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Experimentos de física.

al Laboratorio de sonidos...

Acerca de la presión atmosférica.

Vivimos sumergidos!... Si, literalmente vivimos sumergidos, en el fondo de un "mar" de gas (el aire) que cubre todo nuestro planeta y que constituye la atmósfera. Como consecuencia, los kilómetros de gas que tenemos encima de nosotros "pesan" sobre nuestro cuerpo y sobre todo lo que nos rodea. Estamos sometidos a la presión atmosférica. Y podemos demostrar fácilmente que esa presión existe mediante el siguiente experimento:

1. Conseguir una latita vacía de gaseosa o cerveza. Ponerle un poco de agua y calentar hasta que hierva, manteniéndola así durante un minuto.
2. Con una pinza y cuidando de no quemarse, tomar la lata y sumergirla rápidamente en agua fría con la abertura hacia abajo (en una palangana o en la pileta de la cocina, por ejemplo). Verán que la lata se deforma hacia adentro, quedando completamente arrugada.

Qué pasó?...

El vapor de agua expulsó gran parte del aire que contenía la lata. Al enfriar bruscamente, ese vapor de agua condensó sobre las paredes internas de la lata creando en su interior un vacío parcial (una presión muy inferior a la atmosférica) y como consecuencia la presión exterior prácticamente aplastó la latita. El proceso es tan rápido que el agua no tiene tiempo de entrar por el agujero de la lata y llenarla.

A propósito, recordemos que el aire está compuesto básicamente por una mezcla de 78 % de nitrógeno y 21 % de oxígeno, y que el oxígeno es el que nos permite respirar y vivir en este, nuestro planeta Tierra. Vivir y convivir con otras especies animales y también con las PLANTAS las que, además de darnos alimento, GENERAN TODO EL OXÍGENO QUE POSEE LA ATMÓSFERA!!!

Por eso, esperemos que se detenga a tiempo la destrucción de los bosques, selvas y grandes praderas de todo el mundo, no sea que un dia nos enteremos que el contenido de oxígeno en la atmósfera ha comenzado a disminuir...
 
 

Midiendo la presión atmosférica.

Si llenamos un tubo de vidrio de algo así como un metro de largo, cerrado por un extremo, con mercurio y lo damos vuelta colocando el extremo abierto en un recipiente con mercurio, veremos que el líquido baja hasta que la diferencia de nivel entre el mercurio del tubo y el del recipiente alcance unos 76 cm. No baja más porque la presión que ejerce la atmósfera sobre la superficie del mercurio en el recipiente se lo impide. Habremos construido un manómetro de mercurio, que permitirá medir la presión atmosférica como la diferencia de nivel que mencionamos. Estos son instrumentos muy precisos que se pueden comprar...si uno tiene el dinero (y el interés!) suficientes. Tampoco es cuestión de ponerse a manejar mercurio, que es caro y venenoso.

Y si en lugar de mercurio usamos agua? El problema es que el agua es 13,6 veces menos densa que el mercurio y en consecuencia esa diferencia de 76 cm de la que hablamos se convierte en algo más de 10 metros!... Realmente un poco incómodo para trabajar...

Pero es muy fácil fabricar un manómetro sin pretensiones de precisión llenando una botella (preferentemente de paredes lisas) hasta la mitad con agua e invirtiendola, sumergiendo el gollete en un recipiente cualquiera (un vaso, un frasco vacío de mermelada, etc.) también con agua. De esa manera, el nivel del líquido variará al modificarse la presión atmosférica. Conviene pegar una tira de papel a lo largo de la botella para registrar con lápiz las variaciones de nivel. Y si en casa o en la casa de algún amigo hay un manómetro de esos de pared, podemos "calibrar" nuestro "manómetro hidráulico" poniendole números a las marcas. Otra posibilidad para la calibración es telefonear a algún aeródromo cercano y preguntar cual es la presión atmosférica en ese momento.

Y recuerden que la presión atmosférica que se considera normal es la equivalente a esos 76 cm de mercurio de los que hablamos, que en unidades modernas es de 1013 milibares (o 1013 hectopascales, según convención internacional).

Acerca de la presión hidrostática.

Así como todos estamos sumergidos y en el fondo de un "mar de aire", sometidos a la presión atmosférica, un buzo en el fondo de una pileta, o de una laguna, o del mar, está sometido a la presión hidrostática. Pero ¿qué es esa presión? Si llenamos una botella con agua, el fondo tiene que soportar el peso de toda el agua que está por encima, o sea que está sometido a una presión que se llama presión hidrostática. Y los costados de la botella también tienen que aguantar esa presión. Si imaginamos que vamos subiendo en la botella, esa presión va siendo cada vez menor. ¿Y como podemos comprobar eso? Fácilmente, con un experimento muy sencillo: Con un clavo hacemos tres agujeritos en un costado de una botella de plástico: cerca del fondo, en el medio y casi arriba de todo. Cuando la botella está llena de agua vamos a ver que el chorrito de abajo sale con más fuerza, porque la presión es mayor. El chorrito del medio tiene menos fuerza y el de arriba menos fuerza todavía, porque la presión es más baja. Y en la figura se ve clarito, clarito...

Electricidad estática.

La acumulación de cargas electricas en un cuerpo o trozo de material da lugar a la llamada electricidad estática. Este fenómeno puede originar diferencias de potencial de varios miles de voltios y, aunque ordinariamente no puede lastimar a nadie, puede conducir a la "electrocución" de los circuitos integrados de computadoras y otros artefactos electrónicos. Por eso la advertencia que se lee en muchos manuales técnicos: antes de tocar los circuitos, hay que tocar alguna pieza de metal conectada a tierra, para eliminar la electricidad estática del cuerpo (sobre todo si se camina sobre un piso alfombrado).

Otro poco agradable recordatorio de este fenómeno ocurre en dias muy secos cuando uno baja del auto y al tocar la puerta, recibe una descarga. Ha ocurrido inclusive que una pareja, al besarse, sufriese en carne propia la chispita a causa de la dichosa electricidad estática. Eso es amor!...

Proponemos un par de experimentos para poner en evidencia esa acumulación de cargas:

a) Si tomamos un trozo de cinta de teflon (la que se usa para sellar cañerías) y deslizamos los dedos secos sobre la misma, veremos que adquiere una irresistible tendencia a "pegarse" a la ropa, a los muebles, a la pared...

Lo mismo pasa con una hoja de polietileno o una filmina de transparencias al frotarla con un pañuelo o, a veces, simplemente al separarla de una hoja de papel.

b) Alguno de ustedes habrá notado que en dias de muy baja humedad se oyen leves chasquidos al peinarse el cabello en seco. El rozamiento del peine con el cabello genera transferencia de cargas de uno al otro; como las cargas tienden siempre a igualarse, saltan pequeñas chispas. Hagamos estas pruebas: i) luego de pasar el peine un par de veces por el cabello, pasemos los dientes del peine a unos milímetros de una oreja: oiremos claramente los chasquidos de las chispas al saltar desde el peine a nuestro cuerpo; ii) pasemos el peine por el cabello mirándonos en el espejo en una habitación a oscuras; luego de un par de minutos y cuando los ojos se hayan habituado a la oscuridad, además de oir los chasquidos, veremos tenues ráfagas de luz entre los cabellos producidas por las descargas eléctricas.

Tengan presente que todos estos fenómenos serán detectables en días secos y con materiales también secos.
 
 

Más electricidad estática. 

Vamos a jugar un poco más con la electricidad estática, generando algunas chispas que podremos ver claramente. Necesitaremos un plato de aluminio finito (de esos que se descartan después de usar) y un trozo de telgopor (poliestireno expandido, muy liviano, de color blanco, que se usa generalmente para aislación térmica) de unos 20 x 20 cm , que puede ser una de esas bandejas que se usan en los supermercados para vender fiambres, quesos, etc.

Comencemos por pegar una pieza cualquiera de telgopor en la parte interior del plato, para que sirva de agarradera aislante. También se le puede sujetar con cinta adhesiva.

Ahora, apoyando la placa de telgopor sobre la mesa (si es una bandeja con la parte inferior hacia arriba), la frotamos con algún trapo de lana durante ½ minuto. A continuación, realizamos tres operaciones:

1) Tomando el plato de aluminio desde la agarradera lo dejamos caer desde unos 20 o 30 cm encima del telgopor.

2) Si ahora tocamos el borde del plato con un dedo, puede ser que percibamos una chispa entre el plato y el dedo;

3) Levantamos el plato (siempre por la agarradera) y acercamos nuevamente el dedo al plato: otra chispa, que se ve (y se siente...) más claramente.

Podemos repetir varias veces los pasos 1, 2 y 3 sin necesidad de frotar cada vez la placa de telgopor. Conviene obscurecer la habitación para ver bien las chispas. Cómo se explica el experimento?

Cuando frotamos el telgopor con un trapo de lana, pasan electrones de la lana al telgopor, que se queda cargado negativamente. Al apoyar el plato de aluminio encima, sus electrones son repelidos por la carga de igual signo del telgopor, pero no tienen donde ir. Cuando tocamos el borde del plato, esos electrones aprovechan para escapar y tenemos una primera chispa. Pero al levantar el plato, este queda cargado positivamente, porque le faltan los electrones que se fueron. Si ahora nuevamente acercamos el dedo al plato, saltarán electrones desde el dedo, ocasionando la segunda chispa (y haciendo que el dedo nos pique un poco...).

En este experimento habremos generado una diferencia de potencial de algunos miles de voltios, pero las chispas son inofensivas porque la cantidad de electrones que circulan es muy pequeña. Recordar que estos experimentos funcionan con materiales bien secos y en días de baja humedad ambiente.
 
 

Los colores del arco iris.

Los colores del arco iris resultan de la descomposición de la luz blanca (la luz del Sol) por un efecto combinado de reflexión y refracción en las gotas de agua. En general, veremos el arco iris cuando la luz del Sol, ubicado a nuestras espaldas, incide sobre una cortina de lluvia (o de agua pulverizada, frente a una caída de agua, de un sistema de riego en un parque, etc.). Pero, que es eso de descomposición de la luz blanca?

La luz viaja, o se propaga, como una onda, como las que se forman en la superficie del agua cuando tiramos una piedra en un lago. Como todas las ondas, las de la luz están caracterizadas por la longitud de onda, que es la distancia entre dos "lomos". Cada color que vemos está determinado por la longitud de onda de la luz, y lo que percibimos como luz blanca está formada por la mezcla de rayos de distinta longitud de onda, desde el violeta hasta el rojo. Por fuera de esa zona de luz visible existe radiación que el ojo humano no puede ver, como la luz ultravioleta y la luz infrarroja.

La manera más sencilla de descomponer la luz blanca en sus componentes de distintos colores es recurrir a una red de difracción o a un prisma. Lo más parecido a una red de difracción que podemos tener a mano es un disco compacto. Seguramente muchos de ustedes habrán visto los colores que se ven al reflejarse la luz sobre la superficie de un CD (la superficie de abajo!) con el ángulo apropiado. Pero ahora les vamos a proponer que construyan un prisma...

Los prismas, como los utilizados en instrumentos ópticos, son de cristal de alta calidad y su construcción no es trivial. Haremos por lo tanto un prisma de líquido, que nos permitirá tener un "arco iris" propio y hacer algunos experimentos. Necesitaremos dos portaobjetos como los que se usan para trabajar con microscopios (tal vez algún bioquímico conocido nos pueda ayudar a conseguirlos...), y dos placas de unos 8 x 8 cm. Esas placas pueden ser de vidrio común, de aluminio u otro metal, o de plástico (por ejemplo las tapas de una caja de CD). En primer lugar, luego de limpiar bien los portaobjetos y teniendolos superpuestos, los unimos por un extremo con un trocito de cinta adhesiva transparente. Luego los separamos y pegamos la V que se forma a una de las placas, usando cemento epoxi (poxipol) u otro pegamento. Una vez fraguado el cemento, pegamos la otra placa, de manera que el conjunto quede como muestra la figura. Terminada la obra, se puede llenar parcialmente la V con agua y ya tenemos listo nuestro prisma...(puede ser que haya que tapar alguna pérdida). Podemos mejorarlo pegando un papel o cartón obscuro en la base, donde se apoya, para evitar reflejos molestos.

Observando ahora a través del prisma de líquido, veremos coloreados los contornos de los objetos. Para ver más claramente el "arco iris" o, más apropiadamente, el espectro de la luz, conviene usar una linterna o una lámpara en la cual se pueda bloquear la luz con un trozo de cartón en el que habremos cortado una ranura horizontal de 2 o 3 cm de largo y 1 mm de ancho. Puede ser más sencillo definir el ancho mediante dos hojitas de afeitar pegadas al cartón sobre una ranura más amplia. Si nos ubicamos ahora a uno o dos metros de nuestra fuente de luz y la miramos a través del prisma, veremos más o menos claramente el espectro de la luz blanca.

Los colores se verán tanto más separados cuanto mayor sea el índice de refracción del líquido. Para el agua ese valor es de 1,0. Si reemplazamos el agua (secando bien la V de vidrio) por vaselina líquida, que es muy barata y se vende en la farmacia como laxante, veremos que el espectro se ve más alargado, lo que se explica porque este líquido tiene un índice de refracción de aproximadamente 1,4.

Con cualquiera de los líquidos en el prisma, podemos comprobar en que zona del espectro absorbe luz una sustancia transparente y coloreada, como papel celofán de colores, vidrios, plásticos, soluciones, etc., simplemente interponiendolos entre la fuente de luz y el prisma. Veremos que solo uno o dos colores pasan, mientras que el resto es absorbido. Para probar con soluciones, habrá que disponer de un recipiente de vidrio incoloro de buena calidad, como un tubo de ensayo, o fabricarse un recipiente de paredes paralelas usando una técnica similar a la utilizada para hacer el prisma.

Otra prueba consiste en usar un tubo fluorescente como fuente de luz, limitando la luz con una ranura, como describimos antes. Ahora veremos líneas de colores mas intensos, superpuestas al espectro continuo de costumbre.

Por qué el cielo es azul?

Buena pregunta, que requiere alguna buena respuesta... Cuando la luz del Sol atraviesa la atmósfera de nuestro planeta, parte de ella es dispersada en todas direcciones por las moléculas del aire y por las partículas de polvo, humo, etc. que se encuentran en suspensión. Ahora bien, ese fenómeno de dispersión depende de la longitud de onda de la luz: es mayor para la luz de onda más corta, que está en la zona del azul, y menor para la luz de longitud de onda más larga, que es la luz roja. Entonces la luz azul, más dispersada por la atmósfera, es la que da su color al cielo. Y la luz que llega a la superficie, como ha perdido algo de la componente azul, es más roja. Y eso se ve claramente en los atardeceres, cuando la luz del Sol recorre un camino mucho más largo a través de la atmósfera, pierde una gran parte de su componente azul y entonces vemos al Sol de color rojo...Tratamos de mostrar ese efecto en el dibujo:

Es muy sencillo demostrar en casa todo lo dicho. Necesitamos un recipiente de vidrio incoloro de paredes paralelas (separadas por unos 10 cm, al menos) como una pecera y además una linterna y un poco de leche... Llenemos el recipiente con agua limpia y coloquemos la linterna en un soporte, de manera que el haz de luz atraviese el agua. Observando el agua de costado, o sea perpendicularmente al haz de luz, no veremos el haz, salvo por alguna burbuja o partícula en suspensión que refleje la luz. Si ahora volcamos en el agua algunas gotas de leche y luego agitamos para homogeneizar, veremos que las partículas en suspensión (gotitas microscópicas de grasa) dispersan parte de la luz hacia los costados y que el haz de luz se ve de color azulado. Mirando ahora el haz de luz de frente, o mejor, haciendolo incidir sobre un papel blanco, veremos que ha adquirido una tonalidad rojiza. Probemos de agregar unas gotas adicionales de leche y veremos que el efecto se ve aun más claramente.
 

El buzo de Descartes.

En el siglo XVII un señor llamado René Descartes estudió el problema de la transmisión de la presión en los líquidos e inventó un "buzo" que podía hacer ascender y descender a voluntad dentro de un recipiente lleno de agua. Vamos a construir una versión actual de aquel aparato. Necesitaremos un gotero de los que vienen en frascos de medicinas (al cual le sacamos la tapa de plástico, dejando solo el tubito de vidrio y la pera de goma) y una botella plástica (de gaseosa o agua mineral). En primer lugar, llenemos el gotero con agua hasta que justamente flote: quedará en parte lleno de aire. Introduzcamos el gotero así preparado en la botella plástica llena con agua y cerremos bien la botella con su tapa. Si ahora apretamos la botella con una mano, estaremos aumentando la presión en todo el líquido, que entrará a su vez en el gotero comprimiendo el aire que este contiene. La consecuencia será que nuestro "buzo" gotero se hundirá. Si soltamos la botella de plástico, disminuirá la presión en el líquido y el buzo ascenderá. Y el jueguito puede repetirse cuantas veces se quiera. Si el "buzo" está bien equilibrado y basta una ligera variación de presión para hacerlo bajar o subir, veremos que durante los días de alta presión atmosférica, el "buzo" se irá solito al fondo de la botella...

El sonido de los objetos.

Todos hemos escuchado el sonido de una campana. Pero...cómo se produce ese sonido? La campana es un cuerpo metálico que vibra al ser golpeado, a su vez esas vibraciones del metal provocan vibraciones en el aire que las rodea y esas vibraciones viajan por el aire, en forma de ondas de sonido, hasta nuestros oídos, donde hacen vibrar el tímpano, allí se generan pequeñas corrientes eléctricas que van a nuestro cerebro y entonces...oímos la campana!... Fácil, verdad?

Pero casi cualquier objeto metálico es capaz de vibrar y generar un sonido. Por ejemplo, si apoyamos firmemente el cabo de un tenedor sobre una mesa, tratamos de juntar con los dedos dos de los dientes del tenedor y los soltamos súbitamente, oiremos las vibraciones del tenedor, en cierto modo amplificadas por la mesa.

Otra manera de oír esas vibraciones es la siguiente: conseguimos un hilo o cuerda (de los usados para hacer paquetes) de unos 70 u 80 cm de largo y le hacemos un lazo en el medio que nos permita atar el cabo del tenedor. Si ahora mantenemos los extremos del hilo con un dedo en cada oído, de manera que el tenedor cuelgue delante nuestro, y hacemos que el mismo golpee contra una superficie dura (por ejemplo el borde de una mesada de cocina), oiremos claramente la vibración del tenedor. En este caso no es meramente el aire sino el hilo lo que actúa como conductor del sonido.

Luego de oir el "concierto de tenedor", podemos probar con otros objetos metálicos: cucharas de distintos tamaños, cuchillos, tapas de ollas, sartenes, en fin, todo lo que nos permita usar la dueña (o dueño...) de la cocina. Los recipientes de vidrio (copas, frascos) también suelen sonar bien. Los objetos de plástico o metales blandos (como aluminio) en cambio, no generan sonidos interesantes.
 

El alma invisible de los imanes.

Luego hagamos lo mismo sobre el dorso de una de esas tarjetas de propaganda de pizzerías, heladerías, etc. que se adhieren magnéticamente a la puerta de la heladera. Qué revelan las limaduras? Revelan que la tarjeta tiene franjas paralelas magnetizadas. Otra manera de comprobar la existencia de esas franjas es deslizar el borde de una de esas tarjetas sobre el dorso de otra tarjeta: el polo magnético que está sobre el borde pasará sucesivamente sobre polos del mismo tipo ( S-S o N-N: se repelen) o de distinto tipo (S-N o N-S: se atraen), lo que se nota por los "saltos" de la tarjeta que movemos. Si no se notan esos saltos, girar una de las tarjetas un cuarto de vuelta, para que las invisibles franjas magnetizadas queden paralelas entre sí.
 

Una brújula sencillita.

Necesitaremos un imán cualquiera y una aguja de coser. Apoyamos la aguja sobre una mesa y, sosteniéndola firmemente, la frotamos varias veces con uno de los polos del imán, pero siempre en el mismo sentido, por ejemplo desde el ojo hacia la punta de la aguja. Luego pegamos la aguja a un trocito de cartón, o de corcho, o de madera balsa, etc. de manera que el conjunto flote al ponerlo en la superficie del agua contenida en un vaso o taza de boca ancha (cuidando que no se "pegue" a un borde por tensión superficial), Veremos que la aguja, ahora convertida en un pequeño imán, gira hasta ubicarse en la dirección Norte-Sur. Si caminamos llevando nuestra brújula, veremos que la aguja permanece siempre alineada en la misma dirección.

Lo que ocurre es que la aguja imantada se orienta según el campo magnético de nuestro planeta Tierra, que se comporta como un enorme imán, con sus correspondientes polos Norte y Sur.

Construyendo un electroimán.

Si hacemos circular electricidad por un cable, por ejemplo conectando sus extremos a una pila, se generará un campo magnético alrededor del cable. Ese campo puede ser detectado con ayuda de una brújula, como se vió en "De metales y pilas" en el capítulo de Química. Pero si enrollamos ese cable alrededor de un núcleo de hierro conseguiremos que el campo magnético se concentre y resulte más fácil hacer algunos experimentos con el electroimán así construido. Veamos la parte práctica: para hacer el electroimán que se ve en la figura se usó un tornillo de hierro de 6 mm de diámetro y unos 5 m de alambre de cobre esmaltado de 0,5 mm de diámetro. Pero no hay una "receta" fija. Puede usarse también un clavo grueso (pero tiene que ser de hierro; no sirve si es de cobre, bronce, aluminio, etc. que son metales que no son atraídos por un campo magnético). Y el alambre puede ser de otro diámetro o con otro tipo de aislación, y con otra longitud. Hay que probar… Eso sí: es muy importante hacer los contactos eléctricos entre metales limpios, libres de aislación u óxido. En la figura se ve como el electroimán conectado a una pila atrae pequeños clavos de hierro. Al desconectar la pila esos clavos caerán…

Un vibrador con el electroimán.

Un timbre de calle (de los antiguos…) es simplemente un vibrador que golpea una campanilla. Teniendo ya el electroimán podemos armar un vibrador como el que muestra la figura. La parte principal es una lámina de bronce muy flexible sujeta por un extremo y con una arandela de hierro pegada en el otro extremo, que será atraída por el electroimán. Se observa que la corriente eléctrica circula por la lámina y pasa por un tornillo que está en contacto con la lámina para llegar al electroimán. Entonces la arandela es atraída, la lámina se flexiona y se separa del tornillo, la corriente deja de circular, la lámina vuelve para atrás y vuelve a estar en contacto con el tornillo, la corriente circula, la lámina se flexiona…y así sucesivamente. El resultado es que la arandela es atraída en forma intermitente y nuestro vibrador funciona… Seguramente será necesario ajustar la longitud del tornillo y la distancia del electroimán a la arandela hasta conseguir que la lámina comience a vibrar.

Transmitiendo música con el electroimán.

Si conectamos nuestro electroimán a la salida para auriculares de una radio portátil, como se ve en la figura, su campo magnético seguirá el ritmo de la música o el sonido que la radio esté dejando escuchar. Para comprobarlo necesitaremos un detector de ese campo magnético variable, que puede ser el cabezal de un viejo reproductor de casetes de sonido. Hagamos el siguiente experimento: luego de sintonizar alguna estación de radio y con el volumen medianamente fuerte, conectemos el electroimán y acerquemoslo al cabezal de un reproductor de casetes luego de haber activado la tecla de reproducción… pero sin un casete colocado. Si el volumen es suficiente, oiremos el sonido proveniente de la radio sin que haya un contacto eléctrico entre la radio y el reproductor. Otra manera de detectar el campo magnético variable es usar un par de auriculares en cuyo conector se habrán unido con un alambrecito de cobre el conector de la punta y el siguiente, como se ve en la figura. Ahora coloquemos un auricular en nuestro oído y acerquemos el electroimán al otro auricular. Nuevamente, si el volumen es suficiente, oiremos el sonido de la radio en el auricular.

Experimentos frente al monitor.

Estamos sentados frente al monitor de nuestra computadora. Aprovechemos entonces para hacer algunos experimentos y observaciones (que serán válidos para un monitor tradicional con tubo de rayos catódicos (CRT), pero no para un monitor moderno, plano, con pantalla de cristal líquido (LCD) o similar):

Un lápiz de goma?

Tomemos un lápiz por un extremo y ubiquémoslo verticalmente frente a la pantalla del monitor. Ahora agitémoslo rápidamente como si fuese un limpiaparabrisas. Veremos que la silueta del lápiz aparece curvada, como si se deformase. Cómo se explica eso? Ocurre que la imagen del monitor se renueva 50 veces por segundo y funciona entonces como una luz estroboscópica, permitiendo "detener" la imagen de un objeto en movimiento rápido. Pero como cada imagen de la pantalla se "dibuja" desde arriba hacia abajo, nuestro lápiz es iluminado en distintos puntos de su recorrido a distintos tiempos, lo que genera la ilusión de un lápiz que se curva.

Si en cambio movemos el lápiz horizontalmente no notaremos esa ilusión de deformación, porque ahora será iluminado en toda su longitud en cualquier punto de su recorrido.

La pantalla intermitente.

Para constatar que, efectivamente, la pantalla se ilumina y obscurece 50 veces por segundo, deberíamos mirarla a través de un obturador que se mueva con esa velocidad. Un ventilador nos puede servir para hacer el experimento. Ubiquemos un ventilador a 1 o 2 m del monitor, de manera que logremos ver la pantalla a través del espacio que dejan entre sí dos aspas. Si ahora ponemos en marcha el ventilador, veremos que se observan sombras que parecen atravesar la pantalla y que se van modificando al variar la velocidad de giro. Esas sombras corresponden a los instantes de obscuridad de parte o toda la pantalla que coinciden con los instantes durante los que podemos ver a través de las aspas. Si las aspas giran a tal velocidad que interceptan la luz de la pantalla 50 veces por segundo, en algún momento deberíamos ver la pantalla completamente obscura (cuál deberá ser la velocidad de giro en vueltas por segundo para que se produzca ese efecto si nuestro ventilador tiene 4 aspas?).

Los colores de la pantalla.

Todos los colores que vemos en el monitor resultan de la combinación de solo tres colores: rojo, verde y azul, que aparecen en la pantalla como pequeños puntos (pixels o elementos de imagen), que son activados independientemente por la electrónica del monitor. Normalmente, apenas se alcanzan a distinguir esos puntitos a simple vista, pero se logra verlos más claramente salpicando algunas gotitas de agua sobre la pantalla, las que actuarán como pequeñas lupas. Veremos entonces que efectivamente existen puntos de esos tres colores.

En la figura se muestra como se generan distintos colores al sumar esos tres colores de a dos, mientras que por suma de los tres se obtiene blanco. Todo otro color que se nos ocurra se puede generar sumando los tres colores básicos de a dos o de a tres pero variando la proporción con la que interviene cada uno. Si observamos las zonas de la figura con los colores básicos usando el método de las gotitas, veremos que un solo tipo de puntos está "encendido" mientras que los otros permanecen obscuros.

La pantalla electrificada.

A menudo ocurre que la pantalla del monitor está fuertemente cargada de electricidad estática (ver los experimentos sobre Electricidad Estática en este capítulo). Esa carga es muy notable durante los días muy secos y particularmente cuando encendemos o apagamos el monitor. En este último caso se oye claramente el ruido de las pequeñas chispitas con las que se desprende el exceso de carga eléctrica. Si en esas ocasiones acercamos una hoja de papel o de plástico a la pantalla, veremos que es fuertemente atraída. Inclusive acercando el dorso de una mano o un antebrazo, notaremos que los pelitos de nuestra piel se "erizan" por acción de esas cargas.
 
 

La naturaleza de la luz.

Qué es la luz? Esa pregunta mantuvo ocupadas a las mentes inquisitivas de distintas épocas durante centenares de años. Recién en el siglo 17 dos hombres geniales, que fueron el inglés Isaac Newton y el holandés Cristian Huygens propusieron ideas concretas acerca de la naturaleza de la luz: uno la describió como una corriente de partículas, mientras que el otro dijo que se trataba de ondas que viajaban en el vacío. Hoy sabemos que la luz se comporta de las dos maneras: en algunos experimentos se comporta como si fuese efectivamente una corriente de partículas, mientras que en otros experimentos se manifiesta su naturaleza ondulatoria.

Podemos encontrar una excelente descripción de la naturaleza y propiedades de la luz, incluyendo la suma y resta de colores (algo de eso vimos en Experimentos frente al monitor), haciendo clic en este Sitio, realmente muy interesante.
 

Tubos de luz.

Los entusiastas de la natación habrán notado que cuando están nadando debajo del agua y miran hacia arriba, a cierta distancia de donde ellos se encuentran la superficie del agua semeja un espejo. Pero si no tenemos un natatorio a mano, también podemos ver ese efecto usando un vaso de vidrio transparente y lleno hasta la mitad con agua: levantando el vaso y tratando de mirar algún objeto o una luz a través del agua, veremos que la superficie del agua, vista desde abajo, se comporta efectivamente como un espejo cuando el ángulo que forman los rayos luminosos con la superficie es menor que un cierto valor.

Ese fenómeno se aprovecha en las fibras ópticas, usadas para transmitir enormes cantidades de información (señales de teléfono, de televisión, intercambio de datos entre computadoras, etc.) por medio de un rayo de luz que viaja por el interior de una fina fibra de vidrio, sin poder escapar porque se refleja repetidamente en las paredes, como se ilustra en la figura. Podemos simular esa conducción de la luz mediante el siguiente experimento:

Consigamos una lata vacía de tomates al natural, o de gaseosa, o una caja vacía de leche "larga vida". Hagamos ahora un orificio en el fondo por el que podamos pasar ajustadamente un trocito de sorbete de gaseosa (2 o 3 cm). Si es necesario, sellemos los costados con masilla o chicle. Tapando el tubito con un dedo, llenemos el recipiente con agua y luego dejemos salir el chorro de agua en una pileta mientras colocamos una linterna encendida tapando el recipiente (tratando que no escape luz por los costados). Veremos que el chorro de agua actúa como un conducto para la luz, que no puede escapar de su interior. Se nota mejor el efecto si la distancia entre el recipiente y el fondo de la pileta se mantiene relativamente corta (unos 10 a 15 cm). Una variante interesante es hacer el orificio en un costado del recipiente: ahora tendremos un chorro curvado que la luz estará obligada a seguir.

Papas fritas y cámaras obscuras.

Consigamos unos de esos tubos de cartón en los que se vende cierta marca de papas fritas, que tiene una base metálica y una tapa de plástico traslúcido. Cortemos el tubo a unos 5 cm de la base y hagamos un pequeño orificio de 1 o 2 mm de diámetro en el centro de esa base, usando un clavo pequeño. Ahora coloquemos la tapa de plástico en el otro extremo y  rearmemos el tubo como se muestra en la figura, usando cinta adhesiva o cinta de embalar. Mirando ahora por el extremo abierto (y colocando las manos en los costados para que no entre mucha luz), si “apuntamos” el aparato hacia un lugar bien iluminado, veremos la imagen del lugar (invertida!) reproducida sobre el plástico interior. De manera que nuestro aparato funciona como una cámara fotográfica, donde el orificio de la base reemplaza a una lente. Es lo que se denomina una cámara obscura.

Por supuesto que la cámara obscura se puede armar también con cualquier caja de cartón, haciendo el orificio directamente sobre una pared de la caja y reemplazando el plástico con un vidrio esmerilado, o una hoja de papel translúcido, como el que se usa para las cartas por vía aérea.

También podemos convertir nuestro dormitorio en una cámara obscura gigante, si tenemos una ventana que dé a un patio o a la calle. Para conseguirlo, tendremos que tapar de alguna manera la ventana con papel negro o cartón, dejando solo una abertura de 2 o 3 cm de diámetro. Si conseguimos esto, en un día soleado veremos una imagen del exterior sobre la pared opuesta a la ventana. Claro que será una imagen invertida, como ocurría en la cámara más pequeña.

Es posible perfeccionar nuestra cámara obscura gigante ubicando alguna lente vieja de anteojos en el orificio de la ventana. Pero debería ser una lente con un número de dioptrías igual a 1/d, donde d es la distancia en metros entre la ventana y la pared opuesta. Por ejemplo, si d = 4 metros, entonces la lente debe ser de 0,25 dioptrías. Para conseguirla habrá que pedir ayuda al negocio de óptica más cercano...

La dilatación de los metales.

Casi todas las sustancias se dilatan, aumentan de tamaño, por la acción del calor (con la excepción del agua cuando se congela, como se menciona en el capítulo de Química, experimento "El volumen del agua"). Vamos a demostrar este efecto en una pieza de metal mediante el siguiente experimento:

En primer lugar consigamos un trozo de tubo de cobre, bronce o aluminio, bien recto, con una longitud de unos 50a 100 cm y un diámetro de 1 cm o menos. Ubiquemos el tubo sobre una madera de aproximadamente el mismo largo, sujetándolo firmemente a la madera por un extremo (con una prensa, con un alambre, etc.), Luego conectemos un embudo al extremo del tubo que está sujeto, por medio de un trozo de tubo de plástico o goma, y al otro extremo otro tubo similar como desagüe. La idea es hacer circular agua caliente por el caño, de manera que el mismo se dilate al aumentar su temperatura. Pero la dilatación, que se va a manifestar principalmente como un aumento de la longitud del tubo, va a ser muy pequeña y por lo tanto tendremos que tener una manera muy sensible de notarla. Para eso coloquemos un escarbadientes redondo debajo del extremo suelto del tubo, apretado entre este y la madera, de manera que cuando el tubo se dilate haga girar al escarbadientes. Para verlo bien clavemos un alfiler o una aguja en un costado del escarbadientes, que deberá moverse claramente hacia un lado al hacer circular agua bien caliente (...y hacia el otro lado si hacemos pasar agua muy fría).

En la figura se observa una manera de armar el aparato: se usó un tubo de aluminio de 1 m de una vieja antena de TV, la tapa de un recipiente de mostaza sirvió como embudo y se pegó una cinta de papel amarillo a la aguja para ver claramente su movimiento.

Y si nos gusta hacer algunas cuentas, calculemos en cuánto aumentará la longitud de un tubo de aluminio de 1 m cuando lo llevamos de temperatura ambiente (20ºC) hasta la temperatura del agua hirviendo (100ºC), o sea, una diferencia de 80 grados. Sabemos que el aluminio se dilata en 2,5 x 10^-5 ( o 0,000025) de su tamaño por cada grado centígrado de aumento de temperatura. Entonces: dilatación = longitud x coeficiente de dilatación x diferencia de temperatura = 1000 mm x 0,000025 x 80 grados = 2 mm. Si el escarbadientes del experimento tiene 2 mm de diámetro, alcanza a dar una vuelta completa?

Ese cálculo nos muestra que la dilatación es un efecto que se puede medir sin demasiados problemas. Por otra parte, tiene una importancia fundamental en la industria y la ingeniería. Así por ejemplo, los rieles del ferrocarril, en Argentina, están instalados en tramos separados por algunos milímetros para compensar la dilatación que se produce en los días de mucho calor. Pero en países europeos como Alemania los rieles están soldados, sin espaciado entre ellos. La ventaja es que los trenes son mucho más silenciosos...pero en días muy calurosos los rieles pueden torcerse por la dilatación y ocasionar accidentes, como ya ha ocurrido.

Y en los termómetros de mercurio, que es un metal, tenemos un ejemplo muy evidente de cómo se dilata y sube por el tubo capilar al calentarlo...

La pelota flotante.

Imaginemos el siguiente experimento: colocamos una pequeña pelota dentro de un chorro de aire que se mueve hacia arriba y vemos que la pelota queda suspendida a cierta altura, sin salirse del chorro. Y si empujamos ligeramente la pelota con un dedo hacia un costado, comprobamos que tiende a volver hacia el centro del chorro de aire.

Ahora, en lugar de imaginar el experimento, hagámoslo! Necesitaremos un buen soplador de aire, tal como un secador de cabello, o una aspiradora de polvo que permita conectar la manguera a la salida de aire (no todas las aspiradoras ofrecen esa opción). Necesitaremos además una pelotita liviana de ping-pong o de "telgopor" (poliestireno expandido, un material aislante) . Y ya tenemos todo lo necesario...

Porqué la pelotita queda suspendida en el chorro de aire? Porque el aire ejerce una presión sobre la parte inferior de la pelota, contrarrestando el peso de la misma. Pero luego el aire fluye por los costados de la pelota, creando una zona de baja presión a su alrededor que la mantiene en su lugar. Porque ya lo dijo don Bernoulli hace muchos años: donde el aire corre más rápido, la presión baja. Cuando empujamos suavemente la pelotita hacia un costado, ese costado se acerca al aire quieto de la habitación, donde la presión es mayor y tiende entonces a volver a la pelotita a su posición original. Original, verdad?

Atracción de latas.

Vimos en el experimento anterior que "donde el aire corre más rápido, la presión baja". Y podemos comprobarlo nuevamente con este experimento muy simple:
Necesitaremos dos latitas vacías de cerveza o gaseosa y un poco de hilo. Colgamos entonces las latas con trozos de hilo de unos 30 o 35 cm de largo, de manera que estén separadas entre sí por 2 o 3 cm. Si soplamos ahora en el espacio entre las latas haciendo que allí el aire corra más rápido, veremos que estas se acercan entre sí porque en ese espacio la presión baja y entonces las latas se mueven hacia la zona de menor presión.

   Un motor eléctrico súper simple.

     Este es probablemente el motor eléctrico más sencillo del mundo...Ingredientes básicos: unos 60 cm de alambre de cobre aislado con plástico o esmaltado de 0,3 o 0,4 mm de diámetro, dos clips para papel, un imán y una o dos pilas. Nada más.

    Con el alambre hacemos un arrollamiento de 4 o 5 espiras sobre un palo de escoba o similar, de unos 2,5 cm de diámetro. Con un par de vueltas de cada lado con el mismo alambre mantenemos las espiras juntas, como se ve en la figura, y hacemos que los extremos del alambre formen un eje de cada lado. Sacamos la aislación en cada eje, de manera que se vea el metal brillante.

Ahora desdoblamos los clips formando soportes para nuestro arrollamiento y los sujetamos con cinta adhesiva a un frasco, vaso de plástico invertido o cualquier otro objeto que sirva para armar nuestro motorcito. Conectamos dos cablecitos flexibles a los extremos de los clips, que nos servirán para conectar una o dos pilas en serie. Ver la figura. Debemos mover los alambres que forman los ejes de manera que el arrollamiento esté equilibrado y gire libremente.

Falta todavía ubicar el imán. Este deberá estar sujeto a un soporte adecuado de tal manera que un extremo quede a un par de milimetros del arrollamiento, cuando este gira. También conviene que una mitad de uno de los ejes sea no conductor, pintándolo con un marcador o con esmalte de uñas a lo largo, teniendo el arrollamiento apoyado en la mesa. La idea es que cuando el arrollamiento esté cerca del imán, pase la corriente, pero después de dar media vuelta, la corriente ya no pase.

Y ya está listo nuestro motor... Conectamos la pila y le damos un pequeño impulso al arrollamiento para que comience a girar. Si se resiste, veamos que los contactos eléctricos (los ejes del motor, los clips, los extremos de los cablecitos) estén bien limpios, usando lija fina si es necesario.

A veces (la mayoría?...) ocurre que las cosas no funcionan la primera vez. Y eso se dá también hasta en los grandes laboratorios de investigación! Pero con un poco de sentido común y mucha paciencia, las cosas terminan por funcionar como uno quiere. No es cuestión que la materia inanimada se salga con la suya!...

   Trompos y bicicletas.

Un cuerpo que gira sobre sí mismo tiene algunas propiedades muy interesantes. Si conseguimos una rueda de bicicleta podremos hacer algunos experimentos para comprobar esas propiedades:

1) Sostengamos la rueda tomando un extremo del eje con cada mano. Si soltamos un extremo, por supuesto la rueda caerá de costado. Ahora pidamos a alguien que nos ayude haciendo girar la rueda y dejándola girar libremente. Si entonces soltamos un extremo del eje la rueda no se cae, aunque puede hacer algún movimiento extraño. Porqué la rueda giratoria se comporta de una manera totalmente diferente? Porque en todo cuerpo que gira sobre sí mismo, el eje de giro tiende a mantener su posición en el espacio (aunque esté sostenido solamente por un extremo...).

     Como una variante, podemos intentar el experimento colgando la rueda por un extremo del eje con un alambre o cuerda gruesa.

2) Sosteniendo la rueda giratoria con ambas manos, como antes, tratemos de mover el eje hacia cualquier lado: notaremos que aparece una fuerza perpendicular a la dirección en la que pretendemos mover el eje. Si realizamos este experimento sentados en un asiento capaz de girar (taburete de piano, silla giratoria de escritorio, etc.), al tratar de mover el eje de la rueda aparecerá una fuerza que nos hará girar con el asiento.

3) Con la rueda girando rápidamente, apoyemos un extremo del eje en el piso: veremos que la rueda queda equilibrada sobre ese extremo, como un trompo. En realidad, con un trompo pasa lo mismo que con la rueda: mientras gira, el eje trata de mantenerse vertical y no es fácil desviarlo. Pero en los dos casos, veremos que en realidad el eje no permanece estático sino que su extremo superior describe un círculo, en lo que se denomina movimiento de precesión. Nuestro planeta Tierra también es un cuerpo que gira sobre sí mismo y su eje también posee un movimiento de precesión, pero sumamente lento: un extremo del eje completa una vuelta cada 26.000 años! Por esa razón, la posición de los polos celestes cambia lentamente; actualmente la posición del polo Norte prácticamente coincide con la Estrella Polar (visible solo desde el hemisferio Norte), pero después de algunos cientos de años ya no van a coincidir.

     Esa tendencia de un cuerpo giratorio a mantener fija en el espacio la posición de su eje (efecto giroscópico) se aprovecha de muchas maneras, como en los horizontes artificiales de los aviones, los sistemas de guía de los cohetes, satélites y naves espaciales, etc.

   Las ondas de la luz.

     Para convencernos de que la luz se comporta como una onda, hagamos un sencillo experimento para ver el fenómeno de difracción, que se produce cuando las ondas de luz interfieren entre sí. Necesitaremos fabricar una ranura muy fina, por ejemplo pegando un trocito de cinta adhesiva (scotch) en cada extremo de un lápiz y manteniendo otro lápiz apoyado sobre los trocitos de cinta. Veremos que queda una delgada ranura entre los lápices. Ahora, manteniendo la ranura muy cerca de un ojo, observemos una luz brillante, como la llama de una vela o el filamento de una lámpara.

Veremos una serie de franjas de luz y obscuridad a cada lado de la luz.

     ¿Qué está ocurriendo? La luz ilumina ambos bordes de la ranura y esos bordes actúan entonces a su vez como dos fuentes de luz muy cercanas. Pero ahora una onda de luz que sale de un borde puede interferir con una onda que sale del otro borde. Según la distancia recorrida por cada onda, ambas ondas se sumarán entre sí (veremos franjas claras) o se restarán (veremos franjas obscuras). Cuando se suman, las "lomas" y los "valles" de cada onda coinciden; cuando se restan, las "lomas" de una onda coinciden con los "valles" de la otra. Ese proceso se denomina interferencia.

     Es posible que veamos cada franja clara con bordes de colores. Eso ocurre porque la luz roja, que tiene mayor longitud de onda, debe recorrer una distancia mayor que la luz azul para que se produzca interferencia, y entonces los colores se separan. Por la misma razón, cuando observamos una luz reflejada en la cara inferior de un CD veremos que aparecen todos los colores del arco iris. Decimos entonces que el CD se comporta como una red de difracción y podemos aprovechar ese efecto para fabricar un espectroscopio, como se propone en el capítulo “Proyectos”.

   Ilusiones, ilusiones...ópticas.

     ¿Vemos la realidad...o lo que nuestro cerebro cree que estamos viendo? Aquí presentamos algunas imágenes que nos muestran que hay más de lo que parece a primera vista:

     En este dibujo lo que vemos depende de que nuestro cerebro acepte que existe un fondo blanco o un fondo negro. Si el fondo es blanco, vemos copas. Si el fondo es negro, vemos perfiles de caras. Lo ven?

También aquí veremos lo que nuestra mente interprete: una mujer joven, de perfil...o una anciana, cuya nariz está formada por el mentón de la joven...

En este otro dibujo vemos una serie de cuadrados negros, pero insólitamente aparecen también manchas obscuras donde se cruzan las líneas blancas de separación. Pero si fijamos la vista en una de esas manchas, desaparece...

  Otro experimento? En una hoja de papel blanco dibujemos con lápiz dos puntos bien gordos, separados por 6 a 8 cm. Sostengamos el papel delante nuestro extendiendo los brazos, cerremos el ojo izquierdo y fijemos el ojo derecho en el punto izquierdo. Ahora acerquemos lentamente el papel a nuestra vista. Veremos que a cierta distancia el otro punto desaparece... Eso ocurre porque a esa distancia la imagen del otro punto se forma en el lugar donde el nervio óptico está conectado al ojo. En ese lugar la retina es insensible y la imagen no puede verse. ¿Ves como es?

Los colores y la retina.

Hagamos el experimento que se propone en la figura. El resultado es sin duda bastante asombroso. Pero ¿porqué vemos lo que vemos? Ocurre que al observar durante varios segundos la figura de color azul las células receptoras que tenemos en la retina se saturan con ese color y cuando miramos a continuación la superficie blanca aparece la misma figura pero con el color complementario. Recordemos que la retina es una capa de células que recubre el fondo del globo ocular, sobre la cual se forma una imagen de aquello que estemos observando. Esas células convierten la luz que reciben, en impulsos nerviosos que son interpretados por el cerebro precisamente como la imagen de lo que observamos.

El cerebro reconstruye...

Veamos un par de casos en los cuales nuestro cerebro muestra su capacidad de generar algo que se pueda comprender, a partir de la información que le suministran nuestros sentidos: -Una imagen imposible. Habitualmente las imágenes ligeramente diferentes provenientes de cada ojo son unidas en el cerebro para darnos una imagen de la realidad, en tres dimensiones. Pero a veces se puede "engañar" al cerebro para que genere una imagen falsa cuando cada ojo manda imágenes muy diferentes entre sí. Probemos con este experimento: hacemos un rollo con una hoja de papel y lo mantenemos con una mano al lado de nuestra otra mano, luego miramos con un ojo por el rollo y miramos nuestra mano con el otro ojo. Al unir ambas imágenes nuestro cerebro, nos parecerá ver un agujero en la mano...

Luz visible, luz invisible...

Qué tienen en común los rayos X, la luz del Sol, las ondas de televisión, las ondas de radio?... Tienen en común que son todas ondas electromagnéticas. Y cual es la diferencia entre ellas?... La diferencia está en la longitud de onda: muy corta en los rayos X, muy larga en las ondas de radio. Es precisamente la diferencia en longitud de onda lo que distingue a los distintos colores de la luz que vemos, como en el arco iris.
La luz infrarroja tiene una longitud de onda mayor que la luz roja y por esa razón nuestros ojos no la pueden percibir, pero podemos sentirla en la piel. Hagamos este experimento: acerquemos una mano al costado de una plancha caliente y sentiremos calor en la mano. Ocurre que la plancha está emitiendo ondas infrarrojas que percibimos como calor. Pero si interponemos entre la plancha y la mano una lámina de vidrio o de plástico transparente (una tapa de caja de CD puede servir) ya no sentiremos el calor. Eso significa que la luz visible puede atravesar el vidrio o el plástico, porque vemos la plancha a su través, pero las ondas infrarrojas no pueden atravesarlos!... A distinta longitud de onda, distintas propiedades de la luz...

El efecto invernadero.

Esa diferencia de propiedades de la luz visible y la luz infrarroja que mencionamos en el punto anterior, se aprovecha en los invernaderos. Un invernadero es un local donde crecen plantas protegidas del frío y las heladas del invierno, y que tiene techos hechos con láminas de vidrio o de plástico. La luz visible del Sol puede atravesar esas láminas y ser absorbida por las plantas, por el suelo del invernadero, etc., que entonces se calientan, aumentando su temperatura. Pero cuando un objeto se calienta, emite ondas infrarrojas (como ocurría con la plancha del punto anterior). Y como esas ondas infrarrojas ya no pueden atravesar el techo de vidrio o plástico

quedan "atrapadas" y la temperatura de la habitación termina siendo bastante mayor que la del aire libre.

El mismo efecto se produce en nuestro planeta Tierra, cuando en la atmósfera se acumulan gases como el metano, el anhidrido carbónico, que se forma en enormes cantidades cuando se queman combustibles (naftas en los automóviles, gasoil o fueloil en distintas máquinas, árboles de un bosque en los incendios forestales, etc.) y otros. Esos gases se comportan como los techos de vidrio de los invernaderos: dejan pasar la luz del sol, de longitud de onda corta (1 y 4 en la figura), pero no dejan pasar la luz infrarroja, de longitud de onda larga (5 y 7 en la figura). La consecuencia es que la temperatura de nuestro planeta comienza a subir, como ya han comprobado los que estudian ese efecto, lo que traerá problemas de todo tipo (aumento del nivel del mar, fuertes tormentas, inundaciones, etc.). Por esa razón es que los principales países del mundo se han puesto de acuerdo para disminuir en lo posible la formación de anhidrido carbónico y evitar así los problemas climáticos en el futuro. Ese acuerdo es el llamado Protocolo de Kyoto, que algunos países, aunque parezca mentira, no quieren firmar... Se sugiere leer lo que se dice en el capítulo de Astronomía acerca del planeta Venus...

¿Qué onda ... de radio?

Vimos que a distinta longitud de onda, distintas propiedades de las ondas. Por ejemplo, las ondas de luz no pueden pasar a través de las paredes, pero las ondas de radio si que pueden. Y por eso podemos escuchar radio en casa. Pero lo que no pueden atravesar ni las ondas de luz ni las ondas de radio, son los metales. Hagamos un experimento para demostrarlo: encendemos una radio de tamaño pequeño, aumentamos bastante el volumen del sonido y luego la envolvemos con una hoja de papel de aluminio. Ya no oiremos sonido alguno. Y obtendremos el mismo resultado encerrando la radio encendida en una caja metálica, o en una olla de metal con una tapa que ajuste bien o también en uno de esos recipientes de cartón recubiertos interiormente por una lámina de aluminio que se utilizan para envasar leche o jugos de fruta.
Por eso es que los autos, en los cuales una gran parte de la carrocería es de metal, necesitan de una antena externa para que su radio funcione bien.

La radio y la PC.

La radio es capaz de captar o detectar no solo ondas de las radioemisoras sino también ondas generadas por distintos aparatos. Y también por la naturaleza, como nos damos cuenta cuando se desata una tormenta porque los relámpagos y rayos generan una enorme cantidad de ondas electromagnéticas que se oyen como ruidos o descargas en la radio.
Los aparatos electrónicos también suelen generar radiación electromagnética. Si estamos trabajando con la computadora, hagamos el siguiente experimento: busquemos en la sintonía de la radio algún lugar en el que no se escuche ninguna emisora y luego acerquemos la radio a la PC o al monitor; seguramente se oirá algún sonido continuo originado por las ondas que ese aparato está generando. Y si en ese momento recibimos o enviamos un mensaje por el teléfono celular, oiremos en la radio (y también en el sistema de sonido de la computadora...) un sonido que es debido a las ondas de radio que genera el celular.

¿Ves el control remoto?

¿Cómo manda órdenes el control remoto para que el televisor cambie de canales, modifique el volumen del sonido, etc.? Respuesta: le hace señas usando luz infrarroja. Habíamos mencionado antes (en "Luz visible, luz invisible...") que no podemos ver esa luz infrarroja. Pero una cámara fotográfica digital si que puede, porque es sensible no solo a la luz visible sino también a la zona del infrarrojo que está cerca del visible. Podemos comprobarlo con este experimento: miremos el frente de un control remoto a través de la pantalla de una cámara digital y presionemos alguna tecla del control. Veremos que el control emite luz en forma de un haz intermitente. Ese haz es captado por un sensor en el televisor y transformado en alguna orden para la parte electrónica del aparato.

La luz que emite el control remoto tiene una longitud de onda mucho mas pequeña que la luz infrarroja que emite una plancha caliente. Por esa razón podemos sentir con la mano la radiación emitida por la plancha pero no la radiación emitida por el control remoto. Por otra parte, la cámara digital puede "ver" la radiación emitida por el control remoto pero no la radiación emitida por la plancha. Como dijimos antes, a distinta longitud de onda, distintas propiedades de la luz...

Vórtices y vértices.

	Alguna vez hemos visto en documentales de televisión esos tremendos tornados que ocasionan tanta destrucción, con vientos de cientos de km/h. (Figura). Se producen principalmente en zonas tropicales y semitropicales del mundo y son generados por corrientes de aire que giran a gran velocidad. Podemos simular fácilmente un tornado o torbellino en miniatura, mediante el siguiente experimento : Consigamos una botella vacía de bebida gaseosa de 1,5 ó 2 litros. Quitemos la etiqueta para que permita ver bien el interior. Ahora hagamos un orificio de 8 ó 10 mm de diámetro en la tapa y llenemos la botella con agua hasta
Un vórtice natural.

Anillos de humo.

Pariente cercanos de los vórtices que vimos en el punto anterior son los anillos de humo, que saben hacer tan bien algunos fumadores. Podemos considerar un anillo de humo como un vórtice de aire unido por sus extremos. Adentro del anillo el aire está girando rápidamente, lo que mantiene su estructura. Veamos como generar anillos de humo con el siguiente experimento: Consigamos un recipiente plástico con su tapa (puede ser un recipiente vacío de algún producto lácteo, por ejemplo). En el centro de la tapa hagamos un orificio de 1 o 2 cm de diámetro, con un sacabocados u otra herramienta afilada. En el recipiente coloquemos un trozo de masilla o plastilina, que servirá para sostener nuestro "generador de humo", que puede ser un trocito de sahumerio o de espiral espantamosquitos encendido (cuidado con los dedos... ) y luego coloquemos la tapa. Ahora apretemos ligeramente y en forma rápida con los dedos el recipiente plástico, de manera que por el orificio de la tapa salga una "bocanada de humo". Cuando logremos hacer bien este movimiento, veremos que se desprende un anillo de humo que sube rápidamente. Los anillos se ven bien contra un fondo negro (una tela o un plástico), sobre todo si se los ilumina de costado con una lámpara o una linterna.

Fotos en 3D.

Miremos los objetos que están sobre nuestro escritorio solo con el ojo izquierdo. Y después solo con el ojo derecho ¿Son iguales las imágenes que percibimos? No...: la diferencia está en que algunos objetos aparecen desplazados con respecto a otros. Pero al mirar con ambos ojos nuestro cerebro combina ambas imágenes y entonces percibimos la sensación de profundidad y no solo de ancho y alto. Percibimos imágenes tridimensionales o en 3D, lo que nos permite estimar distancias o usar las manos con precisión (prueben por ejemplo de enhebrar una aguja mirando con un solo ojo...). Siguiendo ese razonamiento, podemos obtener fotografías en 3D de un objeto, un paisaje, etc. tomando una foto, corriendo de costado la cámara unos 6 cm (la distancia entre los ojos) y tomando una segunda foto. La manera más sencilla de hacer este experimento es ubicar la cámara sobre una tablita de madera apoyada sobre algún soporte, en la cual habremos hecho un par de marcas separadas por esos 6 cm. Tomamos entonces ese par de fotos, cuidando que en la imagen aparezcan objetos, o plantas o personas (¡que no deben moverse!) ubicadas a distintas distancias desde la cámara. Una vez pasadas las fotos a nuestra computadora usamos cualquier programa de manejo de imágenes para ubicar el par de fotos una al lado de la otra, como se ve en la figura. Ahora, para ver la imagen en 3D, debemos mirar el par de imágenes de frente y cruzar los ojos como intentando superponer ambas imágenes, lo que puede requerir un poco de esfuerzo. Con paciencia lograremos que aparezca la imagen tridimensional en el centro y que desaparezca el esfuerzo... Cuando veamos la imagen, podemos probar de variar la distancia de los ojos a la pantalla hasta ver con comodidad. Para practicar, usemos el par de imágenes que aparecen a continuación...

Y después, habrá que animarse y experimentar con fotos propias...

La cinta de Moebius.
Esto debería ir en un capítulo de matemáticas, pero como todavía ese capítulo no existe, lo ponemos aquí. Y sin mayores explicaciones, comencemos a hacer algunos experimentos:
Preparemos una cinta de papel un poco larga, de unos 3 o 4 cm de ancho, que puede cortarse de una hoja de diario. Ahora unimos los extremos (con algún pegamento o cinta adhesiva) y nos queda algo así como un cinturón ¿qué propiedades tendrá ese aro de papel? Está claro que tiene dos superficies, la de adentro y la de afuera, y podemos "recorrer" cada una de ellas con un lápiz partiendo de un punto cualquiera hasta llegar al mismo punto después de una vuelta completa. Ahora tomemos una tijera y cortemos la cinta por el medio y a lo largo: obtendremos dos cintas similares a la anterior, pero más angostas. Eso se puede imaginar inclusive sin hacer la prueba...
En un segundo experimento unimos los extremos de otra cinta de papel pero después de dar media vuelta a uno de los extremos. De nuevo la pregunta: ¿qué propiedades tendrá ese aro de papel? Y ahora comienzan a aparecer las novedades... ¿Cuántos lados tiene ahora esa cinta? Probemos de recorrerla con un lápiz desde un punto determinado: llegamos al mismo punto después de haber recorrido...¡la única superficie que tiene la cinta! Ya no hay dos superficies sino una sola... ¿Y qué pasa si cortamos la cinta por el medio y a lo largo? Bueno, probemos y veremos que el resultado es muy distinto que con la primer cinta.
El descubridor de esa cinta con una sola superficie fue un matemático alemán que se llamaba August Moebius, en el siglo 19. Ese señor hizo varios aportes a una rama de la matemática que se denomina topología.
Actualmente se aprovechan las propiedades de la cinta de Moebius con varios fines (por ejemplo usar los dos lados de una cinta transportadora en los aeropuertos o de una cinta magnética en un grabador). No es fácil imaginarse las cosas raras que pasarían si un tren subterráneo circulase por una cinta semejante...pero ese es el fundamento de la película argentina de ciencia ficción "Moebius", de 1996.
Y para terminar ¿qué propiedades tendrá un aro armado pegando los extremos de una cinta de papel pero después de dar una vuelta completa a uno de los extremos? Será cuestión de probar, de experimentar... Esa es la base de la ciencia...

La matemática... la única "magia" que permite al ser humano predecir el futuro... ¿o acaso un ingeniero no puede predecir cuánto peso aguantará un puente después de hacer cuentas con lápiz y papel? Bueno, actualmente con una computadora... Para descubrir muchas de las maravillas de la matemática, hay que leer los libritos "Matemática...¿estás ahí?" (partes 1, 2, 3 y 4) escritos por Adrián Paenza y publicados por Siglo veintiuno editores.

Pompas de jabón.

Las pompas de jabón, tan bonitas y fáciles de hacer, han fascinado al ser humano desde hace centenares de años. Están formadas por una película muy fina de agua, estabilizada entre dos capas de jabón o detergente con sus moléculas ordenadas y paralelas unas a otras, con la "cabeza" hacia la película de agua y la "cola" hacia fuera (ver lo que decimos en el capítulo de Química acerca del agua y de los detergentes). Además, la película de agua está sometida a la tensión superficial, que hace que la superficie de la película sea lo más pequeña posible. Y por eso es que las pompas son esféricas, porque una esfera presenta la menor superficie posible para contener un volumen determinado de aire.

Para hacer algunos experimentos con pompas de jabón, debemos preparar una mezcla adecuada de agua y detergente. Se puede probar con ésta: 1 vaso de agua (250 ml.) + 1 tacita de café de detergente (100 ml.) + 2 cucharadas de glicerina (se compra en la farmacia o en la ferretería); mezclar bien sin hacer espuma. Pueden encontrarse otras fórmulas en el artículo "Pompa de jabón" de la Wikipedia. Para hacer pompas de jabón simples, basta con usar un tubo cualquiera (bombilla o pajita o popote o pitillo para gaseosas o tubo de vidrio o de metal) o un aro, que se fabrica fácilmente con alambre fino doblándolo alrededor de un palo de escoba o de algún frasco. Lo primero que llama la atención en una pompa de jabón es su iridiscencia, que se manifiesta como bandas de distintos colores (ver figura). Ese fenómeno se debe a la reflexión de la luz en las dos superficies de la película delgada: cuando se encuentran los dos rayos reflejados, si las ondas coinciden se suman y se verá luz del color que corresponda a esa longitud de onda, pero si las ondas no coinciden se restan entre sí y el color correspondiente no aparece (ver el gráfico que aparece en el artículo de la Wikipedia mencionado antes). Ese fenómeno se denomina interferencia de las ondas de luz y suele observarse con otras películas delgadas (por ejemplo películas de aceite sobre el agua, sobre el pavimento de una calle, etc.).

Películas de agua.

Ya mencionamos que las pompas de jabón están formadas por películas de agua. Veamos ahora como se comportan esas películas cuando se encuentran entre sí. Para hacer un par de experimentos, debemos construir un cubo y un tetraedro como los que se ven en las figuras, hechos con palillos de madera (escarbadientes) pegados con adhesivo termoplástico, por ejemplo. Se pueden hacer también con trozos de alambres o de pajitas para bebidas.

Sumergiendo esas formas en la mezcla de agua con detergente, veremos que al sacarlas del líquido se han formado películas planas que se encuentran a lo largo de líneas (generalmente) rectas. La tensión superficial es siempre el factor dominante, haciendo que las superficies sean lo más pequeñas posible. Pero esas superficies no son siempre iguales; por ejemplo en la figura cubo 1 se observa una película en cada una de las 6 caras del cubo, pero en la figura cubo 2 se observa una burbuja central unida a las películas que "salen" de las 12 aristas del cubo. En las figuras del tetraedro, en cambio, las 6 películas que "salen" de las aristas se encuentran en un punto central.

Y siempre ocurre que 3 películas se cortan a lo largo de una línea y forman ángulos de 120º (un tercio de vuelta) entre si, como se ve para el cubo y el tetraedro. Y si se unen 4 de esas líneas, como ocurre en el centro del tetraedro de la figura, forman ángulos de 109º 28'. La matemática demuestra que siempre deben aparecer esos ángulos. En realidad, estos jueguitos con láminas de agua sirven para demostrar algunos principios de la geometría y la topología. Por ejemplo, cuando se genera una pompa de jabón entre dos aros (figura de la derecha) se observa que al separar los aros la pompa se angosta en el centro formando una curva característica. Se puede demostrar que esa curva tiene la forma que los matemáticos denominan catenaria y que resulta ser igual a la curva que forma una cadena sostenida por sus extremos.¡Todo está en la pompa y su circunstancia!...

Experimentos con espejos.

Para realizar estos experimentos necesitaremos dos espejos de vidrio o de plástico, quizás recortados de algún espejo usado. Las dimensiones no son muy importantes. También necesitaremos improvisar alguna manera de sostener los espejos verticalmente, por ejemplo como se ve en la figura (cada espejo sujeto a una madera con una cinta elástica).

Espejito, espejito...muéstrame el infinito... Ubiquemos a los espejos enfrentados entre sí, con algún objeto bien iluminado entre ellos. Si miramos ahora por el borde de un espejo, veremos en el otro espejo la imagen del objeto, y la imagen de la imagen, y la imagen de la imagen de la imagen...y así sucesivamente. Veremos una especie de "túnel" formado por las sucesivas imágenes que van alejándose (y oscureciéndose, porque en cada reflexión se pierde un poco de luz). Y teóricamente tendremos infinitas imágenes del objeto... Otra manera de "asomarse al infinito" es raspar el plateado en una pequeña zona del centro de uno de los espejos (o hacer un pequeño agujero si el espejo es de plástico), y mirar por allí.

Ahora ubiquemos los espejos formando un ángulo (también puede hacerse con dos espejos unidos por un lado con cinta adhesiva, como en la figura). Si colocamos ahora un objeto entre los espejos (un lápiz, una moneda, etc.) veremos que las reflexiones sucesivas nos muestran varias imágenes del objeto. Y cuánto mas pequeño sea el ángulo entre los espejos, mayor será el número de imágenes. Para hacer un experimento más cuantitativo, con ayuda de un transportador y un lápiz tracemos en una hoja ángulos de 90, 60, 45, 30 y 20 grados. Ahora ubiquemos sobre la hoja nuestros dos espejos formando uno de esos ángulos y pongamos algún objeto entre

ellos. Veremos que el número de imágenes reflejadas será igual a 360 dividido por el ángulo, menos 1. Por ejemplo, para un ángulo de 60 grados tenemos 360/60 = 6, y por lo tanto veremos 5 imágenes. A probar, a ver si es cierto... Los espejos en ángulo y las múltiples imágenes que generan son la base del caleidoscopio, un juguete buenísimo capaz de generar infinidad de imágenes geométricas que nunca se repiten.

Si ahora apoyamos nuestro par de espejos formando un ángulo de 90 grados sobre un tercer espejo habremos construido un espejo retrorreflector, que devuelve la luz siempre en la misma dirección con la que la luz llega. Para comprobarlo, cerremos un ojo y miremos con el otro ojo hacia el punto donde se encuentran los tres espejos: al mover la cabeza veremos que el ojo abierto siempre coincide con el rincón. Esa propiedad de estos espejos retrorreflectores se aprovecha en los reflectores de seguridad para autos, bicicletas, señales en caminos, etc. Si miramos de cerca una de esas señales retrorreflectoras que se usan para las bicicletas veremos que están formadas por pequeños reflectores de tres caras. En uno de los viajes que se hicieron a la Luna se

instaló allá un espejo retrorreflector que se usa para reflejar la luz de un potente láser instalado en la Tierra, lo que permite conocer con gran exactitud la distancia Tierra-Luna midiendo el tiempo que tarda el haz de luz en ir y volver.

El pelo y el láser.

	¿Como medir el grosor o diámetro de un cabello? Bueno, se podría hacer con un microscopio, por ejemplo. Pero también puede hacerse con un láser de los que se usan como punteros para señalar en un pizarrón o un panel. Los punteros más comunes usan luz roja, que tiene generalmente una longitud de onda l = 650 nm (donde nm significa nanometro, igual a la millonésima parte de un milimetro). Menos comunes son los punteros de luz verde, con l = 532 nm. Si iluminamos un pelo con ese rayo de luz se producirá un efecto de difracción y la luz difractada por los dos bordes del pelo producirá el fenómeno de interferencia, con la aparición de una serie de franjas claras y oscuras (Ver "Las ondas de la luz", en este capítulo). Hagamos entonces el siguiente experimento, como se ilustra en la figura. Fijemos un pelo sobre una ventanita recortada en un cartón, que actuará de soporte. Ubiquemos ahora el cartón paralelamente a una pantalla o una pared, a una distancia de 1 o 2 metros, e iluminemos el pelo con la luz (roja o verde) de un láser, que debe tener un buen soporte. Veremos que sobre la pared aparecerá proyectada una imagen de difracción e interferencia similar a las que se muestran en las figuras para luz roja o verde. Ahora se deberá medir la distancia entre el pelo y la pared (que llamaremos D) y la distancia entre los centros de la primer franja de interferencia que aparece a cada lado del rayo central (que llamaremos L). Entonces el diámetro del pelo será igual a

Electricidad y calor.

Cuando hacemos pasar una corriente eléctrica por un alambre estamos obligando a los electrones (partículas chiquitas con carga negativa) a moverse entre los átomos del metal. Estos átomos ofrecen resistencia al paso de los electrones y la consecuencia es que el metal se calienta. Las lamparitas comunes tienen un filamento muy delgado del metal wolframio que se calienta tanto al pasar la corriente que emite una luz bastante fuerte. Las planchas comunes para la ropa también tienen una resistencia de alambre metálico que se calienta al pasar la corriente, pero no tanto como el filamento de las lámparas incandescentes. Hagamos un experimento muy simple para comprobar este fenómeno: necesitaremos una batería nueva de 9 voltios, un par de cablecitos comunes (si es posible con clips tipo "cocodrilo" en las puntas) y un alambre muy delgado de hierro de 5 o 10 cm de longitud. Este alambre, que presenta más resistencia al paso de la electricidad que el

Lata en equilibrio.

Tratemos de poner una lata de cerveza o de gaseosa inclinada y en equilibrio sobre su borde: imposible. Y si probamos con una lata vacía tendremos el mismo resultado: no se puede. Probemos entonces de llenar la latita con agua más o menos hasta la mitad y veremos que ahora si, con un poco de cuidado y agregando o sacando algo de agua, es posible parar la lata sobre su borde. Veamos ahora cual es la explicación de esos resultados. Todos los cuerpos se comportan como si su masa estuviera concentrada en un punto en el interior del cuerpo. Los físicos llaman centro de masa (CM) a ese punto y la fuerza de la gravedad, que podemos imaginar como una flecha que apunta hacia abajo, pasa por ese centro de masa. Si la flecha pasa por la base del cuerpo, este puede pararse sobre esa base. Sino, se cae. En la figura está esquematizada una lata parada sobre su borde y vemos que puede estar así porque la flecha, que pasa por el CM (marcado con un circulito), pasa por el borde de apoyo. Si llenamos con agua la lata el CM se corre hacia arriba, si la vaciamos el CM se corre hacia abajo, y en los dos casos la flecha ya no pasa por el borde y la lata no se puede parar inclinada. Para comprobar si es cierto todo lo que han leido, a buscar una latita y hacer este experimento tan sencillo...

Un péndulo.

Si atamos una tuerca en un extremo de una cuerda o piolín y sujetamos el otro extremo a un clavo en la pared o en el marco de una puerta, habremos armado un péndulo. Cuando está quieto, la cuerda "apunta" hacia el centro de nuestro planeta. Si movemos la tuerca unos centímetros y la soltamos, el péndulo comenzará a oscilar porque la tuerca es atraída hacia abajo por la fuerza de la gravedad. Los fundamentos del movimiento de un péndulo fueron descubiertos por el físico y astrónomo Galileo Galilei en 1581, cuando estando en la catedral de Pisa se puso a observar como oscilaba una lámpara de bronce que colgaba del techo. Pronto advirtió que, a pesar de que la amplitud del movimiento era cada vez menor, el tiempo que duraba una oscilación (el período) era siempre el mismo. Experimentando luego en su laboratorio, descubrió que el período dependía exclusivamente de la longitud de la cuerda. Esos conocimientos le sirvieron para proponer el péndulo como una manera de medir el tiempo, anticipando la invención de los relojes a péndulo. Si tenemos armado el péndulo de la tuerca, hagamos estos experimentos: 1) Comprobemos que el período no depende de la amplitud de las oscilaciones, como observó Galileo. 2) Comprobemos que el período no depende de lo que pese la tuerca, comparando péndulos de la misma longitud pero armados con tuercas de distinto peso. 3) Comprobemos que el período si depende de la longitud del péndulo (distancia desde la tuerca hasta el extremo de la cuerda), comparando péndulos de distinta longitud. Pero atención con lo que medimos: el período es el tiempo que lleva una oscilación completa, la ida más la vuelta. Si para medir el tiempo usamos un reloj con segundero o un teléfono celular con cronómetro, para disminuir el error conviene medir el tiempo que lleva hacer 10 oscilaciones y luego dividir el tiempo total por 10.

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