig 2013

Una vegada celebrada la 7a jornada de Ciència al carrer, no es pot dir una altra cosa que va ser un èxit de participació de centres i divulgadors  i de públic assistent, com es pot veure a la foto de baix.  Els company Jaume Samarra del CRP ha penjat  un munt de fotografies amb totes les parades de la fira:

Ambient Ciència al carrer 2013-

Publicat en Esdeveniments, Experiments, General | Etiquetat: , | Deixa un Comentari »

 
Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 33 other followers