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Acelerador de partículas

Como su nombre sugiere, los aceleradores de partículas son dispositivos diseñados para dotar a partículas subatómicas de velocidades muy altas, cercanas a la de la luz. Al ser tan grandes estas velocidades, la energía cinética de dichas partículas alcanza valores extremadamente elevados, lo que las hace útiles para colisiones con otras partículas o también con átomos. Los aceleradores de partículas se dirigen fundamentalmente a la investigación, en particular en el campo de la física teórica y de partículas. No obstante, sus aplicaciones derivadas son innumerables, desde la medicina hasta la obtención de energía, pasando por la desactivación de residuos nucleares y por su empleo con fines ecológicos. En lo referente a la energía, estos dispositivos se están utilizando en las investigaciones que se llevan a cabo para lograr energía de fusión controlable (de forma incontrolada, esta energía se usa en armamento nuclear). Para ello, los aceleradores producen haces de partículas con...

Acústica

Acústica. En el hemisferio occidental, el origen de la acústica o «ciencia del sonido» se ha atribuido tradicionalmente al sabio griego Pitágoras y a sus seguidores. En su búsqueda filosófica de la armonía y la perfección, la escuela pitagórica indagó en las propiedades de las cuerdas vibrantes que producen sonidos musicales placenteros y sus miembros idearon un sistema de afinación que se considera uno de los primeros logros de la teoría musical. En su elucubración, llegaron incluso a ver el cosmos como un armonioso compendio de cuerpos que emitían, al moverse en una sucesión de prístinas esferas, una música celestial acorde con sus estudios e imperceptible para el oído humano, simplemente por la fuerza de la costumbre. Hoy en día, la acústica, heredera de aquellas primeras ideas de la Grecia clásica, sigue ocupándose de la armonía de los sonidos musicales y del modo de reforzar su intensidad en los edificios y los espacios públicos, abiertos y cerrados. En sentido totalmente...

Acústica

Parte de la Física que se ocupa del estudio del sonido en todos los aspectos del mismo: producción, transmisión, percepción, almacenamiento en soportes materiales (discos, cintas, CDs, etc) y recuperación a partir de dichos soportes, lo que implica una reproducción del sonido guardado. Puede dividirse en las siguientes ramas fundamentales:. Acústica Física: estudia todos los aspectos señalados anteriormente (producción del sonido, transmisión, etc). Acústica arquitectónica: considera el comportamiento de un local frente al sonido. Es una rama fundamental en el diseño de salas de conciertos, teatros, cines, locales de conferencias, etc. Psicoacústica: analiza los efectos de la percepción acústica en el hombre. Bioacústica: estudia la producción, captación y utilización de sonidos por parte de los animales. Acústica subacuática: considera, básicamente, el comportamiento de los sonidos en el seno del agua. Acústica musical: relaciona el sonido con los instrumentos musicales que...

Acústica ultrasónica

La disciplina científica conocida como acústica ultrasónica se dedica al estudio de los ultrasonidos, u ondas sonoras cuya frecuencia es superior a 20 kHz. Los ultrasonidos no son captados por el oído humano, cuyo límite superior de audición se encuentra por debajo de ese nivel. En la naturaleza diversos animales tienen la facultad de percibir ciertas gamas de ultrasonidos. Así, el murciélago, el delfín y la ballena, entre otros, aplican un procedimiento de ecolocación, semejante al sonar de los submarinos, mediante emisión y escucha de ultrasonidos para orientarse en el espacio y detectar la posición de sus presas. En el ámbito de la investigación, la producción de ultrasonidos puede lograrse mediante un fenómeno llamado piezoelectricidad. En este fenómeno, las deformaciones (dilataciones y contracciones) que se registran en ciertos cristales y materiales cerámicos cuando se descarga sobre ellos una corriente alterna de alta frecuencia engendran vibraciones mecánicas que hacen...

Adam G. Riess

Adam G. Riess nació en Washington, capital de Estados Unidos, el 16 de diciembre de 1969. Se licenció en Ciencias en el prestigioso Instituto Tecnológico de Massachusetts y completó su doctorado en la Universidad de Harvard. Se especializó en el campo de la medida de una clase de supernovas llamadas de tipo Ia, como indicadores precisos de la distancia a escalas cósmicas. Miembro de la Johns Hopkins University y del Space Telescope Science Institute de Baltimore, empezó a trabajar junto a Brian Schmidt en el Equipo de Búsqueda de Supernovas, que observó que el Universo se encuentra en realidad en una fase de expansión acelerada. Esta conclusión, de importantes repercusiones en el modelo cosmológico vigente, fue compartida por otro eminente científico del campo de la Astrofísica, Saul Perlmutter. Los tres, Perlmutter, Schmidt y el propio Riess, recibieron en 2011 el Premio Nobel de Física.

Aeróstato

Aeronaves carentes de elemento propulsor alguno, los aeróstatos utilizan el principio de Arquímedes para navegar. Por este motivo, en su movimiento, aprovechan las corrientes de aire. También se conocen por el nombre de globos por su forma esférica y por estar llenos de un gas más ligero que el aire. Generalmente, en su parte inferior llevan una barquilla capaz de transportar personas. El funcionamiento físico de los aeróstatos se basa en las ecuaciones de la mecánica de fluidos y, en concreto, de la aerodinámica. Si se designa por V el volumen del globo y por d a la densidad del aire, el empuje que experimenta el aeróstato es:. E = V · d · g. Por tanto, la fuerza que le hace ascender, que será la diferencia entre ese empuje y el peso del gas, llamando m a la masa de éste, se obtiene como:. F = V · d · g – m · g. Si se denota por d’ la densidad del gas, se cumplirá que:. m = V · d’. y:. F = V · d · g – V · d’ (1). A medida que se produce el ascenso del aeróstato, tanto la...

Albert Einstein

Albert Einstein (1879-1955), físico germano-estadounidense autor de la teoría de la relatividad. Sus ideas revolucionaron el mundo de la física, representando un progreso respecto a los planteamientos newtonianos. Destaca su célebre fórmula que pone en relación la energía con la masa de los objetos: E = mc2. Obtuvo el Premio Nobel de física (1921) por su interpretación del fenómeno fotoeléctrico. Pareja a su actividad científica, desarrolló una intensa lucha a favor de la paz y diversas causas humanitarias. Einstein nació en Ulm, Alemania, el 14 de marzo de 1879. Un año después su familia se trasladó a Munich, donde su padre, Hermann Einstein, y su tío, Jakob Einstein, inauguraron una pequeña planta eléctrica. El joven Einstein no fue un estudiante destacado, y tan sólo gracias a la insistencia de su tío Jakob desarrolló interés por las matemáticas. Por influencia también, en este caso de su madre, estudió música y aprendió a tocar el violín, instrumento con cuya práctica...

Alessandro Volta

Alessandro Volta (1745-1827), físico y químico italiano, inventor de la batería eléctrica o pila, lo que permitió al ser humano controlar la energía eléctrica. Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta nació el 17 de febrero de 1745 en Como (Italia). Su madre, aristócrata, y su padre, perteneciente a la alta burguesía, le procuraron una completa educación impartida por tutores privados. Científico precoz, antes de cumplir los dieciocho años ya había hecho sus primeros descubrimientos en el campo de la electricidad, y con diecinueve ingresó como profesor de física en la Escuela Regia de Como. A los veinticuatro publicó su primer tratado científico. En 1775 inventó el electróforo, un artilugio que producía y almacenaba electricidad estática. Sin dejar de lado la física, también participó en la investigación química con un importante descubrimiento al conseguir en 1778 aislar el gas metano a partir de las chispas generadas en un recipiente cerrado. Al año siguiente se incorporó a...

Alexander Graham Bell

Alexander Graham Bell (1847-1922), logoterapeuta y físico norteamericano, de origen escocés, inventor del teléfono. Alexander Bell (el segundo nombre no lo adoptaría hasta la edad de 11 años) nació el 3 de marzo de 1847 en Edimburgo, Escocia. El joven Alexander fue educado por su familia y, al igual que sus predecesores, pronto se sintió interesado por el estudio del sonido (su padre, Alexander Melville Bell, era profesor de dicción, y su abuelo se había dedicado a la retórica). Una vez concluida su educación comenzó a trabajar como profesor, labor que compaginó con sus primeras investigaciones, y en 1868 se convirtió en ayudante de su padre, en la ciudad de Londres. Cuando en 1870 Graham Bell se vio aquejado de tuberculosis –enfermedad por la que habían fallecido sus hermanos–, la familia, temerosa de su salud, se trasladó a Ontario, Canadá, donde Bell se repuso con rapidez. Su padre había desarrollado un método de comunicación para sordos, y Graham Bell tomó el testigo de su...

Alternadores

Se llama alternadores a unos dispositivos que sirven para producir corrientes eléctricas alternas. Su funcionamiento se basa en hacer girar una espira en el seno de un campo magnético, con lo que se creará una variación de flujo que engendrará una fuerza electromotriz inducida. En la práctica, para fabricar un alternador se coloca un conjunto de n espiras muy próximas entre sí para formar un cuadro que gira alrededor de su eje con una velocidad angular . Este cuadro se halla en el interior de un campo magnético de inducción B. Llamando S a la superficie de dicho cuadro, la fuerza electromotriz inducida, E, que se crea es:. E = n · B · S · · sen (1). siendo  el ángulo formado por la dirección del vector y la normal al plano del cuadro, que irá variando con el giro de éste. Si se suponen constantes n, B, S y , es decir, se consideran unos valores dados de estos parámetros, el valor de E sólo dependerá del seno del ángulo , por lo que:. E será máximo cuando  = 90°, con lo...

Altímetro

Los instrumentos destinados a medir la elevación de un observador sobre un nivel de referencia que, en términos generales, es el del mar se conocen por altímetros. Estos instrumentos se basan en el conocido hecho de que la presión atmosférica, que ejerce sobre la Tierra la envoltura gaseosa que la circunda, disminuye con la altura. Físicamente, los altímetros fundamentados en esta variación, llamados altímetros barométricos, constan de un dispositivo de medida sensible al valor que mide en cada momento la presión atmosférica. Si este valor es bajo, el dispositivo se dilata y marca un valor elevado; si, por el contrario, es alto, se contrae y el valor de la marcación disminuye. El funcionamiento de este tipo de altímetros, muy usados por deportistas, puede verse perturbado por las condiciones meteorológicas. Por tanto, si se desea cierta exactitud debe introducirse en ellos los mecanismos correctores adecuados. Por otra parte, adolecen de cierta inercia, especialmente cuando se...

Amedeo Avogadro

Amedeo Avogadro (Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro di Quaregna e Ceretto, 1776-1856), físico italiano que ha pasado a la historia por sus investigaciones científicas sobre el volumen de los gases y los conceptos de molécula y mol, ratificados tras su muerte. Fue pionero en la diferenciación entre átomos y moléculas. Nacido el 9 de agosto de 1776 en Turín (Italia), en el seno de una familia aristocrática de la que heredó el título de conde de Quaregna y Cerreto, se doctoró en Leyes, abandonando su oficio para cultivar su interés por la ciencia convirtiéndose en profesor de física y matemáticas en el Real Colegio de Vercelli y en la Universidad de Turín. Tras estudiar los trabajos de predecesores como Gay-Lussac o Dalton, Avogadro formuló la hipótesis de que las partículas que componen los gases son conglomerados de átomos, a los que denominó moléculas. Partiendo de esta hipótesis, el italiano postuló una ley, que en el futuro se conocería como Ley de Avogadro, que establecía...

Anillos de Newton

Se llama anillos de Newton a un patrón de interferencia provocado por la reflexión de la luz entre dos superficies, una esférica y otra plana adyacente a la anterior. Se producen, por tanto, por el encuentro de dos o más trenes de onda, que interfieren cuando concurren en un punto y combinan sus componentes. Para mayor sencillez, supóngase que concurren solamente dos ondas luminosas emitidas por fuentes distintas, que coinciden en un punto de una pantalla. Si al salir de la fuente ambos rayos están en fase, aunque recorran distintas distancias, pueden llegar a la pantalla también en fase, con lo que su acción se fortalecerá. Si en uno de los focos aparece alguna variación, ese refuerzo desaparecerá. En la práctica, los átomos de las fuentes luminosas experimentan continuos cambios. Ello hace que, al incidir los rayos luminosos que emiten sobre una pantalla, aparezcan unas interferencias, las cuales son visibles por una sucesión alternativa de bandas negras y claras. El inglés...

Antimateria

Hacia 1920, el alemán Edwin Schrödinger planteó una ley de la mecánica cuántica conocida como ecuación de onda. En su formulación permitía describir el estado de los electrones dentro de los átomos, estableciendo de manera matemática los números cuánticos n, l y m como necesarios para establecer las soluciones de dicha ecuación. Sin embargo, esta ecuación de onda no cumplía con las condiciones que exigía la teoría de la relatividad especial. Poco después, Paul Dirac halló la manera de obviar esta dificultad inspirándose en el concepto de espín. De esta manera, en 1928 propuso la ecuación que lleva su nombre, modificación de la de Schrödinger, en la que se observaba que para cada partícula había dos soluciones. Este hecho fue interpretado afirmando que para cada solución existían dos partículas, en lugar de una. Cada una de las partículas teóricas obtenidas en la ecuación de Dirac tendría la misma masa que su compañera. Sin embargo, la carga, aunque cuantitativamente igual, tendría...

Antony van Leeuwenhoek

Antony van Leeuwenhoek (Antoine van Leeuwenhoek, 1632-1723), naturalista neerlandés famoso por ser el primero en observar bacterias y protozoos, lo que le llevó a rebatir la teoría de la generación espontánea hasta entonces vigente para explicar el nacimiento de los organismos inferiores. Nacido el 24 de octubre de 1632 en Delft (Países Bajos), fue poco a la escuela, trabajando desde muy joven en Amsterdam como aprendiz en el mundo de las telas y encajes. La apertura de su propio negocio textil le permitió alcanzar una situación económica desahogada para poder dedicarse a su gran pasión, la construcción de lentes, logrando grandes avances en el campo de la óptica. Pronto empezó a elaborar sus propios microscopios, utilizando métodos que nunca desveló, en los que incluyó lentes biconvexas, y gracias a los cuales llegó a observar los primeros microorganismos. Leeuwenhoek fue de este modo el primero en observar los protozoos, distintas bacterias, los espermatozoides y distintos...

Análisis dimensional

En ciencias se manejan dos tipos de magnitudes: adimensionales y dimensionales. Las magnitudes adimensionales son aquellas que no tienen unidades, al no estar ligadas a ninguna magnitud física. Tal es el caso, por ejemplo, de una magnitud surgida al comparar otras dos de la misma clase. Así, una magnitud de 1 centímetro y otra de 50 centímetros están relacionadas entre sí como:. es decir, en la proporción 1:50. Las magnitudes dimensionales, por el contrario, sí son expresables mediante unidades. En física, una vez definidas unas unidades fundamentales, todas las demás pueden expresarse como derivadas de las anteriores. Generalmente, las unidades fundamentales son la longitud (dimensión), la masa (dimensión M) y el tiempo (dimensión T). La expresión de las dimensiones de una magnitud derivada, en función de las de las fundamentales, se denomina ecuación dimensional de esa magnitud. La dimensión de la magnitud X se representa por . Las ecuaciones dimensionales de una magnitud...

Análisis dimensional

Análisis dimensional. Uno de los pasatiempos predilectos de los físicos consiste en sentarse a tomar un café y garabatear sobre un papel improvisado las ideas más peregrinas o sorprendentes que se les ocurren. Esta práctica, que algunos han llamado «cálculos de la servilleta», pretende bucear en un mar de números y fórmulas matemáticas para descubrir relaciones ocultas entre las magnitudes y los fenómenos de la naturaleza, escudriñar secretos que hasta entonces habían pasado inadvertidos. Científicos tan reputados como Enrico Fermi, impulsor del desarrollo del primer reactor nuclear, o Paul Dirac, uno de los «padres» de la mecánica cuántica, cultivaron con denuedo esta gimnasia tan recomendable. A menor escala, el análisis dimensional persigue un objetivo semejante: expresar las magnitudes físicas en un lenguaje simbólico que permita ahondar en su significado y establecer entre ellas relaciones, a menudo no tan aparentes, de un primer vistazo. Concepto de dimensión. La dimensión...

Arquímedes

Arquímedes (hacia 290-289 a.C.-hacia 212-211 a.C.), físico, matemático e inventor griego, formuló los principios de la hidrostática, entre los que destaca el que lleva su nombre. El nacimiento de Arquímedes se estima entre el 290 y el 289 a.C., en la ciudad-estado griega de Siracusa, Sicilia, en la actual Italia. Estudió en Alejandría, Egipto, para a continuación regresar a Siracusa, donde pasaría el resto de su vida. Le unía una estrecha relación con el rey de la ciudad, Herón II, siendo posible que estuvieran emparentados. En comparación con otros sabios griegos de la antigüedad, es mucho lo que se sabe sobre la biografía de Arquímedes. Aunque gran parte de la información de la que se dispone son anécdotas cuya veracidad resulta dudosa, éstas son una prueba del hondo calado social que alcanzaron tanto la figura como la obra de este matemático. Quizá la más célebre de tales historias sea la que narra cómo Arquímedes, por orden de su rey, tuvo que distinguir entre una corona...

Arthur Bruce McDonald

© 2008 Tebas. Arthur Bruce McDonald nació en Sydney, Nueva Escocia, Canadá, el 29 de agosto de 1943. Se licenció en física por la Universidad Dalhousie de Nueva Escocia y completó un doctorado en esta especialidad por el Instituto Tecnológico de California. Trabajó como investigador en las universidades de Princeton y Queen’s, en los Estados Unidos. Centró sus trabajos en el campo de la astrofísica y, en concreto, en el estudio de los neutrinos cósmicos. De especial interés fue su análisis publicado en 2001 de los datos experimentales del Observatorio de Neutrinos de Sudbury, situado en una mina a más de dos mil metros de profundidad en la localidad homónima, en Ontario, Canadá. Después de ser distinguido en 2007 con la Medalla Benjamin Franklin, en 2015 recibió el Premio Nobel de física, compartido con el físico japonés Takaaki Kajita,“por el descubrimiento de las oscilaciones del neutrino, que demuestran que los neutrinos tienen masa”. Esta conclusión tuvo gran relevancia en la...

Asociación de generadores

Dos o más generadores pueden asociarse en serie, en paralelo o de forma mixta. La asociación en serie tiene lugar cuando el polo negativo de cada uno de los generadores está unido al polo negativo del siguiente. Un ejemplo lo constituye el siguiente circuito de tres generadores. En él, las electromotrices respectivas son E1, E2 y E3 y sus resistencias internas respectivas son r1 , r2 y r3. La aplicación de la segunda ley de Kirchhoff establece que:. E1 + E2 + E3 = I (R + r1 + r2 + r3) I =. siendo I la intensidad de corriente y R la resistencia del circuito. Si todos los generadores fueran iguales, llamando E a su fuerza electromotriz y r a su resistencia interna, y n al número de ellos, la expresión anterior quedaría como:. I =. Por otra parte, dos o más generadores se conectan en paralelo cuando sus polos positivos están unidos entre sí y los polos negativos se hallan en la misma situación. El siguiente circuito es un ejemplo de este tipo de asociación. La aplicación de las...