martes, 18 de octubre de 2011

El artículo pionero de fìsica al que le borraron los datos experimentales

Al poco tiempo que se invento el láser, un torrente de descubrimientos comenzaron a emerger gracias a las grandes intensidades luminosas que estaban ahora a disposición de los investigadores. Muchos de estos descubrimientos están dentro de la categoría de la “óptica no-lineal”, que se puede definir como el estudio de los medios cuyas propiedades ópticas son funciones de la intensidad de la luz. Por su puesto, estas intensidades se encuentran cercar de los 10^20 watts por metro cuadrado, tan altas intensidades que unicamente  fuentes luminosas como los láseres alcanzan.

De este modo, cuando los láseres se inventaron, uno de los descubrimientos más importantes fue la generación de segundo armónico óptico. El cual consiste, básicamente, que un haz láser de frecuencia f es transformado por un medio en el doble de su frecuencia 2f. La mayoría de los apuntadores láser que emiten color verde trabajan por este mecanismo, doblando una frecuencia original de 1064 nm (haces infrarrojos) a 532 nm (en la región visible: color verde).Anteriormen te hemos mostrado videos de este efecto no-lineal.

Arreglo experiemntal original para detectar generacion de segundo armonico. via wikipedia
La generación de segundo armónico fue reportada primero en Phys. Rev. Lett. 7, 118-119 (1961), donde se describe el uso de un láser de rubí de alrededor de 3 kW de poder instantáneo enfocado en una pequeña área, el haz transmitido es separado por medio por un prisma  y se observan en una  placa fotografica el espectro de transmission, como se ilustra en la primer figura. El artículo publicado es desafortunadamente poco famoso en el campo de la física de láseres por contener una pifia anecdótica.

Principal imagen del articulo de Phys. Rev. Lett. 7, 118-119 (1961)
En esta imagen, del articulo original, la mancha grande fue causada por haz fundamental  (6943 A) ) al incidir en una placa fotográfica. La flecha apunta a una mancha mucho más pequeña, donde se encuentra la huella dejada por la emisión de segundo armónico (3472 A). Recordando que el articulo realizado antes de la era del PDF y el dominio digital en la impresión, pues resulta que en el proceso de impresión, los ayudantes del editor tomaron ese punto como si fuera un mancha de suciedad, una mota de polvo, por lo cual la BORRARON. ¡¡De modo que el artículo se imprimió con el dato experimental completamente borrado!! (OMG)  

De todos modos, el articulo esta en lo correcto. Actualmente, la generación de segundo armónico es más que una curiosidad científica, también cuenta con alta presencia en aplicaciones comerciales en láseres. Este trabajo pionero ha llevado a contar, hoy en dia, con laseres que se pueden sintonizar, por lo cual podemos tener laseres de varios colores en su emision.

Buena parte de mi trabajo se basa en la detección del la generación del segundo armónico óptico como medio de caracterización de materiales orgánicos. Muchas veces la emisión es poco importante por lo cual este articulo pionero me muestra que para encontrar un efecto nuevo basta con tener un prueba, sin importar que esta sea pequeña. Existen otros casos en la historia de la ciencia donde los datos no son suficientes como para afirmar una conclusión definitiva. Por ejemplo, la afirmación de Hubble de un Universo en expansión, pero esa es otra historia que ya trataremos en este blog.

jueves, 29 de septiembre de 2011

¿Qué es un láser? Respuesta con una colección de posts

Creditos: US DEPARTMENT OF
ENERGY/SCIENCE PHOTO LIBRARY
A manera de introducción pueden ver el video: ¿que es un láser?

Usualmente los láseres emiten una mancha bien definida. Pero no siempre es así. vean el post Extraños Modos Trasversales de Láser Gaseoso .
Una aplicacion del láser es su capacidad de alto enfoque, tal que puede usarse para escribir sobre un cabello, y es tan intenso que instantaneamente puede calentar su taza de café.

Este tema lo pueden también discutir a profundidad en alguno de los cursos de láseres de la Facultad :D

Tambien te puede interesar ver las entrañas de un láser de He-Ne, ya que los que estan en el laboratorio no se pueden desarmar.

Existen muchas clases de láseres, por ejemplo, el láser de nitrógeno suele ser un proyecto ingenieril muy ilustrativo del tema.

domingo, 25 de septiembre de 2011

La Ilusión óptica con 200 papelitos que el viento se llevó (video y comentario)



La colocación estratégica de 200 papelitos cuadrados y blancos sobre el tablero de ajedrez crean una ilusión de profundidad y deformación del espacio.

Después, la corriente de aire manda a volar los papelitos, por lo que la ilusión óptica desaparece.

El cerebro humano evolucionó para encontrar rápidamente patrones espaciales, basta alrededor de aprox. 20% de información en una imagen para que el cerebro haga el resto. Es por ello que podemos disfrutar la sensación de profundidad en una pintura o fotografía, también por ello esta y otras ilusiones ópticas funcionan tan bien.

Lo que más me gusto de esta ilusión óptica es que no usa fotos, o MS power-point. Es una ilusión óptica trabajada con objetos tangibles :D

Cuéntanos si has hecho alguna ilusión óptica. Claro, también recuerda suscribirte a este blog, que causa adicción a la ciencia.

Enlaces relacionados

Una explicación de que son las ilusiones ópticas encontraras en Presentación de ilusiones ópticas

Este post explica cómo usar unas cartulinas de colore para hacer una simple Ilusión óptica: la importancia de las fronteras

sábado, 17 de septiembre de 2011

Presentación cómo escribir un articulo (ingles)

Me encontre esta excelente presentación sobre cómo redactar un articulo formal y científico. Lealo y lo comentamos en la clase. Pues creo que sus calificaciones pueden subir mucho después de comprender esta presentación

Writing A Research Paper Dr. Nguyen Thi Thuy Minh
 


Dejen un comentario de lo que entendieron o de lo que les deje dudas :D

Dejen que su voz se oiga en la clase.

viernes, 16 de septiembre de 2011

Cómo hacer el truco del agua que no apaga la llama: el fantasma de Pepper

Todo es espejos y humo en los trucos de magia, todo es CIENCIA. Mira el video y sorpréndete.


¿Cómo funciona?

El fantasma de Pepper es una ilusión de escena del siglo XIX, basada en principios ópticos, que pueden explicarse en una clase de introducción a la óptica. John Nenry Pepper (1821-1900) paso la mayor parte de su carrera desarrollando y dando entretenidas conferencias científicas. El material de sus conferencias se publicaba en panfletos y después dos libros: The Boy’s Playbook of Science y Cyclopædic Science Simplified.

La ilusión del fantasma es basada en el hecho de que una placa de vidrio orientada 45 grados de la línea de visión, refleja alrededor del 10% de la luz incidente y transmite el 90% restante. Quienes tengan un nivel alto de física-matematicas pueden consultar y demostrarlo con las ecuaciones de Fresnel, usando la suma de dos ondas ortogonalmente polarizadas.

Por ejemplo, en la figura un actor, en la parte izquierda inferior de la imagen, actúa como fantasma y su figura es iluminada intensamente por un proyector del derecho inferior. Algunos haces de luz reflejados por el actor alcanzan el vidrio extendido en el escenario, el cual los refleja hacia la audiencia del lado izquierdo superior de la imagen. La gente esta acostumbrada a pensar que los rayos de luz viajan en línea recta, por lo que están seguros que el fantasma se encuentra sobre el escenario. De modo que otro actor con espada pincha a la imagen del fantasma.

La ilusión es tan famosa que se ha usado en múltiples obras de teatro, parques de diversiones (Disney por ejemplo), en series de televisión (en el Mentalista). Pues bien en el siguiente video se muestra las entrañas de la ilusión


Todavía mejor, pues en el siguiente video se puede tomar como un tutorial para hacer esta ilusión óptica

En lo personal me gusta la idea de presentar este efecto como un diorama, usando una caja de zapatos, como muestra este video.



Dejanos un comentario sobre tu experiencia con estos “fantasmas de espejos y humo”, dinos donde los has visto. Por su puesto comentanos como hiciste el tuyo :D

Enlaces relacionados:


Crédito de la imagen: Gaston Tissandier, Popular Scientific Recreations (Ward, Lock,
and Co., London, n.d.), p. 138. El libro fue originalmente publicado en en francés en 1880.

martes, 13 de septiembre de 2011

Videos: Qué los espejismos se pueden formar en todas partes

He encontrado varios videos de espejismos, donde las superficies se comportan como espejos de la luz que proviene del cielo, claro a ángulos grandes de incidencia respecto a la normal . 

Usualmente atribuimos su formación a los gradientes de temperatura, responsables de que el desierto o cuartos muy calientes (como una tortillería) se vean ondulaciones verticales. Sin embargo, hay varias personas quienes afirman que los espejismos poco tienen que ver con las diferencias de temperatura entre el superfice y las primeras capas de aire, que más bien es un efecto directamente relacionado con los coeficientes de Fresnel, un efecto de reflexión a ángulos precisos.

Como sea por el momento, les dejo estos ejemplos de espejismos:

En la carretera, el mejor lugar para verlo es cuando faltan curvas en el camino

Espejismo superior en el  mar, bastante extraño de presenciar y muy lindo, pues la trayectoria de los rayos luminosos es convexa, por ello la imagen es superior, es decir, se ve un barco de cabeza sobre el real.  

Claro también se pueden ver en una puesta del sol en el mar

¿Qué tienen de comun todos estos efectos?, investigaremos en siguientes post por medio de las ecuaciones de Fresnel para llegar a una conclusión propia.

Enlaces relacionados:

Método simple para medir el índice de refracción en un líquido

Cómo hacer cambios de índice de refracción continúo en una pecera

domingo, 4 de septiembre de 2011

El error de Manet en el cuadro “Un bar de las Folies Bergère”

Este es el famoso y valioso cuadro “Un bar de las Folies Bergère” de Eduard Manet, 1881. ¿Puedes identificar el error?, nuestra respuesta, más abajo en este post.


Encontré esta buena reseña de la obra:

“Para su último gran trabajo, el artista, ya seriamente enfermo, escogió un tema que era "poético y maravilloso": el reflejo de un bar en el palacio de diversiones más famoso de Europa. Éste, con sus brillantes luces y bellas mujeres, era el templo de la "joie de vivre" parisina y el lugar predilecto del dandy Manet; el cual, dos años antes de morir, completó el cuadro (96 x 130 cm) que ahora se halla en el Courtauld Institute, en Londres.”

El error de Manet es…

Las leyes de reflexión de la óptica geométrica. El cuadro nos quiere dar el efecto/sensasión de que estamos de frente de la muchacha de la barra. Detrás de ella, el espejo nos muestra su espalda, pero de ver la espalda de la muchacha, no podríamos ver al caballero de sombrero de copa, ¡a quien personificamos!, En el juego de Manet, somos el hombre de bigote (extremo izquierdo del cuadro), pero esta vista es imposible, pues la espalda de la joven, y verla a la vez, con el ángulo que pretente Manet es físicamente imposible.

Muchos artistas cometían estos errores, tal vez por burros en física, pero también cabe la posibilidad de que buscará dar un elemento que la naciente fotografía carecía en esa época, mostrar percepciones extra-sensoriales; donde el movimiento subrealista fue el que mejor represento esa idea.

¿Pero tú qué opinas? Intenta en un espejo normal y corriente recrear esta imagen.
¿a que ángulo debe estar el espejo para que puedas ver tu imagen ?


Enlaces relacionados:

Video: sitio inundado con el agua transparente en extremo



Alex. Be en su canal de Vimeo y en globaldivemedia.com tiene muchos videos acuáticos. Sin embargo, este debe ser de los más singulares. Toda una región inundada hasta un nivel de 9.40 metros; más aún, el agua es tan clara que se puede ver muchos metros hacia adelante y los objetos se encuentran en un estado casi perfecto.

¿Cómo pueden existir estos paisajes?

La única forma es que la inundación sea lenta en extremo. Es decir, que el nivel del agua suba sin perturbar mucho los alrededores; de modo que se remueva poca el fondo/tierra lo cual suele enturbiar el agua. El nivel de agua debe de subir de modo lento para que el pasto, flores, y otras plantas no desprendan basura que también disminuye la visibilidad.

De este modo, la inundación no puede ser casada por una lluvia, pues estas suelen derribar hojas de los arboles, las que van limitando la visibilidad al crecer el nivel.

Hay varias playas en México, donde el agua puede ser de transparente (a un nivel de medio metro); donde las condiciones son que la marea es tan suave que uno siente que está en una alberca gigante y no en una playa.

¿Cómo se captan tan buenas imágenes?

Efectivamente, el agua tiene un bajo coeficiente de absorción en la las longitudes de onda del espectro visible; por lo cual, en agua pura, sin basura que la enturbie, se puede ver a varios metros de distancia en el agua. Sin embargo, nuestros ojos están adaptados para ver en un entorno de aire, con bajo índice de refracción. Cuando nos sumergimos en una alberca y vemos en su interior nuestra visión es un poco más borrosa y requiere adaptación. En el caso de este video, la cámara subacuática ha sido adaptada para captar efectivamente imágenes en un entorno de índice de refracción alto, como en el agua; eso es “tan claro como un vaso de agua”.

Links relacionados:


lunes, 29 de agosto de 2011

¿Qué tan pequeño debe ser el ángulo x para que sen x = x?


En física usamos aproximaciones para simplificar la descripción (matemática en la mayoría de los casos) de los fenómenos naturales. Una de las simplificaciones más común es que cuando el ángulo \theta es pequeño, entonces las funciones trigonométricas se pueden reescribir como:


Existen varios ejercicios de cálculo de límites para demostrar esta idea. Sin embargo, ¿qué significa cuantitativamente pequeño? Significa que tanto la función seno como el ángulo se parezcan, es decir, que la función seno dividida entre el ángulo sea igual a 1. Pero aquí te mostramos gráficas para tener una idea que permita tener un criterio aplicable a los trabajos en el laboratorio.

En las imágenes de este post te mostramos las gráficas de . En (a) se gráfica con todo el intervalo de 0 a 360 grados, es claro que la curva no se acerca al valor de 1. En (b) se gráfica de 0 a 45 grados, obtenemos muy buenos valores por encima de 90% para este intervalo. En (c) tenemos un intervalo de 0 a 15 grados, logramos un valores superiores 99% en el cociente de la función entre su argumento; es decir, ángulos menores de 15 grados son lo suficientemente pequeños para aplicar la aproximación 
con por lo menos un 99% de confiabilidad.

Entonces, si en tus experimentos requieres de ángulos pequeños para emplear estas aproximaciones, por debajo de los 15 grados es suficiente. Pues practicar, por ejemplo, midiendo la constante de aceleración en caída libre por medio de un péndulo.

Finalmente, te dejamos el muy sencillo código Matlab de estas gráficas, seguro te gustaría hacer tu versión con las otras dos funciones trigonométricas

¡Felices experimentos!!


Código Matlab:
clc
clear
close all

theta = 0.001:0.01:2*pi;
y = 100*sin(theta)./theta;


subplot(1,3,1)
plot(theta*180/pi, y, 'ok')

subplot(1,3,2)
plot(theta*180/pi, y, 'or')
axis([0 45 90 100])

subplot(1,3,3)
plot(theta*180/pi, y, 'ob')
axis([0 15 98 100])


Enlaces relacionados:



Video: medición de g con péndulo simple.



martes, 16 de agosto de 2011

Experimento casero: el secreto de la invisibilidad es …

Que los rayos de luz mantengan sin desviación ni absorción su trayectoria de la fuente a nuestro detector (ojo, cámara fotográfica, etc.). Efectivamente, podemos comprobar esta idea en varios videos de You-Tube, veamos aquí algunos ejemplos:

Del blog cluster, nos proponen usar agua corriente y bolitas del plástico poliacrilato que han absorbido mucha agua. Así, tango bolitas como el agua tienen índices de refracción similares.

Este experimento casero también se puede usar con aceite de bebe o aceite vegetal (transparente) y vidrio pyrex (con índice de refracción de 1.47), con un resultado igual de asombroso.

Recordemos, los haces de luz se desvían en al agua, por ello parece que una varita se rompe cuando la introducimos en un vaso con agua. Pues la luz viaja más lento dentro del agua que en aire. Es el índice de refracción el parámetro que nos relaciona la comparación de la velocidad de la luz dentro de un medio v (como lo es el agua) y el aire c (que casi es similar a la velocidad de la luz en el vacio). Es decir, el índice de refracción es :

.

También recordemos que en todos nuestros materiales cotidianos v<c (para nada especulo sobre taquiones).  Es la ley de Snell la que nos relaciona el ángulo de desviación incidente y trasmitido en el material (theta_i y  theta_t y respectivamente) con el índice de refracción del medio de donde proviene la luz  y en donde se trasmite ese rayo de luz (n_i y n_t, respectivamente).



.


Entonces, claramente vemos que si n_i = n_t son iguales, los angulos theta_i = theta_t.

Por otro lado, tales materiales deben ser altamente transparentes. De tal forma que el cambio de intensidad de la luz sea imperceptible para nuestros ojos. Una ventana muy limpia parece para muchos animales (también para algunas personas) una zona por donde pueden pasar, hasta que es demasiado tarde y se estrellan :( 

Pues bien, para ello, es que se suele poner un logo o alguna indicación en las puertas de vidrio, para evitar esos malos entendidos, choques y posiblemente algún herido por un vidrio roto. 


Nuestros ojos y cámaras fotográficas pueden captar la desviación de la luz y la absorción de su intensidad; estas dos cantidades en los haces de luz son las que nos permiten principalmente identificar objetos. Cuando son tales cualidades son invariantes, es imposible “ver” un objeto que este intermedio, ese es la base de la invisibilidad.


Actividad. Intenta hacer tu experimento casero de materiales invisibles, ya sea usando vidrio Pyres y aceite vegetal, o bolitas de hidrogel con agua corriente.

Pregunta para pensar:

Ciertamente existen materiales tales que n>1. ¿Pueden existir materiales tales que n<0 ? 

Enlaces relacionados:
Índices de refracción para hacer modelos en computadora: imagen y lista

P.D. Les dejo otro video que me robo el corazón, pues el expositor es muy bueno:


sábado, 25 de junio de 2011

Ilusión óptica de la “Deformación” de aspas de avión

Estos son dos videos donde se registró el giro rápido de las aspas de aviones. Da la impresión que las aspas están deformes. Calma!!, pues sólo es una ilusión.



Estos videos fueron tomados con cámaras de teléfono celular, las cuales adquieren la imagen por medio de un barrido (scan) de pixel a pixel, formando una linea y luego procesando la siguiente linea.

Entonces, el primer pixel de la imagen es gravado, cuando el aspa esta en una posición. Pero el ultimo pixel es grabado cuando la aspa esta en otra posición. Por ello, la imagen muestras las aspas deformes. De hecho, los videos evidencian la dirección en que se realiza el scan, por ello unas aspas se ven deformes hacia la izquierda y otras hacia la derecha.

Este efecto fue primero reportado con iphones, ahora casi todos los teléfonos usan esta forma de captura de video. Lo que me falta es ver videos de otros objetos en movimiento que se “deformen” además de las aspas de un avión.

¿Tu has visto este efecto con tu teléfono celular?

¡Felices experimentos!

Enlaces relacionados:




lunes, 3 de enero de 2011

¿Por qué se ve roja la luna en un eclipse lunar?

¿Cuál es la causa de que la luna se vea roja en un eclipse lunar? Nos ha preguntado amigos en la calle.

Eclipse con luna roja, vía space.com

Primero. Un eclipse lunar sucede cuando se alinea la Luna, la Tierra, y el Sol. La Tierra en medio de los otros dos astros. La luz solar es obstaculizada por la Tierra, de modo que la tierra arroja una sombra por donde atraviesa la luna.

Segundo. La Tierra cuenta con una atmósfera, la cual está compuesta de gases y polvo; estas partículas suspendidas son de suficiente tamaño para esparcir la luz solar. De modo que la atmósfera funciona como un filtro que deja pasar la luz roja y las longitudes de onda hacia al azul son dispersadas en todas direcciones.

El efecto de esparcimiento lo observamos en cada rojo atardecer, la luz del Sol nos llega directamente y es esparcida  por la atmósfera, por ello el astro rey se ve rojizo. De modo similar podemos explicar que el cielo es azul porque la luz es esparcida en todas direcciones, especialmente la azulada.

La contaminación y el polvo arrojado por volcanes pueden hacer más rojizo los atardeceres y los eclipses de Luna. Pues al haber más partículas suspendidas el efecto de dispersión es mayor.

Actividad sugerida.

Puedes comprobar por ti mismo el efecto de dispersión. Consigue un vaso de vidrio transparente y llénalo con agua (unos 350 mililitros). Luego, añádale unas 20 a 40 gotas de leche (1-2 mililitros) y revuelve bien la mezcla. En un cuarto oscuro, mediante una linterna, pídele a un amigo que ilumine al vaso desde arriba. Si observas al vaso de lado, podrán notar que la luz tiene un color azul cielo muy pálido. En cambio, si observas al vaso por debajo percibirán que la luz proveniente de la linterna tiene un color naranja-rojizo. En este experimento las partículas de leche (moléculas de grasas y proteínas) tienen el mismo efecto sobre la luz blanca de la linterna que el que tienen las diferentes moléculas del aire sobre la luz blanca del Sol. Finalmente, si iluminas al vaso por uno de los costados verás luz con un tono rojizo, pero no tan rojizo como en el caso anterior, ya que en este caso la luz atraviesa menos “leche en agua” y por lo tanto no alcanza a esparcir mucho azul. Un experimento en la Tierra para explicar lo que vez en el cielo.



Finalmente un video (en ingles) sobre eclipses y lunas rojas



¡Felices experimentos!

Créditos:
1) Experimento e imagen del libro: Experimentos simples para comprender una Tierra complicada, un buen libro de experimentos para niños.