Tracker es un programa de ordenador que permite visualizar y dibujar digitalmente las trayectorias descritas por una masa en un vídeo determinado. Esto es muy beneficioso en la docencia, puesto que favorece el acercamiento de la ciencia y la vida diaria, con lo que se aumenta la motivación de los alumnos y el interés que muestran por la asignatura.
Lo primero que hay que hacer al empezar a trabajar con el programa es elegir un vídeo. Este ha de abrirse en el programa, para ello utilizamos el comando abrir y escogemos el vídeo sobre el que se desea trabajar.
A continuación, se eligen los fotogramas entre los que se desea trabajar y se introducen en el programa. Para ello es nercesario presionar en el botón que aparece un carrete (el botón clip setting) y escribe el número de fotograma en el que se quiere empezar (Start) y terminar (End)
Después, será necesario calibrar la escala. Para ello se pulsa el botón de escala (+10+) y se coloca la barra de calibración sobre una escala conocida, se introduce la medida de esta en el programa (la unidad por defecto de este es cm).
Para continuar, los ejes deben situarse en el punto de inicio de la trayectoria que se desee dibujar
Para crear las trayectorias debe hacerse clic en “crear trayectoria” y a continuación en “masa puntual”, cada vez que pulsas sobre dicha masa manteniendo pulsada la tecla Shift, avanzará un fotograma, lo que permite dibujar la trayectoria completa.
El Plot View muestra gráficos de datos Track. Pincha el rotulo X o Y para cambiar las variables en ese eje.Para trazar múltiples gráficos presiona el botón Plot y selecciona el número deseado. Presiona el botón derecho del ratón sobre un trazo para acceder a opciones de visualización y análisis en una ventana emergente.
Se pueden añadir los vectores de velocidad y aceleración en las trayectorias originales (sobre el vídeo), y cambiar de color pulsando sobre ellos con el botón derecho -> velocidad/aceleración -> Color
El programa te permite introducir parámetros y funciones. Para ello será necesario pinchar sobre ventana, y a continuación en constructor de datos, donde se introducirá el nombre y la fórmula de las funciones.
Además, el programa permite comparar trayectorias en caso de tener dos masas, para hacer esto sería necesario pinchar con el botón derecho sobre la gráfica de la esquina superior derecha y darle a comparar con “masa a”.
Si pinchamos con el botón derecho sobre la tabla en la esquina superior izquierda, encontraremos la opción de analizar, que permite ajustar a una función determinada (por ejemplo una parábola). También permite definir los ajustes, con lo que podríamos introducir las ecuaciones de MRU y MRUA.
Como otra opción, sería posible ajustar la trayectoria de forma automática, simplemente pinchando sobre trayectoria, masa a, trayectoria automática y pulsando Control Mayus pinchas sobre la masa, extiendes el cuadro que debe abarcar la trayectoria y pulsas Search.
Podemos ver en este enlace un tutorial sobre cómo manejar Tracker:
Un ejemplo práctico de cómo aplicar el uso de este programa en la docencia de la física será este vídeo de Alejandro del Mazo:
Las contribuciones de las mujeres a la ciencia han sido más numerosas de lo que puede parecer si revisamos un libro de historia. Lo que hoy se pretende es dar un poquito de visibilidad a estas mujeres, que con mucho esfuerzo han aportado su granito de arena, en mayor o menor medida, al desarrollo de la carrera científica.
Lise Meitner:
A lo largo de su carrera científica tuvo que luchar para abrirse un hueco en un mundo en el que solo había hombres. Consiguió ser una de las cuatro mujeres que aprobaron el Matura, siendo una de las primeras mujeres en acceder a una educación superior en Alemania. No le permiten matricularse en la universidad por ser mujer, pero consigue que Max Planck le permita ir de oyente a sus clases. Consigue entrar a trabajar en el Instituto de Química Emil Fisher, pero por ser mujer no puede acceder a los laboratorios, le dejan una sala de carpintería para que desarrolle sus experimentos. Descubre junto a Hahn y Strassmann la fisión nuclear, los cuales, anuncian el descubrimiento sin mencionar la colaboración de Lise en este. A Otto Hahn le conceden el Nobel por el descubrimiento de la fisión en solitario.
Chien-Shiung Wu:
También conocida como Madame Wu, tuvo que enfrentarse con el machismo y el racismo hacia los asiáticos que imperaban en Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial. Estudio los productos de la fisión nuclear, lo que le permitió entrar a formar parte del Proyecto Manhattan, tras esto, dedicó varios años de su vida a estudiar la desintegración beta, publicando el libro Beta Decay. Demostró experimentalmente la violación de paridad de la interacción débil, posibilidad que habían propuesto en un artículo Tsung Dao Lee y Chen Ning Yang, a ellos les concedieron el Nobel, sin embargo la contribución de Chien-Shiung no se tuvo en cuenta.
Katherine Johnson:
Llamada la calculadora humana, Katherine logró hacerse un hueco en la NASA como calculadora; es decir, hacía los cálculos de las trayectorias que debían seguir los cohetes. A pesar de las barreras que tuvo que superar como mujer y afroamericana, fue la responsable de calcular trayectorias del proyecto Mercury, del Mercury Redstone 3, del vuelo orbital de la nave FRIENDSHIP 7, así como del Apollo 11, que llevó al hombre a la luna. Participó también en el programa Space Shutlle y en planes de misión a Marte.
Ada Yonath:
Química Israelí que estudió la estructura tridimensional de la proteína con el objetivo de descubrir la biosíntesis del ribosoma. Desarrolló una serie de técnicas que se utilizan en los laboratorios de biología estructural de todo el mundo hasta la fecha. Ella introdujo una nueva técnica, la criobio-cristalografía. Recibe en 2009 el premio Nobel por el estudio de los ribosomas y su aplicación terapeútica.
En caso de tener interés sobre las aportaciones a la ciencia de las mujeres esta página trata sobre el tema y es muy interesante:
https://mujeresconciencia.com
Además, para profundizar un poquito en las mujeres mencionadas en esta entrada os dejo un par de trabajos que tratan sobre ellas y se menciona a alguna más:
El profesor Alejandro del Mazo, que ha dado clase en el Instituto Salinas de Salamanca, nos ha dado una clase sobre cómo hacer prácticas de física en secundaria y bachillerato con materiales caseros. Para esto, ha realizado una serie de experimentos que se describen a continuación:
EXPERIMENTOS DE ELECTROSTÁTICA:
Péndulo electrostático:
Para este experimento se necesita un péndulo (que se construirá con una bola de porexpan recubierta de grafito y un hilo), un tubo de PVC y una pieza de piel.
Cuando el tubo de PVC se frota con la piel, con lo que la piel desprende electrones que pasan al tubo, quedando este cargado positivamente. Al acercarlo al péndulo, este se ve atraído ligeramente, puesto que las cargas que tiene se polariza, quedando las cargas positivas más cerca del tubo como se muestra en la figura.
Si tocamos con un dedo el péndulo, este se descargaría, eliminando las cargas negativas, con lo que se vería muy atraído hacia el tubo,llegando a tocarlo.
Por otra parte si tocásemos el péndulo (sin descargar) con el tubo, las cargas se transmitirían de tal forma que ambos quedarían cargados con el mismo signo,por lo que se repelerían. Podemos ver este efecto en el siguiente vídeo:
Electróforo casero:
Un electróforo permite generar electricidad estática, mediante el uso de un condensador de plato simple, que consiste (en este caso) en unas hojas de PVC colocadas sobre papel de aluminio, sobre las cuales se coloca una bandeja metálica, unida a un mango aislante.
Al frotar la superficie de PVC con piel, esta queda cargada negativamente, con lo que, las cargas de la bandeja se polarizan. Al tocar esta se descarga de las cargas negativas, quedando cargada positivamente.
Para detectar la carga que ha adquirido el electróforo, se puede utilizar un Electrómetro de Henley casero:
Para construirlo se necesita una base metálica, unida a un mango aislante sobre el que se construirá un péndulo rígido, en el que el hilo será aislante y la bola será de porexpan recubierto con grafito. Además, tiene un transportador que permite la medida de ángulos. Quedará similar al que se muestra en la figura.
Podemos usar dicho electrómetro para ver la carga adquirida por el electróforo,tal y como se muestra en el siguiente vídeo
Además, el electróforo nos permite ver las cargas (si colocamos una peluca metálica, como la de la imagen, en el extremo de una
barra conductora colocada sobre el electróforo) y las líneas de campo, colocando hilos metálicos sobre la bandeja del electróforo o con bolitas de porexpan recubiertas de grafito e introducidas en un cilindro de plástico transparente cuyas bases tienen que ser metálicas. En ambos casos apreciamos que las líneas de campo son verticales.
También vimos un electroscopio casero, que resultaba muy sencillo de construir ya que simplemente se trataba de un trozo de cartón pluma colocado sobre una aguja, y que, al acercarle algo cargado, se alejaba del mismo. Funciona siguiendo el mismo sistema que el mostrado en el siguiente vídeo:
Como hemos visto, la bandeja del electróforo queda cargada positivamente, sin embargo,si queremos tener algo cargado negativamente, podemos obtenerlo mediante inducción, acercando el objeto sobre el que deseamos inducir carga a la bandeja sin que lleguen a tocarse.
Botella de Leyden casera:
Es posible construir una botella de Leyden casera usando simplemente tres tuppers, recubriendo dos de ellos con papel de aluminio para que sean conductores y dejando el tercero como aislante que irá colocado entre ambos. Hay que recordar el tornillo interior. Otra forma de construirlo sería usando un solo recipiente, que se recubre exteriormente con cinta metálica,y por dentro, unido al tornillo, tendría unos hilos metálicos en contacto con el aislante. Se muestran ambos en las siguientes figuras:
Podemos ver el funcionamiento de la botella de Leyden en el siguiente vídeo, así como la iluminación de una bombilla usando el electróforo:
Además, se puede descargar poco a poco el condensador, creando una campana electrostática que consiste en una bola metálica sujeta a un péndulo con otra bola. Al acercarse el condensador a este sistema, la bola del péndulo se siente atraída por el condensador, y cuando lo toca, una pequeña cantidad de carga del mismo se transmite a esta, debido a ello, se sentirá repelida, con lo que tocará la bola fija y se descargará, iniciando de nuevo todo el proceso, hasta que la carga del condensador no sea suficiente para atraer la bola. (OJO, no se descarga por completo). Podemos ver este proceso en el siguiente vídeo:
Efecto fotoeléctrico:
Si iluminamos con luz negra (UV próximo al visible, alrededor de 370 nm) un electroscopio cargado, podemos ver que este se descarga. Esto no debería producirse, puesto que la luz con esa longitud de onda no tiene la energía suficiente para superar la función trabajo del aluminio; sin embargo, al tener carga creada por inducción, estos electrones estarán menos ligados, permitiendo el efecto fotoeléctrico.
MOVIMIENTO ONDULATORIO:
Para la parte de movimiento ondulatorio, empezamos viendo ondas en una cuerda (creadas simplemente con una comba).
Ejemplo de ondas en una cuerda:
Además, vimos las ondas creadas por un muelle con una cuerda en su interior, esto permite introducir el concepto de ondas longitudinales y ondas transversales
Como las ondas creadas “a mano” en una cuerda suelen conseguir pocas longitudes de onda, puede utilizarse una cuerda atada a un taladro y a una barra para conseguir una longitud de onda menor.
Ondas longitudinales en una barra de aluminio
Comprobamos, que el aluminio transmite mejor las ondas longitudinales que las transversales. Para ello, será necesario tener una barra de aluminio y resina, se frota la barra con la resina, observando la vibración longitudinal, sabiendo, que en el punto desde el que sujetemos la barra habrá un nodo.
Con esto y un tubo de vidrio abierto por un extremo y cerrado por el otro mediante un émbolo, podemos calcular la velocidad del sonido en el aluminio y la frecuencia del mismo.
Para ello ponemos la barra de aluminio a vibrar con un nodo central delante del tubo, y vamos moviendo el émbolo buscando las resonancias. Marcamos como mínimo cuatro resonancias y medimos la longitud entre ellas y la de la barra. El problema se resolvería así:
Ondas en un tubo de vidrio:
Podemos oír las ondas sonoras amplificadas por un tubo de vidrio abierto por un extremo y cerrado por otro mediante un émbolo, si colocamos un diapasón delante del tubo y vamos moviendo el émbolo buscando las resonancias. Donde las resonancias coincidirán con los armónicos impares:
Este es el funcionamiento de los instrumentos de viento.
A partir de esto se pueden plantear varios problemas:
Tubo de Kundt
El tubo de Kundt, es un tubo de vidrio abierto por un extremo y cerrado por otro mediante un émbolo. Si introducimos corcho en polvo en su interior, podremos ver los armónicos que se forman en el tubo,puesto que el corcho se acumulará en los nodos de presión, que coincidirán con los vientres de velocidad.
Aparte de todo esto, hemos visto visualmente el concepto de Resonancia utilizando un aparato de masajes, en el que, si haces vibrar una de sus puntas, acaban vibrando todas a la vez; es decir, entran en resonancia.
Además,hemos comprobado experimentalmente el Efecto Doppler al mover un diapasón que emitía sonido.
RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA:
Pudimos ver también el efecto de la radiación electromagnética creada por una lámpara halógena y transmitida como un haz plano, gracias al montaje de dos espejos cóncavos, en cuyos focos estaban la lámpara y un papel de filtro impregnado en tinta china. El espejo que tiene la lámpara está construido de tal forma que se comporta como un espejo esférico en cuyo centro está el filamento de la misma.
Al encender la bombilla,el papel arde. Sin embargo si colocamos un filtro con agua,esto no ocurre,puesto que el agua absorbe la energía del IR que es la que hace arder el papel.
Sin embargo, al colocar un filtro oscuro, el espectro visible no pasa, sin embargo, si lo hace el IR,haciendo que el papel arda de nuevo.
Es posible crear un sistema de óptica geométrica como el de la figura usando como objeto una lámpara halógena, como lente convergente dos lupas unidas y con un diafragma entre ellas (para reducir la aberración esférica), proyectando sobre la pared la imagen de la lámpara.
Se puede apreciar la aberración cromática producida por la lente, si usamos un objetivo de cámara fotográfica esta aberración desaparece.
Utilizando este principio puede construirse una cámara oscura casera, tal y como se muestra en el siguiente vídeo:
Al igual que con la lente puede usarse un espejo curvo para proyectar en la pared la imagen de una lámpara halógena.
Reflexión y refracción:
Para este experimento se necesita un recipiente transparente, con un espejo en la base y una lámina detrás que indique los ángulos (como un transportador). Se llena el recipiente de agua, y se ilumina con un láser (verde), en caso de no tener láser verde puede usarse uno rojo añadiendo una gota de leche al agua.
Este experimento nos permite comprobar que el ángulo incidente es igual al ángulo reflejado por el espejo.
Utilizando este mismo montaje, podemos calcular el índice de refracción del agua, conociendo los ángulos incidente y refractado y el índice de refracción del aire.
Además, se puede mostrar a los como se refracta la luz en un medio con un gradiente de índice de refracción, como vemos en el vídeo del profesor Alejandro del Mazo:
Cuando un frente de luz se difracta a través de un agujero o rendija, cada punto se convierte en un nuevo foco de emisión.
Para comprobar si la luz es onda o partícula se plantea el siguiente experimento: hacer pasar luz a través de una rendija, de tal forma que si se trata de una partícula la luz a travesaría la rendija dejando una señal del mismo tamaño sobre la pantalla
En caso de tratarse de una onda la luz dejaría una mancha mayor del tamaño de la rendija.
Para realizar este experimento serán necesarios un láser, una lámina de aluminio con una serie de orificios realizados con una broca y se utilizará como pantalla la pared del aula.
En el caso de tener varias rendijas, las ondas crearán un patrón de interferencias, de forma que si coinciden dos máximos existirá interferencia constructiva (duplicando la amplitud de la onda) y en caso de coincidir dos mínimos habrá interferencia destructiva, con lo que no veremos luz.
Esto se puede ver fácilmente en las franjas de Young, una sucesión de líneas oscuras y claras, creadas al iluminar con la luz del láser, la lámina de aluminio con una o dos rendijas.
A partir de este experimento se puede plantear el siguiente problema:
Si utilizamos un CD para el experimento podemos ver que este tiene color ¿a qué es debido? a que el CD posee muchas rendijas, del orden de 1700 por mm, que es donde se graba la información, y estas están muy juntas.
Para obtener una red de difracción hay que quitar el aluminio que recubre el CD.
Ejemplos de interferencias en la vida real: gasolina en un charco, cuchara recubierta… estas diferencias se producen debido a las diferentes densidades de un óxido.
Espectros de luz continuos y discontinuos:
Un espectro continuo sería, por ejemplo, la radiación emitida por un sólido por encima de 0K. Sin embargo un espectro discontinuo sería el emitido por una lámpara de gas.
ELECTROMAGNETISMO:
Imanes:
Una práctica muy común y muy interesante es mostrar como un imán atrae el hierro.
Campo magnético:
Se puede poner de manifiesto con limaduras de hierro (se pueden pedir en un taller de quien fabrica llaves)
Electroimán casero:
Se puede construir un electrimán casero utilizando un imán. Esto es debido a que un campo magnético puede producir una corriente eléctrica inducida.
Para crear una corriente autoinducida pasamos el imán a lo largo de un tubo sobre el que se ha enrollado un cable de cobre que tiene un led, viendo que el led se ilumina por la corriente producida.
Se conecta a una fuente que proporciona un voltaje de 3V y al cerrar el circuito la intensidad pasa de cero a un valor determinado,con lo que se produce una corriente inducida instantánea que, al hacer la desconexión, producirá una sacudida.
Se puede encadenar también una sucesión de transformadores, en los que se producirá, asimismo, una corriente inducida.
Estas sesiones, impartidas por Alejandro del Mazo han resultado muy interesantes y útiles para la futura docencia de la física.
Si queréis saber algo más sobre el, en este vídeo podemos ver una clase que da sobre divulgación de la física:
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