RUTHERFROD, EL MODELO ATÓMICO

 

1- Como has podido leer J.J. Thomson fue profesor de Rutherford, que a su vez fue profesor de Hans Geiger. ¿Cómo valoras el hecho de que los investigadores científicos formen a los estudiantes? Investiga qué ocurre en las Facultades de Ciencia españolas.

Me parece un hecho fantástico, ya que si los investigadores científicos son capaces de transmitir sus conocimientos y sus experiencias a las nuevas generaciones, estos podrán continuar donde sus predecesores lo dejaron, consiguiendo nuevos hitos para la ciencia y para el mundo en general. La facultad de ciencias españolas también contribuye a este fin, y tiene un gran número de conferencias y charlas de catedráticos y personas que han participado en grandes experimentos actuales.

2- En palabras de Rutherford, "toda ciencia, o es Física, o es coleccionismo de sellos". En 1908, le otorgaron el premio Nobel de Química. Su reacción fue realmente muy curiosa: "He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de físico a químico". ¿Cuáles son las diferencias entre la Física y la Química? Da una interpretación a ambas frases del científico, ¿por qué crees que le otorgaron el premio Nobel de Química y no el de Física?

La física y la química son ramas diferentes dentro del campo de la ciencia pero los descubrimientos de una en muchos casos colabora a descubrir nuevas cosas de la otra. La física es una ciencia que estudia las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía, así como sus interacciones; mientra que la química está relacionada con la energía o la evolución de la alquimia.

Por un lado la física es una de las más antiguas disciplinas académicas. La física es significativa e influyente ya que, no solo ayuda a la creación de nuevos inventos y es aplicable a diferentes cosas, sino que además otras ciencias se pueden apoyar sobre estos descubrimientos. La física, al igual que todas las ciencias, tiene una parte teórica y otra

práctica, como ya he dicho antes.

Por otro lado tenemos la química. En la química hay distintas disciplinas y estas se han ido agrupando bajo materia de estudio o el tipo de estudio realizado(química inorgánica, que estudia la materia inorgánica; la química orgánica, que trata con la materia orgánica; la bioquímica, el estudio de substancias en organismos biológicos; …)

En la primera frase que dijo Rutherford podríamos decir que por un lado la Física según él es la base de todo y por otra que para hacer nuevos descubrimientos tienen que antes haber coleccionado una serie de leyes que en este caso serían los sellos, sobre los cuales después podamos basar nuestras investigaciones.

En la segunda frase dice que la física y la química son dos disciplinas totalmente diferentes, por lo que un cambio de campo de investigación supone un cambio muy brusco de ideología, que es lo que él describe como el cambio más brusco de su vida.

Por último Rutherford no recibió un nobel de física sino de química, en mi opinión, porque hizo mayores descubrimientos en química que en física. En Física destacó sobre todo por sus inventos, es decir, por las aplicaciones de las leyes que ya se habían hallado. MIentras que en química investigó como era las cosas en vez de buscar aplicaciones. Por ejemplo estudió las partículas radiactivas, vió como se comportaban bajo determinadas condiciones, las clasificó,....

3-Investiga sobre la biografía de Nikola Tesla. ¿Cuáles fueron sus principales aportaciones a la Física? ¿Qué disputas científicas mantuvo con Edison y Tesla? Te recomendamos una película: EL TRUCO FINAL. El argumento de esta película describe muy bien la mezcla de magia y ciencia que se vivía en el final del siglo XIX y principios del XX.

Nikola Tesla es uno de los responsables del sistema basado en la electricidad que tenemos hoy, junto  Edison, el que sentía una profunda envidia hacia Tesla, y no dudaba en contratar personas que saboteasen los trabajos de Tesla. Entre las aportaciones de Tesla hay que destacar por encima de todas la corriente alterna que era más segura y perdía menos electricidad en su transporte qu la corriente continua de Edison. Edison trató  y muchas veces consiguió , gracias a sus influencias, minimizar el impacto de los inventos de Tesla, intando hundirle y dejando claro que él debía ser el ganador de su duelo por la supremacía de la electricidad. He visto “El truco final” y he podido comprobar la narración del duelo entre estos dos genios, y los permanentes ataques de Edison a los inventos de Tesla.

4- A lo largo del capítulo se suceden las descripciones sobre el descubrimiento de distintos fenómenos físicos (que puedes y debes añadir en la línea de tiempo) que serán cruciales en el desarrollo de la sociedad del siglo XX y que siguen muy relevantes en la actualidad. Responde brevemente (básate sólo en el libro para este punto, excepto en los enlaces señalados) a la siguiente serie de preguntas (haciendo referencia a los científicos implicados):

4a) ¿Qué diferencia la fluorescencia de la fosforescencia?

4b) ¿Qué son los Rayos X? ¿Cómo se descubrieron?

4c) ¿Qué es la Radiactividad? ¿Cómo fue descubierta?

4d) ¿Por qué fueron importantes las aportaciones del matrimonio Curie y de Rutherford al trabajo de Becquerel?

4e) ¿Qué son las radiaciones alfa, beta y gamma? Ordénalas energéticamente.

4f) ¿Qué es la ley de desintegración atómica?¿Por qué sirve como método de datación geológica?

4g) ¿Para qué sirve un contador Geiger?

4a) Hay unos fenómenos naturales que hacen que los minerales sean luminiscentes, es decir, que emitan luz. Se dividen en dos: las fluorescentes (que emitían una extraña luz azulada al ser estimuladas por radiación externa) y las fosforescentes(cuya emisión verdosa persistía aun cuando se las dejaba de iluminar)

4b) Los rayos X son unos rayos que cuya gran virtud era su penetrabilidad en ciertas sustancias como la piel, los tejidos, las hojas de aluminio, el papel y demás. Esto, unido a la fotografía descubierta sobre esa época, supuso un gran avance sobre todo para la medicina. Se descubrieron gracias a la búsqueda de una aplicación para la sal de uranio los cuales, tras someterlos a la radiactividad, se descubrió que eran fosforescentes.

4c) La radiactividad o radioactividad es un fenómeno físico por el cual los núcleos de algunos elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros.

Se dice que fue descubierta por error por Becquerel sobre finales de febrero y primeros de marzo de 1896 (los días estaban totalmente nublados en París). Lo que ocurrió fue que Becquerel estaba impaciente por exponer al Sol radiante una placa dispuesta como hemos indicado porque tenía que dar una charla más en la Academia y, tras tantos días nublados, se desesperó y pensó que de todas formas revelaría la placa para hablar de los efectos de la fosforescencia débil. Resultó que la imagen de la moneda que había interpuesto entre la placa y las sales de uranio salía tan nítida como si éstas hubieran estado excitadas por la luz intensa. La charla despertó más aburrimiento que otra cosa, pero Becquerel estaba muy impresionado. Repitió el experimento miles de veces dejando las sales a oscuras hasta que desembocó en el descubrimiento de la radiactividad.

4d) Fueron importantes sus aportaciones ya que comprobaron de una forma más científica, (y no por casualidad como Becquerel) de donde procedía la radiactividad y que era tras varios años de estudio, hasta que ambos (Curie y Rutherford) aclararon que era en París y Cambridge respectivamente.

4e)En general son radiactivas las sustancias que presentan un exceso de protones o neutrones. Cuando el número de neutrones difiere del número de protones, se hace más difícil que la fuerza nuclear fuerte pueda mantenerlos unidos. Eventualmente el desequilibrio se corrige mediante la liberación del exceso de neutrones o protones, en forma de partículas α  o partícula β. Estas emisiones llevan a dos tipos de radiactividad:

• Radiación α, que aligera los núcleos atómicos en 4 unidades básicas, y cambia el número atómico en dos unidades
• Radiación β, que no cambia la masa del núcleo, ya que implica la conversión de un protón en un neutrón o viceversa, y cambia el número atómico en una sola unidad (positiva o negativa, según la partícula emitida sea un electrón o un positrón)
• Además existe un tercer tipo de radiación en que simplemente se emiten fotones de alta frecuencia, llamada radiación γ. En este tipo de radicación lo que sucede es que el núcleo pasa de un estado excitado de mayor energía a otro de menor energía, que puede seguir siendo inestable y dar lugar a la emisión de más radiación de tipo α, β o γ. La radiación γ es un tipo de radiación electromagnética muy penetrante así como ser inestables.

Para ordenarlas energéticamente irían en este orden γ > β > α

4f) La desintegración atómica es en lo que se basa toda la radiactividad. . Esta descomposición se basaba en los tres tipos de emisiones que ya he nombrado antes. la alfa, que eran átomos de helio; la beta, que eran electrones; y la gamma, que era radiación electromagnética muy energética, o sea, de altísima frecuencia y, en consecuencia, cortísima longitud de onda. Rutherford pronto encontró una ley que regía la vida de estos átomos que podía variar desde unos pocos segundos hasta miles de millones de átomos, y su ley predecía a la perfección esta inmensa variación. También observó que el uranio y otros elementos radiactivos se iban transformando en otros que a su vez se desintegraban, terminando la cadena invariablemente en plomo. Estableciendo un método de aplicación geológica, la datación geológica. Examinando muestras geológicas que contuvieran estos elementos así como plomo, puesto que sabía a qué ritmo se desintegraba cada uno, pudiendo establecer un límite inferior a la edad de la Tierra.

4g) Un contador Geiger fue un invento que construyeron Rutherford y un joven que trabajaba con él en el laboratorio, Hans Geiger (un alemán brillante con una capacidad de trabajo inagotable). Una de las mejoras cosas que idearon fue esta última, que servía para contar las partículas alfa una a una, lo cual les permitió contar el número de partículas alfa que emitía un gramo de radio en un segundo.

5- Explica cómo se llevó a cabo el experimento de Rutherford. Si quieres, puedes hacerlo con un pequeño vídeo, que simule el experimento. ¿Por qué no funcionó con Mica, sí con pan de oro y mejoró mucho con pan de platino? Comenta la frase: "Es como si se disparara un obús naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara".

Rutherford Lanzó muchas partículas alpha hacía una lámina de pan de oro. Rutherford comprobó que la mayoría de estas partículas atravesaban el pan de oro, pero unas pocas parecían rebotar con algo y cambiaban su dirección, Se dió cuenta que ese “algo” eran los núcleos de los átomos del pan de oro, que ocupaban una porción del átomo mínima y sin embargo suponian casi la totalidad de la masa de los átomos, comparada con los electrones que se sitúan en la periferia del núcleo, y que ocupan la mayor parte del espacio del electrón.

La frase "Es como si se disparara un obús naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara" creo que muestra el desconcierto inicial de Rutherford, al ver que algunas partículas rebotaban, ya que las partículas lanzadas a velocidades ingentes rebotaban de forma misteriosa sobre una lámina de oro muy fina que no debería presentar mucha resistencia ante el bombardeo de partículas.

 

6- Describe el modelo de Rutherford y sus limitaciones. ¿Por qué el equipo de Rutherford se puede considerar el padre de la interacción nuclear (piensa en qué lo ocurriría a los protones si no existiera dicha interacción)? ¿Qué son las 4 interacciones fundamentales de la naturaleza?

El modelo de Rutherford, como es bovo, fue ideado por el mismo. En el proponía que todos los protones y neutrones se encontraban en el centro del átomo, unidos por una fuerza nuclear fuerte, y orbitando alrededor de los mismos, los electrones del átomo. Este modelo destacó por ser el primero en decir que había un núcleo dentro del átomo, añadiendo que en el centro del átomo había una concentración de carga. Pero este modelo presentaba algunas limitaciones:

• Por un lado se planteó el problema de cómo un conjunto de cargas positivas podían mantenerse unidas en un volumen tan pequeño, lo que llevó posteriormente al descubrimiento de la fuerza nuclear fuerte, que es una de las cuatro interacciones fundamentales.
• Por otro lado existía otra dificultad proveniente de la electrodinámica clásica que predice que una partícula cargada y acelerada, como los electrones del átomo, produciría radiación electromagnética, perdiendo energía y finalmente cayendo sobre el núcleo. Las leyes de Newton, junto con las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo aplicadas al átomo de Rutherford hacían que fuera un modelo modelo físicamente inestable, desde el punto de vista de la física clásica.

Rutherford es considerado el padre de la interacción nuclear ya que gracias a su modelo se pudo investigar las fuerzas que actuaban sobre los elementos de un átomo y que hacían que se quedaran unidos y no se chocaran entre ellos debido a fuerzas que no fueran las nucleares.

En la naturaleza hay cuatro tipos de interacciones fundamentales:

• Interacción gravitatoria: Es la más conocida de las interacciones. Junto al electromagnetismo, son las interacciones que actúan a grandes distancias y contrariamente al electromagnetismo, sólo tiene carácter atractivo. A distancias atómicas, y en comparación con el resto de interacciones es la más débil de todas. La interacción gravitatoria, hace que cualquier tipo de materia provista de energía interaccione entre sí.La teoría newtoniana de la gravitación es una aproximación no-relativista a la interacción gravitatoria.
• Interacción electromagnética: El electromagnetismo es la interacción que actúa entre partículas con carga eléctrica. Este fenómeno incluye a la fuerza electrostática, que actúa entre cargas en reposo, y el efecto combinado de las fuerzas eléctrica y magnética que actúan entre cargas que se mueven una respecto a la otra. El electromagnetismo también tiene un alcance infinito y como es mucho más fuerte que la gravedad describe casi todos los fenómenos de nuestra experiencia cotidiana. Estos van desde el rayo láser, la radio, …
• Interacción nuclear fuerte:  interacción fuerte, también conocida como interacción nuclear fuerte, es la interacción que permite unirse a los quarks para formar hadrones. La interacción electromagnética se da entre partículas cargadas eléctricamente, aquí las partículas también la llamada “carga de color”.A pesar de su fuerte intensidad, su efecto sólo se aprecia a distancias muy cortas del orden del radio atómico. Como resultado colateral de la interacción entre quarks, existe una manifestación de la fuerza nuclear fuerte que explica que dentro del núcleo atómico a los protones y neutrones. Debido a la carga positiva de los protones, para que éstos se encuentren estables en el núcleo debía existir una fuerza más fuerte que la electromagnética para retenerlos, aunque ahora sabemos que es  la llamada interacción fuerte residual
• Interacción nuclear débil: La interacción débil, también conocida como interacción nuclear débil, y los leptones. Esta interacción es la responsable de que los quarks y leptones decaigan en partículas más livianas.

7- Crea tu propio "escudo científico" (buscando tu propio lema científico) tal y como hizo

Rutherford al ser nombrado barón.



CAVENDISH: LA CONSTANTE DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL

1. En el capítulo se menciona que Cavendish entró a formar parte de la Royal Society en 1760. Newton y Hooke, entre otros ilustres científicos, también formaban parte de ella. Describe brevemente qué es la Royal Society, cuáles son sus principales objetivos, cuáles han sido sus logros más importantes a lo largo de la historia y qué otros ilustres científicos han formado parte de ella.

La royal Society (en español la Real Sociedad de Londres o Real Sociedad de Londres para el Avance de la Ciencia Natural)  es la más antigua sociedad científica del Reino Unido y una de las más antiguas de Europa. Aunque se suele considerar el año 1660 como el de su fundación, años antes ya existía un grupo de científicos que se reunía con cierta periodicidad. Mantiene estrechas relaciones con la Academia Real Irlandesa fundada en 1782. A pesar de ser una institución privada e independiente hace las veces de Academia Nacional de Ciencias en Reino Unido y es miembro del Consejo Científico Británico, formado en 2000.
Desde 1645 tenían lugar reuniones semanales en Londres de filósofos naturales y científicos de otras áreas del conocimiento, en particular de lo que por aquel entonces se denominaba “Filosofía Experimental.
Ya desde sus inicios el grupo tenía sus normas de funcionamiento, se reunía una vez por semana y para evitar que se desviara la discusión de su propósito original estaba prohibido hablar de la divinidad, asuntos de estado o actualidad, limitándose los temas a tratar a la Nueva Filosofía y materias relacionadas —Medicina, Anatomía, Geometría, Navegación, Estática, Mecánica, etc.— y los experimentos.
Durante la segunda guerra civil ingles parte del grupo se trasladó a Oxford. Tras la restauración monárquica, las reuniones se reanudaron en Londres uniéndose a ellas el grupo que había permanecido en Oxford.
La primera reunión tuvo lugar el 28 de noviembre. Tras una lectura a cargo de Wren, los asistentes decidieron fundar una Sociedad para la promoción del Saber Experimental Físico-Matemático, reunirse una vez por semana (los miércoles), establecer una cuota de ingreso de 10 chelines y una cuota semanal de un chelín para sufragar los experimentos, y eligiendo a Wilkins como presidente. El 12 de diciembre se fijó el número de miembros en 55 miembros.
A esta sociedad pertenecieron grandes pensadores y científicos de la época como Darwin, Boyle, Robert Hooke, Isaac Newton (el cual llegó a ser presidente), Benjamin Franklin, …; entre otros.
Dar una lista de los mayores experimentos de esta gran sociedad es muy difícil ya que la componían una gran cantidad de personas que a lo largo de la historia realizaron grandes experimentos que llevaron al descubrimiento de nuevos datos que fueron trascendentales para futuras investigaciones. Pero, tras consultar varias páginas, descubrí que la gran mayoría de ellas coinciden en que el descubrimiento de Newton sobre el color inherente de la luz era uno de los más destacables. Otro experimento que también destacó mucho fueron las grandes teorías darwinistas del mismo Darwin.


2.De acuerdo con el libro, Cavendish midió la composición química del aire. Realiza un diagrama de sectores con una hoja de cálculo que incluya los gases más importantes por su abundancia y compara tus resultados con los que muestra el libro. Investiga qué es el flogisto y por qué cayó en desuso.


                                                    COMPOSICIÓN DE AIRE

79%-------- Nitrógeno
21%--------- O2
0,7% --------- Vapor de Agua
0,35% --------- CO2
0,9% --------- Otros gases




El flogisto es una sustancia supuestamente presente en todas las sustancias combustibles. Ya no se usa ya que se conocen todos los secretos que llevan a cabo una combustión y se ha demostrado la imposibilidad química de esta sustancia.

3. Cavendish realizó importantes descubrimientos de Química. Investiga sobre las propiedades del Hidrógeno y sobre la composición química del agua.

El hidrógeno es un elemento gaseoso en su forma natural. Tiene aspecto incoloro y pertenece al grupo de los no metales (más específicamente de los gases nobles.) Su número atómico es 1 y su símbolo es H. Su punto de fusión es 14K y el de ebullición 20K. Una de las propiedades básicas de este elemento es que, al igual que todos los gases, es un mal conductor de calor y electricidad. El hidrógeno, al igual que los demás elementos no metales, no tiene lustre(también conocido como brillo). Debido a su fragilidad, los no metales como el hidrógeno, no se pueden aplanar para formar láminas ni estirados para convertirse en hilos.

La molécula de agua se compone de dos elementos el Hidrógeno y el oxígeno. Para formar una molécula de agua es necesario que se unan 2 moléculas de hidrógeno con una de oxígeno mediante un enlace metálico.

4. ¿Qué es el calor específico de una sustancia?
El calor específico es una magnitud utilizada para expresar la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de un cuerpo en un un grado (Celsius o Kelvin).



5. Cavendish también fue un adelantado a su tiempo. Aunque no entró en la historia por su descubrimiento, ¿qué es la Ley de Coulomb? Realiza una comparativa, señalando las analogías y diferencias que encuentras entre esta esta ley y la Ley de Gravitación Universal (recuerda la actividad Explicación matemática de la LGU)

Esta es la fórmula de la ley de couloumb:


Esta ley servía para hayar características de las fuerzas eléctricas y se puede expresar de la siguiente manera: "La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa"
Esta ley presenta varias similitudes con respecto a la Ley de Gravitación Universal ideada por Newton. Una de las similitudes más evidente es que ambas son fuerzas aunque en la práctica se refieran a diferentes tipos de fuerza. Una es la atracción entre los cuerpos y la otra a la fuerza entre diferentes tipos de cargas eléctricas. Ambas tienen una constante, una conocida como G y la otra como K. Otra similitud es que ambas tienen en cuenta la distancia a la que se encuentran los dos objetos entre los cuales esta ocurriendo la fuerza. Una diferencia es que en la ley de Coulomb se tiene en cuenta el tipo de carga (si son ambas positivas se repelen, si una es positiva y otra negativa se atraen,...); mientras que en la Ley de Gravitación Universal no, da igual que tipo de elemento esté sufriendo esta atracción (ya sea líquido, sólido o gaseoso)

6.¿Qué es un condensador eléctrico? ¿Serías capaz de fabricar uno con material casero?
Un condensador eléctrico es un dispositivo capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra, separadas por un material dieléctrico o por un espacio. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, compensando la carga.


7. Cavendish inventó un termómetro que funcionaba sin mercurio, pero, ¿cómo funciona un termómetro? ¿Qué tipos de escalas térmicas existen? Lee las páginas 163-165 de tu libro de texto. Además es interesante que tanto para esta cuestión como para la cuetión 4, sigas este recurso.

Los termómetros antes, como hasta hace unos 10-15 años, estaban hechos de mercurio. El mercurio, era muy sensible a los cambios de temperatura por lo que, cuando te lo ponías para que midiera tu temperatura, el mercurio se dilataba o se contraía dependiendo de si temperatura era mayor o menor respectivamente.Hay tres escalas térmicas diferentes:

Grados centígrados: también llamada grados celsius (ºC), es una escala centígrada cuya intensidad calórica corresponde a la a la centésima parte entre el punto de fusión del agua y el punto de su ebullición en la escala que fija el valor de cero grados para el punto de fusión y el de cien para el punto de ebullición. Su nombre está en honor a su descubirdor Ander Celsius.
Grados fahrenheit: en esta escala se establece como estados de fusión y ebullición del agua 32º F y 212º F, respectivamente. Su descubridor fue Daniel Gabriel Fahrenheit. Su conversión a grados centígrados es : C = 5/9F F=9/5C
Grados Kelvin: se basa en usar como cero  el cero absoluto, que es la mínima temperatura teórica que se puede conseguir. Fue creada por William Thomson (Lord Kelvin) y es la utilizada en el SI. Su conversión es: K=C+273 y C=K-273

8.Entramos en las cuestiones relacionadas con el experimento en cuestión: ¿Qué es el centro de gravedad de un cuerpo? Prueba la siguiente experiencia. Diseña tu propia experiencia
El centro de gravedad es el punto donde se situa la resultante de todas las fuerzas de gravedad, e indica el punto sobre el que se apoya la resultantes de las fuerzas Es el punto en el que la fuerza que la gravedad ejerce sobre todos los puntos de un cuerpo es nulo, por lo que ese punto supone un equilibrio máximo. La experiencia que he llevado a cabo tenía como objetivo ver el equilibrio que se producía al encontrar el centro de gravedad en este caso de una raqueta de tenis. Esta experiencia es simple pero eficaz, ya que lo único que se necesita es una raqueta y un equilibrio mínimo. El objetivo es dejar el mayor tiempo posible a la raqueta en completo equilibrio con la única ayuda de un dedo. Es posible que haya que desplazarse durante la práctica, ya que el menor movimiento produce un cambio en el centro de gravedades de la raqueta, y habrá que mover la mano hasta volver a encontrarlo. Debido a mis movimientos y pese a lo estipulado he decidido optar por la fotografía antes que por la grabación, ya que mi continuo movimiento en busca del punto de gravedad impedía percibir de manera adecuada lo realmente interesante. En la fotografía se puede ver que el resultado de hallar dicho punto, un equilibrio perfecto

9. Llegamos al plato fuerte del capítulo: el experimento de Cavendish (aquí podéis realizarlo virtualmente). Lo ideal sería diseñar vuestra propia experiencia, pero se trata de una tarea bastante ardua (el autor cita un interesante artículo de la revista Investigación y Ciencia al respecto), por lo que nos conformamos con que hagáis una descripción del experimento y contestas a la pregunta: ¿por qué Cavendish no podía medir desde la sala dónde se encontraba la balanza de torsión?

El experimento de Cavendish fue el primero que permitió medir la constante de gravitación universal, usado en la Ley de Gravitación Universal de Newton como G.



Para calcular esta G, Henry Cavendish utilizó una balanza de torsión que colocó en su sótano. Pero algo que hay que tener en cuenta es que esta balanza no fue ideada por el propio Cavendish sino por otro científico anterior. Este se llamaba John Michell y quiso también calcular esta constante pero murió antes de que pudiera hacerlo, en 1783. La balanza de torsión pasó de John Michell a Francis John Hyde y de este a Cavendish. Este tomó la idea de la balanza de torsión y la reconstruyó con el fin de calcular cual era el valor de G.

Como y he dicho ante la balanza de torsión estaba en el sótano por unas razones que comentaré más adelante. El instrumento construido por Cavendish consistía en una balanza de torsión con una vara horizontal de seis pies de largo que tenía dos esferas metálicas en los extremos. Esta vara se encontraba sujeta al techo por un largo hilo. Cerca de las esferas Cavendish dispuso dos esferas de plomo de unos 175 kg cuya acción gravitatoria debía atraer las masas de la balanza produciendo un pequeño giro sobre esta y midió la pequeña torsión de la balanza utilizando un telescopio.
A partir de las fuerzas de torsión en el hilo y las masas de las esferas Cavendish fue capaz de calcular el valor de la constante de gravitación universal. Dado que la fuerza de la gravedad de la Tierra sobre cualquier objeto en su superficie puede ser medida directamente, la medida de la constante de gravitación permitió determinar la masa de la Tierra por primera vez. Igualmente fue posible determinar las masas del Sol, la Luna y los diferentes cuerpos del Sistema Solar.

Ahora, ¿por qué lo colocó en el sótano? Esto se debe a que esta báscula es muy sensible y cualquiera pequeña perturbación puede hacer que no sea preciso el valor hallado. La ventaja del sótano es que no hay ventanas (y si hay son de mucho menor tamaño) y las paredes suelen ser de hormigón, haciendo que no haya brisas de aire y menos ruido que harían que se moviera la balanza. Además él tampoco podía estar presente debido a que su respiración o el ruido que pueda hacer podría también cambiar el resultado.



10. Para concluir el trabajo, investiga por qué no es buena idea utilizar materiales como el hierro o el acero para realizar el experimento. ¿Qué es el magnetismo? ¿qué otros materiales evitarías en caso de diseñar la experiencia?
El hierro y el acero son materiales que se atraen, por lo que si queremos medir la atracción gravitacional universal, estos materiales reducirán mucho la precisión del experimento

El magnetismo es el proceso por el que dos cuerpos o sistemas diferentes ejercen una fuerza de atracción o repulsión. Esto se produce cuando lo electrones de un cuerpo tienden a orientarse hacia una misma dirección, lo que crea una fuerza de taracción que depende del número de electrones que están igual orientados.

Evitaria materiales magnéticos, cuya orientación de electrones pueda producir una fuerza de atracción, como sin el níquel, el hierro, el cobre, el aluminio...

                                                     experimento de rutherford

MILIKAN: LA UNIDAD DE CARGA ELÉCTRICA

1- Explicación de la hipótesis de Symmer acerca del fluido vítreo (+) y el fluido resinoso (-) desde el punto de vista de tus conocimientos de la electrostática. Puedes incluir tus propias fotos o vídeos de pequeños experimentos electrostáticos (recuerda lo que estudiaste el año pasado en Tecnología).

Esta teoría de Symmer se basa en otra creada anteriormente por otro científico, Benjamin Franklin. Este estableció que las moléculas estaban rodeadas de un líquido eléctrico estable. Pero, cuando se producía fricción con algún otro objeto, se desequilibraba dicho fluido y se producían descargas eléctricas, tanto positivas como negativas. La teoría de Symmer fue un poco más allá ya que en vez de admitir la existencia de un solo fluido, decía que había dos: uno era un fluido vítreo (carga positiva) y el otro un fluido resinoso (carga negativa). Estos dos fluidos cuando entran en fricción se separaban uno del otro y se ponían en sitios opuestos del cuerpo.

Un ejemplo de este fenómeno sería el de la fricción de un globo. Cuando frotamos un globo contra nuestro pelo se produce este fenómeno ya que observamos como el pelo es atraído por el globo  (el pelo tiene la carga opuesta al fluido que esté en el punto adyacente).

2. Explicar el funcionamiento de un tubo de descarga. ¿Por qué consiguió Thomson desviar los rayos catódicos? ¿Cómo influye la presión del gas enrarecido del interior?

El tubo de descarga sirve para la observación de los fenómenos presentes durante le descarga eléctrica de gases en función de la presión y del tipo de gas. Los extremos del tubo de descarga están provistos de una pantalla fluorescente.

Thomson puso un empeño especial en extraer la máxima cantidad de gas de un tubo de rayos catódicos, haciendo en su interior el más alto vacío alcanzado en la época. Llegó a un punto en que los rayos catódicos se veían desviados por los campos eléctrico y magnético.

La presión del gas enrarecido en el interior del tubo debe ser muy baja para facilitar que la fricción entre partículas produzca una iluminación en el flujo de las partículas.

3- Explica el modelo de Thomson del átomo e investiga por qué no es un modelo viable según los descubrimientos posteriores.

Según el modelo atómico de Thomson el átomo estaba compuesto por electrones de carga negativa incrustados en el átomo, como si fuera un bollo (vulgarmente hablando), el cual tenía carga positiva. Además la distribución de estos de los átomos era uniforme.

Posteriormente ,tras los resultados obtenidos en los experimentos de Rutherford, se descubrió que sus predicciones sobre el interior del átomo eran incompatibles con dichos resultados.Thomson decía que los electrones se encontraban incrustados en la carga positiva (átomo). Pero más tarde Rutherford descubrió que la carga positiva del átomo se encontraba en el centro del átomo mientras que los electrones se encontraban alrededor.

4.Millikan trabajó en la Universidad de Chicago a las órdenes de Albert Michelson. Describe brevemente el experimento por el que es famoso este investigador. ¿Qué es el éter? ¿Crees que su existencia sigue siendo una hipótesis viable?

Albert Michelson es conocido por sus trabajos acerca de la velocidad de la luz. Michelson utilizó espejos rotatorios para medir el tiempo que tardaba la luz en hacer un viaje de ida y vuelta entre la montaña Wilson y la montaña San Antonio en California

El Éter era una supuesta sustancia extremadamente ligera que se creía que ocupaba todos los espacios vacíos como un fluido.

Creo que la existencia del Éter ya no es para nada viable ya que como el éter carecía de propiedades medibles resultaba imposible comprobar esta  hipótesis. Además gracias a los nuevos  descubrimientos que nos permitían  demostrar que la velocidad de la luz en el espacio libre es la misma en todas partes,se iba poco a poco complicando la supervivencia de la teoría del Éter.

5- ¿Podrías explicar, según el modelo de Bohr, por qué los rayos X ionizan a las gotas de aceite?

Lo primero de todo que hay que tener en cuenta es que los rayos X son una radiación electromagnética, por lo que de algún modo sí que podía ionizar las partículas de aceite.

Según el tercer postulado propuesto por el modelo atómico de Bohr los electrones solo emiten energía o absorben en los saltos de una órbita permitida a otra. Por lo que, cuando se emitían los rayos X, estos chocaban contra las gotas de aceite. Basandonos en el tercer postulado de Bohr, estás acumularían cargas electromágneticas (debido a que eran irradiadas con rayos X) mientras que los electrones se iban cambiando de órbita.

6.Describe el experimento de Millikan.

Millikan junto a Fletcher, descubrió la carga de un único electrón (1,5924|(17).10-19 C).

Para ello debía  equilibrar la fuerza gravitatoria hacia abajo con la flotabilidad hacia arriba y las fuerzas eléctricas en lasgotas de aceite cargadas, suspendidas entre dos electrodos metálicos.

Dado que la densidad del petróleo era conocida, las masas, las fuerzas gravitatorias y de flotación de las gotas de aceite, podrían determinarse a partir de sus radios. Usando un campo eléctrico conocido, Millikan y Fletcher pudieron determinar la carga en las gotas de aceite en equilibrio mecánico. Repitiendo el experimento para muchas gotas, confirmaron que las cargas eran todas múltiplos de un valor fundamental, y calcularon la carga de un único electrón.

7- ¿Qué es el efecto fotoeléctrico? Puedes enseñar alguna aplicación actual de este fenómeno por cuya explicación teórica, Albert Einstein, recibió el premio Nobel. Millikan también comprobó experimentalmente la hipótesis de Einstein aunque dijera de ella que "le falta una base teórica satisfactoria".

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un metal o fibra de carbono cuando sobre él incide una radiación de tipo electromagnética, como son los rayos X por ejemplo. Aunque no lo sepamos el uso de esta teoría está muy presente en nuestro día día. Este efecto fotoeléctrico lo podemos encontrar en las cámaras, en los detectores de movimiento, en calculadoras, relojes, ...

8- ¿Por qué piensas que es interesante que los científicos pasen algunos años en otros centros de investigación distintos a los que se formaron?

Por que dichos investigadores pueden ampliar sus conocimientos y aprender más de otras ramas científicas, en vez de obcecarse en un sólo tipo de estudio. Además se conoce gente con la que poder unirse para complementarse y poder llevar a cabo experimentos imposibles con los conocimientos que podrías haber tenido. Además el cambiar de centro te da un punto de vista distinto acerca de las técnicas de estudio, lo que te puede ayudar en futuros experimentos.

Puedes comparar resultados y formular una ley contrastada por más personas.

9- ¿Por qué es recomendable (o no) leer libros de divulgación científica?

Es recomendable leer libros de divulgación científica porque aprendes nuevos conocimientos sobre cosas ya descubiertas por lo que, de alguna forma, se podría decir que eres un poco más culto. Sobre todo es muy interesante leer libros de este tipo debido a que te sirven para apoyarte en otras teorías ya descubiertas que te pueden ayudar a demostrar un teoría propia. Pero si no estás en condiciones de descubrir nada al menos te pueden servir como un experimento en el que compruebas que la teoría formulada por dicho científico es correcta, como muchas veces hemos hecho en clase.

DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ: NEWTON

1. Resuelve el siguiente enigma: ¿Por qué Isaac Newton tiene dos fechas de nacimiento (25 de diciembre de 1642 y 4 de enero de 1643?

En realidad es la misma fecha pero adaptada a los diferentes calendarios.La primera fecha pertenecería al calendario juliano (este, a diferencia del gregoriano, se rige por el movimiento del sol) y la segunda al gregoriano (es el que usamos en la actualidad y, a diferencia del juliano, se rige por la traslación de la Tierra alrededor del sol, así un año equivale a una traslación completa). En nuestro caso, ya que usamos el gregoriano, la más correcta sería decir que nació el 4 de enero de 1643, aunque a pesar de esto la más usada es la primera de ellas, la del calendario juliano.

2.¿Qué quiso decir Newton con su expresión "Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes"? ¿Esa frase es realmente original de Newton?

Newton quiso agradecer la contribución de los físicos a lo largo de la historia. Con esta frase, el físico inglés quiso decir que sin la ayuda de los físicos anteriores a él y los avances llevados a cabo por ellos, no podría haber llegado tan lejos ni haber descubierto todo lo que descubrió. Esa frase, pese haber sido utilizada por Newton, es original de Bernardo de Chartres, un filósofo del siglo XII

3. Aristóteles es un filósofo clásico cuyas ideas sobre cinemática, dinámica, astronomía y cosmología predominaban en Europa desde la época de la Grecia clásica hasta la revolución copernicana. Desde una perspectiva científica, ¿cuál es la visión aristotélica del Universo o Aristotelismo?

La visión aristotélica se basaban en una serie de teorías que se han ido desmintiendo a lo largo del tiempo. La principal característica de este modelo era que la Tierra era el centro del universo y todo alrededor se movía alrededor de ésta de forma uniforme. A partir de este punto el universo se divide en dos partes:

- La que está por debajo de la luna: esta región se denominaba …........ y en ella todo tenía un lugar al que tendía para encontrar una posición de reposo. Se pueden distinguir diferentes regiones:
- La Tierra: se encontraba en el centro del universo ya que era lo más pesado y por ello estaba en reposo y no se movía
- El agua: era la siguiente capa
- El aire
- El fuego: el cual tendía a ir a la superficie ya que era el más ligero ( de esta forma es posible que se pudieran explicar las explosiones volcánicas entre otras cosas)
- El resto de seres: los cuales se movían de forma contínua y rectilínea, a no ser que otra fuerza la desvíe, hasta encontrar su lugar natural, es decir, hasta estar en reposo.
- La que está por encima de la luna: esta región se denominaba …......... y en ella se encontraban el resto de las cosas. Como ya he mencionado antes el centro de todo era la Tierra y alrededor de esta se movían el resto de las cosas. Todo tenía un principio y un final y no existía el vacío, en vez de esto Aristóteles afirmó que todo se encontraba dentro de grandes esferas unas dentro de otras como una cebolla, pero perfecta.
Este visión del Universo era muy inexacta y a lo largo de los años se fue haciendo esta teoría algo más exacta con las aportaciones de científicos como el astrónomo Tolomeo ( propuso una teoría sobre el movimiento de los planetas con la cual se explicaba que los planetas no siempre se encontrarán en las misma posición, es decir, que hubiera anomalías, cosa que Aristóteles no podía explicar)

4. En el capítulo se menciona a varios científicos muy importantes en el desarrollo de la Física. Construye una línea de tiempo que contenga a los físicos mencionados en el capítulo y sus principales aportaciones a dicha ciencia.

427 AD: Platón                    384 AD: Aristóteles        287 AD: Arquímedes      1473: Copernico            

                  







  1564: Galileo                         1571: Kepler                 1635: Hooke             1642: Newton  









1879: Maxwell                    1879: Einstein






Platón: Platón introduce la Teoría de las Ideas y temas sobre la naturaleza.

Aristóteles: Obras de filosofía propia, sobre astronomía, naturaleza física...

Arquímedes: Descubre fundamentos en hidrostática y estática y lleva a cabo la explicación del principio de la palanca.

Copérnico: Creador de la  teoría heliocéntrica, según la cual el Sol se encuentra inmóvil en el centro del Universo y la Tierra gira alrededor de él.

Galileo:  Teorías gravitatorias y estudio de la gravedad y la aceleración de los cuerpos.

Kepler: Creador de las leyes de Kepler precisaron el movimiento de los planetas del Sistema Solar .

Hooke: Los aportes más importantes de Hooke están la formulación correcta con respecto a la química, y la teoría de la elasticidad.

Newton: Elaboró sus propias leyes sobre los movimientos de los cuerpos.

Maxwell: Desarrolló la teoría electromagnética clásica.

Einstein:  Einstein descubrió la Teoría de la Relatividad y puedo explicar el efecto fotoeléctrico.






5. ¿Qué ventajas presenta el telescopio reflector de Newton frente al telescopio refractor de Galileo? (La página completa es un excelente recurso, tiene hasta un simulador del telescopio de Galileo) Explica qué son la reflexión y la refracción de la luz (es muy recomendable leer las páginas 190-191 de tu libro de texto). El siguiente simulador, puede ser de gran ayuda para las cuestiones 5, 6 y 7 (nota: puedes realizar fotos de pantalla de los simuladores y añadirlos en tu entrada):



7. Explica por qué se forma el arco iris primario y el secundario. Puedes incluir tu propia fotografía del fenómeno, si eres aficionado.

El arco iris se forma debido a la aparición de un espectro de luz continuo en el cielo cuando los rayos del sol atraviesan pequeñas partículas de humedad contenidas en la atmósfera terrestre. Esto forma el arco iris primario con el rojo hacia la parte exterior y el violeta hacia la interior. Después si el día es muy claro se puede formar el arco iris secundario de la misma forma pero con los colores invertidos

8.Infórmate acerca del concepto de momento lineal (lee la página 80 de tu libro de texto). Trata de escribir las tres leyes de Newton en función de esta magnitud.

El momento lineal es una magnitud física fundamental de tipo vectorial que describe el movimiento de un cuerpo en cualquier teoría mecánica. Se define como el producto de la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determinado.

Momento lineal aplicado a las Leyes de Newton:
1ªley:Si un cuerpo no sufre ningún tipo de fuerza , este permanecerá indefinidamente con el mismo momento lineal .
2ªley: La fuerza aplicada sobre un cuerpo es proporcional a el incremento del momento lineal de dicho cuerpo.
3ªley:Si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario. El incremento del momento lineal es idéntico en ambos cuerpos.




9. Enuncia y comenta la Ley de Gravitación Universal

La Ley de Gravitación Universal es una ley física que describe la interacción gravitatoria entre dos cuerpos. Esta ley dice: la fuerza ejercida entre dos cuerpos de masas  y  separados una distancia  es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, lo cual se resume con la siguiente fórmula
Donde:
- F: es la fuerza ejercida por ambos cuerpos
- G: es el módulo de la gravedad, es decir, |9,8|
- : es la masa del primer cuerpo
- : es la masa del segundo cuerpo
- r: es la distancia que hay entre ambos cuerpos desde su centro. Por ejemplo en el caso que aparece en el vídeo de la Luna y la Tierra los centros serían los aparecidos en la siguiente ilustración:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b2/Universal_gravitation.svg/305px-Universal_gravitation.svg.png

Esta ley no está presente simplemente entre los astros y cuerpos de gran tamaño, sino que también podemos encontrarla en cosas más sencillas. Un ejemplo muy conocido es el de la manzana de Newton cuando se cayó. En vez de ser entre la Luna y la Tierra sería entre la Tierra y la manzana.

Una cosa acerca de esta teoría y que nunca nos habíamos parado a pensar era la siguiente pregunta: Si todos los cuerpos caen, ¿por qué la Luna no se cae encima de la Tierra?

La respuesta es que sí se cae encima de la Tierra pero lo hace de forma tan insignificante que no lo notamos. Posiblemente esta respuesta sea un poco precipitada ya que en realidad no se cae la luna sino que se atraen mutuamente ambos cuerpos porque en el vacío y en el espacio no podemos decir que cae o sube ya que no siempre sería cierto. Pero dejando de lado esto y tomando como sistema de referencia la Tierra sería cierto.

10.En la página 112 del libro "De Arquímedes a Einstein" se alude a una fuerza centrífuga que es la causante de que la Luna no caiga sobre la Tierra. Después de ver el vídeo anterior, ¿estás de acuerdo con esa explicación? ¿es compatible con el tercer principio de Newton? ¿Qué es la velocidad orbital? Experimenta con el cañón de Newton para resolver esta cuestión.

Estoy de acuerdo con la explicación dada por el video, ya que el cañón con una velocidad determinada podría orbitar alrededor de la Tierra infinitamente. Creo que la explicación dada por el por video si es compatible con la tercera ley de Newton, ya que la fuerza ejercida por la tierra tiene como reacción la caída infinita de la luna hacia la tierra. La velocidad orbital es la velocidad con la que cae un objeto que está en órbita alrededor de un sistema., en el caso de la Luna, 48 pulgadas por segundo.