Atrapando un rayo laser dentro de un chorro de agua

Por lo general, al llegar un rayo de luz a una superficie de separación de dos medios( se puede propagar por el segundo), parte de la energía del incidente se refleja formando un nuevo rayo en el mismo medio con un mismo ángulo respecto a la normal. Otra parte se propaga por el segundo medio, formando un rayo refractado.

Sin embargo, si un rayo pasa de un medio de mayor índice de refracción a otro con menor índice de refracción (por ejemplo si pasa de agua a aire) y el rayo incidente supera un ángulo crítico, este quedo atrapado en el medio en el que se encontraba reflejándose totalmente, sin refractarse nada de energía.

Este ángulo crítico se puede hallar mediante la Ley de Snell, que crea una igualdad entre el ángulo de incidencia y el índice de refracción (velocidad de la luz en el medio) del primer medio y el ángulo de refracción y el índice del segundo medio. Este ángulo es el que hace que el rayo  refractado forme un ángulo de 90º respecto a la normal, así :

Øc= arcsen (n2/ n1)  En nuestro caso el ángulo crítico:

n1 = 1.3330 Agua
n2= 1.0002926 Aire

θc= arcsin(0,75040705) = 48,6256503º

De esta forma, al agujerear una botella dejando pasar un rayo láser por donde sale el agua, si el rayo incide con un ángulo igual o superior al ángulo crítico, este se reflejará totalmente siguiendo la trayectoria del agua.
Aplicando fluoresceína al agua hacemos que el haz de luz se haga visible, consiguiendo que el efecto se vea con más claridad.
Este fenómeno tiene muchas utilidades y  es el principio de la fibra óptica.

Imán casero

Por medio de materiales que son bastante comunes y de los que podemos disponer en casa, podemos crear un imán. Para ello, necesitaremos una pila de petaca, un tornillo, un cable y algún objeto metálico como un clip.

Empezamos enrollando el cable alrededor del tornillo, de forma que el cable quede lo más pegado posible al tornillo y que esté bien pegado entre sí. Se quita el recubrimiento de los extremos del cable y se ponen en contacto con los bornes de la pila. Si ambos extremos están tocando los dos bornes, se formará un circuito cerrado, haciendo que la electricidad pase y que aparezca un campo magnético, que es el responsable de que los clips sean atraídos.

Esto ocurre ya que al estar enrollado el cable a lo largo del tornillo, se forma un solenoide, comúnmente conocido como bobina, y al conducir la corriente de la pila por el cable, el campo magnético se concentra en el tornillo haciendo que obtengan las propiedades de un imán. 

Si se deja el cable conectado mucho tiempo a la pila, ésta empezará a calentarse debido al paso de la corriente. Esto sucede por el efecto Joule, el cual dice que al encontrarse las partículas de la corriente en movimiento y las del tornillo en estado de reposo, al chocar unas con otras se genera calor, que irá aumentando conforme pase el tiempo.

El supercooling

El agua normalmente está en estado líquido a temperatura ambiente porque las moléculas de esta fluyen entre sí vibrando. Cuando una sustancia se vuelve sólida sus moléculas están más o menos fijadas en una posición, siguen vibrando pero no fluyen entre sí como cuando la sustancia es líquida.

Lo que hacemos con el supercooling es llevar agua destilada a una temperatura menor a 0 grados centígrados que es donde se deberían empezar a formar los cristales de hielo, pero en cambio no lo hace ya que al ser agua pura es muy difícil que se formen estos cristales sin tener ningún sitio donde apoyarse.

Si dejamos agua en este punto y acto seguido le añadimos un trozo de hielo o la agitamos conseguimos que se forme rápidamente hielo en todo el líquido ya que ha aparecido un sitio donde se puede formar.

Experimentando en clase con la luz: fotolumniscencia.

Con este experimento vamos a jugar con la fotoluminiscencia, ya que hemos encontrado en una papelería un rollo de papel con dicha propiedad.  Os lo enseño:

Parece un papel normal y corriente, pero...después de estar un rato en la habitación viendo el papel, apagamos la luz, bajamos  las persianas y... observamos lo que pasa:

Esto es lo que se conoce como fotoluminiscencia ¿ es o no es bonito el color verde que se obtiene? 

¿Y cuál es la explicación a este curioso fenómeno ? pues todo empieza cuando la luz   incide sobre la lámina de papel fotoluminiscente. Entonces los electrones que forman parte del papel absorben la energía de la luz  y "suben"  de nivel de energía (mirad la fig.1). Al apagar la luz, los electrones que han subido de nivel volverán a bajar, liberando en el proceso energía en forma de esa maravillosa luz verde.  

Un esquema (muy simplificado, pero válido para engendre el fenómeno)  lo tenemos como he dicho antes  en la (fig.1) que tenéis a continuación:

(fig.1). 

Como véis en el dibujo, para que la luz  haga que el papel se torne luminiscente debe tener suficiente energía para  hacer "saltar" a los electrones al siguiente nivel. Como la energía de los fotones de  luz depende de su color (longitud de onda / frecuencia) solamente algunos colores (como el violeta, azul o el verde claro) conseguirán fotoiluminar el papel. Vamos, que ya puede tener watios la lámpara de luz con que iluminamos el papel , que como sea roja, no vais a conseguir que el papel se ilumine ni a la de tres...ni con un láser superpotente...pero como sea violeta, vais a conseguir este  efecto fantástico con una simple linterna o con la luz de cualquier móvil.

Para comprobarlo, he iluminado una zona de la cinta de papel con luces de diferentes colores, entre ellos el  violeta, y el rojo. ¿Cómo lo he hecho? pues con una aplicación de móvil, que me ofrece luz del color que quiera. Podéis ver las fotos a continuación. Hay muchas apps que hacen esto, podéis buscar alguna vosotros mismos si os interesa. 

A continuación, cojo el móvil y lo apoyo sobre el papel (por el lado de la pantalla, claro)  como véis en la fotografía:

Si uso luz violeta, el resultado del experimento es este:

Y si uso luz roja, el resultado es el siguiente (como véis, no se "ilumina" el material, al no tener la luz roja suficiente energía):

Con este papel se pueden hacer muchas más cosas, como escribir letras "luminosas" con una linterna, o "impresionar" fotos del móvil.   

Por último os diremos que este fenómeno  es PURAMENTE CUÁNTICO, no se puede explicar de ninguna manera siguiendo las leyes clásicas de la Física. ¿cómo explicar  que los electrones suben de nivel dependiendo del color de la luz, y no de la potencia de la bombilla que emite luz sobre el papel? 

¡Esperamos que os haga pensar y que os haya gustado!

Resonancia con copas de vidrio

Con este sencillo experimento vamos a conseguir mover una sustancia, en este caso unos granos de café molido, por resonancia.

El experimento es muy sencillo; frotaremos el borde de una copa para que ésta vibre y emita un sonido. Este sonido tendrá una frecuencia que coincide con la otra copa, lo que provocará que esta segunda copa vibre por resonancia.

La segunda copa entra en resonancia con la primera y provoca que el papel se mueva, por lo tanto, se forma una onda estacionaria.

Pero, ¿porqué adopta los granos de café una forma tan peculiar? Los granos de café, que antes se encontraban dispersos sin ninguna forma característica, comenzarán a acumularse en zonas concretas de nuestro papel. Esto se debe a que las ondas estacionarias tienen unas zonas donde la vibración es máxima, llamadas vientres, y zonas que, por el contrario, la vibración es mínima o nula, llamadas nodos. Los granos de café tenderán a acumularse en las zonas de menor vibración (nodos), creando la forma que vemos.

Las formas que adopten los granos de café dependerán pues de donde se encuentren los nodos de la onda estacionaria, es decir, de la frecuencia que tenga la onda. Para variar la forma que adopte, tendremos que cambiar las zonas donde se acumulen los granos, las zonas de mínima vibración (nodos). La frecuencia que tenga la onda dependerá de la cantidad de agua que contenga la copa que hacemos vibrar.

Práctica RLC en la Universidad de Zaragoza

Un año más, los alumnos de la clase de Electrotecnia del Colegio Cardenal Xavierre han tenido el gran privilegio de hacer una práctica en el Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones de la Facultad de Ciencias. Es una práctica de mucho nivel, que a nuestros alumnos les va a ser de gran ayuda  cuando lleguen a la Universidad el año que viene. 

Muchas gracias desde aquí a José Barquillas, profesor titular de la Universidad, que cada año nos brinda la oportunidad invirtiendo muchas horas de su tiempo, con toda la ilusión.

También quería agradecer la asistencia a Javier Cebollada, que nos ha hecho unas fotos sensacionales. ¡Ha sido muy difícil elegir cuáles incluir en el post!
Y muy especialmente quería agradecer a los alumnos su interés y el esfuerzo realizado.

Vista parcial del laboratorio del  Dpto. de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones. Osciloscopios digitales, generadores de funciones, placas de montaje...todo lo necesario para trabajar en serio

Atendiendo a las explicaciones prácticas del profesor Barquillas

David y Héctor montando un circuito

Hay tiempo para compartir experiencias!

Sisí y David Santiago, totalmente concentrados en la placa y en la explicación del profe

Miguel y Daniel discutiendo el guión de la práctica.

La pantalla del osciloscopio debía ser muy interesante, a juzgar por las caras de Fran, Javier y Jorge.

En pleno proceso de medida, con el osciloscopio trabajando a tope

¡Osciloscopios de última generación para nuestros chavales!

Javier y Raimundo haciendo cálculos.

David Santiago y Sisí   visualizando una señal.

Funcionamiento de un timbre por inducción electromagnética

Poco antes de las vacaciones de Navidad, Francisco nos terminó de explicar la Inducción en la clase de Física, por lo que nos hizo una pequeña demostración de cómo era posible hacer, con los conocimientos que teníamos, un sencillo timbre.

Cualquier persona con cierta idea sobre el tema podría recrearlo en casa porque... ¡fue posible hacerlo utilizando simplemente cosas que teníamos en clase!

Aquí está el video de la experiencia con su correspondiente explicación: