Libro4 foucault

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<ul><li> 1. EXP ER IM EN TOS SIM P LESPAR A EN TEN DERUN A TIER R ACOM P LICADA EL CLIMA PENDIENDO DE UN HILO Experimentos: Susana A. Alaniz-Alvarez, ngel F. Nieto SamaniegoConversacin sobre el Pndulo de Foucault: Miguel de Icaza Herrera Ilustracin: Luis David Morn</li></ul><p> 2. Universidad NacionalAutnoma de MxicoDr. Jos Narro RoblesRectorDr. Eduardo Brzana GarcaSecretario GeneralLic. Enrique Del Val BlancoSecretario AdministrativoDr. Hctor Hiram Hernndez BringasSecretaria de Desarrollo InstitucionalDr. Carlos Armburo de la HozCoordinador de la Investigacin CientficaDr. Gerardo Carrasco NezDirector del Centro de GeocienciasLic. David Turner BarragnDirector General de Publicaciones y Fomento EditorialDra. Susana A. Alaniz lvarezDr. ngel F. Nieto SamaniegoDr. Manuel Lozano LeyvaCoordinadores de la SerieLic. Elisa LpezDiseo y FormacinPrimera edicin, 2008Primera reimpresin, Noviembre 2008Segunda reimpresin, Septiembre 2009Tercera reimpresin, Noviembre, 2011D.R. Universidad Nacional Autnoma de MxicoCiudad Universitaria, Coyoacn, 04510, Mxico, D.F.Centro de GeocienciasUniversidad Nacional Autnoma de MxicoBoulevard Juriquilla nm. 3001, Juriquilla, QuertaroC.P. 76230, MxicoISBN (Obra General) 978-970-32-4388-4ISBN 978-970-32-5420-0Impreso y hecho en MxicoEste libro no puede ser reproducido, total ni parcialmente, por ningn medioelectrnico o de otro tipo, sin autorizacin escrita de los editores. 3. ndiceIntroduccin......... 3Jean Bernard Len Foucault .... 4Parte I: El clima pendiendo de un hilo Susana A. Alaniz lvarez y ngel F. Nieto Samaniego Experimento 1..................... 5 Para medir el tiempo me basta con un hilo y un tornillo Medicin del tiempo con un pndulo Experimento 2 ..................... 7 Hagamos una elipse Experimento 3 ..................... 9 ...y sin embargo se mueve Experimento 4..................... 11 El paraso lo prefiero por el clima, el infierno por la compaa Tiempo de exposicin al sol Experimento 5..................... 14 Persiguiendo tu propia sombra Inclinacin de los rayos solares Experimento 6..................... 16 Calor especfico cunta energa se requiere para cambiar tu temperatura? Experimento 7..................... 18 La densidad como motor del agua Experimento 8..................... 20 La densidad como motor del viento Experimento 9..................... 22 El efecto CoriolisParte II: Conversacin sobre el Pndulo de Foucault ................. 25 Miguel de Icaza HerreraAgradecimientos ........................ 30Acerca de los Autores ................. 30 4. IntroduccinEsta es la cuarta contribucin de la serie Experimentos simples paraentender una Tierra complicada. Aqu encontrars ms experimentosque podrs hacer en tu casa con materiales sencillos y fciles de adquirir;en esta ocasin escogimos aquellos que estn relacionados con el clima.Te invitamos a que los hagas con cuidado y que observes cmo la madreNaturaleza los hace tambin.En los noticieros mencionan que el estado del tiempo est determinado porvarios factores: la temperatura, la humedad, la velocidad del viento y lapresin atmosfrica. Con esta informacin nos dirn si el da ser soleado,lluvioso o con tormentas. El estado del tiempo cambia da con da y elestudio de los factores locales se utiliza para hacer pronsticos. El clima,en cambio, son las condiciones atmosfricas que caracterizan una regin,es decir predominan a lo largo del ao, ejemplos de climas son tropical,subtropical, templado, desrtico y polar. El clima est controlado principal-mente por el sol, y por la gravedad, rotacin y traslacin de la Tierra. Noobstante que el clima es un fenmeno muy complejo, con estos sencillosexperimentos podrs entender algunos de los fundamentos bsicos que logobiernan. El personaje de este libro es Jean Bernard Len Foucault, queelegimos porque encontr una manera muy ingeniosa para demostrar larotacin de la Tierra sin tener que mirar los astros, y, como veremos, larotacin juega un papel fundamental en el clima de una regin. 5. Jean Bernard Len Foucault (1819-1868) naci en Pars, Fran-cia. Aprovech la popularidad que haba tomado la ciencia en la Francia delsiglo XIX para mostrar su genio experimental: introdujo la fotografa en laAstronoma en 1845, midi la velocidad de la luz utilizando un sistema deespejos giratorios en 1850, demostr experimentalmente que la luz viajams lentamente en el agua que en el aire (1850), concibi el telescopiomoderno en 1851 y en 1852 invent el giroscopio (un disco circular quegira sobre un eje, algo as como un trompo o una rueda de bicicleta) parademostrar la rotacin de la Tierra. Salt a la fama internacional a raz de laFeria Mundial de Pars en 1851, cuando mostr al mundo el pndulo quehoy lleva su nombre. Un pndulo es un cuerpo que cuelga de un hilo conel cual se pueden efectuar movimientos de vaivn siempre en una mismadireccin. El pndulo de Focault tena un poco ms de 65 m de longitud yel cuerpo colgante era una bala de can. Lo mont en el famoso Panthonde la capital francesa y con l demostr experimentalmente la rotacin dela Tierra al mostrar que el vaivn del pndulo daba una vuelta completaen cierto tiempo. Como la direccin del vaivn del pndulo no cambia,entonces al registrar una vuelta completa indicaba que lo que giraba era elpiso! As, concibi la idea de que un pndulo puede demostrar la rotacinde la Tierra sin tener que observar los astros: el trazo que va dejando elpndulo en uno de los polos de la Tierra dara una vuelta completa en unda, mientras en el ecuador se mantendra siempre en la misma posicin. 6. Para medir el tiempo me basta un hilo y un tornillo Experimento 1Medicin del tiempo con un pnduloMateriales:Tornillos o cualquier objeto pesado que puedas sujetar con un hilo.Hilos de varios tamaos: 10 cm, 30 cm, 100 cm, 250 cm.Reloj o cronmetro.Procedimiento:Construye varios pndulos sujetando un objeto con cierto peso en un ex-tremo de cada hilo.Culgalos de una barra horizontal (por ejemplo un barandal).Acciona un pndulo a la vez y cuenta el tiempo que tarda en ir y venir,anota el resultado en una libreta. Vuelve a hacerlo levantando ahora msel tornillo para que tenga ms amplitud de movimiento. Despus haz lomismo con pndulos de distinto largo de hilo.Observa:Para cada pndulo, el tiempo de recorrido entre una y otra vuelta es el mismosin importar que la distancia recorrida por el tornillo sea mucha o poca.Con una longitud de 50 cm el pndulo recorre cada vaivn en un segundoy medio aproximadamente. Tambin notars que con el paso del tiempoel pndulo se detiene, esto es por la resistencia del aire que va frenandopoco a poco el movimiento del pndulo.El experimento lucir mejor cuanto ms largo y ligero sea el hilo, mspesado el tornillo y menor la amplitud de las oscilaciones. 7. Variantes:Tambin puedes poner objetos con pesos distintos y notars que, si el largodel pndulo es el mismo, el tiempo de recorrido no cambiar.Cuando el tamao del hilo es grande notars que la trayectoria del pndulono es una recta exactamente, es ms bien una elipse, es decir parecida aun crculo aplastado.Aplicaciones en la vida diaria:Un pndulo es muy til para medir el tiempo, y sin duda su principal uti-lidad es para construir relojes. Nota que la lenteja (el peso) de los relojesviejos es plano para disminuir la resistencia del aire.El pndulo ms divertido es el columpio. Un pndulo sin movimiento esuna plomada y sirve para indicar la vertical. 8. Experimento 2Hagamos una elipseMateriales:2 clavos (pueden ser ramas, palitos, lapices...).1 Hilo.Tierra o arena.Un lpiz.Procedimiento:Clava en la tierra los clavos, separdos uno de otro.Amarra entre s los dos extremos del hilo.Coloca el lpiz adentro del hilo y forma un tringulo entre el lpiz, y losclavos. Procurando que la cuerda est tensa, gira y dibuja la elipse.Observa:Si la distancia entre los clavos (tcnicamente conocidos como focos) esmuy grande, la elipse estar muy alargada, llegando en el caso extremo a seruna lnea recta; en cambio, si la distancia entre los clavos es muy pequeael trazo ser casi de un crculo. Una forma de caracterizar a la elipse esmediante la relacin entre su largo y su ancho. Si estas dos distancias sonparecidas la elipse se parecer ms a un crculo, si son muy distintas, serms parecida a una recta. 9. Encuntralo en la Naturaleza:La trayectoria que sigue la Tierra alrededor del sol es de una elipse, sinembargo es casi como un crculo, por eso esta trayectoria No es la causade la variacin del clima en las estaciones. Observa que cuando la Tierraest ms alejada del sol es verano e invierno y cuando est ms cercanaes primavera y otoo (tambin puedes notar que cuando en el hemisferionorte es verano en el sur es invierno). 10. Experimento 3 ...y sin embargo se mueveMateriales:Cinta adhesiva (masking tape).Una ventana.Una noche estrellada.Procedimiento:En una noche estrellada asmate ala ventana de tu cuarto y marca enel vidrio, con un pedazo de maskingtape, la posicin de al menos tresestrellas. Cada media hora aproxi-madamente (por ejemplo entreprogramas de televisin), desdeexactamente el mismo lugar, vuelvea marcar la posicin de las mismasestrellas, hazlo al menos cuatroveces para completar dos horas.Observa:Las estrellas parecen moverse y loque t haces es marcar su trayec-toria. Nota que algunas recorrenms distancia que otras. Si la nochesiguiente, a la misma hora y en elmismo lugar, vuelves a revisar lasmarcas que dejaste, observars quecubren a las mismas estrellas de lanoche anterior. Esto se debe a que laTierra tarda 23 horas y 56 minutosen dar una vuelta completa sobresu eje de rotacin. 11. Explcalo:Lo que se mueve eres t, o ms bien la Tierra bajo tus pies, por la rotacinde la Tierra. Las estrellas ms lejanas se mueven ms lentamente que losplanetas y la luna, que estn ms cercanos a nosotros, pero en este expe-rimento las diferentes distancias marcadas en la ventana no dependen dela distancia a las estrellas, sino de su posicin con respecto del Norte. Simarcaras en la ventana la estrella polar, sta no se mover.Obsrvalo en tu vida cotidiana:Cuando vas avanzando en un coche o camin en la carretera, los rbolescercanos pasan rpido y los ms alejados menos rpido.Trayectoria de las estrellas alrededor de la estrella polar en un cielo visto en el hemisferionorte. 10 12. El paraso lo prefiero por el clima, el infierno por la compaa- Mark TwainExperimento 4 Tiempo de exposicin al solMateriales:Un da de sol.Camisas de varios colores incluyendo una negra y otra blanca.Procedimiento:Ponte una camisa negra y sal al sol cinco minutos, luego ponte la camisablanca y ve al sol otros cinco minutos. Prueba con camisas de varios co-lores y materiales.Observa:Con la camisa negra se siente ms calor que con la blanca.11 13. Explcalo:El calor se transmite por radiacin, conduccin y conveccin. En la con-duccin el calor se transmite por el contacto (por ejemplo tocando una ollacaliente), en la conveccin se transmite a travs de un fluido en movimiento(el vapor que sale de la olla con agua hirviendo) y por radiacin a travsde movimiento de ondas sin que intervenga un fluido en movimiento (alaproximarte a cualquier fuego sientes inmediatamente el calor). En esteexperimento intervienen los tres mecanismos: los rayos solares emitenluz y calor, el calor viaja por radiacin atravesando la capa de aire de laatmsfera, cuando los rayos tocan la superficie la calientan y el aire quetoca la superficie caliente se calienta por conduccin, cuando el aire secalienta se expande y asciende por conveccin.Los rayos solares se ponen en contacto con la camisa negra, el color negroabsorbe casi todos los rayos y se calienta, mientras que la camisa blancarefleja casi todos los rayos.Aplcalo a tu vida:Los carros negros se calientan ms que los de color claro. A medida queel carro se queda ms tiempo expuesto al sol, ms se calentar el aire ensu interior.En temporada de calor extremo puedes mejorar el clima de tu carro dejan-do un poco abierta la ventana. Mantn fresca tu recmara no dejando queentre el sol para que no se caliente el aire, puedes hacerlo manteniendocerradas las cortinas.Encuntralo en la Naturaleza:El estado del tiempo de una regin depende, entre otras cosas, del tiempode exposicin a los rayos solares durante el da. En verano los das son mslargos que en el invierno, mientras ms dure el da ms tiempo iluminarel sol y ms se calentar el aire.Como vimos con materiales de distinto color, hay colores que atrapanms radiacin que otros, los obscuros ms que los claros. Al porcentajede radiacin que reflejan los materiales, es decir la que no absorben, se lellama albedo (ver Tabla). Si consideramos que el aire se calienta al estaren contacto con el suelo, y viendo que las nubes reflejan gran parte de losrayos solares, entonces entendemos por qu en los das nublados hace mu-cho menos calor que en los das despejados. Los polos cubiertos de nievecasi no se calientan porque casi todos los rayos se reflejan y porque all losrayos llegan muy inclinados. En los ltimos aos se ha derretido una parte 12 14. importante del casquete polar del norte, los cientficos estn preocupadosya que esto indica que est subiendo la temperatura global de la Tierra. LaTierra puede absorber mayor cantidad de calor al convertirse la nieve enagua, ya que el albedo del agua es menor que el de la nieve.Albedo Nieve reciente 86% Nubes muy brillantes 78% Nubes (promedio) 50% Desiertos terrestres 21% Suelo terrestre sin vegetacin 13% Bosques (promedio)8% Ceniza volcnica 7% Ocanos5 a 10%13 15. Persiguiendo tu propia sombra Experimento 5 Inclinacin de los rayos solaresMateriales:Un foco de 60 100 watts.Socket con extensin.Una hoja de papel y cinta adhesiva.Un termmetro de ambiente.Un muequito o un gis que represente un muequito.Nota: Cuidado con la corriente elctrica y con el foco caliente.Procedimiento:Enrolla la hoja de papel y p-gala para hacer una pantalla,colcala sobre el foco paraconcentrar su luz.Primero coloca la pantallaperpendicular a la mesa, detal manera que el haz (el con-junto de rayos luminosos) seaun crculo, cuida que ilumineel temmetro y el muequito.Despus de 3 minutos mide la temperatura que marca el termmetro. Tedars cuenta que el muequito casi no tiene sombra.Despus inclina la pantalla para que la luz d de forma diagonal a la mesa,procurando que sea a la misma distancia que la vez anterior y que ilumineel temmetro y el muequito. Vers que ahora la zona iluminada formauna elipse. Mide la temperatura despus de 3 minutos. Notars que elmuequito ahora tiene sombra.Observa:Cuando el haz de luz es circular la temperatura de la mesa es mayor quecuando el haz es una elipse.La sombra del muequito ser mayor mientras ms horizontal est laluz. 14 16. Explcalo:La radiacin que sale del foco, al igual que la del sol, viene en forma deluz y de calor. La pantalla hace que la luz se concentre, y cuando staocupa menos espacio concentra el calor calentando ms la zona ilumi-nada. Cuando la misma cantidad de luz se dispersa, la zona iluminada secalentar menos.Encuntralo en la Naturaleza:La Tierra gira alrededor de un eje que est inclinado 23.5 con respectoal plano por...</p>