Rutherford

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

Si un investigador científico forma a los estudiantes es algo que puede ser bueno para los alumnos ya que de esa manera les está enseñando una persona con mucha experiencia, pero no es necesario que la persona que enseñe será investigadora científica porque igual no tiene tanta experiencia pero puede saber lo mismo.

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

Entre la física y la química se encuentran dos diferencias:

-Física: Es una ciencia neutral que estudia las propiedades del espacio, tiempo, materia y energía.

Su significado a variado a lo largo del tiempo, llegó a considerarse sinónimo de química, filosofía e incluso biología. La física forma una parte muy importante de la filosofía y sobretodo de las nuevas tecnologías. No es una ciencia solamente teórica, sino una ciencia también experimental. Es cierto que busca que sus resultados sean verificados mediante experimentos y que estos sirvan para realizar futuros experimentos.

-Química: Es la ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia. Hay diferentes tipos: la química orgánica, inorgánica, fisicoquímica, bioquímica...etc.

En este campo Ernest Rutherford recibió un premio Nobel en reconocimiento a sus investigaciones relativas a la desintegración de los elementos.

Sorprendentemente fue el de química (cosa que él no esperaba ya que la ciencia que más le importaba era la física) porque cómo bien está escrito en la definición de la misma palabra: "estudia las propiedades de la materia" y realizando la desintegración de los elementos se consigue analizarlos por completo.El no daba nada de importancia a la química y es más una vez dijo: "Toda ciencia, o es Física, o es coleccionismo de sellos". Con esta idea quiere reflejar cómo se centra en la ciencia que a él más le llama la atención, la  Física ya que parece que las demás solo sirven para tenerlas y conocerlas, es decir, que no son útiles. "He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de físico a químico", esta fue una frase  irónica de Rutherford en la que él mismo se sorprende de haber recibido un premio Nobel a la ciencia que nunca había considerado muy útil.La interpreta como una metamorfosis, una alteración.

3-Investiga sobre la biografía de Nikola Tesla. ¿Cuáles fueron sus principales aportaciones a la Física? ¿Qué disputas científicas mantuvo con Edison y Marconi? Te recomendamos una película: EL TRUCO FINAL. El argumento de esta película describe muy bien la mezcla de magia y ciencia que se vivía en el final del siglo XIX y principios del XX.Trabajo opcional para subir nota: Realiza una línea de tiempo con los principales hechos científicos de este periodo.

Nikola Tesla fue un inventor croata que decidió dedicarse a la experimentación eléctrica. Nació en el año 1856. Descubrió la transferencia inalámbrica de energía eléctrica mediante ondas electromagnéticas, la corriente alterna, armas de energía directa, la radio (medio de comunicación), bombilla sin filamento y muchas otras cosas.

Gracias a los avances y la contribución de Tesla, la compañía Edison creció, ya que Tesla estaba empeñado en demostrar la superioridad de la corriente alterna sobre la corriente continua de Edison. A Marconi y a Edison se les acusa de robarle a Tesla sus descubrimientos, a Edison se le atribuye el descubrimiento de la electricidad y a Marconi la radio. Marconi consiguió enviar su primera señal transoceánica, gracias a numerosos avances de Tesla. El Tribunal Supremo de Estados Unidos reconocía a Tesla como pionero de la radiodifusión.

4- Responde brevemente a la siguiente serie de preguntas:

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

La fluorescencia es la propiedad que tienen algunas sustancias de reflejar luz con mayor longitud de onda que la recibida, cuando están expuestas a ciertos rayos del espectro, en cambio la fosforescencia es la propiedad que tienen algunas sustancias de reflejar luz durante un largo período de tiempo, después de cesar su exposición a una fuente luminosa.

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

Los rayos x son un radiación electromagnética que atraviesa cuerpos opacos a la luz ordinaria, con mayor o menor facilidad,, produciendo detrás de ellos y en superficies convenientemente preparadas, imágenes o impresiones, que se utilizan entre otros cosas para la exploración médica. En 1895 Conrad Roentgen, experimentaba sobre la naturaleza de la electricidad en diferentes condiciones. Una de ellas era lo que ocurría con la corriente eléctrica en el vacío. Para sus experimentos empleaba lo que se conoce el tubo de Coolidge, que consistía de un ánodo y de un cátodo colocados dentro de un tubo del cual se extrae al aire para producir un vacío.

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

Fenómeno físico que presentan ciertos cuerpos, consistente en la emisión de partículas o radiaciones, o de ambas a la vez, procedentes de la desintegración espontánea del átomo. El fenómeno de la radiactividad fue descubierto casualmente por Henri Becquerel en 1896. Estudiaba los fenómenos de fluorescencia y fosforescencia, para lo cual colocaba un cristal de Pechblenda, mineral que contiene uranio, encima de una placa fotográfica envuelta en papel negro y las expone al sol. Cuando desenvolvía la placa la encontraba velada, hecho que atribuía a la fosforescencia del cristal.

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

El matrimonio Curie fue importante porque fueron los que descubrieron el fenómeno que Becquerel estaba observando, por lo que pudo saber con qué estaba tratando y Rutherford consiguió clasificar los distintos tipos de radiación.

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

Las radiaciones alfa son un tipo de radiación poco penetrante que puede ser detenida por una hoja de papel. En cambio en las radiaciones beta, su poder de penetración es mayor que las alfa. Pueden ser frenadas por metros de aire, una lámina de aluminio o unos cm de agua. Y por último, las radiaciones gamma, en las cuales el núcleo no pierde su identidad. Mediante esta radiación el núcleo se desprende de la energía que le sobra para pasar a otro estado de energía más baja.

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

La ley de la desintegración radiactiva predice el decrecimiento con el tiempo del número de núcleos de una sustancia radiactiva dada que van quedando sin desintegrar. Sirve como método de datación geológica ya que si sabes la cantidad de desintegración radiactiva de cualquier resto.

4g) ¿Para qué sirve un contador Geiger?

Un contador Geiger es un instrumento que permite medir la radiactividad de un objeto o lugar. Es un detector de partículas y de radiaciones ionizantes.

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

El experimento de Rutherford, también llamado "experimento de la lámina de oro", fue realizado por Hans Geiger y Ernest Marsden en 1909, bajo su propia dirección.

El experimento consistió en bombardear láminas de mica, a continuación de pan de oro y por último de platino con un haz de partículas a (alpha) que se obtienen de la desintegración de una sustancia radiactiva y son partículas con doble positivo. Basándose en el modelo de Thomson lo que se esperaba era que las partículas alpha atravesasen la lámina.

Al realizarlo con una lámina de mica se dieron cuenta que no se podía esperar que desviasen a la partícula alpha ya que la mica es muy gruesa. La mica esta formada por átomos que según Thompson eran esponjitas de carga eléctrica positiva con electrones embebidos en ella compensándolas. Con oro la experiencia mejoro ya que es más fina y cabía esperar que atravesase la lámina pero aún revotaban algunas y ya fue tan sorprendente que hasta el propio Rutherford exclamó:” fue tan sorprendente como si le disparases balas de cañón a una hoja de papel y rebotasen hacia ti” Esta frase significa que no tiene ni “pies ni cabeza” que eso ocurriese ya que si tirasemos balas de cañon hacia una hoja de papel esperaríamos que traspasase la hoja y quedaríamos impresionados si rebotase. Lo que había ocurrido era que las partículas alpha habían chocado contra partículas de elevada carga positiva.

Esto hizo a Rutherford plantearse que el rebote de las partículas alpha era causada por un choque de estas con una parte fuertemente positiva del átomo y a la vez muy densa y que toda la carga positiva del átomo estaba en un pequeño núcleo.

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

Animación de un átomo según Rutherford:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/3D_anamation_of_the_Rutherford_atom.ogv

Según el modelo de Rutherford, los electrones se mueven en órbitas circulares y tienen una aceleración normal. Pero en cambio, los principios del electromagnetismo que se conocían enunciaban que un electrón que estaba cargado y que es acelerado, o cuya dirección es modificada, emite o absorbe radiación electromagnética y el modelo de Rutherford se contradecía, ya que el electrón no emitía ningún tipo de radiación.

Rutherford modificó su modelo.

Describió el átomo de la siguiente manera:

Dividido en dos partes:

- La corteza (constituida por todos los electrones que giran a gran velocidad alrededor del núcleo)

- Núcleo, es muy pequeño, concentra toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo.

A Rutherford se le considera el padre de la interacción nuclear, ya que gracias a sus investigaciones sabemos que la interacción nuclear fuerte mantiene los núcleos unidos.

Las 4 interacciones fundamentales de la naturaleza son, interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil, interacción electromagnética e interacción gravitatoria.

Interacción nuclear fuerte:

Es la interacción que permite mantener a los nucleones (protones y neutrones) unidos para formar el núcleo.

Interacción nuclear débil:

Se denomina débil, ya que es 1023 veces más pequeño que la interacción nuclear fuerte. El efecto más común es el decaimiento beta y la radioactividad.

Interacción electromagnética:

Es la interacción entre las partículas con carga eléctrica. Se suele separar en dos tipos de de interacción (electrostática y magnética).

Interacción gravitatoria:

Es la más conocida de todas, es muy débil y afecta a todas las partículas. Esta hace que cualquier tipo de materia provista de energía interaccione entre sí.

Cavendish. La Constante de Gravitación Universal.

The Royal Society es una comunidad más antigua en la que están los científicos más importantes del mundo.  Cavendish entró a formar parte de la Royal Society en 1760. Newton y Hooke, entre otros ilustres científicos, también formaban parte de ella.

Su objetivo principal es la promoción y difusión de la investigación científica. 

Destacaron Darwin, Boyle y Newton. 

Cavendish midió la composición química del aire.
Este diagrama representa los gases más importantes según su abundancia.

La teoría del flogisto, sustancia hipotética que representa la inflamabilidad, es una teoría científica obsoleta según la cual toda sustancia susceptible de sufrir combustión contiene flogisto, y el proceso de combustión consiste básicamente en la pérdida de dicha sustancia. Fue postulada a finales del siglo XVII por los químicos alemanes Johann Becher y Georg Stahl para explicar el proceso químico de la combustión. Pero el químico francés Antoine Lavoisier descubrió que la combustión es una reacción en la cual el oxígeno se combina con otra sustancia y en 1800 la teoría del flogisto fue  desaprobada por todos los químicos dando como válido el experimento de Lavoisier.


Cavendish realizó importantes descubrimientos de Química, entre ellos, describir varias propiedades del hidrógeno. Es el primer elemento de la tabla periódica. En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido. El átomo de hidrógeno, símbolo H, consta de un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón. Tiene número atómico 1 y peso atómico de 1.00797. Es uno de los constituyentes principales del agua y de toda la materia orgánica, y está distribuido de manera amplia no sólo en la Tierra sino en todo el universo.

Además descubrió la composición química del agua.
El agua está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y un átomo de oxígeno (O) unidos mediante sendos enlaces covalentes, de manera que la molécula tiene una forma triangular plana. Es decir los átomos de hidrógeno y oxígeno están separados entre sí aproximadamente 0,96 Angstroms (más o menos un nanómetro – una milmillonésima de metro) y el ángulo que forman sus líneas de enlace es de unos 104,45 grados.

El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad. 

Cavendish también fue un adelantado a su tiempo. Aunque no entró en la histora por su descubrimento,

La ley de Coulomb puede expresarse como:

La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.

Un condensador es un dispositivo que es capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Esta formado por dos armaduras metálicas paralelas, generalmente de aluminio y están separadas por un material dieléctrico. Los condensadores tienen una serie de características: capacidad (se mide en faradios: F), tensión de trabajo (es la máxima tensión que puede aguantar un condensador), tolerancia (es el error máximo) y polaridad (SOLO: condensadores electrolíticos).

Cavendish inventó un termómetro que funcionaba sin mercurio, pero, ¿cómo funciona un termómetro? ¿Qué tipos de escalas térmicas existen? 

Los termómetros funcionan de una manera muy simple: dentro del termómetro hay mercurio, un líquido que es muy susceptible a los cambios de temperatura. Siguiendo este conocimiento, cuando suben las temperaturas, el líquido se dilata (se expande), y cuando éstas bajan, se contrae, y por eso va marcando la temperatura dependiendo de la escala en la que éste se encuentre.

Existen 3 escalas distintas, Celsius, Kelvin y Fahrenheit:

Celsius: 

Punto de Fusión: 0º C

Punto de Ebullición: 100º C

Fahrenheit:

Punto de Fusión: 32º F

Punto de Ebullición: 212º F

Kelvin:

1ºK=−273,15 °C

Punto de Fusión: 273 K

Punto de Ebullición: 373 K

Arquimedes. El Principio Fundamental de la Hidroestática

Para medir se utlizan diferentes apartos, entre ellos, la báscula, el dinamómetro y el calibre.

Sensibilidad: Desplazamiento del marcador de medida.

Precisión: Mínima fracción de medida.

Rapidez: Tiempo de medida.

Exactitud: Mismo resultados en medidas repetidas.

La báscula es un instrumento que sirve para medir la masa.

Hay dos tipos. Los analógicos son en los que el valor que se obtiene se  lee en una escala graduada de rayas sobre las que se mueve una aguja. Los digitales, son en los que aparece el valor escrito con números. Las básculas que se encuentran en tiendas y las de baño sólo ofrecen informacion orientativa y esto es por que las básculas son muy sensibles y se pueden desbalancear con facilidad.

Las únicas que se debe tomar en cuenta como exactas son las básculas médicas, e inclusive si una báscula médica no cuenta con servicio de mantenimiento, o se juega con ellas, podrían también fallar.

El dinamómetro es un instrumento utilizado para medir fuerzas o para pesar objetos . El dinamómetro tradicional, inventado por Isaac Newton, basa su funcionamiento en la elongación de un resorte que sigue la ley de elasticidad de Hooke en el rango de medición. Al igual que una báscula con muelle elástico, es una balanza de resorte, pero no debe confundirse con una balanza de platillos (instrumento utilizado para comparar masas). Es muy preciso.

















El calibre es un instrumento utilizado para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros. Existen modernos calibres con lectura directa digital.pero no son tan precisos como los tradicionales.

El peso se mide en newtons (N), la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m³) o en litros (l). La masa es una magnitud fundamental, nos sirve para definir todas las demás magnitudes, mediante operaciones matemáticas, y han sido elegidas arbitrariamente, mientras que el el volumen y el peso son magnitudes derivadas, formadas por otras magnitudes fundamentales. El peso es una longitud (m) elevada al cubo.    El peso (N) es una magnitud derivada formada por: kilogramo por metro partido por segundo al cuadrado. 

Vamos a comenzar un estudio comparando los datos de dos bolas con mismo diametro.

La bola plateada:

M=68,5g.
Peso=0,69N.
A continuación vamos a calcular su masa aplicando a ecuación:
P=mg

La bola negra:

M=22,5g
Peso=0,2N

Ahora realizamos la ecuación p=mg para obtener la masa:

Existen diferencias porque al decir el valor de g es una aproximación.

El diametro de las bolas es 0,92 mm.
0,92 mm=0,092 cm

La medida del diámetro de ambas esferas es 0,92 mm

0,092=0,1 cm/1 mm=0,092 cm

diámetro=0,092 cm

radio=0,046 cm

Volumen:

V=4·pi·r³/3=4·pi·0,046³/3=0,00041 cm3

El volumen de ambas esferas es 0,00041 cm3 =4,1·10-4

densidad=m/V

d=0,020/0,00041=48,781cm

La densidad de ambas esferas es 48,781cm

Las medidas experimentales que muestra el vídeo son:

La bola negra 0,22N fuera del agua y 1,4N dentro del agua.

La bola plateada 0.68N fuera del agua y 0,59N dentro del agua.

Vamos a calcular ahora el empuje teórico

Empuje = densidad · volumen · gravedad

Empuje esfera plateada = 0,00041 cm3 · 48,781cm · 9,8m/s2 = 0.020 kg

Empuje esfera negra= 0,00041 cm3 · 48,781cm · 9,8m/s2 = 0.020 kg
Entonces el empuje de las dos bolas es de 0,021 N, y es la misma para las dos esferas porque tienen el mismo volumen, las metemos las dos en agua, y la gravedad es la misma.Conociendo estos resultados podemos decir que el principio de Arquímedes se cumple.

Portada

  Los 10 experimentos más bellos de la física es un artículo escrito por Robert Crease en el que hace una lista de los 10 experimentos más bellos de la física. Para ello primero tubo que hacer una recopilación y para ello, tuvieron que saber como iban a determinar que un experimento fuera bello, y quedaron en que era más bello aquel que requería menos medios para resolverlo y aquel que su conclusión cambiaba mucho la forma de pensar (como si ahora nos dicen que hay un mundo paralelo).

  El libro tiene un hilo conductor porque al final de la introducción te invita a que sigas leyendo.

  Este libro explica los 10 experimentos físicos mas uno undécimo ya que había dos de Galileo. Tiene que ver con la asignatura porque son físicos.

  Al conocer la historia de la ciencia no solo uno se hace más culto si no que te da en qué pensar y así puedes reflexionar sobre las cosas y también puedes tener referencias y recursos a la hora de defender algo.

  Conocía el experimento de la corona de Arquímedes pero pensé que con utilizar el recipiente con agua servía y al leer el primer capítulo aprendí que en verdad no pudo hacerlo con eso. También conozco el de la luz que atraviesa el prisma.

  Conozco un poco Einstein, Arquímedes y Galileo.

  En la portada puedo ver a Einstein con una de sus famosas caras y con los pelos de loco en una bañera llena de agua. El libro de llama de Arquímedes a Einstein. Einstein ya está en la portada a simple vista, pero Arquímedes también. Podemos asociar la bañera con Arquímedes por el experimento de la corona.
 
  Manuel Lozano nació en el 1949 en Sevilla. Es un físico nuclear, divulgador científico. y escritor. Ha dirigido 12 tesis doctorales. Ha escrito novelas históricas ambientadas en el siglo XVIII.

En mi portada he dibujado a Einstein con una corona y un prisma en una pecera. El prisma tiene unas flechas casi inapreciables hacia arriba para asociarlo con le principio de Arquímedes. En la mesa hay una manzana mordida y detrás un manzano.

 

Portada del libro

1. Título del libro
Los experimentos se escogieron mediante una encuesta publicada en la revista "Physics World" sobre los experimentos más bellos de la física hecha por Robert Crease. Después de su gran éxito con más de 200 respuestas se difundió por más periódicos y los resultados fueron elegidos por mayoría de votantes.

El libro va dirigido a un lector padre o madre que tenga hijos sobre los 12-16 años a los que divertir, ilutrar y animar a que reproduzcan algunos de los experimentos ellos mismos. Digamos que el hilo conductor de esto libre es para que esto les incite a que les guste más la física y que les entretenga.

Dentro de la asignatura este libro nos puede enseñar otras formas de ver la física y aprender, viendo como se hacen experimentos que es una forma más entretenida.

La historia de la ciencia es muy importante ya que nos ha permitido descubrir cosas nuevas, y avanzar bastante en nuestra forma de vida. Lo que nos permite seguir descubriendo cosas a partir de las ya descubiertas.

No conozco ninguno de los experimentos muy a fondo pero me suenan algunos como la caída libre de los cuerpos, al igual que conozco algunos científicos como Arquímedes y Galileo.

Me parece interesante aprender una asignatura a partir de un libro.

2.Análisis de la ilustración
La ilustración del libro me parece divertida. Como en la portada, que aparece Einstein en la bañera dibujado. Y me sugiere que no es un libro aburrido, sino que explica cosas de física de forma entretenida.

3.El autor: Manuel Lozano Leyva
 Manuel Lozano Leyva es un físico nuclear, escritor y divulgador científico.
Es catedrático de física nuclear, atómica y molecular en la facultad de física de la Universidad de Sevilla.
A parte de esto ha escrito varios libros como "El enviado del rey" y "Conspiración en Filipinas".
Y de ciencias ha escrito "El cosmos en la palma de la mano", "Los hilos de Ariadna: diez descubrimientos científicos que cambiaron la visión del mundo" y "Nucleares, ¿Por qué no?

4.Portada
He hecho esta portada ya que como índica el título aparecen Einstein y Arquímedes.

Este es un blog creado por Teresa Abati, Blanca García Bernalt y Sofía Miláns del Bosch. En el publicaremos diferentes entradas sobre el libro "De Arquímedes a Einstein" de Manuel Lozano Leyva.