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USAC-EFPEM

miércoles, 25 de mayo de 2016

Alicia, la gravedad y los agujeros negros.



El 24 de mayo de 1865, la editorial Macmillan and Co. Público Dos Mil ejemplares de Las aventuras de Alicia en el País de las Maravillas, la fascinante historia Escrita por Lewis Carroll (1832-1898) e ilustrada por John Tenniel (1920-14 ). 
Un agujero negro es el recurso mediático-literario favorito para evocar un sumidero que todo lo absorbe y del que nada vuelve. En este sentido general, la alusión no es errónea, pero la clave está en los detalles. 



En La conexión cósmica, Carl Sagan comparó los agujeros negros con el gato de Cheshire, el felino de Alicia en el País de las Maravillas cuyo cuerpo desaparecía de a poco dejando sólo su sonrisa suspendida en el aire. La sonrisa del agujero negro es su gravedad, que es la fuerza que causa los efectos más visibles. La gravedad hace que los objetos cercanos caigan dentro del agujero negro, pero en esto no hay diferencia con cualquier otro astro. La del agujero negro no es un tipo diferente de gravedad; ocurre que es tan potente que cuando las cosas caen dentro lo hacen muy rápido y en el proceso se espaguetifican, se pulverizan y se calientan emitiendo luz y otras radiaciones (particularmente rayos X), que son lo que podemos ver y detectar.

Deflexión de la luz de varias estrellas por la gravedad del Sol. Fotografía tomada durante el eclipse total de 1919.

Deflexión de la luz por la gravedad del Sol. Se trata de dos placas superpuestas, tomadas en dos momentos durante el eclipse total de 1919, en las que se ven cómo varias estrellas se “mueven” al pasar su luz cerca del Sol.


La gravedad tiene otro efecto curioso: curva el espaciotiempo y dobla la luz. Cuando un agujero negro pasa por delante de una estrella o galaxia lejana, la luz de ésta es desviada por la gravedad del agujero negro provocando un efecto similar al de una lente de vidrio. De hecho los astrónomos están investigando la posibilidad de usar este efecto para detectar agujeros negros. De nuevo, este fenómeno no es una particularidad de los agujeros negros: ya se utiliza con otros objetos masivos (cúmulos de galaxias lejanas, por ejemplo), y una de las primeras pruebas empíricas de la teoría de la relatividad fue la medición de la desviación de la luz de varias estrellas por la gravedad del Sol, durante un eclipse total en 1919. 






Pese a su nombre, los agujeros negros no tienen “fondo” ni llevan a ningún otro lugar (que sepamos). Sagan empleó agujeros negros como puertas de entrada a su sistema de transporte galáctico rápido en Contacto, combinados con lo que se conoce como agujeros de gusano, pero los agujeros negros no son túneles en los que se pueda entrar y salir libremente. Los agujeros de gusano sí son túneles, pero tienen el inconveniente de ser inestables y submicroscópicos. Sagan hace teorizar en voz alta a sus científicos mientras viajan, ya que no ignora estos problemas.









Referencias electrónicas: 

Referencias Bibliográficas:
Carl Sagan. Cosmos, capítulo IX La vida de las estrellas pág. 236

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Atrévete  a crear, inventar y comunicar ciencia. 

Autor: 
José Alexander Pérez.
Profesor Física y Matemática. 
clubdefisicaeducativa@gmail.com




jueves, 19 de mayo de 2016

Rehenes de Nuestro Sistema Educativo

¿Cuantos maestros han realizado planes de mejoramiento, para los estudiantes que están por perder el ciclo escolar?
Me llevó mucho tiempo el atreverme a escribir estas líneas, pero esta es la realidad: “Nos encontramos rehenes de la mediocridad como un secreto a voces”.  Y que definitivamente tenemos que cambiar.

Definiré la palabra rehén como “persona retenida en contra de su voluntad por alguien que, en una guerra, un asalto, un secuestro, etc. Exige una cantidad de dinero o el cumplimiento de unas determinadas condiciones”.

El Ministerio de Educación ha implementado “planes de mejoramiento” para garantizar que el nivel de promoción al nivel superior se incremente, no sé si el plan está mal entendido por las distintas líneas de mando del mismo (MINEDUC). Pero el escenario tan común se refleja en la acción de dar oportunidad, tras oportunidad a los educandos, para el simple hecho de conformarse con ver la nota mínima.
Aun cuando se trate de despertar al campeón que cada uno lleva dentro, son pocos los alumnos que de verdad aspiran a ser mejores a incrementar su nivel de vida a través de la educación. Nos estamos quedando con las manos atadas, por un SEN (Sistema Educativo Nacional) al que no le importa que maquilemos alumnos y ni siquiera con estándares de calidad reales.

En la analogía más simplista comparo alguna prenda de vestir de maquila (que podrá ser muy parecida a la original pero jamás igual). A un precio barato y la misma prenda de diseñador al precio justo.  ¿Qué escogerías?  Si eres de mi generación seguramente no vacilaras en indicar que la de diseñador, pero si eres de las generaciones de hoy, justificarías “para que invertir en la cara si al final el propósito será el mismo”.Invertimos en una prenda de diseñador porque sabemos que tendrá una garantía, que quienes la elaboraron eran expertos en el área. Esto generará un incremento en los bolsillos del fabricante y un ahorro en los del consumidor, que podrá utilizarla muchas veces porque los materiales así lo permiten. 

  Pero al ser rehenes de la mediocridad, solo podemos maquilar y tarde o temprano nuestra fábrica tendrá que cerrar porque el producto bruto no cumplirá las condiciones mínimas de calidad.
 Qué haremos entonces con todos esos pseudoprofesionales que estarán engrosando las filas del desempleo. Sí,  la educación es un negocio, pero no cualquier negocio, es uno que puede propiciar la ruina de cualquier empresa por sólida que sea, ya que la calidad de la misma se juzga por el producto final que vende.

Quienes amamos nuestra profesión estamos preocupados por dar lo mejor de nosotros, pero cada vez es más difícil el poder establecer estándares mínimos que garanticen a nuestros alumnos convertirse en prendas de diseñador.


Imaginemos el panorama, sin afán de ser negativos, en aproximadamente 10 años si no es que en menos, para mantener su producción las empresas empezarán a contratar mano de obra extranjera, porque la “mano de obra calificada y barata” ya no existirá en nuestro país a pesar de que muchos tendrán un certificado o título que indique que es capaz de desempeñar ciertas funciones. La verdadera educación se demuestra en el campo laboral, no en un marco en la sala de nuestras casas.
Somos rehenes, de nuestro propio sistema educativo, de los distintos actores de la comunidad educativa, pero no podemos ser rehenes de nosotros mismos. Debemos luchar por liberarnos y no caer en este horrendo juego de la mediocridad.
Hay tanto que decir pero sobre todo hay tanto que hacer. Yo sí creo en la educación pero en la educación real, la que permite crear,  generar intercambio de ideas y de acciones,  la educación que permita el desarrollo del ser humano en su máxima plenitud, no en la educación que se vende y que se compra. 
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Autor: 

Brenda Tepeu Sián
Profesora Química  y Biología.

miércoles, 4 de mayo de 2016

Densidad de Corriente Eléctrica y su Importancia


Te ha pasado que al comprar cables eléctricos muy delgados, como consecuencia estos se calientan o en el peor de los casos terminan chamuscados (quemados).
Ahora veremos un concepto que es la densidad de corriente eléctrica, dato muy importante para la elección de los cables eléctricos en viviendas o maquinas industriales, pues cada cable puede soportar una cantidad de electrones máxima por unidad de sección. Si pasaran más, éste acabaría calentándose demasiado pudiendo provocar un incendio.

Los cables eléctricos se encargan de transportar el flujo de electrones, es decir, corriente eléctrica. En este trasiego los electrones pueden pasar por algunas dificultades en el momento en que se desplazan por el cable conductor. La resistencia que oponga a la corriente eléctrica el conductor, depende directamente de la construcción del conductor, es decir, de las dimensiones del conductor. En este caso hablamos de su longitud y el grosor o sección transversal "calibre del cable"; también se debe considerar el tipo de material de que está fabricado el cable conductor. Sin embargo en las instalaciones eléctricas se utiliza más el de cobre.

Densidad de corriente

La magnitud que mide el movimiento promedio de las cargas en un material es la densidad de corriente. Para definirla se toma un elemento de volumen Δv (que es microscópico, pero contiene millones de cargas en su interior), situado en el punto \vec{r}, y se calcula el promedio del producto de las cargas por la velocidad.

La corriente por unidad de área de la sección transversal se denomina:
La densidad de corriente, designada por el símbolo J, es la corriente media por unidad de área (sección trasversal) del conductor, es decir, suponiendo una distribución uniforme de la corriente:


En cuanto a sus unidades, J se mide en el S.I. en A/m2 pero es frecuente expresarlo en A/mm2 ya que, evidentemente, al tratarse de la sección de un conductor, es más manejable realizar la medición en mm2.
La densidad de corriente es una magnitud vectorial, análoga hasta cierto punto a la cantidad de movimiento: cuanta más carga haya, mayor es la densidad de corriente; cuanto más rápido se mueva, mayor es la densidad. Si no hay cargas (vacío) o no se mueven (electrostática) la densidad de corriente se anula.
De la definición de la densidad se tiene que se mueve en C·(m/s)/m³ = A/m² donde un amperio (A) es igual a 1C/s.
Puesto que en la expresión aparece la velocidad, el sumatorio se puede restringir a los portadores de carga, ya que las cargas estáticas no contribuyen.
Por otro lado, podemos hacer la aproximación de que todos los iones de la especie k se mueven con la misma velocidad promedio. En ese caso, podemos agrupar términos y escribir la densidad de corriente como:

donde:
·          La suma se hace sobre el número de especies (una en un conductor metálico, dos en un semiconductor, unas cuantas en una disolución).
·          Nk es la densidad numérica del portador k (p.ej. cuantos electrones libres hay por unidad de volumen).
·          Zk, es la valencia de la especie k, que sería -1 para los electrones.
·          e es la carga elemental, que vale aproximadamente 1.6\times 10^{-19}\,\mathrm{C}.
·          \vec{v}_k es la velocidad promedio de los iones de la especie k. A esta velocidad se la conoce como velocidad de arrastre.
En el caso de un conductor metálico, los únicos portadores son los electrones y al expresión anterior se reduce a:
Siendo N la densidad de electrones libres (no de todos los electrones, los que están fijos en los átomos no cuentan) y \vec{v} es la velocidad de arrastre. Vemos que en este caso concreto, los electrones se mueven en un sentido y la densidad de corriente va en sentido contrario, por ser la carga negativa. Esto es fuente de infinitas confusiones. Por ello, a la hora de describir el movimiento de las cargas en un conductor, es preferible suponer que las cargas que se mueven son las positivas, aunque no corresponda a lo que ocurre en realidad. Los cálculos también son correctos de esta forma y es más sencillo. 
Los factores que producen este efecto son los siguientes:
El calentamiento de los cables conductores se debe a perdidas por efecto joule, disipado en forma de calor debido a la circulación de los electrones.
  
1. Carga excesiva (sobrecarga): sobrecargar los conductores de alguna línea de alimentación con un consumo que supera la ampacidad que puede manejar el cable. Ejemplo, si se diseña un circuito especial para una carga que consume 12 Amp. el calibre a utilizar es 12 AWG, no obstante si se agregan otras cargas a ese circuito, digamos 8 Amp. dependiendo de las condiciones ambientales el conductor comenzará a calentarse progresivamente, ya que en promedio el cable puede manejar 20 a 25 Amp.

2. Longitud del conductor: mientras mas largo sea el recorrido que los electrones tienen que pasar, mayor será la caída de tensión en los conductores, y por tanto un aumento en la perdida de potencia en los cables por disipación.

3. Cortocircuitos: en el momento en que se produce el cortocircuito se genera una corriente muy elevada, esto provoca una circulación excesiva de electrones en los cables, debido a calibre del conductor este podría hasta derretirse fácilmente si no funcionara las protecciones.

4. Varios conductores en un tubo: hay situaciones donde existe una gran cantidad de conductores en un tubo muy reducido como para disipar parte del calor generado por los aspecto anteriormente mencionados, esto provoca un aumento aún mayor debido a que no existe ventilación.

Referencias electrónicas: 


Referencias Bibliográficas:
Pagina: 849. Corriente Electrica. 
YOUNG, HUGH D. y ROGER A. FREEDMAN
Física universitaria, con física moderna volumen 2.
Decimosegunda edición
PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009
ISBN: 978-607-442-304-4
Área: Ciencias


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Autor: 


José Alexander Pérez.
Profesor Física y Matemática. 
clubdefisicaeducativa@gmail.com