Andrés Aragoneses (professor de Física al Carleton College, USA)
¿Crees que hacer experimentos de ciencia es algo complicado y necesitas instrumental sofisticado? No siempre es así. Te propongo hacer un experimento de relatividad con chocolate en la cocina.
Avanzar en ciencia implica hacer experimentos, los cuales son cada vez más sofisticados. Laboratorios como el CERN en Ginebra para detectar el exótico bosón de Higgs, o el detector de ondas gravitacionales en USA, o detectar materia oscura bajo una montaña en Jaca, son necesarios para seguir dando pasos en la dirección correcta.
Pero en casa también disponemos de sofisticado equipo que en su día estaba al alcance solo de los más avanzados laboratorios.
Hoy te propongo medir la velocidad de la luz con un microondas.
La luz es una onda, parecida a las olas del mar. Se trata de una oscilación de radiación electromagnética (pequeños campos eléctrico y magnético que oscilan a medida que avanzan). En todas las ondas podemos definir la frecuencia de la onda como la medida de cuantas oscilaciones tienen lugar cada segundo (la frecuencia se mide en hercios, Hz, o megahercios, MHz, que son millones de hercios). La frecuencia es el inverso del tiempo que necesita la onda para ir de un máximo al siguiente. A este tiempo se le llama periodo. Cuanto mayor sea la frecuencia menor será el tiempo necesario.
También podemos definir la longitud de la onda, que es la distancia entre dos máximos consecutivos.
Resulta que la velocidad de propagación de la onda está relacionada tanto con su frecuencia como con su longitud de onda. Si dividimos la longitud de la onda entre el tiempo necesario para ir de un máximo al siguiente (periodo) obtenemos la velocidad.
Pero como el periodo es el inverso de la frecuencia, para medir la velocidad simplemente tenemos que conocer la frecuencia de la onda y su longitud de onda.
Pasos para medir la velocidad de la luz:
-
Ve a la cocina y abre tu horno de microondas.
-
Fíjate en la pegatina que indica la frecuencia de tu horno de microondas horno (cerca de los 2450 MHz).
-
Quita el plato que rueda.
-
Coge un trozo de carton de tamaño folio y forrado con papel de horno.
-
Esparce trocitos o virutas de chocolate, o pequeñas chucherías de tipo nube, en la bandeja que has construido, la cartulina forrada.
-
Coloca la bandeja dentro del horno y ponlo en marcha durante unos 20 segundos.
¿Qué deberías observar y cómo se relaciona con la velocidad de la luz?
Las ondas de microondas son ondas de luz de una frecuencia que nuestros ojos no pueden ver. El horno es una cavidad resonante que retiene las ondas en forma de ondas estacionarias (aparentemente fijas). Esto hace que los máximos de la onda estén siempre en el mismo sitio. Como la energía se acumula donde mas vibra la onda (en los antinodos), es allí donde más se calentará el chocolate y donde este se derretirá. En las zonas donde no vibra la onda (nodos) no se acumula energía y el chocolate no se derretirá.
7) Cuando veas que el chocolate empieza a derretirse para el horno y saca la bandeja.
8) Mide la distancia entre dos zonas de chocolate derretido.
9) Esa distancia es la mitad de la longitud de onda de la luz.
10) Multiplica la frecuencia del horno (esos 2.450.000.000 hercios) por la distancia (has de dividir los centímetros entre 100) y tendrás tu medida de la velocidad de la luz, que debería ser de 300.000.000 metros por segundo.
11) Disfruta y cómete el experimento.
