Este es el blog de Física 4 A para estudiantes de la carrera de profesorado en fisica de la Universidad Nacional de Río Negro. Aquí encontrarán referencias a los distintos trabajos, ejercicios, papers y otras cosas útiles para la materia. Gran parte de este blog se verá enriquecida por el aporte de los alumnos, pasen y vean!

martes, 28 de mayo de 2013

hechas las leyes, hechas las trampas

El ser humano, como todos los  mamíferos y la mayoría de los pájaros, posee un organismo homeotermo; es decir, son organismos que mantienen su temperatura dentro de un pequeño rango, sin grandes variaciones; independientemente de la temperatura del ambiente. Tanto seres humanos como mamíferos y pájaros habitan en una gran variedad de climas y no están exentos a las leyes de la termodinámica, por lo que el organismo debe trabajar lo suyo para mantener la temperatura interna en el rango pertinente cuando la temperatura exterior es diferente; en el cuerpo humano existen receptores térmicos distribuidos en la totalidad del organismo, tanto en los órganos internos como en la superficie externa de la piel que envían la información recibida a través de la médula espinal y el tallo cerebral para converger finalmente en el hipotálamo. El hipotálamo vendría a ser una especie de termostato, que procesa e integra toda la información que recibe de los distintos termorreceptores y luego segrega al torrente sanguíneo las hormonas  van a generar en el organismo la conducta termorreguladora deseada. Entonces el hipotálamo actúa como un termostato que tiene fijados dos umbrales, el superior unas décimas de grado por encima de los 37 °C y el inferior unas décimas por debajo (esto es en general, no en todos los organismos es igual, pero está mas o menos en ese rango). Algunas de las respuestas termorreguladores son estas:
-         circulación de la sangre a nivel cutáneo: este mecanismo se puede comparar con  la circulación de agua por las mangueras de refrigeración en un auto; cuando la temperatura es elevada el hipotálamo promueve la circulación sanguínea en las extremidades y la superficie cutánea, por medio de la vasodilatación, causando la disipación del calor corporal por radiación y convección. Cuando la temperatura  es baja, la vasoconstricción causa el efecto contrario. (en realidad la analogía con el auto funciona a medias, porque la circulación de agua en el auto siempre está, ya que siempre se debe bajar la temperatura del motor, pero más o menos se entiende, no?)
-         Transpiración: las glándulas sudoríparas de la superficie cutánea producen sudor cuando la temperatura corporal es elevada, que se evapora al llegar a la superficie de la piel, disipando gran parte del calor generado internamente.
-         Contracción de los músculos esqueléticos y temblor: los músculos esqueléticos son los que podemos controlar a voluntad, aunque también se pueden contraer involuntariamente. Cuando la temperatura del organismo está por debajo del umbral que se mencionó más arriba estos músculos se contraen involuntariamente generando calor. Si la temperatura sigue bajando se genera un temblor perceptible. Estas contracciones generan calor porque el músculo al contraerse consume energía.
-         Piloerección: en la base de los folículos pilosos hay unos pequeños músculos que al contraerse provocan la erección del pelo; en las especies animales con pelo muy tupido este mecanismo es muy importante, ya que se crea una buena capa de aire “quieto” entre el ambiente y el cuerpo que actúa de aislante térmico; en los seres humanos solo nos causa la “piel de gallina”.

-         Aumento del metabolismo: el hipotálamo segrega una  hormona que actúa sobre la glándula tiroides y a su vez estimula la secreción por parte de esta de hormonas que finalmente actuarán sobre diferentes sectores del organismo generando la producción de calor por aumento de la actividad celular.

viernes, 10 de mayo de 2013

Cañón de vórtices - Experimento

Consigo la caja....¿quién trae el humo?

Cañón de vórtices

Es el nombre que recibe un sencillo dispositivo experimental que impulsa el aire a distancia generando vórtices. El dispositivo es una caja de cartón rectangular, con una abertura circular en una de sus bases, a la cual se le agrega humo para hacer más evidente el fenómeno. A diferencia del aire que expulsamos al soplar y que se dispersa en un recorrido corto, un vórtice generado por este dispositivo, presenta una estabilidad que le permite atravesar toda una habitación y derribar objetos livianos a distancia.
Al golpear la caja por los costados, ésta lanza un impulso a modo de proyectil de aire a gran velocidad, proyectando aros de humo. Los aros de humo son en realidad, flujo de aire en rotación con trayectorias de corriente cerradas. Es decir, una perturbación del aire que se repliega sobre sí mismo y que le permite avanzar sin dispersarse.

Paginas consultadas:
es.wikipedia.org/wiki/Cañón_de_vórtices
francisthemulenews.wordpress.com

Vórtices

Como hemos visto poco este tema por una cuestión de tiempos, hice una pequeña investigación como para tener una idea de que hablamos, cuando hablamos de vórtices. Un vórtice es un flujo turbulento (flujo no laminar, cuyas partículas forman pequeños remolinos) que rota (o “gira”) en forma de espiral y con trayectorias de corriente cerradas. Decimos que un fluido que tiene la característica de fluir de forma rotatoria, circular o espiralada, “posee” vorticidad, cualidad que es un concepto matemático que se define como “circulación por unidad de área en un punto del flujo”, magnitud vectorial cuya dirección es el eje del remolino y que matemáticamente se expresa como:


donde es el operador nabla y la velocidad del fluido.

Consultando aplicaciones de estos conceptos en una noche de insomnio, encontré que en Oceanografía Dinámica se define la vorticidad como una medida de la rotación local del fluido y  para caracterizar al océano,  lo hacen trabajando en un sistema de coordenadas que GIRA (dios me libre y  guarde!)  

Continuando con mi insomnio, ingresé a la página del National Weather Center, perteneciente al NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration –EEUU) quienes definen la vorticidad con la rigurosidad de un ingeniero:   “Vorticidad es el rotacional del vector velocidad” Pero nos aclaran: en el Hemisferio Sur, el giro de un vórtice en sentido horario indica vorticidad ciclónica, pero en giro antihorario, indica vorticidad anticiclónica.

Finalmente localizo en una página, un trabajo práctico de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires a la cual ingresé con total confianza y curiosidad y allí me encontré con lo siguiente:

Práctica 7: Sistema Cuasigeostrófico
Ejercicio1)
Considerando la variación temporal de la vorticidad cuasigeostrófica:
a)      evalúe cada uno de los términos de la advección de vorticidad geostrófica y planetaria en las regiones …..

Siendo las 3AM, decidí buscar un capítulo de “Star Trek” ya que me angustiaba menos saber que la tripulación de la nave Voyager estaba a 70000 años luz de su casa, que intentar averiguar qué demonios significa vorticidad cuasigeostrófica.    

En este punto, abandoné la búsqueda de “vórtices”, “vórticidad” y “flujos turbulentos” ya que es un trabajo complejo y de tiempo completo,  encontrar cosas físicamente interesantes entre tanta  pavada mística, energética y tarotista que el ciberespacio nuestro de cada día, nos ofrece.




Páginas consultadas:

Agua que no escurre

Buscando experiencias para realizar en el laboratorio, donde se observen los efectos de la tensión superficial, encontré el siguiente ejemplo. En ciertas circunstancias el agua no escurre a través de una malla metálica, a pesar de tener muchos espacios para hacerlo.



viernes, 3 de mayo de 2013

Caminar sobre el agua



   La tensión superficial es una medida de la resistencia de los líquidos a aumentar su superficie, haciendo que la misma se comporte como una delgada película elástica. 
   El coeficiente de tensión superficial es igual a F/2d. Donde F es la fuerza que ejerce la superficie del líquido sobre un cuerpo y 2d la longitud del perímetro de la superficie de contacto.
   Al estar relacionado con las uniones moleculares, el coeficiente de tensión superficial, depende de la temperatura. Un aumento en la temperatura provoca una disminución de la tensión superficial. Por ejemplo el agua tiene un valor de coeficiente de tensión superficial igual a 0,0762N/m a 0°C y de 0,0594N/m a 100°C.
   El agua tiene un valor de tensión superficial mayor que muchos otros líquidos, debido a los enlaces puente hidrógeno, que son muy energéticos. Gracias a ésto muchos insectos pueden caminar sobre la superficie del agua. Lo logran aumentando la longitud del perímetro de la superficie de contacto, es decir a través de sus múltiples patas y del largo de las mismas.  

  

   Pero esto parece no ser suficiente para explicar el siguiente video que muestra a un grupo de personas que practica un raro deporte: CORRER SOBRE EL AGUA ¿Ustedes que opinan?



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