sábado, 28 de septiembre de 2013

Tarea 4

4A) ¿Qué es dualidad?

Dualidad significa "existencia de dos caracteres o fenómenos en una misma persona o en un mismo estado de cosas". Hay muchos fenómenos o individuos que identificamos en la naturaleza que son duales, por ejemplo, todos vemos el amanecer y también hemos presenciado un crepúsculo, es decir, conocemos el día y la noche, pero ¿podemos concebir la existencia de la noche si no conociéramos el día?. Muy seguramente la respuesta es 'no'. Esto quiere decir que la existencia de uno no tiene sentido sin el otro, o más bien, no se puede explicar la existencia de uno sin el otro. 

El día y la noche. Tomada de: http://mimajestad.blogspot.mx/2013/02/acerca-de-las-dualidades.html
Igualmente, en un plan más moral y metafísico uno puede decir que existe el mal, lo vemos con cada acción y/o actitud negativa, con cada omisión, cada falta que cometemos, sin embargo, ¿es posible conocer el bien y todas sus bondades y beneficios si no existiera el mal?. Obviamente no puede existir uno sin el otro, y por ende, no se puede explicar la existencia de uno sin el otro, ya que ¿cómo sabríamos si existe el mal si no sabemos del bien?. De la misma manera ocurre con parejas duales como dolor-alegría, vida-muerte,  hombre (o macho)-mujer (o hembra), alumno-estudiante... y no acabaríamos.

En la física, también existen las dualidades y una de las más conocidas es la dualidad que presenta la luz, de la cual se ha llegado a la conclusión de que tiene propiedades de onda y propiedades de partícula. Por extraño que parezca, en palabras del propio Stephen Hawking la dualidad onda-partícula de la luz se explica como: "concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa". A inicios del siglo pasado, el físico francés Louis de Broglie postuló que para cada partícula, existe una onda asociada. Actualmente esto ya se ha tomado como verdad indiscutible, algo difícil de comprender, pero a fin de cuentas incuestionable. Un ejemplo, es el siguiente experimento: se pone a dos personas a observar un cilindro, el cual se irradia con luz de un lado y con luz de otro lado perpendicular a la primera perspectiva. Ninguna de las dos personas sabe que figura tiene enfrente, sólo intentará deducir cual es por la sombra que se proyecte. La persona de la primera perspectiva observará un cuadrado y pensará que se trata de un cubo, mientras que la segunda observará un círculo y pensará que tiene ante sus ojos una esfera. Lo mismo pasa con la luz, ya que hay experimentos que nos dicen que la luz es una onda, mientras que hay otros que dirán que es una partícula.

Dualidad, dos puntos de vista. Tomado de:  http://es.wikipedia.org/wiki/Dualidad_onda_corp%C3%BAsculo


Corrección/Repetición y extensión de Tarea 3


Tarea 3

3A) Campos escalares.

Si observamos mapas orográficos, nos toparemos con unas líneas sinuosas, dentadas o hasta a veces quebradas; inclusive en esas líneas pueden haber superficies de diversos colores, los cuales contienen valores continuos o por rangos de alturas sobre el nivel del mar. A estas líneas se les denomina 'curvas de nivel' y representa una cantidad ESCALAR.



Un valor escalar es aquel que se representa con un número, el cual es arbitrario, como la altura, que se toma con respecto al nivel del mar por conveniencia internacional, pero... también existen valores escalares como Temperatura, Presión, 'x', 'y', 'z', tiempo, y un largo etcétera. Cuando en un espacio se representan valores escalares agrupados, se tiene un campo escalar como los siguientes:


En estos campos escalares, cuando se unen con líneas los valores idénticos, se obtienen curvas de nivel o 'isotermas' (del griego 'isos' : igual). El nombre de isotermas está muy difundido por la termodinámica, ya que hay procesos que son iso: isotérmicos, isobáricos, isocóricos; pero esta denominación 'iso' se puede extender a cualquier sistema de coordenadas, como 'iso-x', 'iso-y', 'iso-z', 'isotiempo' o bien, 'isolugar'.


Ahora bien, cuando se lleva a cabo un fenómeno, acontecimiento o bien un 'proceso', pueden haber dos o más variables medibles escalarmente en dicho proceso, por lo que los campos escalares de dichas magnitudes medibles se 'suman' para obtener un sistema de coordenadas, el cual es arbitrario y es por elección ya que su única relevancia es la de poder localizar al proceso en esas dos o más magnitudes, que pueden ser por ejemplo el tiempo, la velocidad, la posición, presión, temperatura, volumen o cualquier otra.


3B) Campos vectoriales. Importancia de la suma de vectores para la obtención de campos vectoriales

Ya obtenido un campo escalar y la suma de éstos, ahora hay que localizar un proceso en él. En dicho proceso habrá cambios de variables, los cuales dependerán de la naturaleza de dicho proceso y de la interdependencia entre las variables que lo afecten, esto es, la relación función-variable encontrada experimentalmente.


En este caso, el desplazamiento en 'y' cuando 'x' es constante es 1 y el desplazamiento en 'x' cuando 'y' es constante es también 1. A estos desplazamientos se les llama VECTORES, los cuales tienen una magnitud, una dirección y un sentido, por lo que cambia su valor y significado cuando el desplazamiento es positivo o negativo.



El valor del vector depende naturalmente del cambio que haya con respecto a 'y' y a 'x', por lo que el nuevo vector estará dado por:

Es por ello que es importante la suma de vectores para calcular una derivada, la cual es un vector también (¡!). Ahora, si se incluye una fórmula analítica se puede construir un campo vectorial de manera gráfica, repitiendo las derivadas según la dependencia algebraica de las variables en el proceso. Por ejemplo:

Para un proceso con la fórmula analítica: 
Y con un campo escalar:



Se realiza la aplicación de la fórmula analítica en el campo escalar y se obtiene:




Como se observa, al aplicar la fórmula analítica del proceso para T=1 y V=1, el valor de la componente en T es 2, mientras que el componente en V es 1. Para cuando T=1 y V=2, los valores de las componentes en T y V son 2 y 1=2, para T=1 y V=3 son 2 y 1/3 y para T=1 y V=4 son 2 y 1/4. Así se repite con todos los valores de T y V utilizando la fórmula analítica del proceso. Por último, si se eliminan las componentes en T y V y se traza el vector correspondiente a cada punto, se obtiene:




Y es así como se obtiene un primitivo campo vectorial. Si se aplica la fórmula para todos y cada uno de los puntos, se puede obtener un campo vectorial completo.

3C) Trascendencia de la elección del campo escalar

Como ya vimos, se puede elegir un sistema de coordenadas, basado en un campo escalar de una magnitud que pueda ser medible. Por ejemplo, para un estado de gas, se puede medir su temperatura, volumen, presión, o bien, calcular entalpía o entropía o energía interna, entre muchas otras magnitudes físicas. Por ello, es importante no 'casarse' con un campo escalar, o bien, un sistema de coordenadas, ya que se elija el sistema que se elija, un proceso sigue siendo el mismo, dado que es absoluto, mientras que las coordenadas son relativas.

Un ejemplo puede ser el siguiente:

Teniendo un proceso que se puede describir por las dos ecuaciones:


Donde A, B, C y D son los coeficientes que le dan sentido a la ecuación y que modifican la magnitud de cada componente en el que se localiza.

Se puede representar en dos sistemas de coordenadas, los cuales son perfectamente válidos:



Como se observa, es exactamente el mismo proceso, sin embargo, se puede cambiar su interpretación según el sistema de ejes coordenados que se elija. Es por ello, que esta elección es irrelevante, pero esto no significa que sea útil, por lo que se puede concluir que no es de vital importancia la existencia de este.

Fuentes:

Apuntes de clases Física III grupo 1401
http://es.wikipedia.org/wiki/Escalar_(f%C3%ADsica)
http://es.wikipedia.org/wiki/Vector

domingo, 15 de septiembre de 2013

Corrección Tarea 2C

2C) Aberración de la luz

Es bien sabido que cuando vamos en un autobús y tenemos las cortinas (si las hay) abiertas, podemos 'observar que nos movemos' (como diría Galileo Galilei). Tomando en cuenta esto, si un día estamos en trayecto y tal día está lluvioso, podremos percatarnos que las gotas de lluvia que se estrellan contra las ventanas describen un trayectoria sesgada, mientras que sabemos que si no hay mucho viento mientras llueve, las gotas de lluvia tendrían (idealmente) una trayectoria perpendicular a la posición del suelo (si éste está nivelado perfectamente). Este sesgo producido constituye una 'aberración', que etimológicamente se define como 'desviación'.

Efecto de la velocidad relativa entre el autobús y las gotas de lluvia

Esta misma desviación ocurre con la radiación y el efecto más conocido es a nivel estelar, descrito por primera vez en 1725, cuando James Bradley, quien era profesor de Astronomía en la Universidad de Oxford, intentó medir la distancia a la estrella γ-Draconis observando su orientación en dos diferentes épocas del año, aprovechando que el movimiento de la Tierra provocaba que su posición relativa con respecto al Sol y a dicha estrella formaba una línea para triangular su distancia a la Tierra.


Explicación de la aberración descubierta por Bradley

Bradley, para su sorpresa, encontró que las estrellas fijas mostraban un movimiento sistemático aparente, relacionado con la dirección del movimiento de la Tierra en su órbita y no dependía, como se había anticipado, de la posición de la Tierra en el espacio.

Sin embargo, según lo visto en clase, la estrella no 'conoce' su posición, es decir, no la puede 'elegir', además de que la radiación no tiene características propias, simplemente es radiación emitida por la estrella y nada más; constituyéndose así un suceso: la emisión de radiación por parte de un cuerpo estelar. Quienes le damos sentido, somos nosotros, dado que le asignamos un valor de energía a la radiación, un color y una dirección, según nuestro marco de referencia, el cual es la Tierra.

Ahora bien, dado que nuestro planeta es un marco de referencia 'con todas las de la ley', entonces haría falta también que asignarle una posición en el espacio, dado que somos observadores del fenómeno de la radiación; la posición más pertinente es la que ocupamos con respecto al Sol, dado que también es otro marco de referencia, ya que es un cuerpo con masa.

Tomando en cuenta estas definiciones, podemos concluir que la aberración es la diferencia entre ángulos (dirección) de la radiación respecto a dos diferentes observadores y a la velocidad relativa que existe entre ellos. El mismo problema se tiene con la variación real de la frecuencia en el efecto Döppler.

En el siguiente esquema se puede representar lo que anteriormente se ha dicho:


Es por ello que se observa distinta dirección entre la luz proveniente de una estrella si uno se encuentra en la Tierra o si se encontrara (si esto fuera hipotéticamente posible) en el Sol.

Fuentres:
Mismas fuentes que la versión original, más correcciones hechas en clase.

domingo, 8 de septiembre de 2013

Tarea 3

Tarea 3

3A) Campos escalares.

Si observamos mapas orográficos, nos toparemos con unas líneas sinuosas, dentadas o hasta a veces quebradas; inclusive en esas líneas pueden haber superficies de diversos colores, los cuales contienen valores continuos o por rangos de alturas sobre el nivel del mar. A estas líneas se les denomina 'curvas de nivel' y representa una cantidad ESCALAR.



Un valor escalar es aquel que se representa con un número, el cual es arbitrario, como la altura, que se toma con respecto al nivel del mar por conveniencia internacional, pero... también existen valores escalares como Temperatura, Presión, 'x', 'y', 'z', tiempo, y un largo etcétera. Cuando en un espacio se representan valores escalares agrupados, se tiene un campo escalar como los siguientes:




En estos campos escalares, cuando se unen con líneas los valores idénticos, se obtienen curvas de nivel o 'isotermas' (del griego 'isos' : igual). El nombre de isotermas está muy difundido por la termodinámica, ya que hay procesos que son iso: isotérmicos, isobáricos, isocóricos; pero esta denominación 'iso' se puede extender a cualquier sistema de coordenadas, como 'iso-x', 'iso-y', 'iso-z', 'isotiempo' o bien, 'isolugar'.


Ahora bien, cuando se lleva a cabo un fenómeno, acontecimiento o bien un 'proceso', pueden haber dos o más variables medibles escalarmente en dicho proceso, por lo que los campos escalares de dichas magnitudes medibles se 'suman' para obtener un sistema de coordenadas, el cual es arbitrario y es por elección ya que su única relevancia es la de poder localizar al proceso en esas dos o más magnitudes, que pueden ser por ejemplo el tiempo, la velocidad, la posición, presión, temperatura, volumen o cualquier otra.


3B) Campos vectoriales. Importancia de la suma de vectores para la obtención de campos vectoriales

Ya obtenido un campo escalar y la suma de éstos, ahora hay que localizar un proceso en él. En dicho proceso habrá cambios de variables, los cuales dependerán de la naturaleza de dicho proceso y de la interdependencia entre las variables que lo afecten, esto es, la relación función-variable encontrada experimentalmente.


En este caso, el desplazamiento en 'y' cuando 'x' es constante es 1 y el desplazamiento en 'x' cuando 'y' es constante es también 1. A estos desplazamientos se les llama VECTORES, los cuales tienen una magnitud, una dirección y un sentido, por lo que cambia su valor y significado cuando el desplazamiento es positivo o negativo.



El valor del vector depende naturalmente del cambio que haya con respecto a 'y' y a 'x', por lo que el nuevo vector estará dado por:



Es por ello que es importante la suma de vectores para calcular una derivada, la cual es un vector también (¡!). Ahora, con esto se puede construir un campo vectorial de manera gráfica, repitiendo las derivadas según la dependencia algebraica de las variables en el proceso:



Y es así como se obtiene un primitivo campo vectorial.

Fuentes:

Apuntes de clases Física III grupo 1401
http://es.wikipedia.org/wiki/Escalar_(f%C3%ADsica)
http://es.wikipedia.org/wiki/Vector

sábado, 24 de agosto de 2013

Tarea 2

Tarea 2

2A) Efecto fotoeléctrico

La luz puede, bajo determinadas condiciones provocar desplazamiento de electrones, más específicamente, aquellos que se localizan en la capa de valencia de cada átomo metálico, dada la poca fuerza de unión que éstos poseen con respecto al núcleo, ya que se encuentran localizados en el "Mar de electrones", como conocen los Químicos al ambiente del enlace metálico. 

Este fenómeno fue primero observado por Heinrich Hertz en 1887, al descubrir se aumentaba la eficiencia de los pulsos generados en aparatos de transmisión telegráficos, si irradiaba con luz UV el espacio que se encuentra entre las dos esferas que forman parte de los generadores de pulsos de dichos instrumentos. Posteriormente, el asistente de Hertz, Philipp von Lenard realizó estudios más profundos a cerca de éste fenómeno. Esto está documentado en un artículo del Annalen der Physik del año 1887.

Von Lenard utilizó superficies metálicas que primero fueron perfectamente limpiadas y luego colocadas al vacío, para eliminar cualquier posibilidad de interferencia por contaminación, como por ejemplo, la oxidación por contacto con oxígeno atmosférico. La muestra fue puesta en un tubo de vidrio al vacío y con una placa de un metal distinto colocada en el otro lado del tubo. El dispositivo armado, llamado "fotocelda" u "ojo eléctrico" fue colocado de tal manera que la luz incidiera solamente en la superficie del primer metal. Lennard conectó esta fotocelda a un circuito con una fuente de poder, un vóltímetro y un microampetímetro. Posteriormente, iluminó la superficie fotosensible con haces de luz de distintas frecuencias e intensidades.

Diagrama del dispositivo de von Lenard (tomada de: http://physics.info/photoelectric/)

El desprendimento de electrones de la placa fotosensible provoca que ésta adquiera una carga ligeramente positiva, al igual que la segunda placa, que se encontraba enfrentada a la primera. Posteriormente ésta atraería los "fotoelectrones". Manteniendo la idea de que los fotones no crean electrones, la única alternativa razonable era pensar que el flujo de estos se originaba debido a que se desprendían del lugar que ocupaban en la superficie del material fotosensible, dado que este flujo era detectado por el microamperímetro colocado en el circuito.

Hay que notar también que la fuente de poder está conectada al circuito, con su polaridad negativa conectada a la placa que no está iluminada. Esto es para crear un potencial de electrones que empuja los electrones de regreso a la placa iluminada, es decir, creando resistencia al movimiento de electrones. Cuando la fuente de poder se enciende a una bajo voltaje, provoca que los electrones menos energéticos sean atrapados, reduciendo la corriente que pasará a través del microamperímetro. Si se incrementa el voltaje de la fuente de poder llegará el punto en que el flujo de electrones sea totalmente detenido y el microamperímetro marque cero. A esto se le llama potencial de frenado y corresponde a la medición de la energía cinética máxima que adquieren los electrones como resultado del efecto fotoeléctrico.

Hay que tomar en cuenta y no perder de vista que la radiación electromagnética (luz en este caso) no tiene a la energía como propiedad inherente o intrínseca, pues ésto depende del marco de referencia que se elija y para este caso. Si se elige la tierra como marco de referencia y dentro de ese marco se elige otro como el laboratorio donde se realizan las mediciones, entonces el experimento si tendría sentido al asignar valores, constantes y demás "adornos".

Aclarado esto, ahora se puede señalar la ecuación encontrada para explicar matemáticamente el efecto fotoeléctrico es la siguiente:


Donde Kmax es la energía máxima que adquieren los electrones, e es la carga de los electrones y Vs es el potencial de frenado (stopping potential). En éste fenómeno, la energía máxima de los electrones depende de las propiedades del metal, pues la energía de desprendimiento de los electrones es distinta para todos y cada uno de los metales.

Ahora una cuestión: ¿Por qué se hizo hincapié en que la energía no tiene sentido si no se elige marco de referencia? Bueno, la respuesta está en que en la teoría clásica de ondas, la energía de la radiación electromagnética tiene una energía inherente a dicha onda (¡vaya error!). Esto implica que, si una onda que tiene cierta intensidad I, choca con la superficie metálica en cuestión, ésto provocará que el electrón abssorba esa energía de la onda, acumulándola hasta el momento en que sea tanta la energía que el electrón se desprenda del metal. La energía mínima necesaria para que desprender un electrón del metal es llamada función de trabajo o función 'phi', cuya medida se encuentra en el orden de los eV (electronvols).

Se pueden por lo tanto, obtener tres predicciones utilizando esta explicación 'clásica':
  1. La intensidad de la radiación debe tener una relación proporcional con la energía cinética máxima resultante.
  2. El efecto fotoeléctrico debe ocurrir para cualquier luz, sin importar su frecuencia o longitud de onda.
  3. Debe haber un retraso de segundos entre el contacto de la radiación con el metal y la emisión inicial de fotoelectrones.
Sin embargo, en 1902 las propiedades del efecto fotoeléctrico fueron bien documentadas, mediante experimentación se obtuvo que:
  1. La intensidad de la fuente de luz no tenía efecto en la energía cinética de los fotoelectrones.
  2. Por debajo de una cierta frecuencia, el efecto fotoeléctrico no ocurre.
  3. No hay un retraso significativo (en el orden de nanosegundos) entre la activación por la fuente de luz y la emisión de los primeros fotoelectrones.
Como se puede observar, esos tres resultados son exactamente lo opuesto a lo propuesto en las prediciones teóricas obtenidas con anterioridad y no solo eso, sino que son completamente contra lo que diría la intuición. ¿Por qué la frecuencia de luz baja no disparara el efecto fotoeléctrico, aunque tenga energía por si misma? ¿Cómo es que los electrones salen disparados tan rápidamente? Y quizás más extrañamente: ¿Por qué aunque se aumente la intensidad de la radiación no hay una emisión más energética de los electrones? Esto curioso que la teoría falle en este caso, cuando antes funcionaba tan bien.

En 1905, Albert Einstein publicó 4 artículos en el Annalen der Physik y en uno de ellos se daba su explicación del efecto fotoeléctrico.

Basándose en la teoría de la radiación del cuerpo negro, enunciada por Max Planck, Einstein proponía que la energía de la radiación no está contínuamente distribuída en el frente de onda, sino que está distribuida en pequeños paquetes (llamados más tarde 'fotones'). La energía de los fotones estaría asociada con su frecuencia (nu), a través de una constante conocida como 'constante de Planck' (h) o alternativamente utilizando la longitud de onda (lambda) y la velocidad de la luz (c).


O bien, la ecuación que utiliza la expresión del momento (p):


En la teoría de Einstein, un fotoelectrón es liberado como resultado de una interacción con un fotón, en vez de se con la onda completa. La energía que el fotón transfiere instantáneamente a un electrón, lo saca del metal siempre y cuando sea mayor a la función trabajo del metal. Si la energía (o frecuencia) es muy baja, no habrá electrones liberados.

En contraparte, si hay energía en exceso, más allá de phi en el fotón, la energía excedente se convierte en energía cinética en el electrón:


Por lo cual, la teoría de Einstein predice que la energía cinética máxima es completamente independiente de la intensidad de la luz (no se encuentra en ninguna parte de sus ecuaciones). Esto quiere decir, que la intensidad de la luz sólo haría variar la cantidad de electrones, pero manteniendo su energía cinética máxima, siempre y cuando no varíe su frecuencia.

La energía cinética máxima es producto de la liberación de los electrones menos aferrados a su núcleo atómico, los cuales, según la teoría de bandas, se encuentran en la banda de conducción, es decir, son los más externos.

Diagrama de bandas en metales (tomada de: http://mx.kalipedia.com/tecnologia/tema/teoria-bandas.html?x=20070822klpingtcn_123.Kes&ap=3)

Para mover los electrones de valencia hacia la banda de conducción requiere un valor mínimo de frecuencia, llamado frecuencia de corte, definida como:


O bien, la longitud de onda de corte:


Es por esto, que si se irradia luz de bajas frecuencias no se observa flujo electrónico, es decir, la energía cinética de los fotoelectrones resulta máxima cero. Es por este estudio que Einstein recibió el Premio Nobel de Física de 1921 y no por su Teoría de la Relatividad, como erróneamente se piensa.

Aún después de Einstein, se llevó a cabo más experimentación con respecto al efecto fotoeléctrico, en especialmente Robert Millikan, quien en 1915 confirmó la teoría de Einstein, por lo que también ganó el Premio Nobel de Física del año 1923.

2B) Efecto Mößbauer

La Absorción Gamma Nuclear Resonante sin Retroceso o Efecto Mößbauer es un fenómeno físico descubierto por el físico alemán Rudolf Ludwig Mößbauer en 1957, mientras trabajaba con isótopo Iridio-191, investigando la fluorescencia nuclear resonante de éste elemento como parte de su trabajo de tesis doctoral, en el que notó una irregularidad en el conteo de radiación gamma que era parte de su experimento. Este trabajo lo publicó en 1958 y en 1961 obtuvo el Premio Nobel con Robert Hofstadter por este descubrimiento.  Dicha irregularidad dio origen a uno de los grandes métodos de la ciencia, ya que la Espectroscopía Mößbauer es considerada actualmente la más fina y penetrante de las herramientas para “sondear” las características y reacción de una gran cantidad de materiales, especialmente sólidos.

La anomalía detectada por Mößbauer consiste en que al haber una desintegración de un núcleo radiactivo, se produce radiación gamma, emitida por dicho núcleo, mientras que otro núcleo que –en principio- tiene una reacción gamma de la misma energía que el núcleo emisor, absorbe dicha radiación y se convierte en un núcleo resonante, es decir, absorbe una parte pero emite otra. La energía absorbida se encuentra en función de una velocidad relativa entre núcleo emisor y núcleo resonante, ya que para esto, se puede aprovechar el conocido efecto Döppler, ya que acercando o alejando los núcleos se variaría (modularía) el la energía emitida. Hay que señalar que si se elige como marco de referencia un átomo y el movimiento que se toma en cuenta es el que ocurre de uno con respecto a otro, entonces la longitud de onda y la energía tendrán un cambio real y un sentido.

Esta idea se pone en práctica en el caso del efecto Mößbauer  y la gráfica de la radiación absorbida contra la velocidad relativa entre los núcleos constituyen un Espectro Mößbauer.

La manera en que el núcleo emisor emite energía está íntimamente relacionada con su ambiente atómico-molecular; es decir su estado químico, magnético, térmico y grado de orden. Aún a pesar de que un átomo puede llegar a ser 10 000 veces mas grande que su núcleo (debido a las órbitas electrónicas), la especie química de la que forme parte determinará su patrón de absorción/emisión. Igualmente, si un átomo se encuentra en cierta posición relativa dentro de una molécula, el efecto de tal posición sobre su núcleo será diferente que si se encontrará en otra posición, y también si los átomos vecinos del átomo emisor tienen un campo magnético o un gradiente eléctrico (carga eléctrica neta o deslocalizada), entonces se afectará en formas distintas al núcleo emisor. A esta diferencia se le llama desplazamiento isomérico ó desplazamiento químico, el cual es muy característico de grupos funcionales o configuraciones cristalinas.

Desplazamiento químico para distintas especies químicas

Es por ello que se pueden determinar composiciones y estructuras en sólidos amorfos, teniendo como ejemplo los estudios edafológicos y morfológicos que se realizan en suelos de interés agrícola o bien, para determinar estructuras en la ciencia de materiales.

Ejemplo de espectro Mößbauer de una ferrita de litio (tomado de: Gautier, J. L., et al (2001). Lithium Insertion into Li-Mn, Li-Fe and Li-Co oxides. Bol. Soc. Chil. Quím. v.46 n.3. http://dx.doi.org/10.4067/S0366-16442001000300016 )

2C) Aberración de la luz

Es bien sabido que cuando vamos en un autobús y tenemos las cortinas (si las hay) abiertas, podemos 'observar que nos movemos' (como diría Galileo Galilei). Tomando en cuenta esto, si un día estamos en trayecto y tal día está lluvioso, podremos percatarnos que las gotas de lluvia que se estrellan contra las ventanas describen un trayectoria sesgada, mientras que sabemos que si no hay mucho viento mientras llueve, las gotas de lluvia tendrían (idealmente) una trayectoria perpendicular a la posición del suelo (si éste está nivelado perfectamente). Este sesgo producido constituye una 'aberración', que etimológicamente se define como 'desviación'.

Efecto de la velocidad relativa entre el autobús y las gotas de lluvia

Esta misma desviación ocurre con la radiación y el efecto más conocido es a nivel estelar, descrito por primera vez en 1725, cuando James Bradley, quien era profesor de Astronomía en la Universidad de Oxford, intentó medir la distancia a la estrella γ-Draconis observando su orientación en dos diferentes épocas del año, aprovechando que el movimiento de la Tierra provocaba que su posición relativa con respecto al Sol y a dicha estrella formaba una línea para triangular su distancia a la Tierra.


Explicación de la aberración descubierta por Bradley

Bradley, para su sorpresa, encontró que las estrellas fijas mostraban un movimiento sistemático aparente, relacionado con la dirección del movimiento de la Tierra en su órbita y no dependía, como se había anticipado, de la posición de la Tierra en el espacio. Aquí es muy evidente que la elección del marco de referencia es crucial para la interpretación de éste y muchos más fenómenos, puesto que al igual que por ejemplo el efecto Döppler, lo que influye es la velocidad relativa entre los cuerpos y esto a su vez, da la característica de longitud de onda, energía, color y demás propiedades que a primera vista parecen inherentes a la radiación electromagnética.

Fuentes:
http://physics.info/photoelectric/
http://www.quimicanuclear.org/pdf_memorias2006/simposio/JESUS_SOBERON.pdf

domingo, 18 de agosto de 2013

Tarea 1

Tarea 1

1A) Conceptos relativos y absolutos

A continuación se presentan algunos conceptos relativos y absolutos:


Como es fácil notar, resulta de alguna manera más complicado definir conceptos relativos, dada la costumbre humana de elegir marcos de referencia para representar ideas del mundo físico. Se da también por hecho que las magnitudes derivadas de conceptos relativos resultan ser relativos también, por ejemplo, si el espacio y el tiempo son relativos, el movimiento y la velocidad también lo serán, puesto que son dependientes del marco de referencia elegido.

1B) ¿Que dimensión tiene el Universo? ¿Es posible tomar foto de un lugar?

Desde que cobramos consciencia de nuestra presencia en este universo, los seres humanos hemos intentado explicar nuestro lugar dentro de él, intentando localizarnos afanosamente en un cierto "lugar" o en un cierto "espacio", esto no sin antes desafiar a nuestro limitado entendimiento. Uno de los más importantes desafíos es determinar si nuestro "lugar" o "tiempo" son siempre los mismos, si cambian o... si al menos existen.  

Isaac Newton y René Descartes introdujeron el concepto de que espacio y tiempo son absolutos, pues ésto facilitaba el estudio de sus ramas respectivas: la mecánica (ahora "clásica") y la geometría analítica; mientras que Galileo Galilei, en las cercanías del siglo XVII nos dio la primera noción importante a cerca de lo relativo que es el espacio, arguyendo que no existen los lugares en el universo, dado que son producto de nuestra elección. Más tarde, ya entrado el siglo XX, Albert Einstein se refirió a la relatividad del tiempo, definiendo a éste concepto también como un producto de nuestra elección. Ambos conceptos no tienen sentido por sí solos, por lo que la alternativa moderna de interpretación es ahora el espacio-tiempo, definido como una sucesión de acontecimientos, de los cuales somos testigos y/o protagonistas.

Ahora remontándonos a los griegos y egipcios y su definición de "espacio", en la que la geometría euclidiana contempla 3 dimensiones (alto, ancho, profundidad) y si tomamos en cuenta que dicho espacio es relativo, entonces es absurdo basarse en estos 3 ejes únicamente para describir al espacio que nos rodea. A esta preocupación si aunamos la noción de tiempo, también relativa, nos metemos en problemas al definir el Universo en dos conceptos separados, ya que como se había mencionado antes, son inservibles disociados.

Es por ello, que si formamos parte de una sucesión de eventos o acontecimientos, que suceden "en un cierto tiempo, en un cierto lugar", entonces cobraría sentido sumar las dimensiones espaciales con las temporales (3+1=4) dando como resultado que el Universo, basado en el espacio-tiempo, tiene 4 dimensiones.

Si la sustracción de los conceptos relativos nos coloca en un espacio y un lugar cuando estamos en un acontecimiento y si decidimos grabar éste fotografiándolo, entonces estamos tomando una foto de un lugar a una cierta hora, siempre y cuando elijamos un marco de referencia, que en nuestro caso bien puede ser nuestro planeta, o bien, más específicamente, nuestro huso horario. OJO: sin marco de referencia, nada tiene sentido.

1C) Biografía de Galileo Galilei



(Pisa, actual Italia, 1564-Arcetri, id., 1642) Físico y astrónomo italiano. Fue el primogénito del florentino Vincenzo Galilei, músico por vocación aunque obligado a dedicarse al comercio para sobrevivir. En 1574 la familia se trasladó a Florencia, y Galileo fue enviado un tiempo –quizá como novicio– al monasterio de Santa Maria di Vallombrosa, hasta que, en 1581, su padre lo matriculó como estudiante de medicina en la Universidad de Pisa. Pero en 1585, tras haberse iniciado en las matemáticas fuera de las aulas, abandonó los estudios universitarios sin obtener ningún título, aunque sí había adquirido gusto por la filosofía y la literatura.

En 1589 consiguió una plaza, mal remunerada, en el Estudio de Pisa. Allí escribió un texto sobre el movimiento, que mantuvo inédito, en el cual criticaba los puntos de vista de Aristóteles acerca de la caída libre de los graves y el movimiento de los proyectiles; una tradición apócrifa, pero muy divulgada, le atribuye haber ilustrado sus críticas con una serie de experimentos públicos realizados desde lo alto del Campanile de Pisa.

En 1592 pasó a ocupar una cátedra de matemáticas en Padua e inició un fructífero período de su vida científica: se ocupó de arquitectura militar y de topografía, realizó diversas invenciones mecánicas, reemprendió sus estudios sobre el movimiento y descubrió el isocronismo del péndulo. En 1599 se unió a la joven veneciana Marina Gamba, de quien se separó en 1610 tras haber tenido con ella dos hijas y un hijo.

En julio de 1609 visitó Venecia y tuvo noticia de la fabricación del anteojo, a cuyo perfeccionamiento se dedicó, y con el cual realizó las primeras observaciones de la Luna; descubrió también cuatro satélites de Júpiter y observó las fases de Venus, fenómeno que sólo podía explicarse si se aceptaba la hipótesis heliocéntrica de Copérnico. Galileo publicó sus descubrimientos en un breve texto, El mensajero sideral, que le dio fama en toda Europa y le valió la concesión de una cátedra honoraria en Pisa.

En 1611 viajó a Roma, donde el príncipe Federico Cesi lo hizo primer miembro de la Accademia dei Lincei, fundada por él, y luego patrocinó la publicación (1612) de las observaciones de Galileo sobre las manchas solares. Pero la profesión de copernicanismo contenida en el texto provocó una denuncia ante el Santo Oficio; en 1616, tras la inclusión en el Índice de libros prohibidos de la obra de Copérnico, Galileo fue advertido de que no debía exponer públicamente las tesis condenadas.

Su silencio no se rompió hasta que, en 1623, alentado a raíz de la elección del nuevo papa Urbano VIII, publicó El ensayador, donde expuso sus criterios metodológicos y, en particular, su concepción de las matemáticas como lenguaje de la naturaleza. La benévola acogida del libro por parte del pontífice lo animó a completar la gran obra con la que pretendía poner punto final a la controversia sobre los sistemas astronómicos, y en 1632 apareció, finalmente, su Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo; la crítica a la distinción aristotélica entre física terrestre y física celeste, la enunciación del principio de la relatividad del movimiento, así como el argumento del flujo y el reflujo del mar presentado (erróneamente) como prueba del movimiento de la Tierra, hicieron del texto un verdadero manifiesto copernicano.

El Santo Oficio abrió un proceso a Galileo que terminó con su condena a prisión perpetua, pena suavizada al permitírsele que la cumpliera en su villa de Arcetri. Allí transcurrieron los últimos años de su vida, ensombrecidos por la muerte de su hija Virginia, por la ceguera y por una salud cada vez más quebrantada. Consiguió, con todo, acabar la última de sus obras, los Discursos y demostraciones matemáticas en torno a dos nuevas ciencias, donde, a partir de la discusión sobre la estructura y la resistencia de los materiales, demostró las leyes de caída de los cuerpos en el vacío y elaboró una teoría completa sobre el movimiento de los proyectiles. El análisis galileano del movimiento sentó las bases físicas y matemáticas sobre las que los científicos de la siguiente generación edificaron la mecánica física.

Fuentes:
(Oziewicz, Zbigniew  (2007). Relativity groupoid, instead of relativity group) http://arxiv.org/pdf/math.CT/0608770.pdf
http://j.orellana.free.fr/textos/relativo.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_time_and_space
http://www.biografiasyvidas.com/biografia/g/galileo.htm