Despedida

En el examen, analizamos una máquina genial llamada тороидальная камера с магнитными катушками, o simplemente токамак. Estas máquinas son reactores de fusión nuclear, en los cuales se imitan (y mejoran) los procesos que ocurren naturalmente en el Sol. Si logramos crear un "Sol" artificial en la Tierra con una de estas máquinas en forma eficiente, los problemas energéticos de la humanidad estarían solucionados por al menos los próximos 30 millones de años...

Y puedes aprender aún más aquí (con subtítulos)

Pese a su importancia, los cálculos que debían realizar para aprobar el examen eran muy simples; pueden ver aquí la pauta del examen.

En este otro link encontrarán las Notas Finales del Curso.

Fue un gusto haber sido su profesor; la mayoría se eximió y además demostró mucho talento y las capacidades necesarias para ser excelentes ingenieros en el futuro. A la minoría que falló, no se desanimen; sólo hace falta hacer un esfuerzo, poner el hombro de verdad y saldrán adelante.

Espero que hayan podido saborear, aunque sólo sea tenuemente, la profunda belleza y poder de las sutiles leyes matemáticas que gobiernan nuestro Universo.

"El tamaño y edad del Cosmos están más allá
del entendimiento humano ordinario.
Perdido en alguna parte entre la inmensidad y la eternidad
está nuestro pequeño hogar planetario.
Desde una perspectiva cósmica,
la mayoría de las preocupaciones humanas
parecen insignificantes, incluso mezquinas.

Y aún así nuestra especie es joven y curiosa
y valiente, y promete mucho.
En los últimos milenios hemos hecho los más asombrosos
e inesperados descubrimientos sobre el Cosmos
y nuestro lugar en él,
exploraciones que son excitantes de considerar.
Nos recuerdan que los humanos
hemos evolucionado para maravillarnos,
que entender es un goce, que el conocimiento
es el prerrequisito para la sobrevivencia.

Creo que nuestro futuro depende
de cuán bien conozcamos este Cosmos,
en el cual flotamos como una mota de polvo al amanecer."

(Carl Sagan, 1934-1996)

Exámen

El examen será el día miércoles 15, en los módulos 4 y 5 (11:40-13:50), en la sala 09-02, para las secciones:

• Fic2201-1
• Fic2201-2
• Fis2201-1
• Fis2201-3

Se considerarán todos los contenidos del semestre, y tendrán que modelar una máquina eléctrica, tal como en todas las pruebas del semestre. La diferencia más grande será que en vez de 12 preguntas cuidadosamente enganchadas, deberán responder sólo 2 ó 3 preguntas (estilo "sabe o no sabe") y ustedes mismos pensar en cómo responderlas.

En cuanto a los desafíos Faraday, quisiera dejarlos con los "chascarros" y el "making-off", que contribuyeron al blog Jorge Díaz, Felipe Villegas y Franco Zúñiga.

Felipe Villegas y Franco Zúñiga:

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Jorge Díaz:

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Además de divertidos, estos vídeos responden una pregunta importante: ¿cómo hago una máquina ganadora de Desafíos Faraday? Tal como pueden ver en los vídeos, la receta parece ser:

• Probar múltiples opciones,
• No desanimarse cuando nuestra máquina se quema, más bien ¡seguir adelante!
• Atreverse con diseños nuevos y osados, pero sin dejar cosas al azar,
  
• Pensar en como se distribuirán los campos, y en términos de ello...
• ...optimizar el diseño, inventando procedimientos para conseguir lo queremos.
• El diseño debe ser nítido, ordenado y claro

A todos los eximidos y a los vencedores de desafíos después de todo este duro esfuerzo, les dejo el siguiente tema...

Los demás no se desanimen... aún queda el examen. No es fácil, pero es pasable si ponen un buen esfuerzo de su parte. En todo caso es corto, no les debería tomar más de una hora si han estudiado; sólo para beneficiarlos se les da una hora más.

Desafío Faraday 2: Proyectiles Electromagnéticos

El jueves 9 de diciembre fue una batalla de ingenios: se presentó el 2do Desafío Faraday con muy buenos resultados. AQUÍ pueden encontrar la tabla de notas actualizada. La cantidad de eximidos subió bastante con los desafíos.

El segundo desafío Faraday del curso electromagnetismo consistió en disparar un proyectil sólo utilizando campos electromagnéticos. Para hacer las cosas aún más interesantes, sólo se podía usar como fuente de energía baterías. Los vencedores en este difícil desafío fueron:

Felipe Villegas y Franco Zúñiga
Fic2201-1 (Ingeniería Civil)

Felipe Villegas y Franco Zúñiga optaron por un diseño muy simple, pero con ¡la batería de un auto!. El problema es que se requería poner el proyectil en un lugar muy cuidadosamente escogido para que saliera con la rapidez necesaria... o ¡quizás fuese el profesor induciendo algún "efecto Pauli" sobre la máquina! :D Sea como sea, la máquina sí disparó muy bien... cuando la cámara estaba apagada :-( ¡De todas formas vencieron en su sección!
Aquí pueden ver el vídeo de uno de los intentos... estoy esperando me envíen los vídeos de los chascarros que tuvieron en la casa (quemaron en forma espectacular algunos solenoides) para postearlos aquí en el blog. ¡Los felicito por su coraje y valentía para continuar hasta vencer!

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Matías Cuitiño y Pablo Garrido
Fic2201-2 (Ingeniería Civil)

Matías Cuitiño y Pablo Garrido optaron por un diseño sencillo, pero bien acabado y eficiente. También optaron por utlizar una batería de auto, con muy buenos resultados: ¡casi cruzaron el Hall de la Facultad de Ingeniería con su proyectil! Felicitaciones por su esfuerzo e ingenio, el cual denota mucha habilidad y talento. Aquí pueden ver un vídeo de su lanzamiento:

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En la sección Fis2201-1 hubieron tres máquinas que llegaron a un virtual empate; ¡los felicito a todos por su esfuerzo, habilidad e ingenio!

Juan Dauros y Jocelyn Olave
Fis2201-1 (Ingenierías Civil Industrial e Informática)
Fis2201-3 (Ingenierías en Biotecnología Acuícola y Logística)

Juan Dauros y Jocelyn Olave trabajaron juntos, construyendo una máquina de un diseño limpio y eficiente, en el cual se destacaba un capacitor de apariencia terrorífica... ¡y con el cual casi cruzaron el Hall de la Facultad de Ingeniería!
Quisiera felicitar en especial a Juan Dauros por ser la segunda vez que participa y gana en un Desafío Faraday. Además de eso, tuvo un rendimiento tan bueno, que su nota final es de un 7,3. Desearía colocar esa nota extraordinaria en el acta, pero el sistema computacional de nuestra universidad tiene como máximo el 7,0. De todas formas, las más sinceras felicitaciones a ambos por su habilidad, coraje y esfuerzo. ¡Sigan así!
Aquí tienen un vídeo de su máquina disparando:

Nota: Jocelyn, pasa por mi oficina, te fuiste antes de que te pasara el Diploma!!! :D

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Jorge Díaz
Fis2201-1 (Ingenierías Civil Inductrial e Informática)

Jorge Díaz creó una máquina de un diseño muy cuidadoso en todas sus partes: en el solenoide, el circuito, el banco de capacitores utilizado y hasta el proyectil... nada fue dejado al azar. El resultado fue que con sólo un par de baterías consigió disparar un proyectil a través del Hall de la facultad de Ingeniería con ¡sólo la energía de un par de pilas! Mis felicitaciones por este trabajo cuidadoso e ingenioso, el cual demuestra mucho talento ¡siga así! Aquí podemos tenemos el vídeo de uno de los disparos:

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Sergio Villena
Fis2201-1 (Ingenierías Civil Inductrial e Informática)

Sergio Villena creo una máquina con un diseño muy creativo, la cual montó en la carcaza de un taladro... el resultado era terrorífico. Después de cambiar un par de capacitores que se quemaron en el momento menos apropiado, logró lanzar su proyectil desde un extremo a otro del Hall de la Facultad de Ingeniería con ¡sólo la energía de un par de baterías! Finalmente parece ser que en efecto fue la máquina de Villena la que disparó más lejos.
Mis felicitaciones por su extraordinaria creatividad, y no tener temor a probar algo distinto y original. Aquí pueden ver el vídeo de su disparo:

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También hubieron muchos otros que participaron; algunos dispararon distancias cortitas, o consiguieron que el proyectil se moviera pero no salió del cañón. De todas formas, mis felcitaciones por su trabajo y esfuerzo a

Fic2201-1:

• Evans Aravena
• Juan Borquez
• Diego Espinoza
• Martín Olguín
• Gerardo Palma
• Ítalo Sepúlveda

Fis2201-1:

• Gabriel Jara

Fis2201-3:

• Pablo Garcés
• Macarena Morales
• Carolina Neira
• Emerson Ortiz
• María Sánchez
• Francisca Sandoval
• Natalia Torres
• Claudia Valdebenito

Con algunas pequeñas modificaciones muchas de estas máquinas podrían quizás haber ganado el Desafío, así que no se desanimen. De todas formas su esfuerzo ha sido recompensado también, y lo importante es tener el coraje de participar.

La revisión de pruebas empezará el viernes 10 de diciembre, a las 14:00 en mi oficina. Intenten ir llegando de a uno en forma ordenada; si hay mucha gente puede esperar 30 minutos tomando un café y volver después. Las reglas del juego están en el post anterior. El punto es claro: Yo sí puedo equivocarme, y usted tiene todo el derecho a reclamar si algo se corrigió en forma errónea. Sin embargo, para poder reclamar que algo se corrigió en forma incorrecta PRIMERO tiene que ser capaz de distinguir correcto de incorrecto.

¡Las notas de la Evaluación Recuperativa!

Les dejo aquí la Pauta de la Evaluación Recuperativa. Los felicito, hubieron muchos que utilizaron muy bien esta oportunidad para subir su nota y hasta eximirse.
Hay un "pequeño" problema eso sí (que tiene más de un 40% de ustedes) y que me preocupa un poco. Hay varios que sí han entendido física, y bastante bien (lo cual me pone muy contento), pero que después de 3 cursos de cálculo aún tienen problemas para derivar funciones tan sencillas como las siguientes:En esos casos, errores básicos al derivar este tipo de funciones les arruinan toda la prueba :-( ... quizás es sólo nerviosismo, pero ¡con un pequeño repaso de cálculo se soluciona!

Lo otro, es que las notas preliminares, y quién se exime y quién no (hay muchos eximidos), lo pueden encontrar AQUÍ. Por supuesto, con el 2do Desafío Faraday y la revisión del viernes, habrán aún más eximidos. ¡Aún hay oportunidades!

¡¡¡Las notas!!!

Aquí les dejo la pauta del certamen 3. Las notas han sido recargadas e incluyen el si puede o no dar el recuperativo mañana (asistencia sobre el 80%; si participó en el 1er desafío Faraday el 11 de noviembre también se le premiará con la posibilidad de dar el recuperativo).

Ojo que que incluso si está marcado con un "No", basta con que me entregue la fotocopia del certificado médico mañana y con eso ya puede rendir el recuperativo.

Para el certamen recuperativo entran los tópicos considerados durante todo el semestre, con especial énfasis en:

• Ley de Faraday
• Ley de Ámpere
• Fuerzas sobre corrientes
• Voltaje y Capacitancia
• Campo eléctrico

El certamen recuperativo se realizará el día martes 7 de diciembre, durante los módulos 5 y 6. La distribución de salas será la siguiente:

• Fic2201-1, Fic2201-2 Sala 09-03 (Profs. F. Izaurieta y G. Salini)
• Fis2201-1, Fis2201-3 Sala 09-04 (Prof. F. Izaurieta)

Quería decirles desde ya si es que se eximen o no, pero aún no recibo las notas del Laboratorio; así que se me hace completamente imposible. Apenas las tenga las pondré aquí junto con la tabla de eximidos. En cuanto a los que tienen una nota de certamen inferior a 4.0 y promedio sobre 5.0, a priori irían a exámen. Sólo en algunos casos con rendimiento destacado, se les ofrecerá nota en sala, después de haberlo considerado con los otros profesores de la asignatura.

En cuanto a la revisión de pruebas, la haremos el día viernes. Las reglas serán:

• 5 min/persona, y es individual.
• Le haré preguntas sobre los ítemes en los cuales Ud. se equivocó en la(s) evaluación(es) que quiera revisar.
• Si responde correctamente, revisamos el ítem que pudiera estar mal corregido; si hubo un error de corrección, se coloca el puntaje que corresponde.
• Si responde incorrectamente, se descuenta una cantidad de puntos igual a la del ítem en el que cometió el error (¡y no corregimos nada!). Las pautas de los certámenes previos las pueden encontrar en este mismo blog.
  

El desafío Faraday 2 será el día Jueves 9, módulos 4 y 5. ¡Los espero con sus máquinas!

Parte 10: Inducción

Hasta ahora, habíamos considerado por separado los campos eléctrico y magnético. El campo eléctrico es generado por cargas, y el campo magnético por cargas en movimiento. Sin embargo, en un nivel muy profundo, los campos eléctricos y magnéticos están entrelazados, formando una sola entidad, el campo electromagnético...

Un primer indicio de esta unidad subyacente viene dado por el extraño fenómeno conocido como inducción: un campo magnético cambiante genera en torno de él lo que percibimos como un campo eléctrico rotacional. Estas líneas de campo eléctrico son cerradas. Esto es muy distinto del caso electroestático, ¡en donde las líneas de campo eléctrico siempre empiezan y terminan en cargas eléctricas!Cuando este campo eléctrico entra en contacto con un conductor, empujará a los electrones libres en él, generando una corriente eléctrica.

El primero en percatarse de la existencia de esta extraña corriente inducida por un campo magnético variable fue Faraday en 1831, en forma accidental.
Faraday mostró al público su fantástico descubrimiento, pero la respuesta inmediata de la gente fue "¿Y eso, de qué sirve?". Para el público, todo lo que Faraday había descubierto era la rareza de que una pequeñísima corriente aparecía en un alambre, cuando movía cerca un imán. Para Faraday, era distinto. Su respuesta fue: "¿De qué sirve un bebé recién nacido?".

Faraday estaba en lo cierto. 50 años más tarde, Nikola Tesla descubrió como utilizar la inducción para generar cantidades colosales de electricidad, e iluminar el mundo.
Así, aquel bebé inútil se convirtió en un prodigio, y cambió la faz de la Tierra de formas en las cuales su orgulloso padre ni siquiera habría soñado.

Si les parece difícil de creer, aquí pueden ver como un compañero de ustedes construyó un generador de corriente alterna monofásico el año pasado ¡con una caja de té! (ganando uno de los desafíos Faraday!)

Otro vídeocurioso es la demostración de la Ley de Lenz que puede hacerse con ¡un imán y una cañería de cobre!

"El científico no espera resultados inmediatos.
No espera que sus avanzadas ideas sean adoptadas ahora.
Su trabajo es como el de un sembrador - para el futuro.
Su deber es construir los fundamentos para los que vendrán, y mostrarles el camino.

Él vive, y trabaja, y espera."

Nikola Tesla (1856-1943)

¡¡AVISO!!

El Prof. Carlos Ríos hará una ayudantía recuperativa mañana Miércoles 24 a las 14:10 en la sala 06-02, para que así se preparen antes del certamen.

Mañana miércoles también habrá una charla de divulgación (el tema es astrofísica y la posibilidad de vida otros mundos) en el mall. La charla será dictada por el Prof. Nikolaus Vogt, de la Universidad de Valparaíso.Están cordialmente invitados a asistir; el tema es apasionante y estoy seguro que lo van a disfrutar.

Parte 9: Magnetismo

Hasta ahora, hemos hablado del campo eléctrico. La imagen mental que induce el campo eléctrico es bastante clara: actúa sobre las cargas atrayéndolas o empujándolas, de la misma forma como el viento empuja las hojas secas. El campo eléctrico tal como lo conocíamos también tenía un origen claro: es emanado y absorbido por las cargas eléctricas. Las líneas de campo eléctrico nacían y morían en cargas eléctricas. Todo era claro y directo.

Ahora todo se volverá fantástico, curioso y móvil, o en otras palabras, magnético. El campo magnético actúa sólo sobre cargas en movimiento de una forma mucho más curiosa. Las líneas de campo magnético son como cuerdas elásticas cerradas, entre las cuales las cargas en movimiento se enredan, de la misma forma como una enredadera se enrolla sobre su guía.

(Y sí, la clase está en la enredadera de más arriba, pesa 6Mb, así que puede demorar un poco, paciencia)

El que el campo magnético actúe sobre cargas en movimiento es la base del motor eléctrico. En un motor, el campo magnético actúa en general sobre un cable por el que circula una corriente eléctrica. Pueden ver modelos de motor homopolar (inventado por Faraday) en los siguientes vídeos:

Y motores (hechos con un corcho de vino) un poco más complejos en los siguientes vídeos:

El comportamiento de las cargas en movimiento bajo la influencia de un campo magnético es fundamental para nuestra existencia: el campo magnético de la Tierra atrapa y "enreda" las partículas del viento solar, protegiendo así las formas de vida que habitan nuestro planeta. El viento solar puede cambiar radicalmente el rostro de un mundo: cuando la actividad geológica de Marte se detuvo, y el planeta perdió su campo magnético, el viento solar arrancó a girones la atmósfera de ese mundo, transformándolo en un lugar seco, frío y desolado. El que estas partículas del viento solar sean atrapadas por nuestro campo magnético da origen a uno de los más hermosos espectáculos naturales: las auroras boreal y austral.
Aquí los dejo con un vídeo de la aurora austral, filmado en la antártica:

Y aquí les dejo otro, de la aurora boreal, tal como fue filmada por el astronauta Don Pettit desde la estación espacial internacional:

En una hermosa simetría, el campo magnético mismo es producido por cargas en movimiento, enrollándose en torno de las corrientes eléctricas. Esto nos permite construír cosas como el solenoide del vídeo de más abajo:

Por otra parte, la materia se comporta de formas curiosas bajo la influencia de los campos magnéticos. Hay materiales que son a atraídos por el campo magnético, otros que son repelidos y por último, otros que se pueden magnetizar y generar un campo magnético ellos mismos. Un material diamagnético es el agua, tal como pueden apreciarlo en el siguiente video:

Los superconductores son materiales perfectamente diamagnéticos (χ=-1); el campo magnético no puede penetrarlos. Esto tiene aplicaciones asombrosas, como en el caso de los trenes de levitación magnética. El siguiente video es muy bueno para comprender qué está pasando:

Orbitando el Sol, al igual que la Tierra, se encuentra el observatorio espacial SOHO, cuya misión es el estudio del Sol. Los dejo con imágenes de llamaradas solares filmadas por el SOHO, en las cuales podemos ver el plasma enrollándose en las líneas de campo magnético, volviéndolas así visibles. El espectáculo es de una belleza incomparable.

Charla Magnética

Una muy buena noticia. El Jueves 25 de Noviembre el Prof. Eugenio Vogel, destacado científico chileno, estará en nuestra universidad y dictará una charla sobre el Magnetismo. ¡Sería muy conveniente que asistieran!

Lo otro. Muchos me han preguntado donde se pueden comprar imanes de neodimio (ojo que la máquina NO puede consistir sólo de imanes atrayéndose y repeliéndose, lean las bases), pero por si los necesitan, pueden ir a la casa del imán en Santiago. En todo caso, no es necesario utilizar imanes de este tipo, excepto en algunos diseños muy puntuales.

Guías de Ejercicios

El Prof. Giovanni Salini a confeccionado dos guías de ejercicios para ustedes:

• Guía 1: Fuerza de Lorentz
• Guía 2: Ley de Ámpere y Ley de Faraday/Henry/Lenz

Y un aviso importante: El test 3 será el día 30, y entrará:

• Corriente y resistencia
• Fuerza de Lorentz & Fuerza sobre corrientes (o sea la fuerza ejercida por el campo magnético sobre cargas en movimiento)
• Ley de Ámpere-Maxwell (o sea como las corrientes generan el campo magnético)

¡¡Segundo Desafío Faraday!!

El Segundo Desafío Faraday consiste en disparar un proyectil utilizando solamente el campo electromagnético. ¡El que dispare más lejos gana el desafío! Lean bien las condiciones del desafío; no se vayan a autoimponer reglas inexistentes o a descalificarse en forma inadvertida utilizando algún procedimiento prohibido.

En efecto, cuando se utilizan grandes corrientes es posible disparar proyectiles con velocidades enormes, tal como se puede apreciar en el siguiente vídeo de un cañón electromagnético de riel. El "fuego" sólo se debe al roce (a ocho veces la velocidad del sonido) contra el aire y el cañón mismo.

Dos ADVERTENCIAS:

• Quizás utilicen bancos de capacitores para generar la corriente eléctrica en algunos diseños. Si es así, utilícenlos con MUCHO CUIDADO. Una descarga de un banco de capacitores puede resultar muy dolorosa o hasta letal, incluso sin haber utilizado la red eléctrica. Sobre todo, NO jueguen con los capacitores.
  
• NO apunten a nadie con su máquina (incluídos ustedes mismos). Incluso si el proyectil no sale muy rápido, es fácil herir a alguien en alguna parte sensible, como los ojos.
  

Parte 8: Corriente y Resistencia

Poco a poco, empezamos a romper con los límites de la electroestática. Las cargas eléctricas fluirán de un punto a otro a través de la materia; bajo estas condiciones, el campo eléctrico ya no se anulará dentro de los conductores.

Pero las cargas, al trasladarse dentro de la materia, sufren violentos choques contra la estructura atómica. Debido a este bombardeo de electrones, los átomos del material a través del cual fluye la electricidad oscilarán violentamente. Esto es lo que queremos decir con que el material se calienta.Cuando la temperatura conseguida de esta forma es lo suficientemente alta, el material caliente emitirá luz visible. Esto es precisamente lo que sucede en la que es quizás la máquina eléctrica más emblemática de todas: la lámpara incandescente.
La invención de esta máquina es atribuída (aunque con bastante polémica) a uno de los inventores más prolíficos de todos los tiempos: Thomas Alva Edison, en 1879.

"El propósito [de mi trabajo] se cumple si por medio del mismo,
una variedad de hechos puede ser presentado como una sola unidad a la mente"

Georg Simon Ohm (1789-1854)

¡¡Notas Certamen 2!!

Les dejo la pauta del certamen 2 en la siguiente descarga...

Las notas las pueden encontrar AQUÍ. Los felicito; en general las notas han mejorado mucho con respecto de la primera prueba. Sólo queda la última parte del curso (y quizás la más entretenida) así que sólo falta un último esfuerzo.

La máquina que estudiamos en esta ocasión fue el generador Van de Graaff, la cual en nuestro tiempo se usa principalmente con fines didácticos, pero originalmente fue utilizada como acelerador de partículas. En cierto sentido, el generador de Van de Graaff fue el tatarabuelo del LHC!

Primer Desafío Faraday: Los Vencedores y sus Máquinas

El jueves 11 de noviembre fue un día especial, en el cual algunos de ustedes mostraron sus creaciones para participar en el Desafío Faraday.

Las máquinas presentadas demostraron una habilidad e ingenio extraordinarios. Mis sinceras felicitaciones a todos los participantes; pueden estar realmente orgullosos de su trabajo (el cual de hecho llamó bastante la atención de los demás estudiantes y profesores de la Facultad de Ingeniería).

Y ahora, los vencedores por curso:

Juan Dauros
Fis2201-1 (Ingenierías Civil Industrial y Civil Informática)

El Sr. Dauros creó una máquina basada en el diseño de la Máquina de Wimshurst. Como capacitores utilizó botellas de Leyden clásicas, con agua en su interior. El gran tamaño de estos capacitores le permitió crear una chispa muy brillante y notoria, además de las dolorosas descargas eléctricas que varios probamos en forma directa :-).
Un vídeo de la experiencia puede ser visto en YouTube:

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Pablo Garcés y Carolina Neira
Fis2201-3 (Ingenierías en Biotecnología Acuícola y Logística)

El Sr. Garcés y la Srta. Neira también utilizaron el diseño de Wimshurst. Su máquina se destacaba por el cuidado con el cual fueron pulidos los electrodos y la rapidez con la cual generaba pequeñas descargas eléctricas una después de la otra en forma semi-continua.

Un vídeo de su máquina puede ser visto en YouTube:

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Lorcan Becerra
Fic2201-1 (Ingeniería Civil)

El Sr. Becerra utilizó una versión muy original del generador de Van de Graaff, construído con una lata de cerveza. Si bien requería bastante esfuerzo para almacenar carga, finalmente sí se producía una descarga eléctrica entre la lata y la mano.

Un vídeo de su máquina puede ser visto en YouTube:

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Hubo otros siete participantes, los cuales obtuvieron una mención honrosa por sus ingeniosos diseños: si bien se formaron grandes diferencias de potencial en sus máquinas, no fue suficiente para generar una chispa. Esto no significa que los diseños fueran malos; simplemente hubieron accidentes de último momento o faltaba perfeccionarlos sólo un poco. Además, la humedad de la atmósfera en Concepción siempre nos puede jugar una mala pasada.
Estas personas fueron:

Fic2201-1:

• Alexis Aguayo
• Pablo Lara
• Luz Moraga
• Patricio Quiroga

Fis2201-1:

• Sergio Villena
  

Fis2201-3:

• María Sánchez
• Natalia Torres

Pueden ver los ingeniosos diseños de estas máquinas en las siguientes fotografías:

Este diseño era un mini Van de Graaff... el cual sí generaba una diferencia de potencial (los papeles eran repelidos por la lata de Coca-Cola)


La Máquina de Wimshurst que construyó el Sr. Villena poseía un muy buen diseño y manufacturación. Los capacitores eran de placas paralelas y enrollados en espiral, lo cual es una solución muy ingeniosa. El problema fue que por alguna razón uno de ellos estaba haciendo contacto entre las placas y fue imposible repararlo... si no hubiese sido por este detalle, quizás esta máquina hubiese sido una de las vencedoras.


Cargar una botella de Leyden a través del roce entre dos dieléctricos puede ser una forma sencilla y efectiva de conseguir una descarga eléctrica... pero requiere bastante cuidado para no descargar el capacitor y un buen contacto a tierra, ¡mejor suerte para la próxima!

Todas las máquinas mostraron esfuerzo, ingenio y mucha habilidad; es un verdadero orgullo tener estudiantes como ustedes.
Prontamente se anunciará en el blog el Segundo Desafío Faraday. TODOS pueden participar, incluídos los que ya trabajaron en el Primer Desafío... ¡es una excelente oportunidad para una revancha!
PD: Jorge tomó fotos y vídeos del desafío que pueden ser bajados en http://www.megaupload.com/?d=X19ITG41

"Nada es demasiado maravilloso para ser verdad,
si es consistente con las Leyes de la Naturaleza"
Michael Faraday (1791-1867)

Parte 7: Capacitancia

Esta parte del curso es sobre una máquina: el capacitor o condensador. Esta máquina es en cierto aspecto muy similar a otra máquina sumamente antigua: el arco y flecha. En un arco y flecha, se realiza trabajo sobre el sistema cuando se tensa el arco. Después, todo este trabajo después se libera súbitamente al soltar la flecha, manifestándose como energía cinética.

Observemos que por supuesto, la energía siempre se conserva. Sin embargo, podemos cambiar la potencia, i.e., la velocidad con la que la energía se libera. Podemos guardar energía poco a poco, para liberarla rápidamente después.
Cuando trabajamos con cargas eléctricas, el capacitor es capaz de jugar un rol muy similar al del arco y flechas. El capacitor consiste de dos conductores en los que almacenamos cargas opuestas. Una vez cargado, posteriormente es posible crear un camino conductor entre los dos conductores originales, lo cual resulta en una súbita descarga eléctrica que libera la energía acumulada en el sistema.
En la foto de más arriba se muestra la descarga residual del Generador Marx de la Máquina Z. El Generador Marx es básicamente un conjunto de capacitores dispuestos en forma muy astuta, para liberar en forma súbita la enorme descarga que detonará una reacción de fusión nuclear.

Parte 6: Voltaje

Detrás del campo eléctrico, hay una entidad más fundamental (¡y mucho más sutil!): la diferencia de potencial eléctrico o voltaje. Esta idea nos permitirá un análisis más poderoso e intuitivo (¡y bastante más sencillo!) de los fenómenos eléctricos. Por esta razón, este concepto es vital cuando queremos comprender cómo funcionan diversos tipos de máquinas eléctricas (como la de la fotografía de más abajo)Hablando de descargas eléctricas, quiero presentarles una idea que parece casi un sueño surrealista: ¡es posible atrapar y "congelar" un relámpago! Vean cómo se hace en el siguiente vídeo:

Por último, quiero que puedan visualizar mejor el campo eléctrico y el voltaje bajo diversas configuraciones en el espacio y así obtener una comprensión más intuitiva. Creo que una excelente herramienta en este aspecto está constituída por los siguientes applets de java del Instituto para la Educación Científica de Westminster. El primero a la izquierda es útil para visualizar superficies equipotenciales y campos eléctricos en dos dimensiones en varia situaciones. El del centro permite visualizar el potencial eléctrico de una forma muy similar a como visualizamos la energía potencial gravitatoria. El de la derecha permite visualizar el campo electromagnético en situaciones tridimensionales, rotarlas, mover las cargas, conductores, etc.

Desafío Faraday

Un desafío Faraday consiste en la construcción de una máquina, en la cual usted demostrará su comprensión intuitiva de los principios del electromagnetismo.

Las condiciones generales de un desafío Faraday son las siguientes:

• Toda la máquina debe ser construida por usted. No puede utilizar partes de una máquina eléctrica pre-existente.
• Debe mostrar la máquina al curso y explicar a sus compañeros cómo funciona.
• Fotos y vídeos de la máquina y su creador aparecerán en este blog y en YouTube.
• El vencedor se hará acreedor de cierto puntaje para la nota de presentación a examen del curso.

En esta ocasión, el desafío consistirá en construir una máquina electroestática capaz de generar una chispa. ¡Y la chispa más grande gana!

Las condiciones detalladas del desafío, consejos, material extra, etc., lo encontrarán en la foto de más arriba. En ella se muestra una máquina electroestática natural, que generó las chispas más espectaculares que hayamos visto en un largo tiempo: el volcán Chaitén.

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Probablemente se está preguntando ¿y quién era este Faraday...?

Pues bien, Michael Faraday (1791-1867) nació en el seno de una familia humilde, y no tuvo acceso a una buena educación cuando joven. Pese a la fuerte discriminación social, y casi sin saber nada de matemáticas especializadas (como cálculo), su increíble intuición y su esfuerzo lo convirtieron en uno de los científicos más grandes de la historia. Tenía una comprensión intuitiva fantástica sobre la naturaleza del campo electromagnético, y creó el concepto de líneas de fuerza para visualizar su comportamiento.
Faraday fue la primera persona que construyó un motor eléctrico, y un dínamo, con lo que cambió la historia del mundo.

“Pero sigue tratando porque,
¿quién sabe qué es posible?”

Pauta de Corrección Certamen 1

Me imagino que todos querrán saber como les fue en el certamen. Mientras tanto, aquí les dejo las respuestas correctas; pueden ver que en efecto todo era bastante sencillo de resolver.
La máquina que analizamos en el certamen fue el contador Geiger, el cual sirve para medir la cantidad de radiación ionizante en el medio. Por ello, resulta importante para manejar con seguridad material radioactivo (detección de fugas). El uso de materiales radioactivos es bastante más cotidiano que lo que uno pudiera pensar, sobre todo debido a su gran utilidad en medicina y en la industria.

AVISO IMPORTANTE

El día Miércoles 29 de Septiembre el Prof. Fernando Izaurieta NO dictará las clases de los módulos 1, 2 y 6. Tampoco habrá ayudantía el día Jueves 30 para el Fic22101-1 en el módulo 4 (Paola Utreras) ni el día Viernes 1 en el módulo 4 (Fis2201-1, Carlos Ríos)

El día jueves y viernes el Prof. Izaurieta SÍ dictará las clases correspondientes en forma normal.

Notas Test 1

Estimados estudiantes, felicitaciones por las buenísimas notas que muchos de ustedes obtuvieron en el último test. Pueden ver sus notas AQUÍ para las secciones Fic2201-1, Fis2201-1 y Fis2201-3.

¡Espero les vaya igual de bien y mejor en el próximo certamen!

PD: Los alumnos Pablo Iván Cordero Matamala y José Luis Torres Jiménez por favor comunicarse con el Prof. Fernando Izaurieta

Certamen 1

Las secciones Fis2201-1, Fis2201-3 y Fic2201-1 (Prof. Fernando Izaurieta) tendrán el primer certamen el día Martes 28 de Septiembre, a las 12:50.

La distribución de salas es la siguiente:

• Fic2201-1, sala 04-18
• Fis2201-3, sala 04-18
• Fis2201-1, sala 09-04

Los temas a considerar son los que ya hemos visto en clases; concéntrese en comprender y no en aprender ecuaciones de memoria (lo cual no lleva a ninguna parte).
Los capítulos del Serway Vol. II en donde se tratan los temas vistos en clase son el 1 y 2. No son muy poéticos, pero leer y rehacer la explicación de cada capítulo les ayudará a comprender los conceptos fundamentales.

Para que puedan verificar por ustedes mismos cuanto comprenden, les dejo AQUÍ una pequeña guía de ejercicios. Son sólo tres ejercicios muy simples matemáticamente; pero necesitan comprender muy bien qué es lo que está pasando.

Montones de cargas

En la última parte, habíamos aprendido a calcular el campo eléctrico producido por una carga eléctrica, y la fuerza que una carga ejerce sobre otra. Sin embargo, cuando pensamos en máquinas reales (como la televisión de la figura) nos encontramos con cantidades colosales de cargas eléctricas; ¡y tenemos que poder calcular el campo eléctrico producido por todas ellas juntas! No es tan colosalmente difícil como parece, especialmente usando el Teorema de Gauss en forma astuta. Un caso particularmente interesante (¡y con consecuencias importantes!) viene dado por el comportamiento de las cargas eléctricas en un conductor.

Un ejemplo dramático de lo último viene dado por la Jaula de Faraday, vean qué es lo que quiero decir en el siguiente vídeo...

Test 1 Martes 7 de Septiembre

El día martes 7 de septiembre, en el módulo 6 (14:00-15:00), se efectuará el primer test. Los temas a evaluar serán flujo de campo eléctrico y fuerza de Coulomb.

La distribución de salas será la siguiente:

• Fis2201-1 sala 07-02
• Fis2201-2 sala 07-06
• Fis2201-3 sala 11-25
• Fic2201-1 sala 09-03
• Fic2201-2 sala 09-04

Les deseamos mucho éxito; no tengan miedo porque será muy sencillo y sin gran complejidad matemática. Concéntrese en comprender bien los conceptos analizados en clase.

Durante un par de semanas, el Prof. Fernando izaurieta se ausentará por motivos de salud y será reemplazado por la Prof. Paola Utreras. Los horarios de clases serán los mismos que los que ya estaban asignados. Por si hay alguien perdido aún, pueden ver esos horarios aquí.

Parte 4 - Flujos y Fuerzas

A simple vista, las Leyes de Maxwell parecen complicadísimas de resolver. No es así; es bastante sencillo resolverlas si definimos un concepto clave: el flujo.

Utilizando el flujo de campo eléctrico , descubriremos como determinar el campo eléctrico producido por cargas eléctricas. Después de ello, podemos calcular cómo este campo creado por estas cargas ejerce fuerza sobre partículas vecinas. El resultado de esto es que las cargas eléctricas pueden atraerse o repelerse, tal como describió Tales de Mileto por vez primera hace 2600 años, utilizando trocitos de ámbar (ἤλεκτρον en griego).

Para tener una noción intuitiva de por qué las cargas eléctricas se repelen o se atraen, vean las siguientes películas que muestran las líneas de campo eléctrico para cargas repeliéndose y el atrayéndose:

“Yo canto al cuerpo eléctrico,
Me abrazan los ejércitos de quienes amo y los abrazo,
No han de soltarme hasta que vaya con ellos,
hasta que les responda,
Hasta que los purifique y los colme con la carga de mi alma...”

(Walt Whitman, 1819 – 1892)‏

Inscripción Laboratorios

La fecha de inscripción para el laboratorio de Física será el próximo martes 7 de septiembre, con Ricardo Espinoza. Ojo que ahora los laboratorios están renovados y serán realizados en el edificio que antes era el laboratorio de fluídos (el canal de olas)

Guías de Ejercicios

El próximo martes 7 de septiembre tendrán el test de física en el módulo 6. Los temas que se considerarán será flujo de campo eléctrico y Ley de Coulomb.
Los dejo con dos guías de ejercicios en estos temas,

una tratando sobre el concepto de flujo, y la otra sobre como las cargas eléctricas ejercen fuerzas una sobre las otras a través del campo eléctrico.
Recuerden comprender muy bien los conceptos, la parte matemática no será muy difícil, nos centraremos en medir si comprenden o no los puntos principales.

Transparencias Prof. Giovanni Salini

El Prof. Giovanni Salini ha preparado transparencias muy completas con algunos de los contenidos analizados en clases. Pueden bajarlas haciendo click en las siguientes imágenes:

Parte 3 - Las Ecuaciones de Maxwell

En 1873 ocurrió un hecho que revolucionó la historia humana para siempre. Fue un acontecimiento de la misma importancia que el descubrimiento del fuego, la rueda o los metales. Aquel año el físico, matemático y poeta escocés James Clerk Maxwell descubrió las ecuaciones que describen como se entretejen el campo eléctrico y magnético y como actúan sobre la materia. Como resultado, el mundo cambió de pies a cabeza en menos de 100 años. De hecho, la máquina en la que lees estas líneas existe sólo gracias a que conocemos las Ecuaciones de Maxwell.

En clase estudiamos estas ecuaciones primero desde un punto de vista conceptual, comprendiendo qué es lo que quieren decir. En las clases subsiguientes aprenderemos los detalles cuantitativos y cómo estas ecuaciones nos permiten crear y comprender prácticamente la totalidad de la tecnología actual.

Los dejo con un hermoso vídeo de una obra de arte realizada por Sachiko Kodama y Yasushi Miyajima utilizando ferrofluidos, los cuales permiten una bella visualización de las líneas de campo magnético.



Además de este uso artísitico, estos fluídos poseen numerosas aplicaciones en electrónica, en óptica, en medicina, como lubricantes, usos militares (siempre alguien encuentra la forma de matarse más eficientemente con lo que sea), etc...

“No puede uno escapar de la sensación de que estas fórmulas matemáticas tienen existencia e inteligencia independientes propias, que son más astutas que nosotros, incluso más que sus descubridores, y que obtenemos de ellas más de lo que les damos.”

Heinrich Hertz (1857-1894),
Descubridor del efecto fotoeléctrico y creador de los experimentos que demostraron la existencia de ondas electromágneticas

Parte 2 - Cálculo 3 en 30 minutos

Esta segunda parte está dedicada a un pequeño repaso de los conceptos básicos del cálculo vectorial. Conceptos como el de campo, gradiente, divergencia y rotor son revisados. En un curso de Física como este, lo más importante no es memorizar sus definiciones, si no más bien tener una imagen mental, un sentido intuitivo de qué es lo que significan estás operaciones matemáticas. En pocas palabras, comprenderlas. Recuerden que saber el nombre de algo y comprender algo son dos cosas muy distintas.

Las transparencias de esta clase las encontrarán en el hermoso cuadro Campo de Trigo con Cuervos de Vincent Van Gogh. Me parece una buena metáfora: así como en un campo de trigo hay una espiga de trigo en cada lugar del suelo, en un campo vectorial existe un vector en cada punto del espacio.

"A quienes no saben matemáticas les es difícil saborear la verdadera belleza, la belleza más profunda, de la naturaleza...
Si quieres aprender sobre la naturaleza, si quieres apreciar la naturaleza, necesitas entender el lenguaje en el que ella habla."

(Richard Feynman, 1918-1988)
Premio Nobel de Física (1965) por el descubrimiento
de la Electrodinámica Cuántica

Parte 1 - Electromagnetismo: La Fuerza que Vemos

A nuestra escala, el electromagnetismo es la fuerza fundamental más importante para comprender el Universo que nos rodea. Es tan importante, que la evolución nos dotó de un detector electromagnético para verla: les llamamos ojos.

La fotografía que tenemos abajo es una pequeña muestra de lo poderosas que son las fuerzas electromagnéticas.

En 1997, la nave espacial Cassini–Huygens despegó rumbo a Saturno 100 veces rápido que una bala. Este mundo se encuentra tan lejano, que incluso a esta velocidad la nave llegó a destino recién el 2004. Una vez allí, tomó esta fotografía. En el interior de la nave espacial, esta fotografía generó pequeños desbalances de cargas eléctricas. Estos pequeños desbalances generaron campos electromagnéticos, que se propagaron a través del espacio. Las fuerzas electromagnéticas son tan intensas, que estos campos generados en una nave espacial en Saturno ¡son capaces de mover otras cargas eléctricas dentro de una máquina en la Tierra!. Los movimientos de estas cargas eléctricas en la Tierra son los utilizados para reconstruír esta bella fotografía, tomada en el otro extremo del Sistema Solar.
Así de poderosas y útiles son las fuerzas Electromagnéticas.

"El Cosmos es todo lo que es, todo lo que fue, y todo lo que será.
Nuestras visiones más pálidas del Cosmos nos inquietan
— hay un escalofrío en la espalda, un quiebre en la voz,
una sensación de desmayo,
como la de una memoria lejana de caer en el vacío.
Sabemos que nos aproximamos al más grande de los misterios."

(Carl Sagan, 1934-1996)
Astrónomo y divulgador científico