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por amor a las matemáticas .....

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Pienso en MATEMÁTICAS ..... pero NO sólo en esto
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domingo, 4 de enero de 2009

Enseñar a pensar ....

Enseñar a pensar...
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Sir Ernest Rutherford, presidente de la Sociedad Real Británica y Premio Nobel de Química en 1908, contaba la siguiente anécdota: Hace algún tiempo, recibí la llamada de un colega. Estaba a punto de poner un cero a un estudiante por la respuesta que había dado en un problema de física, pese a que éste afirmaba rotundamente que su respuesta era absolutamente acertada.

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Profesores y estudiantes acordaron pedir arbitraje de alguien imparcial y fui elegido yo. Leí la pregunta del examen y decía: "Demuestre cómo es posible determinar la altura de un edificio con la ayuda de un barómetro".
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El estudiante había respondido: "Lleva el barómetro a la azotea del edificio y átale una cuerda muy larga. Descuélgalo hasta la base del edificio, marca y mide. La longitud de la cuerda es igual a la longitud del edificio".
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Realmente, el estudiante había planteado un serio problema con la resolución del ejercicio, porque había respondido a la pregunta correcta y completamente. Por otro lado, si se le concedía la máxima puntuación, podría alterar el promedio de sus de estudios, obtener una nota más alta y así certificar su alto nivel en física; pero la respuesta no confirmaba que el estudiante tuviera ese nivel.
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Sugerí que se le diera al alumno otra oportunidad. Le concedí seis minutos para que me respondiera la misma pregunta pero esta vez con la advertencia de que en la respuesta debía demostrar sus conocimientos de física. Habían pasado cinco minutos y el estudiante no había escrito nada. Le pregunte si deseaba marcharse, pero me contesto que tenia muchas respuestas al problema. Su dificultad era elegir la mejor de todas. Me excusé por interrumpirle y le rogué que continuara.
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En el minuto que le quedaba escribió la siguiente respuesta: "Toma el barómetro y lánzalo al suelo desde la azotea del edificio, calcula el tiempo de caída con un cronómetro. Después aplica la formula altura = 0,5 a t2. Y así obtenemos la altura del edificio".
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En este punto le pregunte a mi colega si el estudiante se podía retirar.Le dio la nota mas alta. Tras abandonar el despacho, me reencontré con el estudiante y le pedí que me contara sus otras respuestas a la pregunta. Bueno, respondió, hay muchas maneras, por ejemplo, tomas el barómetro en un día soleado y mides la altura del barómetro y la longitud de su sombra. Si medimos a continuación la longitud de la sombra del edificio y aplicamos una simple proporción, obtendremos también la altura del edificio.
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Perfecto, le dije, ¿y de otra manera? Sí, contestó; este es un procedimiento muy básico para medir un edificio, pero también sirve. En este método, tomas el barómetro y te sitúas en las escaleras del edificio en la planta baja. Según subes las escaleras, vas marcando la altura del barómetro y cuentas el número de marcas hasta la azotea. Multiplicas al final la altura del barómetro por el número de marcas que has hecho y ya tienes la altura. Este es un método muy directo.
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Por supuesto, si lo que quiere es un procedimiento más sofisticado, puede atar el barómetro a una cuerda y balancearlo como un péndulo, y determinar el valor de la "g" al nivel de la calle y en el techo del edificio. La altura del edificio puede, en principio, calcularse a partir de la diferencia entre los dos valores obtenidos.
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En este mismo estilo de sistema, atas el barómetro a una cuerda y lo descuelgas desde la azotea a la calle. Usándolo como un péndulo puedes calcular la altura midiendo su período de oscilación. En fin, concluyó, existen otras muchas maneras.
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Probablemente, siguió, la mejor sea tomar el barómetro y golpear con él la puerta de la casa del conserje. Cuando abra, decirle: "Señor conserje, aquí tengo un bonito barómetro. Si usted me dice la altura de este edificio, se lo regalo."
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En este momento de la conversación, le pregunté si no conocía la respuesta convencional al problema (la diferencia de presión marcada por un barómetro en dos lugares diferentes nos proporciona la diferencia de altura entre ambos lugares) Evidentemente, dijo que la conocía, pero que durante sus estudios sus profesores habían intentado enseñarle a pensar, cómo emplear el método científico, cómo explorar las profundidades de la lógica de un tema estudiado, y todo eso de una manera pedante, como sucede a menudo en matemáticas modernas, sin mostrar la estructura misma del tema tratado.
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De regreso en mi oficina, reflexioné largo tiempo sobre este estudiante. Mejor que todos los informes sofisticados que hasta entonces había leído, acababa de enseñarme la verdadera pedagogía, la que se apega a la realidad. Con jóvenes como éste, no le temo al futuro.
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El estudiante se llamaba Niels Bohr, físico danés, premio Nobel de Física en 1922, más conocido por ser el primero en proponer el modelo de átomo con protones y neutrones y los electrones que lo rodeaban. Fue fundamentalmente un innovador de la teoría cuántica.


heráldica de la familia Bohr, ojo que incluye el yin y el yang ....

(Colabora Claudia Drago)

sábado, 28 de junio de 2008

Potencias y Ecuaciones: Una reflexión matemática sobre la fórmula de Newton ....

REFLEXIÓN CRÍTICA SOBRE LA FÓRMULA DE NEWTON (de Cosmo Educa)



¿qué significa realmente?

Reflexionemos con esta fórmula sencilla: si aumentamos una de las masas (por ejemplo, al doble) la fuerza también aumenta (se duplica). Ocurre lo mismo si aumentamos la otra masa. Si aumentamos la distancia entre las masas, al doble también, la fuerza se hace cuatro veces menor (porque la distancia está en el denominador, y al cuadrado). Fíjense que si aumentamos mucho la distancia (por ejemplo 100 veces) la fuerza decae muchísimo más (diez mil veces). Jugando con los números entenderemos mejor cómo actúa la fuerza de la gravedad.

En el lenguaje de las matemáticas es una fórmula simétrica, sencilla y bella. Es maravilloso pensar que la Naturaleza obedece a esta ley tan sencilla y elegante. Podemos preguntarnos por qué es así. Aquí entramos en un terreno resbaladizo (la física no responde a los porqués últimos) donde se mezcla la física con la filosofía y la estética...

¿Por qué hay un exponente 2 en el denominador? ¿Y si fuera ligeramente diferente, p. ej. 2,1276? ¿Es más feo? Observen que con ese exponente "feo" la fórmula es drásticamente diferente: los físicos han calculado que, si en vez de 2 fuera 2,0000001, ya habría efectos medibles en las órbitas planetarias. O sea, es 2 exactamente a una gran precisión (una parte en diez millones): la naturaleza ha elegido un número sencillo. La fuerza electromagnética también tiene el 2 de exponente en la distancia... parece algo profundo que las unifica.

¿Cómo sería el universo con otras leyes? por ejemplo con el exponente 1 ó 3 en la distancia. Los alumnos deben advertir que la fuerza cambiaría enormemente con estos exponentes. Con exponente =1 decaería mucho más despacio y con 3 al revés, se iría a casi cero enseguida. Serían universos muy diferentes al nuestro.

¿Cómo seríamos nosotros, la Tierra, el Sol... el universo sin gravedad? Sin gravedad, el universo no se parecería al nuestro. A nivel microscópico (átomos, moléculas...) pensamos que no habría grandes cambios si no hubiera gravedad... por lo que sabemos (no podemos estar seguros de esto porque no sabemos bien cómo actúa la gravedad a escala microscópica; no hay aún una teoría cuántica de la gravitación.

En el mundo "intermedio", o sea, el nuestro, la gravedad parece que no es vital. Nuestro cuerpo no se mantiene unido por la gravedad que produce nuestra masa, es decir, nuestro brazo, por ejemplo, no está unido al tronco por la fuerza gravitatoria entre ambos; las fuerzas de unión son las electromagnéticas.Pero, al pasar a mayores escalas, por ejemplo la Tierra, los efectos de un mundo sin gravedad serían enormes. Sin gravedad, la Tierra perdería su atmósfera y se rompería ella misma en pedazos, ya que se mantiene unida por gravedad. La Luna y los planetas... igual. Se despedazarían. El Sol, obviamente, no atraería a la Tierra y a los planetas: no habría Sistema Solar. Pero es que, además, el propio Sol (una bola de gases calientes) se desintegraría, ya que también él se mantiene unido por la gravedad. No habría soles (estrellas) ni galaxias, ni cúmulos de galaxias... Un universo frío y sin luz.

martes, 17 de junio de 2008

Desafío PSU - Universidad Católica

La magnitud de la fuerza con que se atraen dos cuerpos de masas m y M está dada por la fórmula:

donde r, es la distancia entre los cuerpos y G es una constante. Al despejar m se obtiene:


Alternativa Correcta es la A)

martes, 10 de junio de 2008

La broma de Einstein .....



Una de las fotografías tomadas del eclipse de 1919 durante la expedición, la cual confirmó las predicciones de Albert Einstein.

Tras la primer guerra mundial, una expedición científica viajó a las islas Príncipe, cerca de África, para observar el eclipse solar del 29 de mayo de 1919.

Durante el eclipse fotografió las estrellas que aparecían alrededor del Sol. Según la Teoría de la Relatividad General, las estrellas que deberían aparecer cerca del Sol deberían estar un poco desplazadas, porque su luz es curvada por el campo gravitatorio solar. Este efecto sólo puede observarse durante un eclipse, ya que si no el brillo del Sol hace las estrellas invisibles al ojo humano.


Las observaciones confirmaron la teoría de Einstein, y fueron tomadas en su época como la prueba de la validez de la relatividad general frente a la en parte obsoleta mecánica newtoniana.
Entonces le preguntaron a Einstein que qué hubiese pensado de Dios, si la luz no se hubiese curvado .... a lo que Einstein respondió: hubiese pensado que Dios es una distraído !!!

martes, 29 de abril de 2008

Geometría en las Leyes de Kepler

De Wikipedia:












"en mismos tiempos se barren iguales áreas"

Las leyes de Kepler fueron enunciadas por Johannes Kepler para explicar el movimiento de los planetas en sus órbitas alrededor del Sol.
La segunda de ellas se puede enunciar así:

Segunda Ley (1609): El radio vector que une el planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

Dejemos Wikipedia y explique más simplemente: Si trazo una recta del sol hasta el planeta y después de determinado lapso -digamos de tres semanas- trazo otra recta, entonces el área barrida por el planeta es exactamente igual a la que barrerá en las tres semanas siguientes ....

Partamos con la imagen de un sol y un planeta. Imaginemos que en cierto momento se encuentra en la posición 1. Pensemos que en un cierto lapso, se traslada a la posción 2. Si el sol no ejerciera fuerza sobre él, entonces, por el principio de inercia de Galileo, el planeta seguría desplazándose en línea recta. Así, en igual lapso, se habría movido la misma distancia hasta el punto 3.

Aquí es muy fácil demostrar que -NO HABIENDO NINGUNA FUERZA- entonces en tiempos iguales se recorren áreas iguales.


Recordamos que el área de un triángulo es el semiproducto entre base y altura. Es decir, multiplico base por altura y luego divido en 2.

Cuando hay un triángulo obtuso, el área es como en el siguiente esquema:

En nuestro esquema del viaje planetario, las distancias de 1 a 2 y de 2 a 3 son iguales, porque el planeta las viaja -sin ninguna coacción- durante un miemo lapso de tiempo. Además, ambos triángulos poseen la misma altura, el trazo SB. Por tanto las áreas a1 y a2 son iguales,


En iguales lapsos de tiempo, el trazo que une el sol y el planeta barren áreas igaules .....

PERO EL SOL EJERCE ATRACCION sobre el planeta, por tanto en el camino 1-2-3, el planeta se desvía hacia el sol, "que lo trata de atrapar".

Tomando en cuenta la atracción del sol, el planeta no irá al punto 3 sino al punto 4. El esquema es como sigue:

Aproximadamente, se piensa en la posición 2 y se piensa que el efecto total en el intervalo 1-3 fue cambiar de movimiento en cierta magnitud, en la dirección de la recta S-2. Esto significa, que por efecto de la gravedad del sol, el planeta altera su movimiento en una cierta magnitud que tiene una dirección paralela a la recta S-2.

Ahora hay que comparar las áreas de los triángulos S23 y S24 y obviamente poseen igual ´rea pues,

1) tienen la misma base: S2; 2) Tienen la misma altura, pues la reacta que pasa por 34 es paralela.

Luego ambas áreas so iguales .....

¿Por qué yo digo que hasta aquí la demostración está hecha?

OJO: Hoy en día esto se demuestra con matemáticas más elevadas, esta fue la demostración que hizo el mismísimo Newton en su libro PRINCIPIA .... era capo el viejo!

jueves, 24 de abril de 2008

Física Actual - Charla


Tema: ¿Qué son los agujeros negros?
Expositor: Jorge Zanelli.
Lugar: Av. República 252, Sala 002
Hora: 19:00
Organiza: Universidad Andrés Bello - Grandes Ideas de la Física Contemporánea.
Gratuito.

lunes, 21 de abril de 2008

Principio de Incertidumbre y Libertad Humana (x Claudio Escobar Cáceres)

El principio de Incertidumbre de Heisenberg, por una parte nos muestra que el ideal clásico de objetividad científica y la determinación no es posible, cuestión refrendada más tarde en la historia científica por el teorema de Gödel y su certeza de la incompletitud de los andamiajes construidos por el ser humano en cualquier estructura axiomática. Ambas cuestiones nos llevan a mostrar la ciencia como un proceso perfectible y en evolución permanente y a los que la practicamos, a revestirnos inexorablemente del ropaje de la humildad. Gödel nos deja la perpleja incógnita de si una serialidad superior todavía es posible de encontrar para cada elemento de la naturaleza.

No hay captura-total, el macro-universo y su cosmogonía son imposibles de asir, el micro-universo y su esencia cuántica nos hablan de realidades que mutan (principio de dualidad de la mecánica cuántica: coexistencia de identidad onda e identidad partícula) y se escapan de los principios racionales de la lógica tradicional clásica.

La incertidumbre que nos lleva al desvarío de no poder conocer la posición y la velocidad de una partícula a la vez, nos abre así la clave para entender que desde las dimensiones más pequeñas nada puede quedar determinado bajo los esquemas mecánicos y rígidos del ser humano. Esta incertidumbre se propaga quizás fractalmente a escalas cósmicas y de paso con ello plantea la libertad como una verdad inacabada, no sujeta jamás al control antrópico.

Como dice Sábato, podemos ir a la ignorancia a través de la ciencia, pero un verdadero científico no puede transitar hacia la falta de libertad si construye verdadera ciencia ....

¿ Por qué el principio de INCERTIDUMBRE se expresa como una INECUACION?

Vemos primero qué es el principio de Incertidumbre:


Principio de Incertidumbre de Heisenberg

En la inecuación,


Delta X







es la incertidumbre en la posición de la partícula.
Delta V






es la incertidumbre en la velocidad de la partícula.


“h” es un número conocido como la “Constante de Plank” , m la masa de la partícula ....
el principio de incertidumbre dice:


no es posible conocer
la posición de una partícula y su velocidad
a la vez ....



Si este principio, que incluye dos variables (posición [Delta x ] y velocidad [Delta v ]), fuera una ecuación, al conocer una de ambas cantidades, la otra queda inmediatamente determianda. Si la ecuación fuera:








y conociéramos que, por ejemplo que Delta x= 20; entonces Delta v valdría inmediatamente 5.


Saber la velocidad y la posición sería cuestión de fijar una de ellas.

Sin embargo, si el principio que liga a velocidad y posición se plantea por medio de una inecuación:

al conocer el valor de Delta x=20; entonces no será una cantidad fija sino que podrá ser una elegida en un infinito de posibilidades: Delta v >= 5.

miércoles, 16 de abril de 2008

Esos viejos problemas de la Escuela de Ingeniería (Mecánica Racional I)

Defiendo esos "viejos problemas de ingeniería" .... de aquel temido ramo: Mecánica racional I (bueno, en realidad problemas semejantes se ven en Física I ....)

ENUNCIADO:

Se ata una cuerda entre dos postes. Un muchacho de 90 N se cuelga d ella, como se muestra en la figura. Encuentre las tensiones en las cuerdas. (SchaumMc Graw Hill).


¿Y por qué los defiendo?

1) Porque son problemas anclados a la realidad, sirven para hacer cálculo relativos a la real realidad, muchas veces necesarios en construcción u otras áreas ....

2) Porque involucran muchas materias a la vez, en este caso:

a) Condiciones de equilibrio de fuerzas (Tema Físico)
b) Sistema de Coordenadas Cartesianas.
c) Rudimentos de Trigonometría (razones trigonométricas).
d) Sistema de Ecuaciones de 2 x 2.
e) Te invitan a trabajar con Unidades Físicas, para la fuerza en este caso.

Veamos la Resolución del problema: