Velocidad de caída de las gotas de lluvia

Estos días, que afortunadamente está lloviendo, vamos a comentar la velocidad de caída de las gotas de lluvia.

Si aplicamos la ecuación de caída libre que relaciona la velocidad final con la altura, suponiendo una velocidad inicial de 0 m/s y una altura de 200 m, se obtendría un resultado de 225 km/h de velocidad final de la gota de agua, que caería sobre nuestras cabezas, estaríamos ante "gotas asesinas".

Necesitaríamos paraguas blindados para protegernos de la lluvia.

Ilustración de Nana Sakata

Afortunadamente, el aire hace que los cuerpos alcancen una velocidad límite de caída cuando la fricción con el aire se iguala al peso del cuerpo. Esta aproximación es correcta debido a que la densidad del aire es muy pequeña y se puede despreciar el empuje, pero nosotros estudiaremos esta situación de manera más rigurosa, teniendo en cuenta tres fuerzas.

Podemos analizar este problema a partir de la situación de una esfera que cae en el aire. Aplicando la Ley de Stokes que estudia el movimiento de un cuerpo en el interior de un fluido, se tienen en cuenta tres fuerzas, el peso de la bola (gota de lluvia) hacia abajo, el empuje hacia arriba, según el principio de Arquímedes, peso del aire desalojado por la gota y la fuerza del fricción que se opone al movimiento hacia abajo de la lluvia:

En esta ecuación se tiene en cuenta el radio de la gota de agua, su densidad, la densidad del aire, la viscosidad del aire y la gravedad. Despejando la velocidad límite, se obtiene un valor aproximado de 30 km/h, muy inferior al obtenido si no tenemos en cuenta el efecto del aire. 

Las pequeñas gotitas de agua alcanzan rápidamente su velocidad límite y gracias a ello resultan inofensivas para nuestro cuerpo.

Reforestando civismo

El martes 19 de diciembre, acompañamos a los alumnos de 4º de ESO a la actividad "Reforestando civismo" incluida en el grupo de trabajo de Patrimonio Histórico de Peñarroya - Pueblonuevo. Dando un paseo nos acercamos al parque de la Gacha donde se habían dado cita también otros colegios del pueblo.

Fue una jornada muy agradable porque acompañó el tiempo y porque los alumnos tuvieron, en general, buen comportamiento. Participaron y mostraron interés en las actividades que les propusieron.

Las tareas realizadas por los alumnos fueron:

- Pintada de bidones que se utilizarán para el reciclado de papel, plástico o vidrio.

- Reforestación de árboles.

También nos informaron de las especies arbóreas de la zona:

Un belén de plástico reciclado

El curso pasado realizamos los trabajos, "El plástico en nuestra vida cotidiana" y comprobamos que a diario generamos multitud de residuos de plástico que perjudican mucho el medio ambiente. La mayoría de estos residuos no se reciclan y van a los océanos. Según Greenpeace hasta 12 millones de toneladas de plástico entran cada año en nuestros mares a nivel mundial, lo que supone el 80% de la contaminación marina.

Para concienciar sobre la importancia del reciclado, el Oceanogràphic de Valencia ha sumergido en sus aguas tropicales un belén reciclado elaborado por Rosa Montesa.

Rosa Montesa trabajando en el proyecto.

Rosa Montesa es una artista cuyo trabajo es crear objetos. Para ello da una segunda vida a los materiales de plástico, papel, vidrio y otros. En su blog recicladocreativo.com puedes ver multitud de ejemplos de otras utilidades de objetos cotidianos.

Realizando estas manualidades es una manera original y divertida de contribuir al cuidado del planeta.

Fuente: oceanographic.org
             recicladocreativo.com

Descenso crioscópico

En 1º de Bachillerato hemos estudiado las propiedades coligativas de las disoluciones (aquéllas que solo dependen de la concentración). 

Una de estas propiedades es el descenso crioscópico de la disolución frente al disolvente puro, es decir, en la disolución se produce una disminución del punto de congelación con respecto al disolvente puro.

Por ejemplo, el agua posee un punto de congelación de 0 ºC. Si añadimos una sal, esta temperatura disminuye. Esta propiedad se aplica estos días de frío en nuestras ciudades y carreteras. Todos hemos observado como se añade grandes cantidades de sal en las calles, autovías o carreteras secundarias con el objeto de evitar que se produzcan placas de hielo.

La explicación es muy sencilla, al añadir sal, el agua ya no congela a 0 ºC, sino que lo hace a temperaturas más bajas, si la concentración de sal es elevada esa temperatura es muy baja y solamente si se alcanzasen temperaturas extremas de frío se formarían las peligrosas placas de hielo.

En la imagen se observa una calle donde se ha esparcido sal.

Un operario echa sal a la carretera.

La disminución de la temperatura del disolvente puro con respecto a la disolución es proporcional a la molalidad m y a la constante crioscópica del disolvente.

 Las constantes crioscópicas están tabuladas. Existen tablas donde se recogen para distintos disolventes.

Disoluciones con distinta densidad

En 4º ESO de Técnicas de Laboratorio, al igual que el curso pasado, hemos realizado un arco iris a partir de la diferencia de densidad de distintas disoluciones de azúcar. Es una práctica muy vistosa que gusta mucho a los alumnos y alumnas.

Las disoluciones de azúcar se diferencian en su concentración: saturada, concentrada, diluida y la última es el disolvente puro. Para distinguirlas hemos añadido colorantes alimenticios. Al añadir una disolución sobre otra se van separando en función de la densidad. La disolución más concentrada tendrá mayor densidad y quedará en el fondo del tubo de ensayo. Éste ha sido el resultado.

Medidas de concentración en las disoluciones

Aquí os dejo la resolución de la ficha de ejercicios de repaso sobre medidas de concentración de las disoluciones. Estos ejercicios son similares  a los realizados en clase por lo que no debéis tener dificultad para resolverlos. Os servirán para preparar mejor el examen.

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Plan lector: 1. Hiroshima. 2. Irène Curie

Para el Plan Lector he encontrado dos artículos bastante interesantes. Ambos están incluídos en la página web http://principia.io

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Principia es una página web donde se publican artículos científicos y culturales. Su filosofía se basa en Ciencia y Arte como única cultura. Además, los escritos están acompañados por ilustraciones que reafirman visualmente los textos.

Para el primer día del Plan Lector he elegido dos artículos. El primero trata sobre el bombardeo de Hiroshima, el 6 de agosto de 1945, cuyas consecuencias fueron terribles y desoladoras para la población. Además, supuso un debate ético y moral entre los investigadores de la época, entre ellos Einstein.

Ilustración: José Moreno

El segundo trata sobre Irène Curie, hija de los famosos científicos, espléndida investigadora al igual que sus padres, pero cuyos trabajos están eclipsados por la carrera brillante de sus progenitores.

Espero que os gusten los artículos escogidos. Lo comentamos en clase.

Errores en la medida

En el laboratorio estamos viendo como medidas sencillas de longitud o tiempo, si cometemos errores, puede llevar a resultados o conclusiones incorrectos.

En la medida de la gravedad es fácil determinar si hemos cometido error porque inicialmente ya conocemos su valor.

Los errores en la medida de esta magnitud se deben:

- Determinación del tiempo: El tiempo solo debe medirse cuando las oscilaciones no están amortiguadas.

- Ángulo del péndulo: El ángulo entre la cuerda del péndulo y el soporte debe ser aproximadamente 10 º. Para ángulos mayores, es difícil determinar cuando el péndulo baja de ese ángulo y se produce amortiguamiento de las oscilaciones.

- Realizar las medidas en unidades incorrectas. Se debe utilizar el SI, se deben realizar bien los cambios de unidades.

- Sustituir mal los datos en la ecuación del péndulo.

- Mal uso de la calculadora.

Después de varias medidas y análisis de los errores cometidos, los mejores resultados obtenidos han sido:

Determinación del valor de la gravedad

En el laboratorio seguimos trabajando la medida. Hemos medido longitudes y volúmenes. Ahora es el turno del tiempo. Para ello vamos a medir el periodo de un péndulo. Esta medida nos va a permitir calcular el valor de la gravedad.

El estudio del movimiento de un péndulo es muy interesante porque también permite poner en práctica el método científico. Se plantean hipótesis tales como si la masa del péndulo o la longitud de la cuerda afectan al periodo. Realizando distintas medidas variando la masa (pelota y tiza) y variando la longitud del hilo se comprueba que la masa no influye, pero si la longitud del hilo.

Nuestra conclusión se verifica con la ley del péndulo. Como se observa, las variables de las que depende un péndulo son la longitud y la gravedad.  Además, observamos que el periodo de un péndulo no es lo mismo si lo medimos en la Tierra o si lo midiésemos en la Luna. El valor de la gravedad es no es la misma en la Tierra que en la Luna.

Para determinar la gravedad se aplica la ecuación anterior, despejando la variable g. Para ello se realizan las siguientes medidas:

Cómo crear un holograma

En la clase de Técnicas de Laboratorio hemos realizado un holograma. El resultado ha sorprendido mucho a los alumnos. Hemos construído una imagen virtual.

Un holograma es una imagen tridimensional. Esta imagen se consigue por la interferencia de dos haces de luz. Un haz es emitido por una fuente luminosa. En este caso es emitido por la pantalla del teléfono móvil, donde se proyecta un vídeo con distintas imágenes. El otro haz está formado por rayos reflejados sobre una pirámide cuyas caras tienen una inclinación de 45º.

Aquí os dejo dos vídeos donde se observa la imagen virtual conseguida, es decir, el holograma.

¿Cómo hemos hecho el holograma? De una manera muy sencilla. Hemos construído un tronco de pirámide con láminas de plástico transparente de encuadernar. Hemos recortado trapecios de base 1 y 6 cm y altura 5 cm.

Hemos unido los trapecios con celofán.

Se forma un tronco de pirámide que se coloca sobre la pantalla del móvil por su base más pequeña.

Análisis espectroscópico.

La fórmula de un compuesto es importante para identificarlo. Ésta se puede identificar a partir de la composición centesimal.

En un laboratorio, la fórmula de un compuesto se obtiene a partir de técnicas espectroscópicas y espectrométricas haciendo pasar radiaciones electromagnéticas o ionizantes sobre pequeñas cantidades de la muestra problema.

Aquí tenéis información sobre estas técnicas.

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La Tabla Periódica

En 4º de ESO estamos estudiando conceptos básicos de la tabla periódica: número atómico, periodos, grupos, propiedades periódicas de la tabla, configuración electrónica... Os propongo realizar un trabajo de investigación sobre la evolución histórica de la tabla periódica y comentar algunas propiedades y curiosidades de algunos elementos químicos que elijáis al azar. 

El trabajo debe realizarse en grupo. Ya decidiremos en clase los componentes de cada grupo. Para llevar a cabo esta actividad debéis consultar el siguiente archivo

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La medida

La medida es una de las etapas más importantes del trabajo científico. Parece una tarea sencilla, pero medidas erróneas pueden derivar en conclusiones equivocadas.

En clase comprobaremos cómo medidas sencillas de longitudes no están exentas de error. Utilizaremos el calibrador o pie de rey para medir objetos sencillos de la vida cotidiana y debatiremos sobre los resultados que obtendrán los distintos grupos. 

Aprenderemos a calcular errores con las medidas obtenidas. Diferenciaremos entre magnitudes fundamentales y derivadas. Demostraremos que el error se multiplica al calcular magnitudes derivadas como el volumen. Utilizaremos múltiplos y submúltiplos de las medidas. Expresaremos el resultado en notación científica e investigaremos la evolución a lo largo de la historia de los patrones de las unidades fundamentales.

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Curso 2017 - 2018

Este curso seguimos aprendiendo y construyendo contenidos, prácticas de laboratorio, pequeñas investigaciones y curiosidades desde la materia de Física y Química.

Este espacio se va completando con el trabajo de todos, con las propuestas didácticas del departamento, pero principalmente con las aportaciones de los trabajos de los alumnos. Comienza un nuevo curso.

La contradicción de Haber

Para la sociedad, la química puede tener mala prensa por la cantidad de productos químicos que se relacionan con sustancias irritantes, nocivas o perjudiciales para la salud. Esto puede ser fatal si se le da mal uso, pero existe la cara más amable, la química mejora la calidad de vida, se sintetizan medicamentos que salvan vidas o da lugar a procesos que sin darnos cuenta facilitan nuestro día a día. Son las dos caras de la química.

Estas dos caras se pueden aplicar al científico judío-alemán Fritz Haber. Es conocido por descubrir la síntesis de amoníaco a partir del nitrógeno gaseoso del aire y de hidrógeno. Las primeras síntesis se realizaban en condiciones extremas de 200ºC y 200 atm de presión y la reacción era muy lenta. Junto al químico inglés Le Rossignold buscaron un catalizador que acelerase notablemente la velocidad de reacción. Realizaron ensayos con más de 4000 catalizadores hasta que encontraron el más óptimo, una mezcla de hierro y pequeñas cantidades de óxido de aluminio.

La síntesis de amoníaco permitió obtener abonos nitrogenados que hicieron aumentar de forma espectacular la producción agrícola mundial. Tras estallar la Primera Guerra Mundial en agosto de 1914, la marina británica dejó de suministrar nitrato de Chile, la principal fuente de nitratos de la época. Gracias al proceso de Haber, Alemania pudo obtener fertilizantes que aumentaron las cosechas y facilitó alimento para la población. Por ello, Haber obtuvo el Premio Nobel de Química en 1918. Su primera cara: indirectamente salvó la vida de miles de personas.

Más tarde, Haber fue nombrado jefe de la sección química del ministerio de la Guerra. Efectuó pruebas con gases lacrimógenos. Utilizó tubos cilíndricos llenos de gases tóxicos instalados en el suelo. Durante la noche del 10 al 11 de abril de 1915 estos tubos se instalaron en el frente de Ypres, a 30 km de la costa belga. Se utilizaron 6000 tubos que expandieron 150 toneladas de gas cloro en 7 km. Murieron 5000 soldados franco-argelinos y unos 15000 resultaron afectados.

Cuando Haber regresó a Berlín, su mujer, Clara Immerwahr (judía como Haber), se suicidó con la pistola de su marido mientras él dormía.

Haber en el frente en 1917 (dominio público)

En 1918, cuando Alemania perdió la guerra, Haber fue declarado criminal de guerra por los aliados y huyó a Suiza. Después, los aliados abandonaron su demanda de extradición y el científico regresó a Alemania. En secreto continuó con la fabricación de gases tóxicos. Desarrolló un preparado que contenía ácido cianhídrico que exterminaba los insectos de los cultivos y otro producto irritante que se podía utilizar para advertir la presencia de personas en el entorno.

En abril de 1933, los nazis decretaron el despido de todos los funcionarios de origen judío, incluido Haber. Otro científico, Max Planck abogó por Haber ante el recién nombrado canciller de Alemania, Hitler. Esta petición no fue escuchada y entonces Haber huyó a Inglaterra. Después se marchó a Suiza donde murió en 1934 a la edad de 65 años.

Si hubiese vivido diez años más hubiese constatado cómo su preparado químico era utilizado en lo campos de Auschwitz y Oranienburg como instrumento de exterminio de seres humanos, entre ellos algunos amigos y familiares del propio Haber.

Cámara de gas durante la Segunda Guerra Mundial

Su segunda cara: indirectamente quitó la vida a miles de personas.

Ésta es la contradicción de Haber. Dos caras opuestas.

Fuente: Proyecto Exedra. Física y Química.
             Oxford Educación.