Mecanismo de Escape de Reloj

Los relojes, para ser útiles, tienen que buscar la mayor exactitud y repetibilidad posible en su funcionamiento, para ello es necesario tener un tipo de movimiento que se repita exactamente igual a lo largo del tiempo, y uno de los más importantes son los llamados mecanismos de escape

Estos mecanismos transforman el movimiento de rotación producido por un peso o un muelle, en un movimiento preciso de rotación o oscilación, que será el que gobierne el resto del reloj. El escape es la fuente del sonido de tic-tac que producen los relojes mecánicos.

Los escapes permiten aprovechar una fuerza para obtener un movimiento continuo, evitando la aceleración que libremente produciría. Esto se consigue usualmente bloqueando y liberando el movimiento en intervalos constantes.

Existen más de 200 tipos de escapes, a continuación presentamos un par de videos con escapes construídos con materiales caseros.

Multiplicadores de Voltaje

Existen muchos tipos de multiplicadores de voltaje. Uno de los más simples de entender y construír es la "bomba de carga" o doblador de voltaje capacitivo. Su funcionamiento se explica a continuación.

Vemos que el capacitor C1 está conectado en las terminales 1 y 4 de los interruptores S1 y S2 (posición 1). Con esta conexión, C1 se carga al voltaje de la fuente, es decir 5 volts. Recordemos que un capacitor cargado es en cierta forma como una batería, es decir, tiene un voltaje y una carga que puede proporcionar al circuito.

Ahora cambiemos la posición de los interruptores S1 y S2, de modo que el capacitor C1 ahora está conectado a las terminales 2 y 3 (posición 2). Notemos ahora como el capacitor C1 queda en serie con el voltaje de entrada, con lo cual se suman ambos, es decir, el voltaje de la fuente, 5 V, más el voltaje de C1, igual 5V, para un total de 10 volts. Estos 10 V serán aplicados al capacitor C2, el cual se cargará a este voltaje, que es el doble del voltaje de entrada.

En la práctica, C2 no se carga al doble del voltaje de la fuente de inmediato, sino que hay que regresar C1 a la posición 1 y de nuevo colocarlo en la posición 2. Esta operación debe repetirse varias veces hasta que C2 alcanza el doble del voltaje de entrada.

En un circuito real, los interruptores para cambiar de la posición 1 a la 2 son reemplazados por transistores o circuitos similares, como en el siguiente diagrama:

Ahora veamos un video con un prototipo de la bomba de carga o doblador de voltaje capacitivo.

Diamagnetismo del Agua

Los materiales reaccionan de diferentes maneras cuando se les aplica un campo magnético. Esta reacción se mide a través de la susceptibilidad magnética, la cual nos dice que tanto se magnetiza un material cuando se le aplica un campo magnético. Dependiendo de esto, los materiales se clasifican en:

Diamagnéticos: Son los que muestran una susceptibilidad negativa, por lo que son ligeramente repelidos por un campo magnético. 

Paramagnéticos: Tienen una susceptibilidad magnética positiva y pequeña. Son ligeramente atraídos por un campo magnético.

Ferromagnéticos: Tienen una susceptibilidad magnética positiva y grande, por lo que son fuertemente atraídos por un campo magnético. Además retienen la magnetización aun después de que se elimina el campo aplicado.

Prácticamente todos los materiales muestran cierto grado de diamagnetismo, pero si el material también es paramagnético o ferromagnético, la contribución diamagnética, por ser tan pequeña, pasa desapercibida. Aquellos materiales que son predominantemente diamagnéticos incluyen el bismuto, el carbón pirolitico, entre otros (ver tabla)

Material	χv (× 10−5)
Superconductor	−105
Carbón pirolitico	−40.9
Bismuto	−16.6
Mercurio	−2.9
Plata	−2.6
Carbón (diamante)	−2.1
Plomo	−1.8
Carbón (grafito)	−1.6
Cobre	−1.0
Agua	−0.91

Debido a la repulsión que sienten los materiales diamagnéticos, se pueden presentar curiosos fenómenos, como la imagen que muestra un pez levitando en un campo magnetico.

 

A continuación presentamos un video mostrando las propiedades diamgnéticas del agua en un sencillo experimento casero:

Frenado Magnético

El frenado magnético es un efecto que se presenta al mover un imán o electroimán cerca de un metal no conductor, tal como aluminio o cobre. El resultado es que el movimiento del imán se ve frenado. Esto se aprovecha, por ejemplo, para frenar a las montañas rusas al final de su trayectoria. Vamos a estudiar como se explica este fenómeno segun las leyes del electromagnetismo.

Comencemos por la ley de inducción de Faraday. Como vemos en la figura, si un conductor se mueve dentro de un campo magnético, se induce en el una fem (fuerza electromotriz) o voltaje. La dirección del movimiento, del campo y de la fem, siguen la regla de la mano derecha, como se muestra.

Por ejemplo, si el conductor se mueve en sentido contrario al mostrado, la fem tendrá polaridad inversa, al igual que si invertimos la dirección del campo.

En particular, observemos que si el conductor se mantiene fijo, pero lo que se mueve es el imán (en la dirección de la flecha), la polaridad de la fem será inversa a la mostrada, ya que sería una situación equivalente a que el conductor se moviera en sentido contrario.

Si vemos la imagen de la derecha, un imán (en verde) produce el campo magnético B, que se mueve a la derecha con velocidad v, se induce una fem y por tanto una corriente I en la placa conductora de abajo. Esta corriente forma dos circuitos cerrados que a su vez generan su propio campo magnético. 

Debido a la ley de Lenz, la dirección de este campo será tal que, en el circuito de la derecha, repelerá al imán, y en el circuito de la derecha, lo atraerá, de modo que el efecto total es frenar el avance del imán reduciendo su velocidad.

A continuación mostramos un video ilustrando este concepto.

Incandescencia

Le llamamos incandescencia a la emisión de luz por parte de un cuerpo en virtud de su temperatura. 

Prácticamente todos los objetos comienzan a emitir luz cuando se calientan a unos 550 grados centígrados, la cual es de un color rojo pálido, el cual se hace mas intenso, pasando por el amarillo y terminando en blanco cuando la temperatura llega a unos 1300 grados, como se ve en la figura de al lado.

Como sabemos la luz visible es tan solo una parte del espectro electromagnético. A frecuencias más bajas, el rojo se convierte en infrarrojo (el cual ya no es visible por nuestros ojos) y algo similar sucede al otro extremo del espectro visible.

La incandescencia es un caso especial de la radiación térmica, la cual nos indica que todos los cuerpos emiten radiación electromagnética (no necesariamente luz visible) cuando su temperatura es mayor al cero absoluto. Asi por ejemplo, una barra de hierro calentada a 400 grados, no emitirá luz visible, pero si luz infrarroja. De hecho, esta propiedad es la que se utiliza en los lentes de visión nocturna, que aprovechan la emisión infrarroja.

En el video que mostramos a continuación, se hace una demostración de la incandescencia de una mina de lapicero, la cual está hecha de grafito. El grafito tiene la propiedad de que resiste muy altas temperaturas antes de quemarse o fundirse, y es la razón por la cual lo utilizamos acá. También es conductor de electricidad, ya que de hecho  elevamos su temperatura haciendo circular por el una corriente de alta intensidad.

Detección de Rayos Infrarrojos con un Celular

Las ondas electromagnéticas son radiaciones de cierta amplitud y frecuencia que se presentan en muy diversos fenómenos. Ejemplos de ondas electromagnéticas son:

• La señal de radio y televisión
• los rayos X
• La señal de celular
• Los rayos infrarrojos
• El radar
• La luz visible

Como se puede deducir fácilmente, mucha de nuestra tecnología moderna depende del uso de estas radiaciones. El conjunto de todas ellas se conoce como espectro electromagnético.

Una onda se caracteriza por su longitud. El espectro electromagnético va desde las radiaciones de mayor longitud de onda (y menos energía) como las ondas de radio, hasta aquellas de menor longitud de onda (y mayor energía) como los rayos gamma.

De todo el espectro electromagnético, nuestros sentidos solo son sensibles a una pequeña región, que es la luz visible, captada por nuestros ojos. Para captar otro tipo de ondas electromagnéticas, necesitamos sensores de diversos tipos.

En esta ocasión vamos a mostrar como detectar rayos infrarrojos. Para ello necesitaremos una cámara digital o un teléfono celular. El sensor de la cámara o celular, cuando lo usamos para grabar video, está diseñado para detectar la luz visible, sin embargo, por su misma construcción, también detecta la luz infrarroja.

Los controles remotos utilizan ondas infrarrojas para su funcionamiento, y tienen un pequeño foco LED en su parte frontal. Si apretamos una tecla, el LED emite infrarrojo, que es captado por el aparato que estamos controlando, pero nuestros ojos no ven nada. Sin embargo, si vemos el LED con un celular o cámara digital en modo de video, SI VEREMOS que se se enciende el LED.

Aqui mostramos un video sobre este sencillo experimento:

Corriente y Magnetismo -- Electroimanes

La electricidad y el magnetismo son fenómenos estrechamente relacionados. 

Cuando una corriente eléctrica circula por un conductor, se crea un campo magnético alrededor del mismo. La intensidad del campo disminuye conforme nos alejamos del conductor.

La dirección del campo está dada por la regla de la mano derecha: 

"Si el pulgar de la mano derecha apunta en la dirección en que fluye la corriente, entonces la curvatura del los dedos nos indicará el sentido del campo magnético".

Cuando el conductor toma la forma de una espira circular, el campo magnético tiene una forma tal que las líneas de campo salen por un lado de la espira y entran por el otro, de manera similar a como sucede en un imán permanente.

Al igual que en el imán, tendremos un polo norte (N) que es el extremo por donde salen las líneas de campo, y un polo sur (S), que es el extremo por donde las líneas entran a la espira.

La intensidad del campo magnético depende de la corriente que circula por la espira, pero también depende del número de espiras. Si enrollamos el conductor en muchas espiras en lugar de una sola, la intensidad del campo se multiplica. A este arreglo de muchas espiras se le denomina bobina o solenoide

El campo magnético creado por un solenoide es similar al de un imán permanente:

A continuación mostramos un video donde se muestra un solenoide que interactúa con un imán permanente.