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Cinemática 4, El movimiento armónico simple. febrero 7, 2015

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El Péndulo
La leyenda cuenta que la isocronía del péndulo la dedujo Galileo, observando las oscilaciones del candelabro de la Catedral de Pisa. Teniendo en cuenta que los mejores instrumentos para la medición del tiempo, por esa época, eran el reloj de arena, la clepsidra, el ritmo cardíaco y el ritmo de combustión de una vela, el contar con un fenómeno mas regular para la medición del tiempo fue crucial.
No tardo mucho tiempo en aparecer precisamente el reloj de péndulo, que evolucionó en una joya de habilidad mecánica y artística. En el estudio del péndulo después de Galileo hubo una larga lista de personajes famosos como Newton, Huygens Foulcaut, etc.
Gravimetría
Una de los usos del péndulo fue en la determinación de pequeñas diferencias de la gravedad local, que llevó a la costrucción de gravímetros que han sido muy utiles en geofísica. Uno de los puntos culminantes de la gravimetría mediante el péndulo, fue la publicación de “The International Gravity Standardization Net 1971″. Este trabajo, liderado por Carlo Morelli de la Facultad di Ingenieria, de la Universidad de Trieste,  determinó el valor de la gravedad local en varias de las ciudades mas importantes del mundo, para ver las diferencias debidas a la latitud y altura de las mismas. Para la Ciudad de Guatemala obtuvo los valores de 9.7796680 m/s², 97796704 m/s²  y  97796703 m/s².
Péndulo casero
Usando una plomada, un metro comercial y una tableta graduada se puede montar un péndulo con el que se puede obtener una gran presición, el video que aparece a continuación es una muestra de ello.

La longitud del péndulo puede medirse a través de las siguientes fotografías.

P1040836

Péndulo

P1040830

Punto de apoyo.

P1040831

Plomada

esta, como puede verificarse resulta ser, desde el punto de apoyo hasta la punta de la plomada l=1.423\ m, luego se descuenta 0.047\ m  que corresponde a la altura que se localiza el centro de masa de la plomada, que es esencialmente el centro de masa del péndulo.

P1040839

Note la marca en el Centro de Masa

 

Siendo entonces la longitud del péndulo 1.376\ m con una incerteza de 0.001\ cm.

Frecuencia angular
Para medir la frecuencia angular se determina la posición del péndulo en 60 tiempos distintos, luego a través del ajuste por mínimos cuadrados se determinan las constantes del movimiento de un oscilador armónico simple.
x=x_0+A\ sin (\omega t+\phi)
dando como resultado

Pendulo

x_0 = 12.779 +/- 0.027
A = 7.9900 +/- 0.0385
\omega = 2.6656 +/- 0.0016
\phi = 3.2383 +/- 0.0095

entonces la frecuencia angular es: \omega= 2.6656\pm 0.0016\frac{1}{s} .
Valor experimental de la gravedad en Guatemala
La relación entre las dos cantidades físicas medidas y la gravedad, para un oscilador armónico simple es \omega^2=\frac{g}{l} entonces g=l\omega^2 por lo que la gravedad resulta ser g_{exp}=(9. 77758\pm 0.01928)\frac{m}{s}. Tres cifras significativas son iguales a las de Morelli.

Contra los monstruos, saberes febrero 2, 2015

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Recuerdo que cuando tenía unos once o doce años, vi una de esas películas de miedo en la televisión. Se llamaba “The Entity”, traducida como “El Ente”. Contaba el caso (supuestamente basado en una historia real) de una mujer que era atacada por un demonio.

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Cambio Climático enero 6, 2015

Posted by Edgar Cifuentes in Cambio Climático, Ciencia y Sociedad, Divulgación de las Ciencias, Física, Uncategorized.
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El Cambio Climático

La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el cambio climático (CMNUCC) fue adoptada en Nueva York el 9 de mayo de 1992 y entró en vigor el 27 de marzo de 1994 y Guatemala forma parte de esta Convención. A nivel local, en Guatemala ha habido muchas iniciativas y de ellas solo voy a mencionar las que a mi juicio son las mas relevantes, primero la formación de la Red Nacional de formación e investigación ambiental (Redfia) en 1996, que motivó la segunda, el Sistema Guatemalteco de Ciencias del Cambio Climático (SGCCC) del cual forman parte la Universidad de San Carlos de Guatemala, el Instituto Privado de Investigación sobre el Cambio Climático, el Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales, la Universidad del Valle de Guatemala, la Facultad Latinoamericana de Ciencias Sociales, el Instituto Nacional de Sismología, Vulcanología Metereología e Hidrología, la Universidad Galileo, la Universidad Mariano Gálvez, la Universidad Rafael Landívar y la Asociación de Investigación y Estudios Sociales en 2014. El SGCCC se integra con tres grupos de trabajo: Ciencia del Clima, Adaptación y Vulnerabilidad, y Mitigación e Inventarios de Emisiones de Gases de Efecto Invernadero. Una consecuencia de estas iniciativas fue la realización del Primer Congreso Nacional de Cambio Climático del 21 al 23 de Julio del año pasado.
Ciencias del Clima
El estudio de las Ciencias del Clima necesita desarrollarse mas en la región porque Mesoamérica es una de las regiones mas vulnerables ante el calentamiento global y no hay modelos del comportamiento local del clima, por lo que el año pasado el Prof. Vittorio Canuto nos propuso al Director del ICTP, Fernando Quevedo y a mi la realización de un Taller Regional para promover la creación de un grupo en la región que eventualmente pueda desarrollar los modelos locales. Así se conforma una alianza entre el Goddard Institute for Space Studies (GISS) de la NASA, el área de Ciencias del Sistema Tierra del ICTP y el SGCCC para empezar a organizar el taller.

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Primera Conferencia

Como primera actividad el Grupo de Ciencia del Clima del Sistema Guatemalteco de Ciencias del Cambio Climático invita a la conferencia:

 “Global Warming: Past, Present and Future”,

impartida por el Prof. Vittorio Canuto, del Goddard Institute for Space Studies (GISS) de la NASA, en donde abordará el origen del efecto invernadero, la física básica detrás del calentamiento global, la importancia del CO² atmosférico y el rol de los océanos en la absorción de este gas.

Fecha: Lunes 12 de enero, 2015
Hora: 2:00 pm
Lugar: Auditorio de ASIES, 10a. Calle 7-48,
Zona 9, Ciudad de Guatemala

El Solsticio de Invierno Tres diciembre 24, 2014

Posted by Edgar Cifuentes in Astronomía, Ciencia y Sociedad, Divulgación de las Ciencias, Física, volcanes.
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El Solsticio

El solsticio de Invierno ocurre entre el 21 y el 22 de diciembre, en este 2014 ocurrió a las 23:03 del día 21 por lo que el amanecer mas cercano es el del día 22. En los días cercanos al solsticio,  el Sol se mueve sobre el horizonte de un día a otro muy lentamente.

En el Tacaná

El año pasado escribí acerca del Solsticio en el Volcán Tacaná, para ver de nuevo el espectáculo regresé el 14 de diciembre al mismo y dado que fue una semana antes del Solsticio puede verse el Sol salir un poco sobre la cara norte,

tacana 1

2014-12-14 06.27.57

Un minuto después.

tacana 2

2014-12-14 06.28.31

En el Santo Tomás

Para el día preciso del Solsticio era mejor ir al Volcán Santo Tomás, pues  quería verificar la predicción del año pasado

st2

6:24:22

Aquí aún no había aparecido el Sol, y esperaba que apareciera sobre la cara norte,

st4

6:24:18

pero apareció sobre la cara sur, ¿porqué?

Pues hubo dos razones, la primera es que los datos para la predicción hecha en el 2013 fueron tomados de la herramienta “Ruler” de GoogleEarth” que tiene una precisión de 0.11%  y la segunda es que uno no suele ver el amanecer desde la cumbre real, sino se desplaza unos 300 metros hacia el sur de la cumbre.

st3

6:24:51

Acá ya salió totalmente y

st5

7:29:56

una hora después, se ve este espectáculo.

¿Cuánto cuesta correr? diciembre 4, 2014

Posted by Edgar Cifuentes in Biología, Ciencia y Sociedad, Divulgación de las Ciencias, Física, Medicina y Fisiología, Uncategorized.
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Las Carreras

Hay un costo monetario, en cansancio,  en lesiones, en tiempo y otros mas pero acá solo se trata el costo en energía.
En todo el mundo se han popularizado las carreras,  desde los 5 kilometros hasta los 21 kilometros, aunque se organizan carreras de hasta 100 kilometros o mas. Guatemala no es la excepción y por eso desde hace algunos años aquí tambien tenemos una gran oferta de carreras. Una de las mas masivas es, los 21 kilómetros de la Ciudad de Guatemala.  Donde los tiempos de los corredores de las últimas dos carreras corresponden a una distribución normal, con un sesgo hacia los corredores mal preparados.

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21k Guatemala 2013 y 2014

Respondiendo a esa moda ha proliferado también la oferta de equipo especializado para los corredores, eso ha coincidido con la evolución de los teléfonos inteligentes (smartphones), los cuales mediante la incorporación de sensores de buena  precisión, pueden generar datos de la persona que está corriendo, sin que ésta tenga que ser un gran atleta. Debido a eso existen muchas aplicaciones para los smartphones que llevan un registro de las diferentes carreras que una persona realiza.

Los datos registrados y los calculados
Los datos que son registrados directamente por el smartphone, a través de sus sensores son: la posición, el tiempo y la aceleración. Luego a través de cálculos pueden indicar la velocidad, el paso y el consumo de energía y finalmente,  recibiendo los datos de los sensores externos, del ritmo cardíaco.  Los cálculos para indicar el paso y la velocidad son triviales, sin embargo los cálculos para la energía consumida durante la carrera no lo son y ninguno de los autores de los programas que se ofrecen para los smartphones hace referencia al modelo usado para hacer los cálculos. Esto se debe a que no existe un modelo único y muchos de ellos están basados en la recolección de una gran cantidad de información que no están dispuestos a compartir.
En algunos textos, como “Physics of the human body” de Irving Herman, aparecen varios modelos de la carrera humana como el del péndulo invertido o el saltarín, que nos dan una información muy detallada del gasto de energía durante la carrera, sin embargo la implementación necesaria para verificar la fidelidad de estos modelos usualmente requiere un equipo del que no es fácil disponer y por supuesto es muy caro. Sin embargo otros textos para medicina mas elementales tienen un modelo mas sencillo, el cual es muy  fácil de verificar o mas bien ajustar con los datos registrados por un smartphone.

Simple modelo cinemático de la carrera

El modelo mas simple solo toma en cuenta el movimiento de las piernas durante la carrera, asumiendo que el resto del cuerpo se mueve con velocidad constante por lo que no requiere de ninguna energía para mantener ese estado de movimiento, en acuerdo con la Primera Ley del Movimiento de Newton. Por supuesto que esto ocurre despreciando la resistencia del aire, que solo tendrá efectos sobre una persona que corre a velocidades muy superiores a las que se alcanzan en una carrera de fondo, que es a las que le pondré atención.

Dado que el cuerpo se mueve con velocidad constante y las piernas deben estar momentanemente en reposo mientras entran en contacto con el suelo y luego deben alcanzar al resto del cuerpo a la velocidad constante a que éste se está desplazando, entonces debe acelerar primero para alcanzarlo y luedo desacelerar para detenerse de nuevo en cada paso. Por lo tanto la energía necesaria para acelerar desde cero hasta v requiere un trabajo equivalente a la ganancia de energía cinética de {W=\frac{1}{2}mv^2}  y luego una cantidad de trabajo igual se requiere para detener la pierna en el mismo paso siendo el total en cada paso W=mv^2, donde m es la masa de la pierna y v es la velocidad constante a que se desplaza el cuerpo.

Entonces a partir de esto podemos calcular la energía total necesaria para que el cuerpo recorra una distancia de 10 kilometros contando el número de pasos para recorrer esta distancia por el trabajo necesario para que una pierna de un paso. La masa de la pierna la literatura reporta desde un 10% hasta un 16% de la masa total del cuerpo, mientras que la velocidad media podemos calcularla a partir del tiempo necesario para hacer el recorrido. Por último debemos tomar la eficiencia termodinámica de los músculos \eta que suele ser de 24% o menos. Dejando la ecuación final  E=\frac{mv^2}{\eta}\times t

Comparación

La siguiente gráfica ajusta los dos parámetos libres dejando la masa de la pierna en un 10% y la eficiencia en un 19%, para que los datos sean consistentes con lo que reporta uno de estos programas. Las gráficas corresponden así: la roja recorriendo los 10 km en 8,000 pasos hasta la amarilla que lo hace en 13,000 pasos mientras  la negra “Referencia” es la curva ajustada de la aplicación del smartphone. Podemos hipotizar que a menor tiempo se dan pasos mas largos.

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19% de eficiencia

Lugares a donde el cuerpo no puede entrar pero la mente sí noviembre 26, 2014

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Existen lugares a los que nunca vamos a poder ir. No es porque estén muy lejos, como las estrellas o las galaxias. Son lugares a los cuales la estructura misma de nuestro ser nos prohíbe la entrada. A estos lugares no se puede llegar cambiando de ubicación, porque ellos se mueven con nosotros. Nuestros sentidos no evolucionaron para apreciar tales espacios y nuestra vida tampoco depende de tal apreciación. Todo lo que somos y hacemos se ejecuta minuciosamente en esos lugares en los que nunca pondremos pie: el reino de lo infinitamente pequeño.

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La era en que la telepatía se hizo realidad noviembre 18, 2014

Posted by Enrique in Uncategorized.
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Era una de esas reuniones que se vuelven aburridas después de veinte minutos. Cada uno reporta lo que hizo en la semana y los demás escuchan. En medio de la discusión de un informe técnico, dos integrantes del grupo tenían la mente en otro lugar. Hacían comentarios esporádicos para que nadie sospechara nada. Lo que ocurría en realidad era que compartían otro nivel de comunicación. Aquello era la encarnación de la telepatía.

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Juan Martín Maldacena noviembre 7, 2014

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Visita en 2002

Visita en 2002

Biografía

Juan Martín Maldacena es uno de los mas grandes físicos teóricos de la actualidad, nació en Buenos Aires Argentina y empezó sus estudios en la Universidad de Buenos Aires, luego finalizó su licenciatura en el Instituto Balseriro de Bariloche, habiendo hecho su tesis bajo la supervisión de Gerardo Aldazabal en 1991. Posteriormente se trasladó a los Estados Unidos a la Universidad de Princeton donde trabajó con Curtis Callan.  En 1997 tuvo una estancia postdoctoral en la Universidad de Rutgers, en 1998 se trasladó a la Universidad de Harvard donde en 1999 ganó la posición fija como profesor. En 2001 se trasladó como profesor al Instituto de Estudos Avanzados de Princeton, el mismo donde trabajó Albert Einstein y otros grandes físicos.

La Conjetura
Fue en 1997 cuando llegó a ser conocido en el ambiente de la física teórica al escribir un artículo, que por ahora es el segundo mas citado, de todos los tiempos, solo por debajo del reporte del Particle Data Group y por encima de algunos de los articulos escritos por grandes teóricos,  incluyedo a algunos que eventualmente ganaron el Premio Nobel, como Weinbarg, Kobayashi, Maskawa, Witten, Polyakov etc.
Acerca de este artículo escuché por primera vez en un Taller de Física de Altas Energías en México en 1998, donde Martí Ruiz Altaba, uno de los pocos físicos mexicanos que trabajaba en México, en teoría de supercuerdas, en aquella epoca lo citó como “la Conjetura de Maldacena”, nombre con el que inicialmente se le concoció.
Correpondencia AdS/CFT es el nombre que ahora se usa para esa primera propuesta que hizo. Es en efecto una dualidad que existe entre una Teoría Cuántica Conforme (CFT) y una supergravedad en un espacio-tiempo de Anti de Sitter, esta dualidad permite transformar una teoría en otra donde los problemas que alguna de las dos pueda tener en las singularidades se evade en el cálculo haciendo la transformación. La aplicación que esta dualidad ha tenido  no queda solo en el campo de la física de partículas sino que se extiende a los agujeros negros, la cromodinámica cuántica, la física de la materia condensada y la física nuclear.
Los premios
En reconocimiento a la enorme contribución que está haciendo a la física los premios no se han hecho esperar y de esa forma ha ganado los siguientes premios:  Beca  Alfred P. Sloan (98), beca Packard in Science and Engineering (98), Beca MacArthur (99), Premio UNESCO Husein for Young Scientists (99), Premio Sackler Prize Physics, 2000,  Xanthopoulos International Award for Research in Gravitational Physics 2001, Pius XI Medal 2002, Edward A. Bouchet Award of the American Physical Society 2004,  Dannie Heineman Prize 2007, Dirac Medal 2008,  Pomeranchuk Prize 2012, Fundamental Physics Prize, (Yuri Milner Prize) 2012. Son de destacar la Medalla Dirac del ICTP que ha sido concedida a varios físicos que eventualmente han ganado el Premio Nobel y el Premio a la Física Fundamental creado por el millonario físico Yuri Milner.

Año Internacional de la Física 2005

Año Internacional de la Física 2005

Maldacena y Guatemala
Juan Martín Maldecena nos visitó por primera vez el 5 de agosto de 2002. Luego volvió en 2005, donde celebramos a lo grande el inicio del Año Internacional de la Física, en enero, con una plática suya,  justamente sobre la Dualidad CFT/AdS y otra sobre Paisajes en Teoría de Cuerdas de Fernando Quevedo, gracias a quien hemos tenido la oportunidad de poder invitarlo.

Inicio de la Escuela
En enero de 2014 iniciará sus labores administrativas la Escuela No Facultatica de Ciencias Física y Matemáticas de la Universidad de San Carlos, por la que ya desde hace muchos años hemos venido trabajando, y en julio iniciarán las actividades en pleno. Para celebrar este acontecimiento contaremos este 25 de noviembre a las 10 horas, en el Auditorium FranciscoVela de la Facultad de Ingeniería, con la tercera visita de Juan Martín Maldacena quien estará dictando la conferencia”La Simetría y la simplicidad de las leyes de la física y el Bosón de Higgs

Evento Facebook

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Maldacena en el Francisco Vela

Maldacena en el Francisco Vela

“58 Curso Internacional de Astronomía y Astrofísica NASE-IAU” octubre 28, 2014

Posted by Edgar Cifuentes in Astronomía, Ciencia y Sociedad, Divulgación de las Ciencias.
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Del lunes 3 al miercoles 5 de noviembre se realizará el “58 Curso Internacional de Astronomía y Astrofísica NASE-IAU” en el Edificio de  EFPEM de la Universidad de San Carlos de Guatemala dirigido a profesores de enseñanza media que participan en los programas de Ciencias Naturales y Química del Programa  Galileo de la Olimpiada Nacional de Ciencias. Este curso será posible gracias al apoyo de la Unión Astronómica Internacional , la DIGED-USAC, el Programa Galileo, el Departamento de Física de la USAC, el Club Aq’ab’al, el Club de Ciencias y Astronomía de la URL  y la colaboración de Enrique Pazos , Mabel Osorio, Regina Asturias, Lucía Arana, Edgar Cifuentes, Eduardo Rubio, Saraí Figueroa, Paola Delcompare, Sofía Coyoy, Beatriz Cosenza, Joel Ixcamparij, Luis Castellanos, Pedro Melini, Mariano Cap, Alan García  y Eleonora Poitevin. Nos estará acompañando  Ricardo Pastrana de la Facultad de Ciencias Espaciales de la UNAH, Honduras. Esta es la tercera vez que se realiza el curso en Guatemala las anteriores fueron en 2012 y 2013.

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2013

NASE 2013

  • Temas de las Conferencias

    • 1 – Evolución de las Estrellas:

    • 2 – Cosmología:

    • 3 – Historia de la Astronomía:

    • 4 – Sistema Solar.

  • Temas de los Talleres

    • 1 – Horizonte local y relojes de Sol

    • 2 – Simuladores del movimiento.

    • 3 – Sistema Tierra-Luna-Sol: fases y eclipses

    • 4 – Maletín del joven astrónomo

    • 5 – Espectro solar y manchas solares

    • 6 – Vida de las estrellas

    • 7 – Astronomía fuera del Visible

    • 8 – Expansión de Universo

    • 9 – Planetas y Exoplanetas.

    • 10-Preparacion Observaciones: Software y telescopios

 

  • Temas de los Grupos de Trabajo

    • 1 – Astronomia en la ciudad

    • 2 – Discusión acerca de la enseñanza de la astronomía. Sesión de pósters con experiencias de los participantes.

Horarios

 

Material de los Talleres y Conferencias

 

Charlas interesantes para hoy en el Congreso de Ciencia y Tecnología septiembre 3, 2014

Posted by Enrique in Uncategorized.
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Hoy en el Congreso de Ciencia y Tecnología, tenemos tres charlas sobre ciencia que valen la pena:

11:00 La importancia de las ciencias puras en el desarrollo del sistema educativo del país por Dr. Fernando Quevedo

16:15 Química Computacional y Farmacogenómica: Hacia la Medicina Personalizada en Guatemala por Dr. Óscar Cóbar

16:15 El Origen de la Energía por Dr. Eduardo Rubio

El programa general está aquí.

Admisión gratuita, ¡lleguen!

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