Magnetic field ‘flyby’ measurement using a smartphone’s magnetometer and accelerometer simultaneously

Publicado en el Blog de Martin Monteiro.
Léelo completo en su sitio: http://fisicamartin.blogspot.com.uy/2017/12/magnetic-field-flyby-measurement-using.html
En este nuevo artículo, junto a Cecilia Stari, Cecilia Cabeza y Arturo Martí, proponemos medir campo magnético en función de la distancia mediante el uso simultáneo de dos sensores de un único smartphone. El campo magnético se obtiene directamente del magnetómetro, mientras que la distancia se obtiene integrando dos veces los valores de aceleración del acelerómetro.
Este artículo se acaba de publicar en el número de diciembre del journal The Physics Teacher, de la American Association of Physics Teachers.

The Physics Teacher, Vol. 55, Nº 9, dec 2017, pp.580-581.
Autores: Martín Monteiro, Cecilia Stari, Cecilia Cabeza, y Arturo C. Marti.

© 2017 American Association of Physics Teachers.
This article may be downloaded for personal use only. Any other use requires prior permission of the author and the American Institute of Physics.

The following article appeared in
“Magnetic field ‘flyby’ measurement using a smartphone’s magnetometer and accelerometer simultaneously”
The Physics Teacher (Vol.55, Issue 9).
and may be found at: https://doi.org/10.1119/1.5011840

ENLACES OFICIALES:

A este artículo:
https://doi.org/10.1119/1.5011840

A la tabla de contenido del ejemplar de diciembre 2017:
http://aapt.scitation.org/toc/pte/55/9

A la revista The Physics Teacher:
http://aapt.scitation.org/journal/pte
https://www.aapt.org/Publications/tpt.cfm

Artículo relacionado: “Midiendo “al vuelo” campo magnético con smartphone”

Más física con smartphones / more smartphone physics: http://smarterphysics.blogspot.com

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Paleodetectives

Publicado en el Blog de Martin Monteiro.
Léelo completo en su sitio: http://fisicamartin.blogspot.com.uy/2017/11/paleodetectives.html

Paleodetectives es un proyecto uruguayo de divulgación científica emitido por Televisión Pública de Uruguay (TNU), que también se encuentra disponible en internet con acceso libre. Aquí he recopilado todos los episodios de las dos temporadas (2015 y 2017), así como algunas entrevistas sobre el proyecto. La primera temporada estuvo dedicada a la exploración de animales fósiles en Uruguay, mientras que la segunda se dedicó a la teoría de la evolución. Los Paleodetectives son el físico Ernesto Blanco, el paleontólogo Andrés Rinderknecht y el biólogo Washington Jones. Buscan divulgar la ciencia desde la paleontología, especialmente hacia los niños y jóvenes. Y como se menciona en una entrevista: La conexión emocional es el puente que une el conocimiento con el interés del público.
La serie estuvo dirigida por Leo Lagos, producida por Florencia Donagaray y contó con el apoyo del Instituto del Cine y Audiovisual del Uruguay (ICAU), la Agencia Nacional de Investigación e Innovación (ANII), Montevideo Socio Audiovisual, el Museo Nacional de Historia Natural (MNHN), la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República y Televisión Nacional de Uruguay (TNU).

TEMPORADA 1 (10 episodios. Se estrenó el 18 de julio de 2015):

  1. “El enigma de las huellas.” Dinosaurios en Tacuarembó.
  2. “El acorazado potente.” Gliptodontes en San Ramón.
  3. “Intriga de narices.” Perezosos gigantes en la Costa de Oro.
  4. “Un mar sospechoso.” Ballenas en la plaza Matriz.
  5. “Cuidado con el carnívoro.” (Los secretos del oso). Oso cara corta en Solís.
  6. “Una mordida misteriosa.” Tigres dientes de sable en Colonia.
  7. “Terror emplumado.” Aves de terror en San José.
  8. “Un gigante cabeza dura.” Toxodontes en El Caño.
  9. “El caso del roedor gigante y José Artigas.” Josephoartigasia monesi.
  10. Resumen de la temporada.

Leer nota en La Diaria “Los viajeros del tiempo” (17/7/2015), sobre el estreno de la primera temporada de Paleodetectives.

TEMPORADA 2 “La evolución en Uruguay” (6 episodios. Se estrenó el 1 de octubre de 2017):

  1. “¿Quién es ese viejo barbudo?” Los paleodetectives ahondan en la importancia de El origen de las especies y en la teoría de la evolución y las objeciones que generó en el momento de su formulación.
  2. “¿Los perros son lobos?” Se explica qué es la selección natural y su papel para explicar no sólo por qué los animales actuales son como son sino cómo toda la vida del planeta está emparentada.
  3. “Bestias que ya no existen.” Además de explicar por qué hay animales que ya no existen, se formula una dura lección de la evolución: los que no se adaptan abandonan el juego.
  4. “Somos lo que fuimos.” Veremos cómo nuestros brazos tienen que ver con las alas de las aves, las patas de los anfibios y las aletas de los peces. Se plantea que toda la vida del planeta comparte estructuras comunes, evidencia y vestigio, a su vez, de millones de años de evolución.
  5. “La cooperación de las especies.” En este capítulo se abordará el caso de los animales sociales y también cómo la cooperación entre distintos organismos es un disparador de la evolución. Además, se mostrarán falsedades del darwinismo social y la supervivencia del más fuerte, frase que Darwin nunca dijo (él habló de la supervivencia del más apto).
  6. “La evolución contraataca.” En el sexto y último capítulo de la serie se sostiene que la evolución no es un proceso que se detenga… ¿o sí? ¿Cómo incide la selección cultural? Por otro lado, se afirma que el ser humano no es el ser más evolucionado, en el sentido de que existen especies más nuevas.

Leer nota en La Diaria “En una semana se estrena la serie Paleodetectives: la evolución en Uruguay” (23/9/2017), sobre el estreno de la segunda temporada de Paleodetectives.

Escuchar nota en No Toquen Nada “Los Paleodetectives y la búsqueda de explicar la Ciencia” (18/10/2017), sobre Paleodetectives y la divulgación de la ciencia en Uruguay.


EPISODIOS COMPLETOS:

TEMPORADA 1 Episodio 1: “El enigma de las huellas”. Dinosaurios en Tacuarembó.
TEMPORADA 1 Episodio 2: “El acorazado potente”. Gliptodontes en San Ramón.
TEMPORADA 1 Episodio 3: “Intriga de narices”. Perezosos gigantes en la Costa de Oro.
TEMPORADA 1 Episodio 4: “Un mar sospechoso”. Ballenas en la plaza Matriz.
TEMPORADA 1 Episodio 5: “Cuidado con el carnívoro” (Los secretos del oso). Oso cara corta en Solís.
TEMPORADA 1 Episodio 6: “Una mordida misteriosa”. Tigres dientes de sable en Colonia.
TEMPORADA 1 Episodio 7: “Terror emplumado”. Aves de terror en San José.
TEMPORADA 1 Episodio 8: “Un gigante cabeza dura”. Toxodontes en El Caño.
TEMPORADA 1 Episodio 9: “El caso del roedor gigante y José Artigas”. Josepho Artigasia monesi.
TEMPORADA 1 Episodio 10: Resumen de la temporada.
TEMPORADA 2 Episodio 1: ¿Quién es ese viejo barbudo?
TEMPORADA 2 Episodio 2: ¿Los perros son lobos?
TEMPORADA 2 Episodio 3: Bestias que ya no existen.
TEMPORADA 2 Episodio 4: Somos lo que fuimos.
TEMPORADA 2 Episodio 5: La cooperación de las especies.
TEMPORADA 2 Episodio 6: La evolución contraataca.

 

Paleodetectives en plena producción

 

Anuncio de la primera temporada 2015

 

La “Organización Mundial de Niños Curiosos” de la primera temporada 2015:
Inti Omar, Maia Verde, Selene Blanco, Sofía Blanco y Tiago Verde.

 

Los Paleodetectives Ernesto Blanco, Washington Jones y Andrés Rinderknecht

 

– Anuncios de la segunda temporada 2017 –

 

La”Organización Mundial de Niños Curiosos” de la segunda temporada 2017:
Ángeles Rossi y Dylan Cortes.

 

Astronomía con Smartphone

Publicado en el Blog de Martin Monteiro.
Léelo completo en su sitio: http://fisicamartin.blogspot.com.uy/2017/10/astronomia-con-smartphone.html
Reconocer elementos del cielo, predecir eventos astronómicos, conocer el momento en que se puede observar la Estación Espacial Internacional, caminar virtualmente sobre la superficie de Marte o desarrollar  a escala medidas de curvas de luz, tránsitos planetarios, paralajes o espectros estelares, son solo algunas de las muchas actividades que profesionales y aficionados pueden realizar con ayuda de un teléfono inteligente, especialmente vinculadas a la divulgación y a la enseñanza de la astronomía.
Los teléfonos inteligentes se han vuelto omnipresentes, están con nosotros todo el tiempo y en todas partes. Estas computadoras de bolsillo incorporan sensores para mejorar la interactividad entre el usuario y el dispositivo y aunque no están diseñados específicamente para hacer ciencia, es notable mencionar que se pueden aprovechar como laboratorios portátiles para una amplia variedad de actividades científicas y educativas. Durante los últimos años se han publicado numerosos experimentos en el área de las ciencias físicas que consiguen involucrar y motivar a los estudiantes en su propio aprendizaje al permitirles hacer ciencia por sus propios medios.
Aquí presento algunas experiencias que se pueden realizar en actividades de divulgación, así como en cursos básicos de astronomía y de geociencias de nivel secundario y universitario:
  1. Simulación experimental de curva de luz de asteroides y determinación de período de rotación y factores de forma.
  2. Simulación experimental de tránsitos planetarios y determinación del período orbital y tamaño de exoplanetas.
  3. Simulación experimental de medidas de distancias estelares mediante paralaje.
  4. Análisis espectral y determinación de composiciones estelares.
  5. Explicación experimental de las estaciones.
  6. Herramientas de acceso a información astronómica.
  7. Herramientas de Realidad Virtual y Realidad Aumentada.

 

1. CURVA DE LUZ DE ASTEROIDES.
La gran mayoría de los asteroides son objetos irregulares, que por su pequeño tamaño y gran distancia apenas pueden ser apreciados como puntos de luz desde los mejores observatorios astronómicos. Sin embargo, un cuidadoso análisis de la luz solar reflejada por el asteroide permite en algunos casos determinar algunas características de su forma, así como el período de rotación del mismo en torno a su eje. Este método fotométrico es denominado “curva de luz”.
Curva de luz de un asteroide. Si el asteroide fuera esférico y de color uniforme, su curva de luz sería plana. Cuanto más irregular su forma más compleja la curva y más grandes son los cambios de brillo.
Para simular esta técnica fotométrica, se utiliza un asteroide a escala, el cual puede ser simplemente un poco de masa de moldear de la forma que se antoje o bien un asteroide de forma real, realizado con impreso 3D, a partir de datos reales (estos se pueden obtener de forma libre en https://nasa3d.arc.nasa.gov/models/printable).
El asteroide a escala se hace girar sobre una plataforma circular, un tocadiscos o mediante el eje de un motor lento. Se ilumina el modelo de asteroide y mientras está girando se mide la intensidad de luz.
Curva de luz de un asteroide de masa de moldear, obtenida con la app Physics Toolbox Suite, durante un workshop que dimos en el AAPT Winter Meeting 2017, en Atlanta.
 
2. TRÁNSITOS PLANETARIOS Y DESCUBRIMIENTO DE EXOPLANETAS.
En los últimos años el descubrimiento de planetas orbitando en torno a estrellas que no son el Sol, denominados planetas extrasolares o simplemente exoplanetas, se ha convertido en uno de los temas más novedosos y de mayor crecimiento de la astronomía moderna. Hasta 1992 no se conocía ninguno y hoy en día ya se han confirmado más de 3500 exoplanetas.
Las gran distancia a la que se encuentran las estrellas hace que en la mayoría de los casos sea imposible observarlas en forma directa con la resolución necesaria como para descubrir exoplanetas, aún para los mayores telescopios construidos hasta el momento. Es así que se han desarrollado varias técnicas para descubrir exoplanetas por métodos indirectos de detección. Uno de estos métodos es el tránsito planetario, un método fotométrico que consiste en observar la luz de una estrella y medir el pequeño cambio de brillo que se produce cuando un exoplaneta pasa por delante de la estrella. Al registro de la intensidad de luz en función del tiempo se lo denomina “curva de luz”. A partir de la curva de luz se pueden determinar varias características del exoplaneta:
  • Tamaño del exoplaneta: se puede estimar a partir de la reducción que produce en el brillo de la estrella.
  • Período orbital del exoplaneta: se puede determinar a partir de la periodicidad de la curva de luz.

 

Un ejemplo: curvas de luz que producirían algunos planetas del Sistema Solar si se observaran desde muy lejos. Júpiter es quien produce la mayor reducción en la intensidad de luz del Sol (del orden del 1%), mientras que la Tierra sería casi indetectable por este método.
Para simular el método de los tránsitos se puede utilizar una lámpara como estrella, esferas de diferentes tamaños a modo de planetas (los cuales se hacen girar en torno a la estrella) y el sensor de luz de un smartphone para registrar la curva de luz. Una app muy adecuada para realizar estas medidas es intensidad de luz es Physics Toolbox Suite de Vieyra Software.
Curvas de luz producidas por planetas de diferentes tamaños (fuente: Barrera-Garrido)
Referencia:
Azael Barrera-Garrido (2015)
“Analyzing planetary transits with a smartphone”
The Physics Teacher 53, 179.
3. PARALAJE Y DISTANCIAS ESTELARES.
Los astrónomos utilizan diferentes métodos para determinar la distancia a los objetos celestes según la escala de distancias astronómicas de las que se trate. Para medir las distancias de las estrellas, el método por excelencia y el más antiguo es el de la paralaje. La paralaje es el cambio en la posición angular de un objeto cuando se cambia el punto desde el cual se observa. Si extendemos la mano y observamos uno de los dedos alternando entre un ojo y otro, veremos que la imagen del dedo aparece sobre puntos diferentes del fondo. Ese es el efecto del paralaje y se puede utilizar para medir distancias. De hecho nuestro cerebro lo utiliza en forma automática para determinar las distancias a los objetos y darnos la sensación de profundidad.
En astronomía se puede utilizar la paralaje anual para determinar la distancia a las estrellas gracias al movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol. A medida que Tierra se mueve en torno al Sol, la posición aparente de una estrella cambia, describiendo una elipse que se denomina “elipse paraláctica.” El semieje mayor de la elipse paraláctica es lo que se define como paralaje p. Con un poco de trigonometría es fácil concluir que la distancia d entre el Sol y la estrella, es d=R/tg(p). Donde R es la distancia Tierra-Sol.
Para observar el efecto de paralaje basta con tomar dos fotos desde diferentes posiciones y observar el cambio de posición con respecto al fondo.
Para simular la paralaje anual y observar la elipse paraláctica se utiliza una estrella de papel colocada encima de un Sistema Solar a escala. Se pone a grabar video con el teléfono inteligente, y se lo traslada como si la lente de la cámara fuera la Tierra en ese Sistema Solar a escala.
El video obtenido se puede analizar con algún programa de análisis de video, como Tracker, para determinar la elipse paraláctica y calcular la distancia a la que se encuentra la estrella. En el ejemplo mostrado en las dos fotografías anteriores, el radio de la órbita del la Tierra es de 4,7 cm y la paralaje obtenida del semieje de la elipse paraláctica es de 4,3º, de donde se obtiene que la distancia de la estrella es de 63 cm.
Referencia:
M. T. Fitzgerald, D. H. McKinnon, L. Danaia, S. Woodward (2011)
“Using Smartphone Camera Technology to Explore Stellar Parallax”
Astronomy Education Review 10, 010108-1.
 
4. ANÁLISIS ESPECTRAL Y COMPOSICIONES ESTELARES.
En astrofísica, una de las técnicas más importantes es el análisis del espectro de la luz que nos llega de las estrellas y otros objetos, pues esa luz contiene las señas particulares que periten identificar cada elemento químico presente en aquellos.
En el laboratorio podemos trabajar con esta técnica para analizar diferentes fuentes de luz. Basta con cubrir la cámara del teléfono con un pequeño trozo de red de difracción y utilizar un pequeño tubo para que llegue a la cámara únicamente la luz de la fuente que queremos analizar.
Para tener una referencia de calibración se deben utilizar por lo menos dos láser de diferentes colores. En este ejemplo se utilizaron tres. Cada láser es dirigido hacia un punto que esté justo un poco por encima de la fuente de luz que queremos analizar. En este caso la fuente es una lámpara de Hidrógeno.

 

Imagen obtenida con la cámara del teléfono cubierta con la red de difracción.
Los tres puntos de arriba corresponden a la luz de los tres láseres utilizados en este caso. Los tres están dirigidos al mismo punto, pero aquí se aprecian separados por efecto de la red de difracción.
Las líneas de color que están más abajo corresponden a la descomposición de la luz de la lámpara de Hidrógeno.

 

Con un programa de análisis de video como el Tracker se analiza la posición de cada línea de color y se obtienen las longitudes de onda de la luz emitida por la fuente analizada.
(La luz de los láseres es fundamental como referencia para poder calibrar el sistema).
El proyecto SpectralWorkbench ofrece los planos de un espectrómetro de papel plegado que se puede descargar para imprimir y que es muy fácil de construir. Si no se cuenta con una red de difracción se puede utilizar un pedacito de DVD.
Un pedacito de red de difracción se pega en la ventana que va a ir apoyada en la cámara del teléfono.
El espectrómetro armado:
El espectrómetro montado sobre la cámara del teléfono
El espectro de una lámpara, registrado por la cámara del teléfono con el espectrómetro de papel.
 
5. EXPLICACIÓN DE LAS ESTACIONES.
Una tarea mucho más simple que todas las anteriores es utilizar el sensor de luz de un teléfono inteligente para mostrar la razón de las estaciones. En general no es fácil para los niños ni para el público general entender que la causa de las estaciones no tiene nada que ver con la distancia de la Tierra al Sol. Una prueba clara de esto es que mientras en el hemisferio sur es invierno en el norte es verano y viceversa. Si la distancia fuera el motivo esta simultaneidad cruzada de las estaciones no sería posible. Es cierto que la órbita de la Tierra es levemente elíptica, de modo que la distancia al Sol cambia durante el año, pero es una cantidad relativamente muy pequeña y de todos modos no es la causa de las estaciones. Las estaciones se deben al ángulo de incidencia de la luz solar sobre los diferentes puntos del planeta. Durante el verano del Sur, los rayos solares inciden perpendicularmente a la Tierra en ciertos puntos del hemisferio Sur. Por el contrario, durante el invierno del Sur, los rayos solares inciden perpendicularmente a la Tierra en ciertos puntos del hemisferio Norte.
Una forma de observar cuantitativamente que la radiación solar cambia con la latitud según el momento del año, es recurrir a un modelo a escala, utilizando un globo terráqueo sobre el cual medimos la intensidad de la luz del Sol para diferentes latitudes en diferentes estaciones. Para simular las diferentes estaciones basta con colocar el eje de la Tierra en la posición adecuada con respecto a la fuente de luz que simula al Sol.
En este gráfico se pueden apreciar los cambios de intensidad de luz medidos por el sensor del teléfono para diferentes latitudes en diferentes estaciones. En estas gráficas se puede apreciar que en el verano del norte, la máxima insolación se da para latitudes del norte. Por el contrario, para el invierno del norte la máxima insolación se observa para latitudes del sur. Por otra parte, en otoño y en primavera la máxima insolación no se da ni en el norte ni en el sur sino sobre el ecuador.
Fuente: Durelle et al.
Referencia:
J. Durelle, J. Jones, S. Merriman, and A. Balan (2017).
“A smartphone-based introductory astronomy experiment: Seasons investigation”
The Physics Teacher 55, 122.
6. Herramientas de Realidad Virtual y Realidad Aumentada.
 
Son herramientas que favorecen:
  • Involucramiento
  • Interactividad
  • Motivación

 

La Realidad Virtual consiste en la generación de imágenes 3D, que proporcionan sensación de profundidad y espacialidad. Para esto existen algunas aplicaciones para teléfonos inteligentes que los que hacen es generar dos imágenes en la pantalla del teléfono, una para cada ojo. Para esto se necesita el auxilio de unos lentes especiales como los Cardboard de google, que son de cartón o algún otro modelo más cómodo que al día de hoy resultan muy económicos (del orden de 6 dólares). El teléfono se coloca adentro de estos lentes especiales y así cada imagen de es enviada a un ojo por separado, generando la sensación de espacialidad.
Las apps de Realidad Virtual utilizan los sensores del teléfono inteligente para reconocer los cambios de perspectiva cuando giramos la cabeza o la inclinamos hacia arriba o abajo. Por este motivo no son compatibles con teléfonos que no tengan los sensores necesarios para la orientación, como son el de aceleración, el giroscopio y el de campo magnético.

Algunas apps de Realidad Virtual para Astronomía:

 

Cardboard de Google

 

Modelo de lente VR de Kolke. El teléfono se coloca en una bandeja deslizante con la cual se ingresa el teléfono al interior de los lentes.
App StarTracker VR para observar las estrellas, los planetas y las constelaciones como un planetario personal tridimensional.
Así se ve la app StarTracker VR sin los lentes de Realidad Virtual.
App Apollo 15 VR
Un paseo virtual por la Luna a bordo del vehículo lunar.

 

 

 

 

 

App MarsWalk VR de Lockheed Martin
Un juego muy realista para recorrer la superficie de Marte buscando algunos de los robots que han llegado a su superficie.

 

 

Access Mars de Google: https://accessmars.withgoogle.com/
Permite navegar en 360 con el mouse en la computadora o en Realidad Virtual con el teléfono y lentes VR.
Astronomía y Realidad Virtual durante la Reunión Anual de la Sociedad Uruguaya de Astronomía RASUA2017 (21 octubre 2017).
La Realidad Aumentada consiste en la superposición de imágenes reales con imágenes virtuales y está teniendo un uso creciente en la industria, en los juegos y también en educación.
Un ejemplo muy interesante para acercarse al mundo de la exploración espacial es la app de la NASA Spacecraft 3D, que permite visualizar varias naves, robots y otros dispositivos vinculados con el espacio.
La Realidad Aumentada no solo crea la ilusión de que un objeto está en nuestro entorno sino que además se puede observar desde diferentes perspectivas y distancias como si fuera un objeto real que estamos viendo a través de la cámara del teléfono.
Target. Algo necesario para las apps de Realidad Aumentada es la presencia de una “target”. Esta es una imagen especial que se imprime y es detectada por la app para renderizar el objeto. El target es el objeto real asociado al objeto virtual, de modo que si uno mueve el target, mueve al objeto virtual.
El target para Spacecraft 3D lo puedes imprimir desde este enlace (aquí).
 App Spacecraft 3D NASA

 

Foto grupal de Realidad Aumentada en la clase de Astronomía con Smartphone, en el marco del curso “Laboratorio de prácticas educativas sobre el uso de teléfonos inteligentes para la enseñanza de las ciencias naturales.” Comisión Sectorial de Enseñanza – UdelaR. (Facultad de Ingeniería, 10 octubre 2017).

 

La Cassini en Realidad Aumentada durante la Reunión Anual de la SUA 2017.

 

Mars Exploration Rover
Una función interesante de la app es que contiene animaciones con las cuales se pueden apreciar los cambios de configuración de los diferentes artefactos.

 

 

Telescopio Espacial Hubble
La hoja que está debajo es el target que la app de Realidad Aumentada necesita para generar el objeto virtual. Si se mueve o gira esa hoja, entonces el objeto virtual se mueve o gira.

 

7. Herramientas de acceso a información astronómica.
Existen muchas aplicaciones para acceder a información sobre objetos y eventos astronómicos y espaciales. Recomendamos algunas:
  • Sky Map
  • Stellarium Mobile
  • Mobile Observatory
  • Solar System Scope
  • Star Chart
  • Sun Surveyor
  • Heavens-Above (Destellos Iridium (Iridium Flares) y Estación Espacial)
  • ISS HD Live

 

Sky Map permite reconocer diferentes objetos con solo apuntar el teléfono al cielo. Esta app utiliza los sensores de aceleración, giro y campo magnético para determinar la dirección hacia dónde estamos apuntando el teléfono. También utiliza la red y/o el GPS para determinar en forma automática la ubicación de la Tierra desde la que estamos realizando la observación. (Star Chart es muy similar)
El Sky Map no solamente es adecuado para acompañar la observación del cielo a simple vista sino también durante la observación con telescopios o binoculares.

 

Stellarium es uno de los programas planetarios más completos y conocidos para computadora, con gran cantidad de objetos y funciones. También existe versión para teléfono inteligente.

 

Mobile Observatory es otro planetario que contiene gran cantidad de información, especialmente muy completa sobre eventos astronómicos.

 

Mobile Observatory

 

Mobile Observatory

 

Solar System Scope permite visualizar el Sistema Solar y su vecindario en diferentes escalas y perspectivas, con las configuraciones reales de los planetas, incluyendo planetas enanos, asteroides y cometas. Incluso se puede apreciar la rotación de los planetas sobre sus ejes. Es importante notar que los objetos como el Sol y los planetas no están a escala. Basta tocar la pantalla para cambiar el punto de vista y la escala, así como para retroceder o avanzar el tiempo.

 

Sun Surveyor simula el movimiento del Sol en nuestro cielo, mostrando a qué altura y acimut se encuentra en tiempo real. También nos muestra la información sobre salida y puesta y el momento de máxima altura. También permite simular el movimiento del Sol al retroceder o adelantar el tiempo.

 

Heavens-Above es una app que nos muestra los horarios y las trayectorias de varios objetos espaciales artificiales que puedan ser visibles desde nuestra ubicación, como satélites de comunicaciones o la Estación Espacial Internacional.

 

Heavens-Above mostrando algunos eventos que se pueden observar desde Montevideo durante el 24 de octubre 2017.

 

Heavens-Above mostrando los objetos presentes en el cielo en tiempo real.

 

Heavens-Above mostrando el pasaje de la Estación Espacial Internacional.

 

Heavens-Above mostrando eventos de observación de la Estación Espacial Internacional.

 

Carta predictiva de Heavens-Above con el pasaje por el cenit de Montevideo que tendrá la Estación Espacial Internacional durante la noche del 24 de octubre 2017.

 

Heavens-Above mostrando la órbita de la Estación Espacial Internacional.

 

Una clase interesante de eventos son los denominados “Iridium Flares” o Destellos Iridium.
Los Iridium son una constelación de 66 satélites de comunicaciones que prestan servicio a teléfonos móviles globales que no dependen de las redes locales. Su geometría hace que en determinados momentos reflejen la luz solar hacia determinados puntos de la Tierra. Las apps como Heavens-Above calculan los momentos en que ocurren estos destellos según el punto de la Tierra en el que nos encontramos.

 

Los 66 satélites Iridium consiguen cubrir toda la superficie de la Tierra, formando una red que mantiene conectado a cualquier teléfono Iridium en cualquie punto de la Tierra.

 

Órbitas polares de los satélites Iridium.

 

Detalle de la trayectoria del Iridium 53 mostrado por Heavens-Above, con información sobre el tiempo exacto en el que ocurre el destello y hacia dónde debe ser observado.
Órbita del Iridium 50 mostrada por Heavens-Above.

 

Otra app muy interesante para seguir a la Estación Espacial Internacional es ISS HD Live, que nos muestra su posición en tiempo real junto con la transmisión en vivo desde las cámaras de la Estación.

Por último, aunque no menos importante, la cámara del teléfono se puede utilizar, con ayuda de un adaptador especial, para adquirir imágenes desde un telescopio, cuando no se dispone de sensor CCD para ese fin. Esto permite no solamente guardar las imágenes sino también proyectarlas en una pantalla para mostrar a un grupo durante el momento de la observación. Incluso se podría transmitir por internet para una actividad a distancia.

Actividades relacionadas:
“Astronomía con Smartphone,” clase en el marco del curso “Laboratorio de prácticas educativas sobre el uso de teléfonos inteligentes para la enseñanza de las ciencias naturales.” Comisión Sectorial de Enseñanza – UdelaR. Facultad de Ingeniería, 10 de octubre de 2017. DIAPOSITIVAS.

https://drive.google.com/file/d/0Byq38DnkhkDKcjNDZG9jYTdORkk/preview

“Experiencias de Astronomía usando su Teléfono Inteligente,” poster presentado en la Reunión Anual de la Sociedad Uruguaya de Astronomía, RASUA2017, Montevideo, 21 de octubre de 2017.
Más referencias:
R. M. Gill and M. J. Burin (2013)
“Enhancing the Introductory Astronomical Experience with the Use of a Tablet and Telescope“
The Physics Teacher 51, 87.
M. Meißner, and H. Haertig (2014)
“Smartphone astronomy“
The Physics Teacher 52, 440.

Spinners, Física, Smartphones y más.

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En pocos meses se ha vuelto furor este pasatiempo ansiolítico en todo el mundo y tan rápida ha sido la tormenta que ya casi ha pasado de moda. El Fidget Spinner fue creado como un juguete para reducir la ansiedad y supuestamente mejorar la atención de algunos niños. Por el contrario hay muchos que lo consideran una distracción. Se trata de algo extremadamente simple. Tan simple que extraña que se haya puesto de moda. Un rulemán. Un simple rulemán o rodamiento con dos o tres brazos que se hace girar entre los dedos a gran velocidad durante un par de minutos. Por cierto que de niños jugábamos con rulemanes y era muy divertido. Entonces ¿por qué aparece en este formato y da la vuelta al mundo? Ni idea, no tengo explicación para este tipo de fenómenos sociales. Creo que desde la invención de la rueda que la humanidad no se fascinaba tanto con algo que girara. Y tengo mis dudas de que la rueda haya fascinado tanto. Me cuesta entender que de pronto surja semejante interés en estas rueditas ya que hoy en día nadie le presta mucho interés a otros objetos giratorios más interesantes, como trompos, giróscopos y muchos otros. Yo tengo colección de estos juguetes y siempre me han interesado por la variedad de fenómenos físicos que se pueden observar. Entonces el spinner también me ha interesado, aunque sea mucho más simple. Como sea, el Fidget Spinner se ha puesto de moda y tal vez por algunos días más siga estando entre nosotros. Después, cuando pase la fiebre, estaremos todos preguntándonos cuándo y cómo fue que nos interesamos por estos juguetes, diciendo “qué anticuados aquellos días del spinner”. Y no estamos lejos de ese día. Mientras tanto, este interés por el Spinner se puede utilizar a favor en las clases de física o en actividades de divulgación, como elemento motivador para hablar de algunos principios básicos de las rotaciones, así como también una excusa para presentar experimentos tradicionales que los estudiantes tal vez encuentren más atractivos por el simple hecho de hacerlos con su propio Spinner.

SECCIONES:

  1. Fidget Spinner y precesión.
  2. Medida de rotación con luz e interfaz.
  3. Medida de rotación por método acústico con smartphone.
  4. Medida de rotación por método magnético con smartphone.
  5. Medida de rotación por método magnético con Arduino.
  6. Momento de inercia del spinner.
  7. Un Fidget Spinner doble péndulo caótico.
  8. Curiosidades más allá de la física.
    • Fidget Spinner y biología.
    • Fidget Spinner con impresora 3D.
    • Fidget Spinner y arqueología.
    • Un motor eléctrico con Fidget Spinner.
    • Fidget Spinner y teorías conspirativas (y un poco de humor).
1. Fidget Spinner y precesión.

En este video el divulgador español José Luis Crespo (QuantumFracture), propone utilizar el spinner para demostrar y comprender algunas propiedades de los rígidos en rotación, como los movimientos de precesión y nutación.
Un indicador de calidad del spinner es la velocidad de rotación que puede alcanzar. Otro factor íntimamente relacionado con el anterior es el tiempo durante el cual se mantiene girando. Una actividad interesante para proponer a los estudiantes así como también para aficionados, es medir la velocidad de rotación del spinner y observar de qué modo decrece con el tiempo hasta detenerse. Hay muchas formas de conseguir estas medidas mediante métodos ópticos, acústicos o magnéticos, utilizando un smartphone o una interfaz o electrónica sencilla con Arduino.
2. Medida de rotación con luz e interfaz:
En su artículo “Want to know how long a fidget spinner spins? Get a laser and some physics,” Rhett Allain utiliza un puntero láser y un sensor de luz conectado a una interfaz. El láser se dirige hacia el sensor de luz y cuando el spinner gira, sus brazos interrumpen el haz del láser. De ese modo se puede medir el tiempo que demora en dar una vuelta y de ahí la velocidad de rotación.
Esta gráfica representa la luz detectada por el sensor. Tres ciclos corresponden a una vuelta completa del spinner (en este caso T = 0,14 s, es decir f = 7 Hz, que equivale a 420 rpm)
Este gráfico muestra la velocidad de rotación en función del tiempo. La pendiente corresponde a la aceleración angular del spinner (en este caso a = -1,35 rad/s^2).
3. Medida de rotación por método acústico con smartphone:
Una forma de medir la velocidad es utilizar aire comprimido para hacer girar el spinner mientras con el smartphone se mide la frecuencia del sonido producido por el spinner. Como tiene tres brazos, la frecuencia de rotación será un tercio de la frecuencia del sonido. Esto fue lo que hicieron Matt Parker y Steve Mould en los dos videos siguientes:
4. Medida de rotación por método magnético con smartphone:

Otra forma de medir la velocidad de rotación consiste en magnetizar uno de los extremos del spinner con un pequeño imán y medir la frecuencia de rotación mediante el sensor magnético del smartphone. Cada vez que el brazo magnetizado pasa cerca del smartphone, el sensor magnético detecta un incremento en el campo magnético. Es decir que cada vuelta se registra un pulso magético. Con la aplicación PhyPhox se puede medir la frecuencia de los pulsos que es igual a la frecuencia de rotación. El único problema de este método es que no permite medir velocidades muy altas, ya que esto se ve limitado por la velocidad de respuesta del smartphone que se utilice.

5. Medida de rotación por método magnético con Arduino:

El mismo principio se puede implementar con un sensor Hall y un circuito muy sencillo basado en Arduino, tal como lo describe Andriy Baranov en “Fidget Spinner RPM Counter.”

 
6. Momento de inercia del spinner.

Una magnitud central en la dinámica de las rotaciones es el momento de inercia, el cual mide la dificultad que ofrece un objeto para cambiar de velocidad de rotación. Una forma usual para medir esta cantidad es construir un péndulo físico colgando el spinner de una varilla y así medir el período de oscilación. Este período está relacionado con el momento de inercia del spinner mediante el teorema de Steiner (o teorema del eje paralelo). Es una actividad de exploración que puede ser interesante para proponerle a los estudiantes, tal como cuenta Rhett Allain en “Let’s explore the physics of rotational motion with fidget spinner.”

7. Un Fidget Spinner doble péndulo caótico.

Un péndulo doble es uno de los sistemas más sencillos con los que se puede observar el comportamiento de un sistema caótico, es decir en el que un cambio infinitesimal en las condiciones iniciales genera movimientos completamente diferentes. La empresa EME Tools desarrolló el Rotablade Pendulum MK2, un Fidget Spinner con doble articulación que permite “jugar” con la teoría del caos entre nuestros dedos.

.: 8. CURIOSIDADES MÁS ALLÁ DE LA FÍSICA:.

Fidget Spinner y biología.

Una centrífuga fidget spinner para experiencias de biología fabricada con impresora 3D: “Lab Centrifuge Fidget Spinner” by Matlek.

Una amiga ha fabricado una centrífuga con un fidget spinner. Eso es modernizar un laboratorio, lo demás tontería pic.twitter.com/sIoWkYVJyT

— Daniel Gomez (@amloii) July 18, 2017


Fidget Spinner con impresora 3D.

Por supuesto que también puedes imprimir muchos otros modelos de spinner. En este video tienes varias ideas y recursos:

Fidget Spinner y arqueología.

En el Museo del Instituto Oriental de la Universidad de Chicago se encuentra una pieza de arcilla encontrada en la región de Tell Asmar, en Mesopotamia, datada con casi 4000 años de antigüedad, yetiquetada como “Juguete giratorio con cabezas de animales.” Una editora de Wired escribió en Twitter: “Prueba de que no hay más ideas originales.”
Lo curioso es que a partir de la notoriedad que adquirió esta pieza, el museo anunció que en realidad se trataba de un error de identificación que data de 1932 y que para 2019 el museo será renovado incluyendo a esta pieza, en su identificación actual, según los expertos, como una maza.

Un motor eléctrico con Fidget Spinner.

El spinner también se puede utilizar para diversos proyectos de aficionados o de clubes de ciencia. Un ejemplo es este motor sin contactos (sin escobillas) propuesto por Dave Bodnar “Fidget Spinner to Brushless Motor.” El rotor de este motor está formado por un spinner con imanes en cada brazo. El estator consiste en una sencilla bobina fabricada a mano.

Fidget Spinner y teorías conspirativas (y un poco de humor).

Como no podía ser de otra forma con una moda que se ha vuelto viral, no han faltado los especuladores paranoicos que ven en todo una amenaza premeditada, en este caso un invento diabólico para estupidizar a las masas. Ver “Russia Claims Fidget Spinners Are a Form of Hypnosis Used by Anti-Government Activists.” La seriedad que este tema merece me recuerda aquella serie animada de Steven Spielberg, “Pinky y Cerebro.” Si hay alguien con el intelecto y la claridad estratégica para dominar el mundo con el Fidget Spinner, sin lugar a dudas que sería Cerebro. Hasta aquí mi comentario sobre la importancia que le atribuyo a tales ideas.

Lo que nos deja el gran eclipse solar 2017

Publicado en El Blog de Martín Monteiro
Léelo completo en su sitio: http://fisicamartin.blogspot.com/


Desde la Tierra, desde el aire, desde el espacio, en la Estación Espacial.
Divulgación, ciencia ciudadana, relatividad, smartphones, óptica y más.
Proyectos, fotos y videos. Lo que nos dejó el gran #Eclipse2017

La sombra de la Luna está casi siempre allí, un gigantesco cono que se proyecta en el espacio, en oposición al Sol, con una longitud del orden de los 400.000 km hasta su vértice. Esa distancia (que es muy similar a la distancia Tierra-Luna), sufre leves variaciones a lo largo del tiempo debido a las formas elípticas que tienen las órbitas de la Tierra y de la Luna.

Para que ocurra un eclipse solar, es decir para que la sombra de la Luna se proyecte sobre la Tierra, la Luna debe interponerse entre el Sol y la Tierra, es decir que los tres cuerpos celestes deben encontrarse en perfecta conjunción.
Una versión animada:
Lo que está pasando hoy se resume muy bien en esta animación del #eclipse pic.twitter.com/vBDforfB3X
— Next (@next_ciencia) August 21, 2017
En su movimiento de traslación, la Luna pasa entre el Sol y la Tierra cada 29 días y fracción, momentos que conocemos como Luna Nueva. Sin embargo no ocurre un eclipse en cada Luna Nueva, puesto que como el plano de la órbita de la Luna está inclinado unos 5º con respecto al plano de la órbita de la Tierra, la sombra de la Luna puede pasar muchas veces cerca de la Tierra aunque sin tocarla. Las intersecciones de la órbita de la Luna con el plano de la órbita de la Tierra se denominan nodos. Para que ocurra un eclipse, entonces, debe coincidir la Luna Nueva muy cerca de los puntos nodales. De este modo cada año solo ocurren generalmente 2 o 3 eclipses solares (y hasta un máximo de 5, aunque esto es muy poco frecuente), los cuales pueden ser totales, anulares o parciales. Los eclipses totales, en particular, son todavía mucho menos frecuentes, ocurriendo uno cada un año o dos. Además estos eclipses son observables solamente desde una región privilegiada del planeta. Es por todo esto que cada eclipse total de Sol es celebrado como un acontecimiento muy especial. Así ha ocurrido con este eclipse del 21 de agosto de 2017.
El próximo eclipse total de Sol ocurrirá el 2 de julio de 2019, y será visible desde el Pacífico, Chile y Argentina. Aquí puedes encontrar el calendario de todos los eclipses futuros(solares totales, anulares, parciales, y también eclipses lunares):
Fuente: timeanddate
Este eclipse ocurrido el lunes 21 de agosto de 2017 fue un eclipse total, que en los Estados Unidos fue denominado el Gran Eclipse Americano y también el Eclipse del Siglo, debido a que la zona de totalidad cruzó el territorio de ese país desde el noroeste hacia el sudeste. También en forma parcial se pudo apreciar desde todo el continente Norteamericano, Centroamérica, así como parte de Europa y América del Sur. Esta circunstancia generó cientos de proyectos educativos y científicos, algunos de los cuales presentamos a continuación.
En esta animación se puede apreciar el desplazamiento de la sombra lunar sobre el globo terrestre. El punto central es la zona de sombra total, es decir, la región desde donde se pudo apreciar al Sol cubierto completamente por la Luna. Esa zona de sombra total se encuentra casi en el vértice del cono de sombra de la Luna y es un disco que en este caso tuvo casi cien kilómetros de diámetro y que se desplazó a una velocidad de unos 2500 km/h. De este modo el eclipse total duró poco más de dos minutos en la mayoría de las ubicaciones.
Fuente: wikipedia
Mapa de zonas del eclipse, por Michael Zeller, Xavier Jubler y Fred Espenak: eclipsewise.com
La noche en pleno día:

Durante la totalidad de un eclipse, el cielo se oscurece a tal punto que permite apreciar las estrellas como si fuera de noche por unos minutos. El efecto de nocturnidad es tal que afecta el comportamiento animal, que se retiran a dormir como si la noche se hubiera adelantado en llegar. Así mismo, una de las observaciones más notables que permite un eclipse total, es que deja a la vista a la magnífica corona solar. Esa región es enorme pero mucho menos brillante que el disco solar, razón por la cual no es posible apreciarla en condiciones normales.
La corona solar fotografiada por Dave Bernhardt desde Jefferson Park, Oregon a las 10:21 hora local, 17 de agosto 2017.

Eclipse, Smartphones y Ciencia Ciudadana:

Una iniciativa muy interesante de Ciencia Ciudadana, fue la de Vieyra Software, proponiendo utilizar los sensores de los smartphones para medir cambios ambientales de luz y sonido durante el eclipse.
Record changing environmental conditions with your smartphone tmrrw! #Physics Toolbox apps include meters for light, sound, UV. #eclipse2017https://t.co/nv4PVE07IO
— Physics Toolbox (@physicstoolbox) August 20, 2017
Eclipse, Relatividad General y Ciencia Ciudadana:

En el ámbito científico es muy conocido el eclipse solar de 1919, el cual permitió a los astrónomos observar la desviación de la luz por efectos gravitacionales, tal como predecía la Relatividad General de Einstein. Esto fue posible al comparar la posición normal de ciertas estrellas con la posición aparente que tenían durante el eclipse (momento en el cual la luz de esas estrellas estaba pasando cerca del Sol). Este fue un eclipse histórico porque verificó nada menos que una de las predicciones más importantes de la Relatividad de Einstein.

En este sentido, resulta muy interesante la iniciativa de Ciencia Ciudadana presentada por Bradley E. Schaefer, de Louisiana State University, quien se propuso recrear el experimento de Eddington durante este eclipse 2017, con el objetivo de lograr un error de tan solo 1%.

Recomiendo leer a Francisco Villatoro, quien nos cuenta en su blog sobre este interesante proyecto: “El eclipse de 1919, la teoría de Einstein y el eclipse de 2017.”

El proyecto original de Schaefer se puede leer en: “Modern Eddington Experiment Prospectus”

Cambio en la posición de las estrellas por efecto gravitacional. Fuente: Francis Villatoro.

El eclipse visto desde el aire:

La NASA planificó el seguimiento del eclipse desde jets WB-57F. Pero también tenemos el caso de vuelos comerciales que se cruzaron con el cono de sombra del eclipse. Una experiencia que sin dudas debe ser espectacular.
También se organizó un proyecto de globos sonda para realizar medidas durante el eclipse.

Fotografía tomada por el astronauta Michael Barratt desde un vuelo de Alaska Air a más de 10 km de altitud. Se observa la sombra de la Luna proyectada sobre las nubes y a lo lejos la corona solar con la Luna en el centro. Fuente: @NASA_Astronauts.
— Simo,, 🌸 (@Simona__ma) August 21, 2017
Video desde un vuelo comercial cruzando el cono de sombra del eclipse 2017. Fuente: @Simona__ma
Researchers are chasing #eclipse2017 from our WB-57F jets! Learn more from @NASAGoddard and @NASASunhttps://t.co/vcnj05i47Mpic.twitter.com/zOv5nEfB4S
— Johnson Space Center (@NASA_Johnson) August 21, 2017
Aviones WB-57F siguiendo el eclipse desde el aire. Fuente: @NASA_Johnson

Proyecto de globos para seguir el eclipse 2017. Detalles: http://eclipse.montana.edu/

La Estación Espacial Internacional y el Eclipse visto desde el espacio:

Desde algunos puntos de la Tierra se pudo observar a la Estación Espacial Internacional (ISS) mientras el eclipse se encontraba en fase parcial. Aquí comparto una secuencia de fotos y un video.
Más impactante todavía es ver el eclipse desde la ISS, la sombra de la Luna proyectándose sobre la Tierra.

Incluso la misión Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), que se encuentra en órbita alrededor de la Luna, prometió tomar imágenes del eclipse vistas desde nada menos que desde la Luna. Aunque todavía no las han publicado.

Eclipse visto desde el espacio. La sombra de la Luna proyectándose sobre la Tierra, vista desde la Estación Espacial Internacional. A la derecha el módulo Soyuz que transporta a los astronautas de ida y vuelta a la Estación. Fuente: NASA.
Fuente: Canal público de la NASA.
You probably saw #SolarEclipse2017 from Earth…but what did it look like from space? Check out these @Space_Station views: pic.twitter.com/6uPdyRFbXs

— NASA (@NASA) August 21, 2017

Tripulación de la ISS contando su experiencia durante la cobertura en directo del eclipse.
Yesterday’s eclipse from the unrivalled perspective of @dscovr_epic pic.twitter.com/VY4QukPisx
— Russ (@russss) August 22, 2017
Espectacular timelapse del eclipse visto desde la cámara del satélite DSCOVR
Cobertura del Eclipse por internet:

Desde su canal público en internet, la NASA ofreció varias horas de cobertura en directo del eclipse, desde diferentes puntos de observación ubicados a lo largo del recorrido del eclipse.

Eclipse y óptica:

La cámara estenopeica (pinhole) o cámara oscura, es conocida desde la antigüedad para proyectar imágenes desde mucho antes de la invención de las lentes. La luz ingresa por un pequeño orificio de una habitación oscura y la imagen del exterior se proyecta sobre la pared opuesta. En esta foto los espacios que se forman entre las hojas de un árbol se comportan como los orificios de una cámara estenopeica, generando así las múltiples imágenes del eclipse sobre el suelo.
Foto: Jorge Pullin desde Louisiana State University.