Stand en la feria de ciencias de la Escuela Técnica Nº 1 de Pilar

Los días 18 y 19 de noviembre de 2010 se realizó la feria de ciencias en la Escuela Técnica Nº 1 de Pilar. Se presentaron alrededor de 40 proyectos. Un grupo de alumnos orientados por el profesor Lic. Néstor Rodolfo Sito, expuso una serie de experiencias físicas y químicas.


La Teoría del Todo: las cuatro fuerzas de la naturaleza
Es desvelo de los científicos, desde que, en el año 1910, lo planteara Albert Einstein, encontrar una teoría que explique de manera unificada todos los tipos de fuerzas naturales.
De forma simple llamamos “fuerza” a cualquier influencia que tienda a mover un objeto, independientemente del tamaño.
Los físicos han agrupado en cuatro conjuntos a las fuerzas de la naturaleza. Denominando a cada uno de éstos, campos de fuerza.
Estas interacciones tienen lugar a través del espacio, abarcando desde el inmenso  campo interestelar hasta el espacio comprendido dentro de un diminuto e invisible núcleo atómico.
El renombrado divulgador científico Stephen Hawking dice al respecto: “Si conseguimos encontrar la teoría unificada del todo, entenderemos realmente el universo y nuestra posición en él”
Desde un punto de vista más amplio mencionaremos las cuatro fuerzas fundamentales que se pretende unificar en una sola teoría.
Estas son:
La fuerza nuclear fuerte: es la fuerza natural más poderosa, se ubica en el núcleo atómico y  es la que mantiene fuertemente unidos a neutrones y protones, a pesar de la repulsión por poseer la misma carga positiva. La liberación de ésta fuerza a causando crímenes irreparables a la humanidad. Como las bombas atómicas lanzadas en las ciudades japonesas de Nagasaki e Hiroshima o la explosión de Chernóbil.
La fuerza nuclear débil se observa, por ejemplo, en la desintegración  del Uranio 238 a Plomo 206, a esto lo denominamos trasmutación natural de los elementos.
La fuerza gravitatoria es una interacción entre objetos que dependen de sus masas y de la distancia que los separa. Es una fuerza muy débil, que la podemos vencer al levantar cualquier objeto del suelo, aquí no intervienen los enlaces atómicos, pero es responsable de las fuerzas que los cuerpos celestes ejercen entre sí.
La fuerza electromagnética, su origen está en la vibración de los electrones, aparece entre partículas cargadas. Esta fuerza millones de veces más intensa que la gravitatoria, es la responsable de la atracción entre los electrones en órbita y el núcleo atómico.
Las fuerzas electromagnéticas, entre objetos comunes, son lo bastante grandes como para experimentarlas en condiciones ordinarias de laboratorio.
Por lo tanto, en nuestro ámbito de estudio nos limitaremos a realizar experiencias con fuerzas electromagnéticas, que se producen toda vez que se desplaza un electrón.

En el laboratorio: Fuerzas electromagnéticas
Muchas de las transformaciones químicas y procesos físicos, que suceden en la naturaleza involucran transferencia o vibraciones de electrones. Estas acciones son muy importantes en todos los sistemas biológicos, ya que intervienen  en los procesos de intercambio de energía, tanto en organismos unicelulares o pluricelulares.
UN PEQUEÑO ECOSISTEMA

Veamos por ejemplo este pequeño sistema. Está integrado por unas ardillas inquietas, cuyo organismo está compuesto por infinitos átomos y moléculas que de manera continua producen diversas reacciones químicas que les permiten vivir. Además las  ardillas caminan y producen fuerzas de contacto con el suelo o el aserrín, que se entienden a nivel microscópico, como la acción  de fuerzas electromagnéticas entre moléculas. Por sus ojos registran un campo de luz que se propaga por una fuerza electromagnética, respiran realizando intercambios de oxígeno por dióxido de carbono. El sol y la luz emiten radiación infraroja y calor. La luz atraviesa el vidrio, para ello disminuye su velocidad, los átomos del cristal  absorben y reemiten la luz por medio de la vibración de sus electrones. Todos los términos subrayados constituyen fuerzas electromagnéticas.

Experiencias químicas

Experiencia químicas donde podemos observar la acción de fuerzas electromagnéticas: es decir desplazamiento, saltos en los niveles de energía o mayor vibración de los electrones: 

a) Colocamos un pequeño trozo de metal sodio en agua. Una cantidad del tamaño de una lenteja del metal sodio es muy reactivo en un medio húmedo, aumenta la energía cinética interna de las partículas que componen sus átomos, éstas vibran más fuerte, aumenta la temperatura, produce llamas y pequeñas explosiones.

b) Agregamos dióxido de manganeso en agua oxigenada, al agregar el catalizador dióxido de manganeso al agua oxigenada, ésta última libera con energía el oxígeno de sus moléculas. Es una reacción exotérmica, libera energía producto del reordenamiento de los electrones.  

c) Hacemos reaccionar el metal  cinc con ácido clorhídrico.

Experiencias con calor

El calor también produce dilatación y contracción de moléculas. Cuando aumenta la temperatura, aumenta la velocidad  y la energía cinética de las partículas que componen las moléculas, fundamentalmente los electrones. a) Calentamos las moléculas que componen el aire contenido en un frasco, se dilatan y al enfriarse se contraen introduciendo el globo hacia adentro del mismo. b) Cuando se produce un cambio de fase, por ejemplo de sólido a gas y de gas a sólido como sucede con el no metal iodo, también hay procesos de dilatación y contracción de moléculas, que se caracterizan por un aumento y posterior disminución, de la energía cinética de las partículas atómicas.

La luz como fuerza electromagnética

La luz está compuesta por ondas de distinta energía, cuando esa radiación es absorbida por un átomo, los electrones son promovidos a un nivel superior, en estas condiciones se dice que un átomo está excitado

Si un átomo es excitado por efecto de la luz o el calor, los electrones se trasladarán de un nivel de energía a otro superior. Estos electrones que oscilan con más vigor, reemiten luz en muchas direcciones. La luz se dispersa.

La mayor parte de la luz proviene del movimiento de los electrones en el interior del átomo.

Cada sustancia emite ondas de luz que les son propias, si ponemos distintas sustancia en vidrios de reloj y las encendemos con alcohol, veremos que la sal de cocina emite un color naranja, las sales de estroncio emiten un color rojo, las sales de cobre emiten un color verde.

Y si ponemos un vidrio delante de las llamas, estas ondas luminosas excitaran los electrones del vidrio al atravesarlo.

¿QUE ES EL EFECTO FOTOELÉCTRICO?

Para proponer su teoría  de la luz  Einstein se apoyó en el efecto fotoelétrico. El efecto fotoeléctrico es la expulsión  de electrones de ciertos metales cuando la luz incide sobre ellos. Decimos que estos metales son fotosencinbles. Este efecto se usa en el mecanismo de apertura y cierre de puertas.

El efecto fotoeléctrico sugiere que la luz interactúa con la materia como una corriente de fotones parecidos a partículas.

Los imanes como fuerza electromagnética

Los imanes, son una fuerza electromagnética, que crean a su alrededor un campo magnético. Cuando se acerca un objeto de hierro o acero a un campo magnético el metal es atraído por la fuerza del mismo. El imán tiene cargas positivas en un extremo y negativas en el otro.

El aparato de Van de Graaf: 

Se genera un campo eléctrico en la esfera superior del aparato que al acercar la mano o un objeto con cargas opuestas produce chispazos.