Los colores encantan a todos. Los bellos colores que vemos en un paisaje primaveral, con rosas de múltiples colores (no sólo rosadas), o en un paisaje otoñal (donde las hojas de los árboles exponen los amarillentos pigmentos que presentan, debidos a la xantofila y los carotenos), exponen la maravilla de la luz, un tipo de energía que se transmite en forma de ondas electromagnéticas[note]Hoy en día se acepta la dualidad onda-partícula, según la cual la luz se comporta como ondas o como partículas, dependiendo la experiencia tratada.[/note].
La luz blanca está compuesta por todos los colores del arcoiris y esto puede ser demostrado fácilmente haciendo pasar un haz de luz blanca por un prisma, como lo hizo Isaac Newton durante sus estudios sobre óptica. Es éste, justamente, el principio por el cual se forman los arcoiris: las pequeñas gotas de agua actúan como prisma que separa la luz blanca del sol en los siete colores del arcoiris, rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta, brindándonos un espectáculo único.
Los siete colores del arcoiris, rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta
Ahora bien, volvamos a la imagen de nuestro paisaje primaveral. ¿A qué se debe que algunos objetos se vean del color que son? ¿Pueden ser vistos de otros colores sin cambiar ninguna propiedad del objeto? Para responder estas preguntas, tengamos en cuenta lo dicho anteriormente: la luz blanca está formada por todos los colores del arcoiris.
Por otro lado, también tengamos en cuenta que cada color representa una longitud de onda diferente para el espectro visible. ¿Longitud de onda? ¿Espectro visible? ¿Qué es todo eso? Si estas palabras no te suenan, te sugerimos echarle una vista a las características de las ondas electromagnéticas haciendo click aquí.
Refracción de la luz.
Continuemos con la idea. Cuando un frente de ondas de luz blanca incide sobre un objeto que es, por ejemplo, de color verde, ese objeto absorbe todas las longitudes de onda que componían a la luz blanca, menos las longitudes de onda que correspondan al color verde.
En otras palabras, los colores “rebotan” en el objeto, exceptuando el color del que se ve. Así, si un objeto se ve azul, será porque éste absorbe todas las longitudes de onda correspondientes a los otros colores, menos el azul. Al reflejar las longitudes de onda correspondientes al azul (las cuales llegarán a nuestros ojos), el objeto se ve azul.
El caso particular de los objetos blancos y negros.
¿Qué sucede con un objeto que es blanco o que es negro? Un objeto blanco refleja toda la energía radiante que incide sobre él. Es por ello que la ropa blanca es la más apropiada para usar en verano, pues al reflejar la energía proveniente del Sol, se evita insolaciones y que la persona se acalore fácilmente.
Por otro lado, un objeto negro absorbe todas las longitudes de onda. Es por ello que, durante el invierno, la ropa tiende a ser oscura, pues así la persona retiene la mayor cantidad de energía proveniente del Sol, tan importante durante un tiempo frío.
Actividad
En base a esta información, te proponemos una pregunta, que puedes respondernos en los comentarios:
Una lata de gaseosa de una marca “X” es negra. La empresa libera al público una versión dietética de la gaseosa, llamada “X Light”, cuya lata es blanca. Tú decides poner a prueba sus sabores (para ver si realmente son iguales, como tanto publicitan) tomándolas bien frías en un mediodía de verano. Antes de tomarlas, te llaman por teléfono y dejas tus latas al sol por no más de tres minutos. ¿Cuál de las dos versiones de gaseosa piensas que ha subido su temperatura a mayor velocidad? Justifícalo en base a lo visto en este artículo.
Cuando un cuerpo emite energía continuamente, estamos en presencia de lo que llamamos radiación. Esta energía, llamada energía radiante, es transportada por el espacio mediante ondas electromagnéticas. Todos los cuerpos emiten radiación, según sea la temperatura a la que se encuentran. Muchas veces, podemos ver esa radiación (pues se emite en el espectro visible), tal como sucede con la luz visible proveniente del Sol. Pero otras veces, esa radiación es invisible a nuestros ojos, como la radiación infrarroja o la luz ultravioleta. Algunos animales, como las serpientes o las abejas, pueden percibir esas radiaciones.
Muchos cuerpos que no son cuerpos luminosos (es decir, que emiten luz en el espectro visible) pueden emitir luz visible cuando son calentados a altísimas temperaturas. Por ejemplo, si se calienta un trozo de hierro, éste comienza a emitir luz y el color de esa luz cambia dependiendo de la temperatura. Otro ejemplo de la vida cotidiana lo vemos cuando se hace un asado: el carbón que se encuentra a muy altas temperaturas “brilla” en la oscuridad emitiendo luz anaranjada. Los cuerpos que absorben energía aumentan su temperatura, mientras que los que emiten radiación (en otras palabras, emanan energía), bajan su temperatura.
Las características de la RADIACIÓN
Es hora de caracterizar la radiación como transferencia de energía mediante ondas electromagnéticas. La radiación puede:
Transmitirse: puede pasar de un medio a otro. Por ejemplo, la luz solar puede atravesar el vacío del espacio e ingresar en la atmósfera terrestre, compuesta de múltiples gases. Cuando se pasa de un medio a otro, la velocidad de las ondas electromagnéticas que transfieren la energía radiante se modifica, fenómeno que recibe el nombre de refracción.
Absorberse: como dijimos anteriormente, al absorberse la radiación, el cuerpo que lo absorbe modifica su temperatura.
Dispersarse: la radiación modifica sus características al ser devuelta o desviada (separándose, muchas veces, en las diferentes frecuencias que la componen). Ocurre cuando la radiación visible interactúa con una partícula, lo que, por ejemplo, permite que veamos colores en el cielo.
Reflejarse: ocurre cuando la radiación vuelve al medio del cual procede, cambiando sólo su dirección. Por ejemplo, en un espejo “rebotan” las ondas electromagnéticas provenientes de la lámpara que ilumina un baño, sólo cambiando la dirección del frente de ondas.
La principal fuente de radiación de la Tierra es el Sol, que emite energía en muchísimos tipos de radiación del espectro electromagnético, no sólo en el espectro visible. Algunos tipos de radiación (como el espectro visible) es inofensivo para nosotros, pero otros pueden ser muy peligrosos, como la luz ultravioleta que proviene de nuestra estrella. Seguramente te estarás preguntando qué es eso de “espectro electromagnético”. Bueno, analicemos un poco más el tema.
El Espectro Electromagnético
Quizás te parezca extraño el nombre, quizás ya lo habías escuchado antes. El espectro de radiación electromagnética abarca todas las longitudes de onda y frecuencias con las que se propaga la energía a través del espacio. Habíamos dicho que las ondas electromagnéticas no necesitan de ningún medio para transmitirse. Las distintas ondas electromagnéticas generan un espectro que abarca las diferentes longitudes de onda. Éstas son las siguientes:
Rayos Gamma: sus longitudes de onda son las más cortas. Son muy perjudiciales para salud aunque en medicina se los utiliza para detener el cáncer, pues su agresividad frente a las células puede detener la reproducción de tumores.
Rayos X: Poseen una frecuencia entre 1016 Hz y 1019 Hz, originados por el choque de electrones contra cuerpos sólidos que no poseen carga eléctrica. Son importantes en la práctica médica de diagnóstico por imágenes, aunque la exposición de un organismo a estos rayos durante mucho tiempo puede ser fatal.
Rayos ultravioleta (UV): En la naturaleza, son producidas por el Sol y su acción es perjudicial para la vida, por lo que es tan importante la acción filtradora de la capa de Ozono en la atmósfera.
Luz visible: Poseen una longitud de onda entre 400 nanómetros y 680 nanómetros, que pueden ser captados por el ojo humano. Cuando la luz del Sol pasa por un prisma, se descompone en 7 colores (los del arcoiris). Esto demuestra que la luz blanca es, en realidad, la composición de todos ellos. Cada color presenta una longitud de onda diferente.
Rayos infrarrojos: Sus longitudes de onda abarcan desde unos 0,001 mm hasta 1 mm. Generados por todos los cuerpos que liberan calor, son capaces de ser detectados por sensores como células fotoeléctricas. Son invisibles al ojo humano y se produce por el movimiento de las moléculas de los cuerpos.
Microondas: Presentan una frecuencia de alrededor de 1011 Hz y una longitud de onda de alrededor de 1 cm. Se utilizan para la comunicación de radares y satélites y en la cocción de alimentos en un horno de microondas.
Ondas de Radio: Sus longitudes de onda van desde los 10 cm hasta los 10.000 m y una frecuencia desde los 10.000 Hz a 100 mil millones de Hz. Altamente utilizados en telecomunicaciones, permite que, de forma instantánea, se envíen y reciban mensajes de un punto a otro del planeta.
En este artículo de Ensamble de Ideas, estudiaremos las ondas en física. Como sabemos, una onda es una perturbación del espacio. En toda onda, podemos hallar diferentes características que las diferencian: valles, crestas, longitudes de onda, frecuencia, período y amplitud.
Modelo de una onda en física.
Para entender correctamente qué es una onda, debemos entonces analizar cada uno de sus componentes (expuestas en color violeta en el párrafo anterior). Para ello, requerimos definir, primero, el concepto de ciclo. En física, un ciclo es cada patrón repetitivo de una onda. Es el recorrido, que consiste en ir desde una posición extrema a la otra y volver a la primera, pasando dos veces por la posición central.
Sabiendo eso, analicemos una por una las características mencionadas al principio:
Característica
Definición
Valle
En física, un valle es la posición más baja de una onda. Es contrario a la cresta, que es la posición más alta de una onda.
Cresta
En física, una cresta es la posición más alta de una onda. Es el punto de máxima amplitud o máxima elongación de una onda. Es contraria a un valle, que es la posición más baja de una onda.
Longitud de onda
En física, la longitud de onda (denotada usualmente con la letra griega λ), es la distancia entre puntos idénticos sucesivos de una onda, como la distancia entre un valle y el valle siguiente o la distancia entre una cresta y la cresta siguiente. La unidad de la longitud de onda, al ser justamente una distancia, es el metro (con sus múltiplos y submúltiplos). Matemáticamente, se define la longitud de onda como λ=v/f , donde v es la velocidad de la onda y f es la frecuencia. Dado que f=1/T , siendo T el período de la onda, se puede definir también a λ como λ=v⋅T
Período
En física, un período es el tiempo que tarda una onda en completar un ciclo. Matemáticamente, el período se define como: T=1/f, donde T es el período y f es la frecuencia de la onda. La unidad del período en el Sistema Internacional es el segundo.
Frecuencia
En física, la frecuencia de una onda es el número de ciclos que completa la onda en un intervalo de tiempo. Si este intervalo de tiempo es un segundo, la unidad de frecuencia es el Hertz (Hz). Matemáticamente, la frecuencia está relacionada con el período según: f=1/T donde T es el período y f es la frecuencia de la onda.
Amplitud
En física, la amplitud de una onda es la medida de la magnitud de la máxima perturbación del medio producida por la onda.
Es hora de analizar las ondas con un poco más de atención. Por ello, es importante que sepamos cómo clasificarlas de acuerdo a sus características.
La clasificación de las ondas en la física.
Se puede clasificarlas según el sentido de la oscilación y la necesidad de un medio para propagarse:
SEGÚN EL SENTIDO DE LA OSCILACIÓN
Aquí encontramos dos tipos diferente de ondas:
Las ondas longitudinales: Si las partículas que oscilan lo hacen en la misma dirección en la cual se transmite la onda.
Algunos ejemplos de ondas longitudinales son:
Ondas sonoras: Cuando hablas o cuando un altavoz emite sonido, las partículas de aire vibran hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección que la onda de sonido viaja.
Ondas de compresión en un resorte: Si tiras de un extremo de un resorte y lo sueltas, las ondas de compresión viajan a lo largo del resorte mientras las bobinas se comprimen y se expanden en la misma dirección en la que viaja la onda.
Ondas sísmicas P: Estas son ondas que se propagan a través del interior de la Tierra en caso de terremotos. Las partículas del suelo vibran en la misma dirección en la que viaja la onda.
Ondas en líquidos y gases: Cuando lanzas una piedra a un estanque, se generan ondas que se propagan hacia afuera desde el punto de impacto. Las partículas del agua se mueven hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección que las ondas se desplazan.
Estos ejemplos muestran cómo las ondas longitudinales involucran movimientos de partículas en la misma dirección que la propagación de la onda.
Las ondas transversales: Si las partículas que oscilan lo hacen en forma perpendicular a la dirección en que se desplaza la onda. Ejemplos de éstas son las ondas causadas por un corcho que se arroja en un estanque: las partículas del agua comienzan a oscilar alrededor de su posición de equilibrio y transmiten la perturbación a las partículas vecinas, que comienzan a oscilar. La onda, por su parte, adopta un movimiento perpendicular al de las partículas del agua.
Ondas en una cuerda tensa: Si agitas un extremo de una cuerda tensa, las ondas se propagan a lo largo de la cuerda, mientras que las partículas de la cuerda oscilan verticalmente (perpendicularmente a la dirección de propagación).
Ondas electromagnéticas: La luz visible, las ondas de radio, las microondas y otras formas de radiación electromagnética viajan en forma de ondas transversales. En este caso, los campos eléctricos y magnéticos oscilan perpendicularmente entre sí y a la dirección de propagación de la onda.
Ondas en la superficie del agua: Cuando lanzas una piedra en un estanque, se generan ondas en la superficie del agua. Las partículas de agua se mueven hacia arriba y hacia abajo, perpendicularmente a la dirección de propagación de las ondas.
SEGÚN LA NECESIDAD DE UN MEDIO PARA PROPAGARSE
No todas las ondas pueden transmitirse en los diferentes medios, tales como un sólido, un fluido o, incluso, el vacío. De esta forma, clasificamos las ondas en:
Ondas mecánicas: tal como las ondas sonoras, este tipo de ondas necesita sí o sí de un medio en el cual transmitirse, ya sea sólido o un fluido, como el líquido o el gas. Esto explica por qué, en el espacio, el sonido no se escucha (pues no hay un medio material que lo transmita). ¡Oh, Star Wars, nos has mentido todo este tiempo!
Algunos ejemplos de ondas mecánicas son:
Ondas de sonido en el aire: Cuando hablas, la vibración de tus cuerdas vocales crea ondas de presión en el aire. Estas ondas viajan como compresiones y expansiones sucesivas en la misma dirección en la que se propagan, lo que constituye una onda longitudinal.
Ondas sísmicas S: Durante un terremoto, las ondas sísmicas S viajan a través de la Tierra. Estas ondas de corte hacen que las partículas del suelo se muevan perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
Ondas en una cuerda tensa: Al tocar una cuerda de guitarra, se generan ondas mecánicas transversales. Las partículas de la cuerda se mueven perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda, creando patrones de crestas y valles.
Ondas en un resorte: Si sujetas un extremo de un resorte y lo agitas, se propagarán ondas a lo largo de él. Las partículas del resorte se moverán perpendicularmente a la dirección en que viajan las ondas, comprimiendo y expandiendo el resorte.
Ondas en la superficie del agua: Cuando arrojas una piedra en un estanque, se forman ondas que viajan a través del agua. Las partículas de agua se mueven hacia arriba y hacia abajo, perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
Anímate a escribir en comentarios cuáles de las ondas anteriores corresponden a longitudinales y cuáles a transversales.
Ondas electromagnéticas: tal como la luz, este tipo de ondas no necesita obligatoriamente de algún medio para transmitirse. Puede hacerlo tanto en el vacío, como en un líquido, sólido o en un gas. Te recomendamos leer el artículo sobre las diferentes ondas electromagnéticas que existen en la naturaleza para saber más sobre este tema.
Si bien puedes ver todos los tipos de ondas del espectro electromagnético en nuestro link específico, te dejamos algunos ejemplos de ondas electromagnéticas:
Luz visible: La luz que vemos todos los días es un ejemplo de onda electromagnética. Las ondas de luz viajan a través del vacío del espacio y también pueden propagarse a través del aire u otros medios transparentes. En una onda de luz, los campos eléctrico y magnético oscilan perpendicularmente entre sí y a la dirección de propagación de la onda.
Ondas de radio: Las ondas de radio, utilizadas para transmitir señales de radio y televisión, también son ondas electromagnéticas. Estas ondas pueden viajar a través del espacio, la atmósfera terrestre y otros materiales no metálicos.
Microondas: Utilizadas en comunicaciones inalámbricas, radar y cocinas de microondas, las microondas también son un tipo de onda electromagnética. Se utilizan en una variedad de aplicaciones debido a su capacidad para penetrar en materiales no metálicos y transmitirse a través de la atmósfera terrestre.
Rayos X: Los rayos X, utilizados en medicina para la radiografía y en diversas aplicaciones industriales, también son ondas electromagnéticas. Tienen longitudes de onda más cortas y energías más altas que la luz visible y pueden penetrar en la materia con mayor facilidad.
NTICx en la escuela
En el applet “Introducción a Ondas” del PhET Colorado, disponible en https://phet.colorado.edu/sims/html/waves-intro/latest/waves-intro_es.html, podrán trabajar y estudiar las ondas de una manera didáctica y dinámica. Modifiquen las amplitudes y frecuencias de las diferentes ondas de sonido, ondas de luz y ondas en el agua para afianzar los conceptos. Jueguen, descubran y creen sus propias actividades. ¿Se animan a contarnos qué sucedió?
Muchas veces, los movimientos rectilíneos uniformes y uniformemente variados se combinan en un solo fenómeno que deben ser estudiados por tramos. Por ejemplo, cuando una persona se sube a un ómnibus o colectivo, éste comienza a moverse desde el reposo (es decir, presenta una velocidad inicial nula) y, luego de acelerar por unos segundos, comienza a transitar con velocidad constante hasta que se deba detener. La detención se produce con desaceleración constante.
Otro caso podría ser el de un móvil que avanza con velocidad constante hasta alcanzar un valor máximo. Luego, desciende bruscamente su velocidad hasta detenerse.
En forma gráfica, lo que estaría sucediendo en ambos ejemplos sería algo parecido a lo siguiente:
Fig 1: Gráfico de movimiento de varios tramos.
En estos casos, debemos estudiar nuestros movimientos en varios “tramos” o segmentos.
Análisis teórico de movimientos de varios tramos.
Es útil, con un lápiz, separar cada tramo desde el gráfico original. Nos quedarán los siguientes tramos para el caso del móvil del gráfico presentado antes.
Fig 2: Gráfico de movimiento de varios tramos, separado por tramos.
El primer tramo debe ser estudiado de acuerdo con las fórmulas del MRUV(existe aceleración constante). En nuestro caso, este primer tramo va desde t=0s hasta t=1s.
El segundo tramo debe ser estudiado de acuerdo con las fórmulas del MRU (existe velocidad constante, aceleración nula). Algunas aclaraciones a tener en cuenta son que, en primer lugar, la posición inicial de las ecuaciones de este tramo es igual a la posición final de las ecuaciones del primer tramo. Lo mismo sucede con el tiempo: el tiempo inicial de las ecuaciones de este tramo es igual al tiempo final de las ecuaciones del primer tramo. Para nuestro ejemplo del móvil, el tiempo inicial es t=1s y finaliza en t=3s.
El tercer tramo (en el que el móvil se va deteniendo) debe ser estudiado con las fórmulas del MRUV (existe aceleración constante, de carácter negativo, pues el móvil se está parando). Nuevamente, la posición inicial de las ecuaciones de este tramo es igual a la posición final de las ecuaciones del segundo tramo. Lo mismo sucede con el tiempo: el tiempo inicial de las ecuaciones de este tramo es igual al tiempo final de las ecuaciones del segundo tramo. Para nuestro ejemplo del móvil, el tiempo inicial es t=3s y finaliza en t=4s.
Vemos que existe, en el gráfico, un cuarto tramo cuya velocidad es 0m/s. El tiempo inicial de las ecuaciones de este tramo es igual al tiempo final de las ecuaciones del tercer tramo. Asimismo, la posición inicial de las ecuaciones de este tramo es igual a la posición final de las ecuaciones del tercer tramo. Como puedes observar, como la velocidad es 0 m/s, no hay avance de posición este tramo.
Análisis práctico de movimientos de varios tramos.
Analicemos ahora qué pasa en cada tramo por separado, en términos de velocidad, posición y aceleración.
Cálculo de posición en cada tramo de un movimiento de varios tramos.
TramoI
Para el tramo I, comenzamos con x=0m, ¿pero en qué posición finaliza? Podemos averiguarlo aplicando un Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado.
Como es un MRUV, las fórmulas originales nos decían que:
Aquí nos surge un problema, ¿qué colocamos en “a“? ¿Cuál es la aceleración del sistema? Debemos recurrir a la Ec. 2 para poder hallarla y, luego, reemplazarlo en nuestra Ec 1:
Esto significa que nuestro móvil ha recorrido 2,50 m en el lapso de 1s.
Tramo II
Por otro lado, es hora de analizar el tramo II, pero teniendo en cuenta que la posición inicial ya no será 0m sino 2,5m, es decir, la posición final del tramo I. Asimismo, el tiempo inicial será de 1 segundo, pues es el tiempo inicial del primer tramo.
Aplicando las ecuaciones del MRU, ya que hay velocidad constante, tenemos:
\( x_f=x_i+v\cdot (t_f-t_i)\)
\( x_f=2,50m+5m/s\cdot (3s-1s)\)
Observemos que el tiempo final es 3s (este dato lo obtenemos del gráfico) y el inicial es 1s.
\( x_f=12,5m\)
Si la posición final fue de 12,5m, significa que ha recorrido unos \( \Delta x=x_{f_2}-x_{f_1}=12,5 m – 2,50m=10m\) durante el tramo II (hemos calculado la diferencia entre la posición final del tramo II y la del tramo I). Esto se conoce como distancia recorrida y es un término del cual hablaremos más adelante.
Tramo III
Hagamos lo mismo que lo anterior para el tramo III.
Como es un MRUV, calculamos la aceleración usando los datos proporcionados por el gráfico y, con eso hallado, calculamos la posición final.
¿Te animas a calcular cuánto fue la distancia recorrida en el tramo III?
Tramo IV
Durante el tramo IV, no es necesario realizar cálculos porque vemos que la velocidad se mantuvo constante en 0m/s. Esto significa que el móvil no avanzó ni retrocedió entre los 5s y los 7s.
Finalmente, podemos dejar en claro que la posición final del móvil fue de 15m respecto del origen.
Cálculo de distancia recorrida por el móvil en un movimiento de varios tramos.
Existen varios métodos con los que podemos hallar distancias recorridas. Probaremos dos de ellas.
El método analítico consiste en sumar las distancias recorridas en cada tramo mediante el cálculo de las posiciones finales e iniciales de cada tramo. En particular, esto ya lo hemos hecho arriba en el ejemplo del móvil. Sólo basta poner sobre la mesa toda la información con la que contamos y, luego, sumar por tramo.
Para el tramo I:
La posición final fue de 2,50m y la inicial fue de 0m. Luego, \( \Delta x=x_f-x_i=2,50 m – 0 m = 2,50 m \)
Para el tramo II:
La posición final fue de 12,5 m y la inicial fue de 2,50m. Luego, \( \Delta x=x_f-x_i=12,5 m – 2,50 m = 10m \)
Para el tramo III:
La posición final fue de 15 m y la inicial fue de 12,5 m. Luego, \(\Delta x=x_f-x_i=15 m – 12,5 m = 2,50m \)
Para el tramo IV:
La posición final fue de 15m y la inicial también fue de 15m (no hubo cambio de posición) Luego, \( \Delta x=x_f-x_i=15 m – 15 m = 0m \)
Ahora, contamos con los siguientes datos:
Distancia recorrida en primer tramo: 2,50m Distancia recorrida en segundo tramo: 10m Distancia recorrida en tercer tramo: 2,50m Distancia recorrida en cuarto tramo: 0m
Sólo es necesario sumar todos los datos:
Distancia recorrida total: \( \Delta x = 2,50 m + 10 m + 2,50 m + 0 m =15 m.\)
No es casualidad que nos haya dado igual que la posición final del recorrido, mas esto no tiene por qué ser siempre así, pues puede suceder que, en alguna parte del proceso, nuestro móvil retroceda. Este, como vemos en el gráfico al no notar velocidades negativas, no es el caso.
Cálculo de desplazamiento del móvil en un movimiento de varios tramos.
El método gráfico es mucho más sencillo y rápido. La idea es calcular las áreas o superficies de cada tramo directamente viendo el gráfico de la Fig. 2. Vemos que se forman figuras geométricas sencillas de analizar, tales como triángulos, rectángulos o cuadrados.
Tramo I
Para el tramo I, nos queda un triángulo como vemos en la figura 3. Si obtenemos el área de ese triángulo, obtenemos la distancia recorrida por el móvil.
Figura 3. Tramo I.
Obtengamos el área de dicho tramo. Como sabemos, el área de un triángulo es \( A=\frac{b\cdot h}{2} \) En nuestra notación, A es el área; B, la base del triángulo y h es la altura del triángulo. La base corresponderá a la diferencia entre tiempo final y tiempo inicial para ese tramo. La altura corresponde a la diferencia entre la velocidad final y la velocidad inicial. Entonces:
Como era de esperarse, coincide con la posición final del primer tramo que ya habíamos calculado antes.
Tramo II:
Debemos obtener el área del rectángulo que observamos en la figura 4:
Figura 4: Tramo II.
El área de un rectángulo es \( A = b \cdot h\). Nuevamente, hemos notado como b a la base y h a la altura. Conociendo esos datos del gráfico, operamos:
\( A = b \cdot h=(3s-1s)\cdot (5\frac{m}{s}-0\frac{m}{s})=2s\cdot 5\frac{m}{s}=10m \)
Significa que en el tramo II ha recorrido 10 metros.
Tramo III:
Debemos obtener el área del rectángulo que observamos en la figura 5:
Figura 5: Tramo III.
A=-2,50m
El área nos da negativo. En el tercer tramo, el movimiento es hacia la izquierda, ya que la velocidad inicial es hacia la derecha y la velocidad final es cero. La distancia recorrida en este tramo es 2,5 metros, pero en dirección opuesta al movimiento en el primer tramo, por lo que el desplazamiento en este tramo debía darnos negativo, tal como nos dio.
Tramo IV:
No es necesario obtener el área de este tramo, pues es evidente que no hubo cambio de posición, ya que la velocidad fue de 0 m/s a lo largo de los dos segundos que duró el tramo.
Por último, sumamos todos los desplazamientos (áreas) de cada tramo:
\( 2,50m+10m+(-2,50m)+0=10m \)
¿Sencillo, verdad?
Gráficos de posición vs. tiempo: x(t)
Observemos el siguiente gráfico de un móvil, en el que observamos cómo evoluciona la posición del mismo a través del tiempo en varios tramos:
Fig. 5. Gráfico de posición en función del tiempo en movimiento de varios tramos.
Si quisiéramos, a grandes rasgos, ver gráficamente cómo se comporta la posición, la velocidad y la aceleración en este movimiento, debemos analizar cada tramo, ya que como presenta varios tramos podemos separarlos tal cual hicimos antes.
En el segundo tramo, la posición forma una función lineal creciente, pues la velocidad es constante.
En el tercer tramo, la posición es una función lineal, nuevamente (por lo que forma una recta decreciente), sólo que la velocidad es negativa.
Si te perdiste en cómo darte cuenta cuándo las velocidades son positivas o negativas, cuándo las aceleraciones son positivas o negativas, etc., te dejamos un pequeño resumen de cómo se interpreta cada gráfico:
Gráficos de velocidad vs. tiempo: v(t)
Fig. 6. Gráfico de velocidad en función del tiempo en movimiento de varios tramos.+[note]Hecho en base a la información de x(t) presentada en la Fig. 5.[/note]
En la Fig. 6, observamos que, para el primer tramo, la velocidad forma una función lineal creciente, pues la aceleración es constante. En el segundo tramo, la velocidad forma una función lineal constante, es decir, el valor de la velocidad se mantiene igual durante el lapso de tiempo. Es positiva, pues nuestro móvil aumentaba su posición conforme pasaba el tiempo, de acuerdo a lo que vemos en la Fig. 5. Por último, en el tercer tramo, la velocidad es una función lineal constante, pero negativa, porque el móvil iba presentando una posición cada vez menor.
Gráficos de aceleración vs. tiempo: v(t)
Fig. 7. Gráfico de aceleración en función del tiempo.[note]Hecho en base a la información de x(t) presentada en la Fig. 5.[/note]
En la Fig. 7, el que corresponde a aceleración en función del tiempo en este movimiento de varios tramos, vemos que, para el primer tramo, la misma forma una función lineal constante y positiva. Esto es así pues el objeto se movía con aceleración constante en un Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV). Recordemos que notamos eso debido a que la función que describía el móvil era cuadrática en el primer tramo de la Fig. 5. En cambio, la aceleración es nula para el segundo tramo (pues es un MRU) y lo mismo para el tercer tramo (también es un MRU).
Ejemplo 2:
Pensemos juntos un segundo ejemplo.
Un móvil parte del reposo con aceleración constante y, a los 10 segundos, continúa el recorrido con velocidad constante. 20 segundos más tarde, el móvil habrá recorrido 375 m desde que inició el movimiento, tal como se muestra en la figura a continuación. A) ¿Cuál es la aceleración que tuvo el móvil al iniciar el movimiento? B) ¿Cuál es la aceleración que tuvo el móvil al finalizar el recorrido? C) ¿A qué distancia del principio el móvil comenzó a tener velocidad constante?
Por el enunciado, podemos asegurar que, durante el primer tramo, el móvil presentó un Movimiento Rectilíneo Uniformente Variado (MRUV) pues la aceleración -que deberemos hallar- es constante. En el segundo tramo, presentó un Movimiento Rectilíneo Uniforme, pues la velocidad es constante. Con sólo esta información, estamos en condiciones de afirmar que:
LA ACELERACIÓN EN EL SEGUNDO TRAMO VALE CERO (pues la velocidad es constante).
Esto contesta la pregunta B. ¿Pero acaso no debemos responder primero la A? No está de más dar un rápido vistazo de la información con la que contábamos sin hacer grandes cuentas y, de acuerdo con el enunciado, ya podíamos afirmar que la aceleración que tuvo el móvil al finalizar el recorrido era nula.
Continuemos con lo más complicado. Para ello, es hora de poner sobre la mesa todas las ecuaciones con las que contamos para cada tramo, que llamaremos tramo I y tramo II.
Tramo I:
Como es un MRUV, las fórmulas originales nos decían que:
Para el tramo II (Quizás sea importante que leas las notas al pie):
\( v =?\) Esta velocidad, que es constante, es la misma que \( v_f\) del tramo I.
\(x_i=?\) Esta posición inicial es la misma que \( x_f\) del tramo I. Esto será muy importante para la resolución de este tipo de ejercicios.
\( x_f=375m\)
\( t_i=10seg\)
\( t_f=30seg\) Hemos colocado que \( t_f=30seg\) pues el enunciado expresa: “Un móvil parte del reposo con aceleración constante y, a los 10 segundos, continúa el recorrido con velocidad constante. 20 segundos más tarde, el móvil habrá recorrido 375 m desde que inició el movimiento”. Por lo resaltado, podemos asegurar que el movimiento total duró 30 segundos.
REEMPLAZO DE DATOS EN EC.1, EC. 2, EC. 3 Y EC. 4:
Con los datos anteriores, reemplacemos en las cuatro diferentes ecuaciones los valores que tenemos:
Como es un MRU, las fórmulas originales nos decía que:
(Ec. 3) \( 375m=x_i+v\cdot (30seg-10seg)\)
(Ec. 4) \( v=\frac{375m-x_i}{30seg-10seg}\)
Realizando las cuentas pertinentes, concluimos que:
Tramo I:
(Ec. 5) \( x_f=\frac{1}{2}\cdot a\cdot(10seg)^2\)
(Ec. 6) \( v_f=a\cdot (10seg)\)
Tramo II:
(Ec. 7) \( 375m=x_i+v\cdot (20seg)\)
(Ec. 8) \( v=\frac{375m-x_i}{20seg}\)
PLANTEO DE LA RESOLUCIÓN
Analicemos teóricamente lo que debemos hacer. En primer lugar, debemos darnos cuenta que la posición final del primer tramo es la posición inicial del segundo tramo. Entonces, tengamos presente la Ec. 5 y la ec. 7. En ellas, justamente nos aparece \( x_f\) del tramo I y \( x_i\) del tramo II. Para poder utilizar correctamente la Ec. 7, debemos primero despejar \( x_i\), según:
(Ec. 9) \( x_i=375m-v\cdot (20seg)\)
Una vez hecho esto, será cuestión de igualar la Ec. 5 y la Ec. 9:
Vemos que es una única ecuación que tiene como incógnita a a y a v. Pero si prestamos atención, vemos que la Ec. 6 nos dice que \( v_f=a\cdot (10seg)\). Esta \(x v_f\) del tramo I es la velocidad que se mantendrá constante en el tramo II, por lo que podemos reemplazar la Ec. 6 en la Ec. 10:
Y así hallamos que la aceleración vale 1,5 m/s2 en el primer tramo.
Actividades con respuesta
Puedes ver las respuestas de cada uno expandiendo la flecha en cada ejercicio.
1. Un coche parte del reposo y comienza a moverse en línea recta con una aceleración constante de 2 m/s² durante 10 segundos. Luego, mantiene una velocidad constante de 20 m/s durante 30 segundos. Finalmente, reduce su velocidad uniformemente hasta detenerse en 10 segundos. Calcula:
a) La velocidad del coche al final de cada tramo. [expand] La velocidad del coche al final de cada tramo es de 20 m/s, 20 m/s y 0 m/s respectivamente. [/expand]
b) La distancia total recorrida por el coche. [expand] La distancia total recorrida por el coche es de 100 m + 600 m + 100 m = 800 m. [/expand]
c) Grafica x(t), v(t) y a(t) para el movimiento completo.
2.
Un ciclista parte del reposo y comienza a pedalear en línea recta con una aceleración constante de 3 m/s² durante 8 segundos. Luego, mantiene una velocidad constante de 15 m/s durante 20 segundos. Finalmente, reduce su velocidad uniformemente hasta detenerse en 12 segundos. Calcula:
a) La velocidad del ciclista al final de cada tramo. [expand]La velocidad del ciclista al final de cada tramo es de 24 m/s, 15 m/s y 3 m/s, respectivamente. [/expand]
b) La distancia total recorrida por el ciclista. [expand] La distancia total recorrida por el ciclista es de 96 m + 300 m + 108 m = 504 m. [/expand]
c) Grafica x(t), v(t) y a(t) para el movimiento completo.
En la sección “Kinematics” (Cinemática) de la página, encontrarás contenido confiable sobre los temas de MRU y MRUV, con explicaciones, ejemplos resueltos y simulaciones interactivas para ayudarte a entender mejor los conceptos y desarrollar habilidades de resolución de problemas.
Además, también puedes encontrar en la página una sección sobre Laboratorio Virtual, donde se realizan simulaciones que puedes ejecutar en línea para entender conceptos y fenómenos físicos de manera más efectiva.
Existen cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: la fuerza nuclear débil. fuerza nuclear fuerte y electromagnética , que logran explicar muchos de los fenómenos con los que los físicos se han encontrado en los últimos años. En este artículo analizaremos estas cuatro fuerzas para descubrir cuáles son, sus características y cómo actúan cada una de ellas.
De las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, es la gravitatoria la más incomprendida. Las demás han podido ser cuantificadas, es decir, han podido ser descriptas matemáticamente. Ya han pasado más de tres siglos desde que Newton empezó a entender cómo trabaja la fuerza gravitatoria, pero -sin duda- sigue siendo un misterio a dos voces. ¿Cómo? ¿Los científicos siguen estudiando sus enigmas? Correcto. Una hipótesis que se baraja constantemente es la idea de que existe una “quinta” fuerza (que se supone que puede ser la antimateria) que podría servir como puente entre la fuerza gravitatoria y las demás fuerzas.
¡Entendamos cada uno de ellos!
La fuerza nuclear débil
Es la responsable de fenómenos como la desintegración radiactiva y la producción de radiación y energía calórica por el Sol en los procesos de fisión nuclear.
La fuerza nuclear fuerte
Es responsable de la estabilidad del núcleo atómico, ya que permite que los protones no se rechacen entre sí. Analizando mejor la situación, cuando dos protones se encuentran muy cerca uno de otro, la fuerza eléctrica repulsiva entre ellos es muy intensa. Sin embargo, cuando están lo suficientemente cerca, comienza a actuar la fuerza nuclear fuerte, que los mantiene unidos. Cuando el núcleo es demasiado grande, se vuelve inestable, y a pesar de la existencia de esta fuerza, algunos átomos son capaces de desintegrarse y transformarse en partículas más sencillas y estables.
Modelo de fisión nuclear, fenómeno en el que el átomo se desintegra, venciendo las fuerzas nucleares fuertes.
¿Cuándo actúa la fuerza nuclear fuerte?
Esta fuerza fundamental de la naturaleza aparece cuando la distancia entre las partículas es menor que el radio de las mismas. ¡Espera! ¡Un momento! ¡Digámoslo un poco más fácil! Quizás, con algunos dibujos, esto se entienda mejor. Dos protones presentan la misma carga eléctrica (positiva), por lo que se separan debido a la fuerza eléctrica repulsiva que experimentan, tal como se ve en el siguiente modelo:
Fuerza Eléctrica Repulsiva (Fer) entre protones, de carga positiva.
Sin embargo, cuando ambas partículas se encuentran demasiado cerca, aparece entre ellas la fuerza nuclear fuerte. Observemos la imagen siguiente, en la cual se marca el llamado radio del protón:
Radio del protón.
La distancia que separa a los protones debe ser menor que este radio para que aparezca la fuerza nuclear fuerte, la cual es 100 veces mayor que la fuerza eléctrica. Por esta razón, los protones se mantienen unidos en el núcleo.
Fuerza Nuclear fuerte entre protones. La FNF aparece cuando la distancia que separa a los protones es menor que el radio del protón.
La fuerza electromagnética
La fuerza electromagnética es la fuerza fundamental del universo responsable de, por un lado, la fuerza electrostática generada entre partículas en reposo y, por el otro, el efecto combinado entre las fuerzas magnéticas y eléctricas que actúan entre cargas que se mueven. Pudiendo ser tanto atractiva como repulsiva, es una interacción más fuerte que la gravitatoria, la siguiente fuerza fundamental de la naturaleza que veremos.
La fuerza electromagnética es, en conclusión, la interacción entre partículas con carga eléctrica.
La interacción gravitatoria
La interacción gravitatoria es una fuerza fundamental de la naturaleza que es únicamente de carácter atractivo, generada por todos los cuerpos que posean masa. Es una fuerza muy débil a nivel atómico, mas su importancia es muy evidente en cuerpos masivos que se encuentran a grandes distancias, tales como las estrellas y los planetas. Es mejor conocida como fuerza de gravedad.
¿Fuerza de gravedad? Eso es muy conocido por todos: con tan sólo pensar en la manzana que se le cayó a Newton por la cabeza ya sabemos de qué estamos hablando. ¡Ah! ¡Por cierto, ese cuento es mentira! Jamás ha ocurrido, pero sigue siendo parte del imaginario de todos. ¿O no? La fuerza de gravedad es la fuerza fundamental de la naturaleza responsable de esa “hipotética” caída de la manzana.
Un modelo es una representación material o mental de un fenómeno, un objeto o un proceso. Se usan para poder analizar una realidad que no puede ser observada en forma directa, de forma más sencilla, basándose, generalmente, en analogías.
En el arte, los modelos son, por lo general, objetos para ser copiados. Los modelos científicos son copias de los objetos, ya que sólo son simulaciones o representaciones sencillas y acotadas de ellos.
Éste es un modelo escolar del complejo ciclo de reacciones que ocurren en el interior del Sol: el ciclo protón-protón. Los círculos rojos representan protones; los azules, neutrones; los verdes, neutrinos; y los amarillos, positrones. Es una representación sencilla que facilita el estudio, dejando de lado múltiples factores que pueden ser encontrados en un modelo científico.
Cuando se construye un modelo, existen cuatro pasos básicos que se deben tener en cuenta:
La elección del objeto a modelar: corresponde al fenómeno u objeto que se representará, tal como una fuerza, una proteína, el sistema digestivo de un perro, el continente africano, etc. Podemos decir, entonces, que un objeto a modelar puede ser cualquier parte del universo que se quiera analizar, con límites reales o imaginarios. ¿Qué significa esto último? Imagínate que un meteorólogo quiere analizar el clima de Buenos Aires, en Argentina. El estudio de su atmósfera tendrá limites imaginarios, pues no puede “encapsular” el aire que allí se encuentra.
La percepción del objeto: a partir de los datos obtenidos, que incluyen su apreciación por medio de uno o múltiples sentidos, como la vista o el tacto. Por ejemplo, un mapa ofrece la representación de una porción de superficie, siendo percibida mediante los ojos. Evidentemente, es una imagen parcial, pues no puede representar todos los detalles del sitio real.
La representación del objeto. Un sistema de imágenes, ideas o juicios puede construir una representación, usando los datos de la percepción y la memoria.
La fabricación de un artefacto. Ya sea un artefacto concreto o una idea, esto funcionará como analogía del objeto o fenómeno original, permitiendo una comparación. ¿Una comparación de qué? Se deben reconocer semejanzas y diferencias. Un artefacto concreto puede ser una maqueta de la membrana plasmática, por ejemplo. Una idea puede ser, por ejemplo, la teoría neordarwinista.
Esta fotografía de los tallos de una planta trepadora es el “artefacto” de un modelo concreto. NO es la planta trepadora, sino una representación bidimensional de ella. (c) Ensamble de Ideas 2018.
Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=RVTlm6nRtfk
¿Cuáles son los tipos de modelos científicos que existen?
Existen tres tipos de modelos científicos:
Formales se obtienen como producto de trabajos de investigación referidos a áreas centrales de cada una de las disciplinas científicas. Un claro ejemplo de modelo formal es el modelo atómico de Rutherford o la Teoría de la Relatividad.
Materiales son, por lo general, representaciones concretas de los modelos formales, expresados a través de un lenguaje específico, como el de la física. Una imagen impresa en una radiografía es un modelo material, por ejemplo. Otro ejemplo de modelo material es la fotografía de los tallos de una planta trepadora que encuentras en este artículo.
Modelos matemáticos son representaciones matemáticas de teorías y leyes. No necesariamente pueden ser expresados mediante fórmulas o ecuaciones, sino también mediante símbolos, gráficos o diagramas. La ecuación que corresponde a la Ley de Boyle-Mariotte, referida a las leyes de los gases \( P\cdot v=k\)) es un modelo matemático.
Algunas biblografías sugieren la existencia de un cuarto tipo de modelos:
Computacionales: Son programas de computadora diseñados para simular y estudiar fenómenos o procesos complejos. Estos modelos utilizan algoritmos y reglas que imitan el comportamiento de un sistema real. Se utilizan para simular el clima, predecir la propagación de enfermedades o analizar los efectos de diferentes políticas públicas, entre muchas otras aplicaciones.
En conclusión, los modelos son herramientas poderosas que nos ayudan a comprender, analizar y predecir fenómenos o sistemas complejos. Nos permiten simplificar la realidad y explorar diferentes escenarios de manera controlada, lo que resulta invaluable en el avance del conocimiento y la toma de decisiones informadas.
Actividades
En base a esta información, te proponemos clasificar los siguientes ejemplos en alguno de los tres tipos de modelos que existen. ¡Manos a la obra!
Una fotografía de una bacteria.
Un mapa de la Ciudad de México.
La teoría heliocéntrica.
La famosa ecuación de Einstein, \( E=m\cdot c^2\).
Un video de las olas del mar en las costas de Chile.
El modelo atómico de Bohr.
Un gráfico de la cantidad de nacimientos que hubo en 2003 en la ciudad de Lima, en Perú.
2. El texto propone un sistema con límites imaginarios (el de la atmósfera bonaerense). Da un ejemplo de sistema con límites reales. Da otro ejemplo similar de sistema con límite imaginario que se te ocurra.
3. Realiza un cuadro conceptual con los contenidos más importantes del texto leído.
4. Proponé dos ejemplos de modelo formal, dos ejemplos de modelo material y dos ejemplos de modelo matemático, que no aparezcan en este artículo.
5. ¿Conoces algún tipo de modelo computacional? ¡Cuéntanos cuál conoces o bien investiga alguno para esta actividad!
La teoría del calórico fue una explicación científica aceptada durante mucho tiempo para entender el calor y los procesos de transferencia de energía térmica. Según esta teoría, el calórico era una sustancia invisible que fluía de un objeto caliente a uno frío, causando el aumento de temperatura en el objeto receptor.
Aparato de Lavoisier y Laplace, medidor del calórico. Lavoisier le ha dado nombre dicha “sustancia” en 1787.
La teoría del calórico fue una explicación científica aceptada durante mucho tiempo para entender el calor y los procesos de transferencia de energía térmica. Según esta teoría, el calórico era una sustancia invisible que fluía de un objeto caliente a uno frío, causando el aumento de temperatura en el objeto receptor.
De acuerdo con la teoría del calórico, el calentamiento de un objeto estaba relacionado con la cantidad de calórico que contenía. A medida que el calórico fluía hacia un objeto frío, se creía que el objeto se calentaba a medida que acumulaba calórico.
Sin embargo, a medida que avanzó la investigación científica, surgieron evidencias experimentales que contradecían la teoría del calórico. Uno de los descubrimientos más significativos fue la ley de conservación de la energía, que establece que la energía no puede crearse ni destruirse, sino que solo puede transformarse de una forma a otra. Esta ley contradecía la noción de una sustancia calórica que se podía transferir de un cuerpo a otro.
La teoría cinética-molecular reemplazó la teoría del calórico como una explicación más precisa del calor. Según la teoría cinética-molecular, el calor se debe al movimiento aleatorio de átomos y moléculas en un objeto, y su transferencia se produce mediante la colisión de estas partículas. Esta nueva teoría fue respaldada por evidencias experimentales y explicaba mejor los fenómenos térmicos.
Características principales del calórico
El calórico es una sustancia contenida en los cuerpos, invisible.
El calórico fluye desde un cuerpo más caliente a uno más frío. Este flujo continúa hasta que se igualen las temperaturas.
Un cuerpo frío pesa lo mismo que un cuerpo caliente. Esto significa que el calórico no tiene peso. Se dice, entonces, que es imponderable.
Se pensaba que el calórico estaba contenido en una especie de vesículas. Según la teoría, dos cuerpos que se frotan elevan su temperatura sin que la cantidad de calor total haya variado. La fricción, enuncia, modificaría el calor específico del material pues se romperían las vesículas propuestas. Esto provocaría un aumento de temperatura y un aparente aumento de calor.
Cuando un cuerpo cambia de estado, debido a que hay un flujo de calor desde un cuerpo caliente a otro, la temperatura del cuerpo que se funde o volatiliza no cambia, no aumenta. Para explicar esto, la teoría del calórico considera que dicha sustancia está “escondido temporalmente” y que puede recuperarse condensando el vapor o simplificando el líquido.
La historia detrás del calórico.
A mediados del Siglo XVIII, se creía que los fenómenos térmicos se debían a la existencia de una sustancia llamada calórico, nombre acuñado por primera vez por Lavoisier[note]
Antoine-Laurent de Lavoisier fue un influyente químico, biólogo y economista francés del siglo XVIII, nacido el 26 de agosto de 1743 en París, Francia, y fallecido el 8 de mayo de 1794 en la misma ciudad. Es ampliamente reconocido como el padre de la química moderna debido a sus contribuciones revolucionarias al campo.
Lavoisier fue educado en la Universidad de París, donde se graduó en leyes en 1764, pero su verdadera pasión estaba en la ciencia, especialmente en la química. Pronto abandonó la práctica legal para dedicarse por completo a la investigación científica.
Una de las contribuciones más importantes de Lavoisier fue la formulación de la ley de conservación de la masa, que establece que la masa total de los productos de una reacción química es igual a la masa total de los reactivos. Esto marcó un cambio fundamental en la comprensión de la química, alejándose de la antigua teoría de la flogisto.
Junto con su esposa, Marie-Anne Pierrette Paulze, Lavoisier llevó a cabo experimentos pioneros en la combustión y la respiración, descubriendo la naturaleza del oxígeno y el proceso de oxidación. También trabajó en la estandarización de nomenclatura química y en la formulación de una teoría sobre la composición del agua.
Sin embargo, su carrera científica fue truncada por la Revolución Francesa. A pesar de sus importantes contribuciones a la ciencia, Lavoisier fue arrestado durante el Reinado del Terror y ejecutado en la guillotina en 1794, a la edad de 50 años. Su muerte fue una gran pérdida para la comunidad científica, pero su legado perdura como uno de los pilares fundamentales de la química moderna.[/note]
en 1787. A la luz de los conocimientos de hoy en día, sabemos que no existe y que el calor no es más ni menos que transferencia de energía desde un cuerpo caliente a un cuerpo frío.
Sin embargo, a medida que avanzó la investigación científica y se desarrollaron métodos más precisos de medición, surgieron evidencias experimentales que contradecían la teoría del calórico. Uno de los descubrimientos más significativos fue la ley de conservación de la energía, que establece que la energía no puede crearse ni destruirse, sino que solo puede transformarse de una forma a otra. Esta ley contradecía la noción de una sustancia calórica que se podía transferir de un cuerpo a otro.
En conclusión, la teoría del calórico fue una explicación válida en su época para comprender los fenómenos térmicos, pero ha sido reemplazada por la teoría cinética-molecular debido a las evidencias experimentales y las leyes fundamentales de la conservación de la energía. La comprensión actual del calor se basa en la idea de que es una forma de energía que se transfiere mediante el movimiento de partículas, en lugar de una sustancia calórica que fluye de un objeto a otro.
Actividades
A. Realiza un resumen de lo más importante del texto de este artículo.
B. Indica si las siguientes oraciones son verdaderas o falsas:
El calórico era una sustancia invisible que fluye de un objeto caliente a uno frío. (Verdadero/Falso)
Según la teoría del calórico, el calentamiento de un objeto está relacionado con la cantidad de calórico que contiene. (Verdadero/Falso)
La teoría del calórico explica cómo se transfiere el calor entre los objetos. (Verdadero/Falso)
La ley de conservación de la energía apoya la teoría del calórico. (Verdadero/Falso)
La teoría cinética-molecular reemplazó a la teoría del calórico. (Verdadero/Falso)
El movimiento de partículas en un objeto es la causa del calor según la teoría del calórico. (Verdadero/Falso)
La teoría del calórico sigue siendo ampliamente aceptada y utilizada en la actualidad. (Verdadero/Falso)
Las evidencias experimentales contradicen la teoría del calórico. (Verdadero/Falso)
La teoría del calórico se basa en la idea de que el calor es una forma de energía. (Verdadero/Falso)
La transferencia de calor se produce mediante la colisión de partículas, según la teoría del calórico. (Verdadero/Falso)
Clave de respuestas:
Puedes corroborar tus resultados expandiendo aquí [note]
A. Resumen de contenidos:
La teoría del calórico, aceptada durante mucho tiempo, postulaba que el calórico era una sustancia invisible que se movía desde un objeto caliente hacia uno frío, causando el aumento de temperatura en el objeto receptor. Según esta teoría, el calentamiento de un objeto estaba relacionado con la cantidad de calórico que contenía, y se creía que el calórico se transmitía a través de la transferencia de la sustancia calórica desde el objeto caliente al objeto frío.
Sin embargo, investigaciones posteriores demostraron que esta teoría era incorrecta. La ley de conservación de la energía, que establece que la energía no se crea ni se destruye, contradecía la noción de una sustancia calórica transferible. En su lugar, la teoría cinética-molecular se desarrolló como una explicación más precisa del calor. Según esta teoría, el calor se debe al movimiento aleatorio de átomos y moléculas en un objeto, y su transferencia ocurre a través de la colisión de estas partículas.
En conclusión, la teoría del calórico, que postulaba la existencia de una sustancia invisible que transfería el calor, fue reemplazada por la teoría cinética-molecular debido a las evidencias experimentales y las leyes de conservación de la energía. Actualmente, se entiende que el calor es una forma de energía y se transfiere mediante el movimiento de partículas en lugar de una sustancia calórica.
B. Actividad de verdadero/falso:
Verdadero
Verdadero
Verdadero
Falso
Verdadero
Falso
Falso
Verdadero
Falso
Falso [/note]
Bibliografía Sugerida
En el libro “Introducción a Los Conceptos y Teorías de Las Ciencias Físicas”, escrito por Gerald James Holton & Stephen G. Brush , podrás encontrar más información sobre el tema tratado aquí. Hemos buscado la sección correspondiente y puedes leerla en el siguiente link de Google Books, actualizado al mes de marzo de 2020: https://bit.ly/2PGTjUa
En otros artículos de la serie Magnetismo, hemos dicho que la Tierra se comporta como un gigantesco imán debido a la fluidez de los materiales ferromagnéticos que se encuentran en su núcleo. Así, nuestro planeta tiene un Polo Norte Magnético y un Polo Sur Magnético. También hemos visto que la polaridad cambia a través del tiempo. ¿Cómo se sabe todo esto?
El campo magnético de la Tierra nos protege del nocivo viento solar, partículas cargadas que provienen de nuestra estrella.
El paleomagnetismo es el estudio del campo magnético de nuestro planeta en el pasado. El estudio es posible porque el campo magnético terrestre deja ciertas huellas fáciles de analizar en los minerales ferromagnéticos de las rocas.
Cuando la lava de un volcán solidifica, forma, muchas veces, una roca llamada basalto que es débilmente magnética. Cuando se enfría, queda magnetizada en la dirección del campo magnético en el que estaba inmerso en ese mismo lugar y en ese momento. Por ello, si un volcán ha producido varios flujos de lava en períodos pasados, los paleomagnetólogos (científicos que estudian el paleomagnetismo) pueden analizar cómo fue variando el campo magnético de la Tierra en años pasados.
En muchas rocas, los dominios magnéticos se encuentran en sentido contrario al del campo magnético actual. Esto significa que la Tierra ha sufrido varios cambios de polaridad en la historia y que no está exenta de que vuelva a suceder. Por ejemplo, la última inversión de la polaridad del gran imán que es la Tierra fue hace unos 780.000 años. También habían ocurrido inversiones hace 870.000 años y hace 950.000 años.
Ciertos estudios demuestran que en los últimos 100 años ha habido una reducción del 5% en la intensidad del campo magnético.
En las rocas volcánicas, el magnetismo remanente es muy fuerte ya que se enfrían a partir de altas temperaturas bajo la acción del campo geomagnético. Las rocas sedimentarias también tienen una orientación magnética debida al campo magnético terrestre, lo cual permite realizar un análisis de las variaciones que ha sufrido la polaridad magnética de la Tierra.
Las tormentas solares
Las tormentas solares son fenómenos naturales que ocurren en el Sol y pueden tener efectos en nuestro planeta Tierra. Son causadas por la actividad magnética del Sol y pueden influir en las comunicaciones, los sistemas de navegación y la salud de los astronautas. En este artículo, aprenderemos cómo suceden las tormentas solares y cuáles son sus impactos en nuestro entorno.
Puntos clave para entender las tormentas solares.
El Sol es una estrella gigante compuesta principalmente de hidrógeno y helio. A través de la fusión nuclear, el Sol libera enormes cantidades de energía y luz que llega a la Tierra y la hace habitable.
La importancia del campo magnético solar: El Sol tiene un campo magnético generado por el movimiento del material solar caliente en su interior. Este campo magnético influye en la actividad solar y crea regiones magnéticas en su superficie conocidas como manchas solares.
Manchas solares y erupciones solares: Las manchas solares son áreas oscuras en la superficie del Sol, donde el campo magnético es más fuerte. Estas manchas pueden estar acompañadas por erupciones solares, que son explosiones repentinas y violentas de energía y radiación que se liberan al espacio.
Eyecciones de masa coronal (CMEs): Durante una erupción solar, también se pueden liberar grandes cantidades de plasma solar al espacio en forma de una Eyección de Masa Coronal (CME). Las CMEs son masivas nubes de partículas cargadas que viajan a alta velocidad.
Interacción con la Tierra: Cuando una CME alcanza la Tierra, su interacción con el campo magnético de nuestro planeta puede tener efectos notables. El campo magnético de la Tierra se deforma debido a la interacción con las partículas cargadas de la CME, lo que puede causar disturbios geomagnéticos.
Impactos en la Tierra: Los disturbios geomagnéticos pueden afectar a sistemas tecnológicos y de comunicación, como satélites, redes eléctricas y sistemas de navegación por GPS. También pueden provocar auroras brillantes en regiones cercanas a los polos.
Protección contra tormentas solares: Aunque las tormentas solares pueden tener impactos significativos, la Tierra está protegida en gran medida por su campo magnético. Sin embargo, los astronautas en el espacio están más expuestos a los peligros de las tormentas solares, y es necesario tomar precauciones para mantener su seguridad.
Conclusión:
Las tormentas solares son eventos impresionantes que ocurren debido a la actividad magnética del Sol. Aunque pueden tener impactos en la Tierra, nuestro planeta está naturalmente protegido por su campo magnético. Es importante seguir investigando y estudiando estos fenómenos para comprender mejor su naturaleza y cómo pueden afectar nuestra tecnología y nuestro entorno.
La intensidad de un campo magnético se mide en una unidad llamada Gauss. La intensidad del campo magnético terrestre es débil: 0,3 gauss en el Ecuador y 0,7 gauss en los polos, aunque hay variaciones diurnas (variaciones de un día a otro) de esta intensidad.
La relación entre la brújula y el campo magnético terrestre
La brújula es un instrumento creado en la Antigua China, hacia el año 1000 a.C. En pocas palabras, es una aguja magnetizada que puede girar libremente. Cuando se la coloca en un campo magnético, la aguja de la brújula gira y se orienta en la dirección del campo. En cualquier lugar de nuestro planeta, la aguja de la brújula gira hasta quedar apuntando aproximadamente en la dirección de los polos terrestres. Aquí surgen varias preguntas relacionadas con ello. Vayamos una por una:
¿A qué se debe que gire la aguja de una brújula cuando está en la Tierra?
Esto sucede porque la Tierra se comporta como un gigantesco imán en barra, aunque no es exactamente igual. Se sabe que la Tierra es caliente por dentro, pero ese calor debería desordenar los dominios magnéticos del interior terrestre y, de esta manera, quitar todo indicio de magnetismo (según como vimos, además, en artículos como Temperatura de Curie).
Es por ello que los científicos creen que el magnetismo terrestre se origina de alguna otra forma y es así que piensan en que el “culpable” del magnetismo terrestre es el movimiento de los fluidos del núcleo (en espacial el hierro y el níquel, materiales ferromagnéticos). Estos materiales fundidos dentro del planeta fluyen por la capa exterior del núcleo y generan una corriente eléctrica. Los electrones en movimiento producen un campo magnético que se extiende hasta el espacio.
El campo magnético terrestre se extiende también más allá de nuestra atmósfera, en una zona conocida como magnetosfera. Ésta nos protege del viento solar. Puedes leer más información sobre esto clickeando aquí.
¿Por qué hemos dicho que la aguja de una brújula gira hasta quedar apuntando en la dirección de los polos terrestres, aproximadamente?
La brújula no apunta exactamente al Norte, sino que está un poco desviada. Se llama declinación magnética al ángulo que forma la dirección de la aguja con la dirección Norte-Sur. Su valor es diferente en distintos puntos del planeta. Existe también un ángulo llamado inclinación magnética. Si se suspende una aguja magnética de un hilo por su centro de gravedad, se observa que forma cierto ángulo con el horizonte del lugar. Este ángulo corresponde a la inclinación magnética y se incrementa al acercarse a los polos magnéticos.
Lo curioso es que al llegar a los polos magnéticos, la aguja se orienta perpendicular al suelo, es decir, toma un valor de 90°. La fuerza sobre la aguja no es horizontal (paralela a la superficie terrestre), sino que está inclinada hacia el interior de la Tierra).
Actualmente, el Polo Sur Magnético se encuentra cerca de la isla de Bathurst, en la parte septentrional de Canadá, a unos ¡1600 km del Polo Norte Geográfico! El Polo Norte Magnético, en cambio, está situado en el Océano Índico, a pocos kilómetros de la Antártida, al Sur de Australia. ¿El Polo Sur Magnético cerca del Polo Norte Geográfico y viceversa? Exacto, un poco confuso, pero cierto. De hecho, la polaridad se invierte cada cierto tiempo. La última vez fue hace unos 780.000 años atrás.
Introducción a la diferencia entre niebla y neblina y el rocío
Usualmente usamos palabras como las del título, pero muy pocas veces notamos que son palabras con significados muy diferentes dentro del mundo de la meteorología. En este artículo hablaremos sobre ellas.
Temperatura de rocío
Cuando ocurre un fenómeno atmosférico, el mismo está, sin duda, relacionado con las variaciones de presión y temperatura. Cuando el aire asciende, atraviesa zonas en la que la temperatura es más baja y, consecuentemente, se produce una baja en el valor de saturación de la masa de vapor de agua en el aire. Dependiendo de la humedad relativa y de la temperatura ambiente, establecemos el concepto de punto o temperatura de rocío como aquélla en la que se produce la condensación.
Diferencias entre ellas
Rocío y escarcha
Este se forma cuando el contenido de vapor de agua no aumenta en una determinada masa de aire a ras del suelo, alcanzándose el punto de enfriamiento y formándose, entonces, diminutas gotas de agua sobre las superficies frías. Si la saturación de vapor de agua se da a temperaturas inferiores a 0°C (273K), se forma la denomina escarcha, que es hielo.
¿Condensación? Si recordamos un poco lo visto en cambios de estado, llamamos condensación al cambio que ocurre cuando la materia que se encuentra en estado gaseoso pasa a estado líquido.
El rocío puede quedar adherido a las telarañas o insectos que se encuentren retenidos allí, como se ve en esta imagen.
Al condensarse, se forman pequeñas gotitas de agua líquida y éstas pueden producir muy pequeños cristales de hielo (es decir, el agua se solidificó). Estos cristales de hielo son, ni más ni menos, los responsables de la formación de nubes (pues dichos cristales quedan en suspensión). No está de más decir que el viento, la temperatura y la presión atmosférica son los responsables de la altura y tamaño de las nubes.
Niebla
Si la condensación se da a nivel de la superficie, se genera la llamada niebla, cuando se enfría una masa de aire cercana al suelo o cuando se condensa el vapor de agua que está presente en una masa de aire caliente y húmedo que pasa por un terreno frío.
Neblina
La llamada neblina se produce con un 80% a un 90% de humedad relativa. La niebla se produce con un 90% a un 100% de humedad relativa. En términos de visibilidad, la niebla la permite hasta 1 km; la neblina permite una visibilidad de 1km a 10km.
Ensamble de Ideas, fácil de entender, fácil de aprender – Copyright MMXXII
Fuente.
Bulwik, M.;”Física y Química I. Mezclas y sustancias. Modelo Corpuscular. Teoría atómica molecular. Reacciones Químicas. Fenómenos Eléctricos. Magnéticos y Gravitatorios”; Ed.Puerto de Palos, Serie ActivAdos, Argentina, 2016.
