Grupo 1

El concepto de fuerza se trata de un fenómeno el cual, puede deformar un cuerpo o moverlo. Sin embargo, la idea de fuerza es bastante imprecisa debido a que no se pueden explicar a comparación de otros fenómenos más básicos. Las fuerzas conocidas por el momento son cuatro: Gravitatoria, Electromagnética, Nuclear fuerte y Nuclear débil.

1. Fuerza de Gravedad

La fuerza de la gravedad es aquella interacción que hace que los cuerpos que posean masa sean atraídos entre sí, pero cabe recalcar que su atracción será más fuerte cuando los cuerpos estén o muy cerca o uno de ellos sea más voluminoso. A esta fuerza se le conoce por el nombre de gravitación o interacción gravitatoria. 

Características de la Fuerza de Gravedad

• Es una furza de atracción.
• Tiene alcance infinito.
• Es una fuerza central.

¿De qué manera se puede medir la gravedad?

Este tipo de fuerza se mide con relación a sus efectos y es por esta razón que se mide con relación a la aceleración sobre los objetos en los que actúa, es por eso por lo que se ha calculado un valor de 9,80665 m/s2 en relación a la superficie de la tierra. 

Un claro ejemplo de igual manera son las interacciones que tienen los deportes, especialmente aquellos que manejan objetos que recorren una distancia durante un tiempo determinado: en el caso del básquet, este deporte tan famoso requiere de las fuerzas gravitacionales para su ejecución y existencia.

2. Fuerza Electromagnética.

Es cuando una carga eléctrica se encuentra en movimiento, se crea un campo eléctrico y a su vez, un campo magnético a su alrededor, el campo eléctrico genera una fuerza sobre cualquier otra carga eléctrica que se encuentre situada cerca, a esto se lo conoce como fuerza electromagnética.

Aparatos donde se puede evidenciar la fuerza electromagnética en la vida diaria:

• Transformador Eléctrico: Es un conocido dispositivo eléctrico que permite disminuir o aumentar el voltaje de corriente.

• Motor eléctrico: Su función es transformar la energía eléctrica en energía mecánica y esto se hace posible debido a que genera movimientos magnéticos dentro de su interior.

La podemos ver manifestada en diferentes fenómenos como por ejemplo lo que es una tormenta solar, lo que sucede durante una tormenta solar es lo siguiente, pasa que como la materia que compone al Sol es casi totalmente ionizada, su conductividad eléctrica es alta y al momento de salir, las nubes sirven como transporte del campo magnético encontrado en su interior.

3. Fuerza Nuclear Débil

La fuerza nuclear débil es la encargada de algunos tipos de desintegración radiactiva y esta tiene el nombre de “desintegración beta” esta se trata del proceso que es más conocido por la desintegración del neutrón.

Se encuentra en fenómenos naturales como en las erupciones volcánicas, pruebas de carbono 14, plantas nucleares, bombas termonucleares, fusión nuclear en las estrellas y en el universo en general. Estos fenómenos se dan gracias a que los protones y neutrones se transforman y hacen que se provoque la fuerza débil.

4. Fuerza Nuclear Fuerte

La fuerza nuclear fuerte como se conoce es aquella que mantiene unido a los núcleos de los átomos, inclusive ignorando la repulsión que se da entre protones debido a la fuerza electromagnética. Dentro de la tabla periódica, mientras nos dirigimos hacia átomos cada vez más grandes, la cantidad de neutrones aumenta con la misma intensidad, todo esto debido a la fuerza fuerte.

Un ejemplo de aplicación de esta fuerza muy común en algunos países son las plantas de energía nuclear, que son fuentes de energía que producen alrededor del 21% de la energía de naciones como Estados Unidos, Francia, Japón, Rusia.

Modélo Estándar de las Partículas

El Modelo estándar de partículas elementales es una teoría cuántica que quiere dar a conocer el comportamiento de las partículas elementales y sus interacciones, mediante las teorías de gauge y grupos. En el caso de la fuerza electromagnética se conoce que una de sus partículas más importantes es el fotón el cual es un bosón de largo alcance.

Fotones

Los fotones son un tipo de bosones sin masa y sin carga eléctrica. Son las partículas subatómicas dentro del conjunto de bosones de Gauge causantes de la fuerza electromagnética. Los fotones hacen viable que los campos magnéticos existan.

Bosones Z 

Son un tipo de bosones bastante masivos que, con los W, se delegan de mediar la fuerza nuclear débil. A diferencia de los W, los bosones Z son eléctricamente neutros y son algo más masivos que ellos.
 

Bosones W

Los bosones W son un tipo de bosones bastante masivos que, al igual que los Z, son causantes de la fuerza nuclear débil. Poseen una masa sutilmente inferior a la de los bosones Z y, a diferencia de dichos, no son eléctricamente.

Gluones

Los gluones son un tipo de bosones sin masa y sin carga eléctrica, sin embargo, sí con carga de color (un tipo de simetría de gauge), por lo cual no solo transmite una fuerza, sino que además la experimenta.

Gravitón

Una hipotética partícula subatómica que posibilite describir los principios cuánticos de la gravedad y lograr, por fin, unir las 4 fuerzas primordiales, Sin embargo, por ahora, si existe este gravitón, no somos capaces de encontrarlo. 

Grupo 2

 

Quarks

En la física se conoce a quark a un tipo de partícula elemental, desde que se dio su existencia nunca se ha dado forma separada, sino que siempre está asociada a otro quark. Los quarks son las únicas partículas fundamentales que tienen cuatro fuerzas. Las partículas elementales son las que no tienen componentes simples. Hoy en día los científicos reconocen a los quarks: los bosones gauge y los leptones

Los Hadrones

Un hadrón es una partícula subatómica formada por los quarks, que está sometida a una interacción nuclear fuerte. Estas partículas son mucho más pequeñas que un átomo que es la que se define como la unidad más pequeña. Entre los hadrones tenemos los neutrones, los protones, los gluones, los bosones, los fermiones y los quarks.

Modelo Estandar

El Modelo estándar de partículas elementales es una teoría cuántica que quiere dar a conocer el comportamiento de las partículas elementales y sus interacciones, mediante las teorías de gauge y grupos.

1. Partículas de la materia: Según el modélo estandar todas las partículas de materia son los fermiones y tienen un valor de 1/2, además las 12 partículas elementales de la materia son:

Seis quarks

• Up
• Charm
• Top
• Down
• Strange
• Bottom. 

Los tres electrones 

• electrón
• muón
• tau

Los tres neutrinos 

• electrón
• muón
• tau

2. Partículas mediadoras de la Fuerza: Aquí entran los bosones que tienen un spin entero y ayudan a que los fermiones interactuen entre ellos.

Bosones de Gauge

Fotones

Los fotones no tienen una carga eléctrica, ni una masa, además, son conocidas como “las partículas de la luz”, gracias a ellas se da la fuerza del electromagnetismo, haciendo posible así que los campos magnéticos existan. Es necesario objetar que el magnetismo y la electricidad se unen con el electromagnetismo y es responsable de un sin fin de fenómenos que suceden a nuestro alrededor.  

Gluones

De igual manera que los fotones, estos no tienen ni una masas, ni una carga eléctrica pero tienen una carga de color es decir una tienen una unión fuerte entre los quarks, los gluones se encargan de la fuerza nuclear fuerte, y prácticamente son los más fuertes de todos, siendo su función mantener unidos a los protones y neutrones en uno solo, transmitiendo una energía 100 veces mas fuerte que la de los fotones.

Bosones Z

Los bosones Z son aquellos los cuales se encargan de la fuerza nuclear débil, además de que son eléctricamente neutros y más masivos que los bosones W. Gracias a que los mismos permiten la fuerza nuclear débil, los protones, los neutrones y los electrones se pueden llegar a desintegrar para formar otras partículas subatómicas.

Bosones W

Prácticamente trabajan junto a los bosones Z realizando el mismo trabajo, incluso con la fuerza nuclear débil, con la diferencia de que eléctricamente no son los mismos que los Z, pues en estos nos encontramos con bosones W positivos y W negativos.

Gravitón 

Este tipo de bosón se sigue debatiendo dentro del ámbito científico, pues gravitón es un nombre hipotético que se da a la partícula que crea la fuerza de la gravedad, fuerza que es muy débil pero de gran alcance, y por el momento no se ha podido corroborar si existe o no misma partícula.

Grupo 3

 Energía y Materia Oscura 

Materia Oscura

La materia oscura es una sustancia invisible que se impregna el espacio. Constituye el 80% de la materia del universo.Este tipo de materia no interacciona con el campo electromagnético, por lo tanto no la podemos ver, tampoco es absorbida y reflejada por otros materiales. Todo aquello que sabemos de su existencia es gracias a los datos que nos dan la astrofísica y la cosmología, uno de estos datos es  para la estructura del universo, sin embargo, en la relatividad general de Einstein, esto no es posible si el universo sólo contiene materia. Eso indica la existencia de una componente adicional, una forma de energía desconocida la cual tiene presión negativa y contrarresta el efecto atractivo de la gravedad, impulsando la expansión acelerada del universo. 

¿Qué indica la presencia de materia oscura?

• Sugiere la presencia de un componente extra, una forma desconocida de energía, con presión negativa y contrarresta la atracción de la gravedad, obligando al universo a expandirse más rápido.
• La energía oscura es actualmente el componente dominante dentro de este inventario cósmico y representa alrededor del 70 % de la energía total del universo.

Energía Oscura

La energía oscura es un tipo de energía de naturaleza única que está en una estrecha relación con el espacio, la misma solo es capaz de interactuar mediante gravedad. Pero el modelo tradicional de la física establece que la energía oscura es demostrada por la constante cosmológica de Einstein, la cual es una densidad energética propia del universo, una propiedad del espacio vacío. El descubrimiento se basa en un estudio de más de 200.000 galaxias. Los científicos utilizaron dos formas diferentes de observación, lo que les permitió comparar de forma independiente los resultados anteriores sobre la energía oscura. Dos informes preparados por un equipo internacional de investigadores han sido aceptados para su publicación en el Journal of the Royal Astronomical Society.

Esta fuerza misteriosa parece obstaculizar e incluso superar la atracción gravitatoria mutua que provoca la aceleración de la expansión en el universo. Sin embargo, esto puede indicar que nuestra comprensión de la gravedad, tal como se describe en la teoría general de la relatividad de Einstein, está incompleta.

¿Cómo se produce?

La energía oscura es producida por el propio universo, como un precio por tener un lugar dentro del universo por así decirlo. Por lo mismo, como energía oscura, es capaz de mantener constante su densidad energética aún así el volumen del espacio aumente. Esta propiedad de la energía oscura le otorga la capacidad de ejercer una presión negativa, para repeler a partículas masivas.

Lentes gravitacionales

Los lentes convergentes también se pueden decir que son consecuencia de la teoría de gravitación de Einstein, él había sido capaz de predecir el comportamiento de la luz de las estrellas al pasar por las partes cercanas al Sol. El tema es el mismo que la luz se curva cerca de una masa, pero ahora tenemos una enorme masa que deforma grandemente el espacio-tiempo a su alrededor y desvía enormemente la luz de otras galaxias lejanas.

Así también como un vidrio curvado deforma la imagen cuando miramos a través suyo una lente gravitacional deforma y amplifica la imagen de las galaxias lejanas produciendo imágenes dobles o múltiples, arcos, etc. Y si la galaxia-lente se encuentra precisamente enfrente de la galaxia de fondo, produce el anillo de Einstein. Pero Einstein no pudo ver la comprobación observacional de su teoría porque el primer caso de lente gravitacional se descubrió en 1979.

Grupo 4

Transmisión de la Energía e Información

 ¿Qué es la energía?

Dentro de la física la energía es la capacidad que poseen los cuerpos para poder efectuar un trabajo a causa de su constitución (energía interna), de su posición (energía potencial) o de su movimiento (energía cinética) y se clasifican en los siguientes tipos: 

• Energía potencial: Esta energía se relaciona con la capacidad de uno o varios cuerpos de realizar un trabajo y ademàs es una energìa almacenada. 
  

• Energía cinética: Se origina gracias al movimiento que tienen los cuerpos.

• Energía mecánica: Es un tipo de energía que relaciona el movimiento y posición del cuerpo u objeto. 

• Energía gravitacional: Es aquel tipo de energía que los cuerpos poseen únicamente cuando estos se encuentran en una altura.

• Energía eléctrica: Esta energía se origina gracias al movimiento electrones y se provocan efectos térmicos, magnéticos y luminosos. 

• Energía nuclear: Cuando se dan reacciones nucleares o se producen cambios en los núcleos atómicos, estas producen energía nuclear. La energía nuclear es obtenida gracias a la fisión y fusión nuclear.

• Energía solar: Como el mismo nombre lo dice, se da gracias al calor emitido por el sol y es considerada como renovable. 
  

• Energía magnética: Este tipo de energía es la consecuencia de los campos magnéticos.

• Energía lumínica: Se da origen gracias a a luz y se la puede obtener natural y artificialmente.

• Energía eólica: Es un tipo de energía en donde el agente principal es el viento conjuntamente con su energía cinética.

• Energía hidráulica: Es un tipo de energía renovable, en donde el agente principal es el agua conjuntamente con su energía potencial y cinética.
  
  
  
• Energía térmica: Esta energía se obtiene de la naturaleza gracias a reacciones exotérmicas. 

• Energía acústica: Es conocida también como energía sonora y se origina gracias a las vibraciones que produce un objeto. 

• Energía química: La reacción de sustancias químicas es la responsable de la creación de energía química, esta energía la podemos encontrar acumulada en alimentos  y combustibles.

La energía tiene cuatro propiedades básicas

1. Se transforma: la energía no se crea, sino que se transforma, y es en esta transformación que se manifiestan diferentes formas de energía.
2. Se conserva: al final de cualquier transformación energética nunca hay más o menos energía que al principio, siempre está ahí. La energía no se destruye.
3. Se transfiere: La energía se transfiere de un objeto a otro en forma de calor, ondas o trabajo.
4. Se degrada: Solo una parte de la energía convertida puede realizar trabajo, el resto se pierde en forma de calor o ruido.

Transmisión de energía

Mover energía entre las cosas se llama transferencia de energía. Algo en movimiento tiene energía. Puedes transferir su energía a algo quieto. Digamos que un bate golpea una pelota. Parte de la energía del bate se mueve hacia la pelota. Se mantiene el mismo tipo de energía. La pelota ahora tiene energía para moverse.

¿Que son los rayos x?

Son una forma de radiación como los otros tipos de ondas, teniendo como característica principal el hecho de poder atravesar la mayoría de los objetos, incluso mediante el cuerpo humano, dentro del mismo apuntado al área afectada y que se necesita intervenir para algún procedimiento, lo que hace es generar una imagen en formato digital, de este modo siendo posible observar un daño que no era visible a siempre vista. En cuanto a su imagen debido a que los huesos absorben gran parte de la radiación tendrán un color blanco, los tejidos blandos en gris y el aire en un tono negro.

¿Como se aplica directamente en la medicina?

Los rayos x son usados en dosis muy pequeñas para producir imágenes de los huesos del cuerpo, siendo su principal objetivo diagnosticar huesos fracturados o dislocación de las articulaciones, facilitando de este modo al personal de salud para así poder dictar un tratamiento adecuado para el paciente y de este modo evaluar el nivel de riesgo que tiene un daño, entre otras aplicaciones se encuentran:

• Guiar una cirugía
• Búsqueda de infecciones, signos de artritis, crecimientos óseos anormales
• Detección de problemas como el cáncer de hueso
• Localización de objetos extraños en los tejidos blando que rodean al hueso.

Positivo

• Permite un análisis inmediato de alguna lesión para determinar una solución a tiempo.
• Después del examen no hay radiación sobre el cuerpo
• En parte algunos exámenes suelen ser usualmente económicos.

Negativo

• Existe una mínima probabilidad de contraer cáncer por el hecho de la exposición ligada a la radiación, pero que en su mayoría resulta por grandes cantidades expuestas a este tipo de rayo.
• En caso de las mujeres en periodo de gestación los efectos pueden resultar sobre el feto.

Rayos Gamma

Resulta ser un poco más simple a comparación de los rayos x ya que básicamente lo que hacen los rayos Gamma dentro del aspecto de la medicina es que su principal función es estilizar los productos médicos en este caso lo lleva que servirán para intervenciones quirúrgicas, por otro lado, también ayudan dentro de aspectos similares como la toma de rayos x ya qué sirven para ver problemas mucho más dentro del organismo, estas tomas son conocidas como gammagrafías. A pesar de ser un rayo muy peligroso por sus propiedades cancerígenas se menciona que igual se lo usa como un tratamiento para ciertos tipos de cáncer está con la administración controlada por un médico que evalúa la condición del paciente.

En la Comunicación

• Telefonía Móvil o Telefonía Fija: Son dispositivos móviles e inalámbricos con sistemas digitales, que son transmisores de radio, capaces de cambiar constantemente de canal y conectarse a varias bases. Se consideran como dispositivos duales ya que usan una frecuencia para hablar y la otra para escuchar. El teléfono móvil propaga ondas de sonido que viajan por medio del aire y son percibidas como señales electromagnéticas, que se transforman por medio de antenas satelitales para percibirlas como sonidos inteligibles. Esto es posible debido a la combinación de redes de receptoras y transmisoras de radio, así como telefónicas de comunicación. 

• Internet Satelital: Es un método de acceso al internet mediante ondas electromagnéticas, usando como medio un satélite, en lugar de conectarnos a un router cableado, nos podemos conectar de manera directa a un satélite. Este tipo de Internet es más eficaz para lugares donde no hay cobertura, como son las zonas rurales. Para poder conectarnos a internet vía satélite, tenemos que instalar una antena en el exterior de nuestra casa, esta antena se va a comunicar de forma bidireccional con el satélite en órbita que se encuentra alrededor de la Tierra. La principal función de estos satélites, es que rebote la señal de nuestra casa a los concentradores de la empresa que hemos adquirido, y por medio del satélite envía información a nuestra casa.

En la Seguridad

• Sensores Ultrasónicos: Es un dispositivo que mide la distancia de un objeto por medio de ondas ultrasónicas. Es ideal para mediciones sin contacto, ni fricción y es apto para todo tipo de materiales sin provocar ninguna deformación. Consiste en un transmisor y un receptor de ondas ultrasónicas reflejadas. Funciona distinguiendo las frecuencias de las ondas transmitidas y recibidas, es decir, la onda saldrá, chocará con un objeto y se reflejará, y luego regresará al cabezal nuevamente, midiendo así el tiempo y la distancia de retorno. Son capaces de detectar la presencia de objetos y obstáculos, incluso objetos transparentes que oscurecen el campo de visión del sensor (puede ser el polvo). Una de sus aplicaciones es en el campo del trabajo con cargas, donde estos sensores evitan colisiones de grúas y carretillas elevadoras con árboles o personas, en donde el sensor advierte de un objeto y detiene el funcionamiento de la máquina.

• Antenas Antihurtos o Antirrobos: Son ideales para frenar los intentos de robo en tiendas de ropa, farmacias, bibliotecas, licorerías y entre otros, ya que el sistema de alarma antirrobo utiliza alertas sonoras y visuales de los dispositivos, y emite señales digitales de radiofrecuencia. Es una herramienta muy útil para todo tipo de comercios, consta de dos arcos sensores transceptores que funcionan con etiquetas. Se insertan los productos, están disponibles en dos tipos: reutilizables (desechables cuando se compran) y adhesivos de lectores (llamados desactivadores), desactiva la alarma de la etiqueta. Este mecanismo funciona a través de ondas de radio con una frecuencia de 8,2 MHz. Pasan de un lado a otro y solo se activan cuando alguien las calza el producto tiene una etiqueta activa. Esto significa que no paso la caja. entonces agáchate y se reciben alertas instantáneas. Considerando que es barato, cómodo y durable, dándonos control total sobre los productos en nuestra fábrica. De esta forma se evitan posibles pérdidas por hurto o robo.

El bluetooth

La tecnología Bluetooth sirve para poder conectar de forma inalámbrica dos o más dispositivos, y así poder enviar, recibir archivos de voz o de datos e incluso imágenes y videos. Funciona mediante la transmisión de ondas de radio en la banda de frecuencia ISM de 2,4 GHz. Se trata de bandas no comerciales que, a nivel internacional, tienen usos industriales, médicos y científicos. Emplea redes WPAN, un estándar de comunicación para equipos próximos al punto de acceso. Por lo tanto, los dispositivos no pueden estar muy alejados entre sí. Según su radio de alcance, se clasifican en: 

• Clase 1. Abarcan distancias de hasta 100 m.
• Clase 2. Los más habituales. Alcanzan entre 5 y 10 m.
• Clase 3. Su alcance máximo es de 1 m.

Fue de los primeros protocolos en permitir enviar y recibir archivos de forma inalámbrica, con ventajas como la rapidez, el bajo consumo de batería y la eficiencia; en contrapartida, las desventajas son el bajo alcance (metros) y no trabajar con internet.

Ventajas del Bluetooth

• La accesibilidad es una de las ventajas de este protocolo, no requiere de alguna configuración para lograr la conexión y hacer una transferencia, solo los dispositivos a los que se quiera enviar la información o archivo, es una conexión segura, no hay interferencias con dispositivos que no se hayan reconocido colocando el número que identifique la conexión, quien inicia la conexión puede decidir si colocar un código con el fin de lograr un enlace seguro.
• Puedes controlar quién establece conexión ya que puedes aceptar o rechazar la transferencia, así se evita que se pasen archivos dañados o virus de personas desconocidas. El acceso a esta tecnología es gratuito.

Desventajas del Bluetooth

• La velocidad no es la mejor.
• No se puede usar para conectar a internet.
• La tasa de transferencia sea excesivamente limitada.

Mecatrónica

Se entiende que es una rama multidisciplinar que incorpora varias ingenierías como son la electrónica, mecánica, robótica, programación y sistemas de fabricación. La integración de las tecnologías hace posible en pensar de manera diferente el diseño, desarrollo e incluso la creación de un producto funcional. Este producto será útil y eficiente para el ser humano en distintas áreas como la salud o el transporte. Ramas de la mecatrónica:

• Mecánica: Es la parte que se encarga del diseño del producto, utilizando componentes físicos y realizando varios planos, estudios y técnicas para hacer funcionar el producto.
• Electrónica: es la responsable de encargarse de los problemas eléctricos, evaluando los chips, microchips y microcontroladores que se encuentran en el sistema de los dispositivos electrónicos.
• Control: Este controla y emplea métodos ordenados como la mecanización de las máquinas, gestionando el control de las tareas que debe cumplir los productos.
• Computación: Son los estándares de la programación, los sistemas y una parte del software para el mejoramiento y avance de la máquina y que esta registre los datos ingresados. Esta rama se encarga principalmente de manejar el producto por medio de hardware, PC, entre otros.

Mecatónica en la sociedad 

Para hoy en día algunos de los problemas que limitan más a las personas son la perdida de alguna extremidad ya sea provocado por enfermedades como la diabetes, accidentes automovilísticos, guerras, problemas congénitos, es por ello que se da la propuesta de las prótesis en donde se busca crear un sistema lo más similar posible a una extremidad real, generalmente países de primer mundo. El problema sucede que debido a los precios de elaboración y los materiales requeridos la creación de dichas prótesis es fabricadas con un precio extremadamente alto.

Ejemplos de prótesis 

• Somáticas: Se realizan en zonas que están alejadas del rostro, es decir pueden ser: dedos, pezones, senos, manos. 

• Mioeléctricas: Son prótesis que tienen mejoras dentro de su adaptación o en sus sistemas de estos son controlados por señales electromiografías superficiales (EMGS). Las contracciones que ocurren cuando la mano está cerrada son producidas por las células nerviosas y las señales eléctricas producidas por la estimulación del contacto con estas células. 

• Bucales: Son piezas que reemplazan los dientes que han sido perdidos y estas pueden ser removibles o fijas.