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Índice

Ondas Electromagnéticas ........................................................................................................ 3

Naturaleza de la Luz .................................................................................................................. 3

Formación de Imagenes ........................................................................................................... 9 

Interferencia de Ondas Luminosas ....................................................................................... 9 

Patrones de Refracción y Difracción .................................................................................. 12 

Relatividad ................................................................................................................................. 13 

Introducción a la Física Cuántica ........................................................................................ 15 

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1. LAS ONDAS ELECTROMAGNETICAS

PROSPECCIÓN MAGNÉTICA

Este método de prospección detecta anomalías o desviaciones del valor normal delCampo Geomagnético debido a la presencia de minerales ferromagnéticos,

diamagnéticos y/o paramagnéticos. La mayoría de las rocas contiene pequeñascantidades de óxidos de hierro, de modo que si cristalizan a partir de un magma y enpresencia de un CM externo (el terrestre), los Momentos Magnéticos finalizaránorientados, lo que redundará en una anomalía magnética.

NOTA: Así fue cómo se descubrió que a largo plazo (cientos de miles de años) el CampoMagnético Terrestre se debilita, hasta anularse y luego se refuerza en sentido inverso.Las capas geológicas muestran minerales imantados con los momentos magnéticosapuntando no hacia el Norte de Canadá (Sur Magnético actual), sino hacia la Antártica.

Por otro lado, los artefactos y estructuras metálicas creadas por el hombre tambiéngeneran anomalías magnéticas, razón por la cual este método también se utiliza enArqueología.

Introducción a la Prospección Geofísica

T = H+Z Isolíneas de Z y H

Áreas de Aplicación

- Petróleo (trampas de hidrocarburos)

- Minería

- Obras civiles

- Arqueología

- Descubrimiento de meteoritos y estudio de sus cráteres

- Geología (seguimiento de estructuras subterráneas)

- Estudio de anomalías generadas por dispositivos electrónicos, etc.

- Predicción de terremotos (pulsos magnéticos de ν < 1 KHz; ver el QuakeSat) 

INTERPRETACIÓN

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- La orientación de los vectores H (proyección horizontal de B) permite ubicar losextremos del dipolo

- Graficar T (el módulo de B) a lo largo de un perfil también permite delimitar el cuerpomagnético ("Perfil Abatido")

- Graficar simultáneamente H y Z (proyección vertical de B) a lo largo de un perfil permiteconocer la inclinación del dipolo

- El gráfico de Z a lo largo de un perfil permite conocer la profundidad a la que seencuentra el dipolo.

Durante la interpretación conviene recordar que según una de las Ecuaciones de Maxwell,no existen los mono polos magnéticos. En otras palabras, el Perfil Abatido de T mostrarásiempre dos máximos correspondientes a los dos polos del "magneto" (salvo que el dipolose ubique verticalmente).

2. NATURALEZA DE LA LUZ

IMÁGENES SATELITALES Y SU MANEJO MEDIANTE EL SOFTWARE ENVIIntroducción  

ENVI es un programa construido sobre un lenguaje (IDL) especializado en el manejode datos multidimensionales y su visualización. Se diferencia deotros programas similares (MATLAB, por ejemplo) en quecontiene funciones especialmente adaptadas al trabajo con información territorial ogeográfica.

ENVI se caracteriza por ser multiplataforma, existiendo versiones que corren en

Percepción remota  

El campo de la percepción remota comenzó con las fotografías aéreas, usando luz visibledel sol como fuente energética. Pero la luz visible comprende sólo una pequeña parte delespectro electromagnético, un continuo que se extiende desde alta energía, longitudes deonda corta de rayos gamma, a baja energía, largas longitudes de ondas de radio. 

La Tierra es naturalmente iluminada por la radiación electromagnética proveniente del sol.El máximo de la energía solar se produce en el rango de longitud de onda del visible(entre 0.4 y 0.7 µm).

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Procesos de Interacción Las interacciones fundamentales entre la radiación EM y la materia son diagramadas a laderecha. La radiación electromagnética que es transmitida pasa a través de un material (oa través de la frontera entre dos materiales) con pequeños cambios en intensidad. Losmateriales también pueden absorber radiación EM. Usualmente la absorción es específicaen la longitud de onda: es decir, más energía es absorbida en algunas longitudes de ondaque en otras.

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Procesos de Interacción en Percepción Remota 

Aunque la mayor parte de la luz remanente es transmitida a la superficie,algunos gases atmosféricos son muy efectivos al absorber longitudes de ondaespecíficas. (La absorción de la peligrosa radiación ultravioleta por el ozono es un ejemplobien conocido).

Como resultado de estos efectos, la iluminación que alcanza la superficie es unacombinación de radiación solar altamente filtrada transmitida directamente a la superficiey más luz difusa dispersada desde todas partes del cielo, lo cual ayuda a iluminar áreassombreadas.

Variación en la transmisión atmosférica con longitudes de onda de radiación EM, debido ala absorción selectiva de longitudes de onda por los gases atmosféricos. Solamente losrangos de longitud de onda con moderados a altos valores de transmisión son adecuados

para uso en percepción remota.

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ESPECTRO VISIBLE 

Violet: 0.4 – 0.446mm

Blue: 0.446 – 0.500mmGreen: 0.500 – 0.578mm

Yellow: 0.578 – 0.592mm

Orange: 0.592 - 0.620mm

Red: 0.620 – 0.7mm

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Teoría de color  

La formación de imágenes en colores en pantallas e impresoras (reales o falsos) se basaen modelos de triestímulo a los que responde la gran mayoría de los ojos humanos.

Existen varios modelos, en las pantallas se utiliza el modelo RGB (rojo – verde – azul) aligual que los televisores. En las impresoras, se usa el CYMK (indigo  – amarillo – magenta

 – negro) para aprovechar mejor las tintas existentes.

COLORES PRIMARIOS

Brillo, contraste, ajustes 

La intensidad luminosa en pantalla puede variar de negro a máximo paracada color básico (RGB).

La relación entre los valores y las intensidades de brillo con que se representacada uno de ellos es ajustable a gusto del usuario y de las características dela imagen que se está observando.

ENVI provee varias maneras automáticas y manuales para ajustar el brillo y el contraste a

fin de permitir máxima separación de los elementos en la imagen.Los métodos automáticos utilizan la cantidad relativa de valores iguales en cada rango(histograma) y los valores extremos (máximo y mínimo).

ESQUEMA DE ADQUISICION Y GENERACION DE UNA IMAGEN 

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TIPOS DE SATELITES: 

LANDSAT 1-3

LANDSAT 4-5

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3. FORMACION DE IMÁGENES

USO DE MICROSCOPIOS PARA LA VISUALIZACIÓN DE LAMINAS DELGADAS

4. INTERFERENCIA DE ONDAS LUMINOSAS

EQUIPO ELECTROMAGNÉTICO PARA MEDICIÓN DE DISTANCIAS (ESTACIÓNTOTAL)

Se denomina estación total a un aparato electro-óptico utilizado en topografía, cuyofuncionamiento se apoya en la tecnología electrónica. Consiste en la incorporación de undistanciómetro y un microprocesador a un teodolito electrónico. 

Una de las medidas fundamentales en la topografía es la distancia. Obviamente, con unadistancia y un ángulo, se puede establecer un sistema de coordenadas y localizar lasposiciones relativas de los objetos o las observaciones. El ángulo define la orientación y ladistancia de la escala. La medición directa de la distancia en el campo es uno lo másproblemático de las operaciones en topografía, especialmente si es un alto grado deprecisión el que se desea. Medidas indirectas, como el uso de miras, se han desarrolladoy utilizado ampliamente, sin embargo, estos sistemas son de rango bastante limitado y depoca precisión. Con el advenimiento de instrumentos electromagnéticos, lamedición directa de la distancia con gran precisión ahora es posible.Cuando la distancia se mide utilizando un instrumento Electromagnético de Medición deDistancias, de alguna forma de ondas electromagnéticas (en nuestro caso, los rayos

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infrarrojos - IR - radiación) se transmite desde el instrumento hacia un reflector en el quese volvió parte de la onda transmitida al instrumento. La comparación electrónica de lasseñales transmitidas y recibidas permite el cálculo de la distancia Ver Figura para unesquema del método de operación de un EMD. 

Figura Esquemática de un sistema EMD.

Ondas electromagneticas

Las ondas electromagnecticas pueden ser representadas por una onda en movimiento. Elnumero de veces por segundo que completa un ciclo es llamado frecuencia (f) y esmedido en Hz. La longitud de un ciclo es llamado longitud de ondadeterminado como una función de la frecuencia

Donde v es la velocidad de propagación de la onda

La velocidad de las ondas electromagnéticas en el vacio es llamada velocidad de la luz, c.La exactitud de un EMD depende últimamente de la exactitud de la velocidad de la ondaelectromagnética estimada en la atmosfera.

Una relación que expresa la amplitud instantánea de una onda sinusoidal es:

LASER MODULADOR TRANSMISOR

OSCILADOR DE

MODULACION

(Medición de la Onda)

Receptor y

Detector

DemoduladorComparador

de Fases

Solución de

Errores

Pantalla

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Donde A max es la amplitud máxima desarrollada por la fuente de luz, A0 es la amplitudángulo de fase el cual completa un circulo en 2 π radianes o 360º. 

En un sistema EMD, la distancia es medida por la diferencia del ángulo de fase entre laonda transmitida y la onda recibida. El doble camino (2D) entre el instrumento y elreflector es la distancia cubierta por la radiación de medida de un EMD. Este puede ser

representado en términos de longitud de onda:

La distancia de un instrumento al reflector es D, λm es la longitud de onda, n es el numeroentero de la longitud de onda que viaja por la onda, y Δλm es la fracción de longitud deonda que viaja por la onda. Por consiguiente, la distancia D esta hecha de dos elementosseparados. Un instrumento EMD que usa ondas electromagnéticas continuas solo puededeterminar Δλm por comparación de fase.Si el ángulo de fase transmitido de una onda medido en el instrumento es ΔΦ 1, y el ángulode fase medido en el receptor es ΔΦ 2, entonces: 

El ángulo de fase ΔΦ 2 puede aplicarse a una longitud de onda entrante, entretanto lacomparación de fase proveerá la solo una determinación de la fracción de longitud deonda que viaja por la onda, dejando el número total n, ambiguo.La comparación de Fase. (a) un equipo EMD está armado en A y el reflector en B para ladeterminación de la longitud de una pendiente. (D). Durante la medición, una ondaelectromagnética es continuamente transmitida de A hacia B la cual es reflejada de vueltahacia A. (b) La trayectoria de la onda de A hacia B será mostrada, y para distinguir, lamisma secuencia es mostrada en (c), pero la onda de retorno ha sido abierto. Los puntosA y A´ son efectivamente los mismos, desde que el transmisor y el receptor estaránparalelos uno con otro en la misma unidad de A. La parte inferior de la grafica también

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muestra el ideal de onda de modulación de una onda por la medición de la misma.

5. PATRONES DE DIFRACCION Y REFRACCION

LOS RAYOS X Y SU DIFRACCIÓN POR LOS CRISTALES

El descubrimiento de los rayos x y su difracción por los cristales supuso un gran avancedel conocimiento científico. Toda sustancia con un orden interno produce un diagrama dedifracción de rayos x único. Si hubiera más de una sustancia en un mismo cristal, cadauno mostraría su diagrama independientemente de las otras.

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Los rayos x fueron descubiertos en 1895 por Röntgen, por ello le concedieron el PremioNobel en 1901. El pensó que no tenían nada que ver con la luz, más tarde se demostróque los rayos x son otra onda electromagnética más, como los rayos ultravioleta, losgamma, las ondas de radio o la luz visible. El ser humano no puede ver la mayoría consus propios ojos.

Difracción de rayos X de la fracción arcilla

En la identificación de minerales arcillosos se tratan técnicas como la difracción de rayosX (DRX) para muestras orientadas, análisis térmico diferencial (ATD) y espectroscopiainfrarroja (IR), que corresponde al estudio de la fracción del suelo con tamaño inferior a 2μm, Las técnicas desarrolladas por el profesor Jacquez Thorez, de Bégica se hanimplementado en el Laboratorio de Suelos del IGAC (Instituto Geográfico AgustínCodazzi, Colombia) y ha mostrado muy buenos resultados en el tratamiento y análisis dela fracción arcillosa de los Suelos.10

La técnica de análisis en el difractómetro de rayos X de minerales de arcilla es orientar lamuestra mediante saturación con Cloruro de Magnesio, Cloruro de Potasio, Etilenglicol yuna muestra calentada a 550°C. Se remueve generalmente la fracción orgánica y Fe yMg. Esta técnica permite determinar si las arcillas son esmectitas (montmorillonitas),cloritas o si son filosilicatos (cloritas).

Análisis de metales preciosos en el difractómetro de rayos X

Mediante la Ley de Bragg es posible llegar a conocer las dimensiones de la celdacristalina de los cristales de los metales preciosos en Å (Ångström). El proceso es montaruna muestra en polvo del metal seleccionado, el cual puede ser separadomagnéticamente o mediante centrifugado, tamizado, o por métodos químicos como eltratamiento con Ácido Clorhídrico, Ácido Nítrico, Ácido Fluorhídrico entre otros. Se emplea

un programa especializado X-Pert de Phillips, para analizar los difractoramas y compararlas dimensiones de la celda con los resultados de la difracción. La mayor importancia deestos análisis es determinar el contenido de Iridio, Bismuto, Platino, Mercurio, Oro y Plata,incluso determinar Hafnio y otros metales que son importantes en la industria tecnológica(por ejemplo superconductores) y posibles yacimientos de estos metales o minerales quecontengan estos elementos.

6. RELATIVIDAD

LOS GPS Y LA RELATIVIDAD

Los satélites GPS (Global Positioning System) son unos satélites que giran alrededor de

la Tierra emitiendo señales a nuestros receptores GPS permiten a estos una localizaciónmuy exacta de nuestra situación sobre la superficie de la Tierra al resolver unasecuaciones a partir de los datos de 4 satelites.

Estos 24 satelites siguen unas orbitas que los llevan a dar una vuelta a a la Tierra cada 12horas, a una altitud de unos 20 000 km. de la superficie de la Tierra y una velocidad orbitalde unos 3.87 km/s (unos 14 000 Km/h). No son satélites geoestacionarios, comopopularmente se cree. Los receptores GPS determinan sus posición triangulando a partirde las señales de tiempo que reciben de varios satélites.

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Para este correcto posicionamiento es indispensable una sincronización correcta de losrelojes de estos satélites con los relojes de la superficie terrestre. Estos satélites disponende relojes atomicos muy precisos y que en principio no atrasan ni adelantanperceptiblemente, pero la relatividad les juega una mala pasada.

Por lo cual estos efectos que predice la teoría de Einstein resulta que los relojes de los

satélites adelantan respecto a los que están en la Tierra.

Despues de lanzar el primer satélite en 1977 y 20 orbitas se observo que el reloj delsatélite era 442.5 partes de 1012 mas rápido que otro dientico de la superficie terrestre,que llevan a 38 000 nanosegundos por dia de adelanto. Este es el adelanto que sufren losrelojes en orbita (o el retraso que sufren los relojes en la superficie terrestre) y debe deser corregido en los satélites para un correcto posicionamiento.

Veamos si este retraso coincide con lo predicho por la relatividad.

Para hacer los cálculos habitualmente se usa como aproximación aceptable por separadola dilatación temporal por la velocidad y la producida por la gravedad, pero para conseguiruna precisión mayor debemos usar la métrica de Schwarzchild.

Una vez simplificada y despejando dt’ tenemos: 

(dt’)2 = (dt)2[1 – 2 GM/rc2  – v2 /c2]

Este tiempo dt, será el tiempo transcurrido en un punto determinado del espacio mientras

que dt será el tiempo transcurrido en un lugar muy alejado de las masas de modo que nose afectado por la gravedad, y además en reposo respecto a esa masa gravitatoria (laTierra en este caso).

Ademas tenemos que:

G = constante de gravitación universal

M = masa de la Tierra

r = distancia desde el punto a analizar al centro de la Tierra

c = velocidad de la luz

v = velocidad tangencial del punto a analizar

sustituyendo dt por el tiempo en un dia y el resto de valores correspondientes conocidos,y haciendo raíz cuadrada sale para el satélite un atraso (dt’ – dt) de 2,1730 x 10-5 segundos al dia respecto a un punto sin gravedad, mientras que para la superficie de laTierra en el paralelo 40 este retraso (dt’ – dt) es de 6,0249 x 10-5 segundos. La diferencia

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entre el ritmo de funcionamiento de los relojes según la Relacion Gravitatoria debería serentonces la resta de estos valores: 3,8520 x 10-5 segundos por dia. O sea unos 38 500nanosegundos.

Esto coincide con gran precisión con el desfase observado y es considerado una de lasmejores pruebas de correcion de la teoría de la relatividad.

7. INTRODUCCION A LA FISICA CUANTICA

APLICACIÓN DE LA TEORIA CUANTICA EN EL COLISIONADOR DE HADRONESEl Gran Colisionador de Hadrones, GCH (en inglés Large Hadron Collider ,LHC) esun acelerador y colisionador de partículas ubicado en la Organización Europea para laInvestigación Nuclear (CERN, sigla que corresponde a su antiguo nombre enfrancés: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire ), cerca deGinebra, en lafrontera franco-suiza. Fue diseñado para colisionar haces dehadrones, más exactamentede protones, de hasta 7 TeV de energía, siendo su propósito principal examinar la validezy límites del Modelo Estándar, el cual es actualmente el marco teórico de la física departículas, del que se conoce su ruptura a niveles de energía altos.

Dentro del colisionador dos haces de protones son acelerados en sentidos opuestos hasta

alcanzar el 99,99% de la velocidad de la luz, y se los hace chocar entre sí produciendoaltísimas energías (aunque a escalas subatómicas) que permitirían simular algunoseventos ocurridos inmediatamente después del big bang. 

El LHC es el acelerador de partículas más grande y energético del mundo.1 Usa el túnelde 27 km de circunferencia creado para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones(LEP en inglés) y más de 2000 físicos de 34 países y cientos de universidades ylaboratorios han participado en su construcción.

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Experimentos

Parte del túnel del LHC situada debajo del LHC P8, cerca del LHCb. 

Los protones se acelerarán hasta tener una energía de 7 TeV cada uno (siendo el total deenergía de la colisión de 14 TeV). Se están construyendo 5 experimentos para el LHC.

Dos de ellos,ATLAS y CMS, son grandes detectores de partículas de propósito general.Los otros tres, LHCb,ALICE y TOTEM, son más pequeños y especializados. El LHCtambién puede emplearse para hacer colisionar iones pesados tales como plomo (lacolisión tendrá una energía de 1150 TeV). Los físicos confían en que el LHC proporcionerespuestas a las siguientes cuestiones:

  El significado de la masa (se sabe cómo medirla pero no se sabe qué es realmente).  La masa de las partículas y su origen (en particular, si existe el bosón de Higgs).  El origen de la masa de los bariones.   Número de partículas totales del átomo. 

  A saber el porqué tienen las partículas elementales diferentes masas (es decir, siinteractúan las partículas con un campo de Higgs).  El 95% de la masa del universo no está hecha de la materia que se conoce y se

espera saber qué es la materia oscura.   La existencia o no de las partículas supersimétricas.  Si hay dimensiones extras, tal como predicen varios modelos inspirados por la Teoría

de cuerdas, y, en caso afirmativo, por qué no se han podido percibir.  Si hay más violaciones de simetría entre la materia y la antimateria.   Recrear las condiciones que provocaron el Big Bang.11 

El LHC es un proyecto de tamaño inmenso y una enorme tarea de ingeniería. Mientras

esté encendido, la energía total almacenada en los imanes es 10 gigajulios y en el haz725 megajulios. 

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Bibliografia

Arce Neira G, Ortega Candia G. Actualizacion Cartografica con Imágenes Satelitales,Universidad de Santiago de Chile, Facultad de Ingenieria. 2005

Woolfson Michael. An Introduction to X – Ray Crystallography. Second Edition. CambridgeUniversity Press. New York. 2003

Páginas Web de Consulta

Los GPS y La relatividad

http://www.relatividad.org/bhole/gps.htm  

http://www.relatividad.org/bhole/schwarz.html  

Manejo del Software ENVI 4.5

http://www.monografias.com/trabajos82/manejo-envi/manejo-envi.shtml  

Total Station Document

http://activetectonics.asu.edu/TotalStation/document.html  

Wikipedia X – Ray Crystallography

http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_crystallography  

Gran Colisionador de Hadrones

http://es.wikipedia.org/wiki/Gran_colisionador_de_hadrones