Tallers Fira científica: La llum i les seves tecnologies
80
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies Com seria la vida quotidiana si la llum viatgés a 100 Km/h? Gerard Serralabós – 1r BTX Gaudí Erika Coelho – 1r BTX Marx Marta Pérez– 1r BTX Marx
-
Upload
alopezduran -
Category
Education
-
view
1.365 -
download
1
Transcript of Tallers Fira científica: La llum i les seves tecnologies
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Com seria la vida quotidiana si la llum viatgés a 100 Km/h?
Gerard Serralabós – 1r BTX GaudíErika Coelho – 1r BTX Marx
Marta Pérez– 1r BTX Marx
CONCEPTES TEÒRICSPlantejament
Conseqüència realista
Si la velocitat de la llum fos 100 Km/h, un automòbil podria assolir-la amb facilitat. Què passaria?
L’univers sencer seria un gran forat negre!
IGNORAREM AQUEST DETALL!
LA LLUM SOLARLa terra està situada a
149.597.870.700m del Sol. Per tant, com que la llum viatja a 300.000.000m/s, el Sol que nosaltres veiem és el Sol de fa
uns 8 minuts. És a dir, si el Sol s'apagués trigaríem 8 minuts en adonar-nos-en.
149.597.870.700 m
Si la velocitat de la llum fos només de 100km/h (uns 28m/s), la llum solar trigaria 173 anys en arribar a la Terra.
Podem aplicar el mateix efecte a objectes de la vida quotidiana:
• A 10 metres: 0.3 segons
• A 100 metres: 3.5 segons
• A 1.000 metres: 35.7 segons
173 anys
8 minuts
SORTIM A CÒRRER?L’efecte Doppler és gairebé imperceptible a les distàncies que nosaltres estem acostumats a viatjar, degut a l’enorme velocitat que porta la llum. Per a que us feu una idea:
Això si la llum viatja a la seva velocitat normal, però, i si ho fa a 100 Km/h?
En el segon cas, les distàncies a que nosaltres correm quan sortim a fer footing ja no serien tan insignificants i seriem capaços de percebre l’efecte Doppler. A efectes pràctics:Tot el que tinguéssim al davant semblaria blau i cap al darrera vermell.
L’EFECTE DOPPLERQuan observem una
cosa que s’està allunyant, la seva llum
tendeix a tornar-se més vermella, i si
s’apropa, més blava.
I LA WIFI?La gran majoria de sistemes informàtics actuals treballen amb les ones electromagnètiques, des de les ones de ràdio fins al GPS d’un avió militar.
És així perquè la llum viatja a gran velocitat i tots aquest enormes intercanvis d’informació es poden dur a terme en temps rècord.
Però si la llum viatgés a 100 Km/h, fer arribar un Whatsapp d’un mòbil a un altre tardaria minuts i veuríem els programes de televisió dies després de ser emesos. I per descomptat...
NO HI HAURIA WIFI!
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Com fan servir les plantes la llum?
Dídac Monje – Classe EneidaRaquel Moré – Classe Eneida
Quines parts de la planta aprofiten la llum?
Esquema de la plantaLes fulles aprofiten la llum per fer la fotosíntesi, i el cloroplast que està a l'interior de les mateixes.
Esquema d'una planta amb les seves fulles i arrels i fruits
La fotosíntesiEsquema de la fotosíntesi
La fotosíntesi, és com s'anomena al procés de nutrició de les plantes.
Fulla on es mostra el procés de la fotosíntesi
Els cloroplastsEsquema del cloroplast
S'encarreguen de transformar l'energia lumínica en energia química.Posseeixen pigments.
Esquema d'un cloroplast comparat amb una fàbrica
Conclusions: les plantes fan servir la llum per obtenir l'energia necessària per a fabricar el seu propi aliment
A través dels cloroplasts, que transformen l'energia lumínica en energia química. Mitjançant les arrels, d'on extreuen sals minerals i aigua. I utilitzant els estomes per deixar entrar i sortir el diòxid de carboni i l'oxigen de la planta.
Com ho fan?
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Per què l'ull humà veu el que veu?
Pau Mateo– Classe MarxÁlvaro Núñez – Classe Marx
Funcionament de l'ull humàLa llum travessa la lent de l'ull, el cristalí, i es projecta la imatge invertida a la retina. A traves del nervi òptic es transforma en impulsos elèctrics que arriben al cervell
MiopiaEls rajos de llum convergeixen abans d'arribar a la retina per tant tenim un problema d'enfoc de les imatges llunyanes
HipermetropiaEs el fenomen en el
cual la curvatura de la
còrnia i la llargada de l'ull no son
proporcionals, per tant tenim dificultats per
enfocar imatges properes principalment
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Què tenen en comú un comandament de TV amb
una radiografia?Raul Fernandez – Laia VallAlbert Lalmolda– Física 2n BTX
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Per què és tant útil la fibra òptica per
transportar informació?Nil Dexeus – MarxMarc Ariza – MarxEric Cano – Marx
Què és la Fibra Òptica?És un...
És un medi de transport per una xarxa de dades de telecomunicacions.
Tipus de Fibra ÒpticaMultimode
Monomode
•És un tipus de fibra, que te com a principal característica que tots els rajos de llum no arriben a la vegada,cosa que fa que siguin mes facils de utilitzar i de fabricar, pero a la vegada menys potents i precisos. •Són un altre ,pus de fibra,que
tenen com a caracterís,ca que tots els rajos de llum arriben a la vegada per el mateix camí, cosa que fa que sigui mès precisa,i que arribi a molta mès distància, el preu i els coneixements per fer la servir també son mès elevats.
Aplicacions i característiquesUsos de la fibra òptica Avantatges envers al
coure (usos similars)Basant-se en la lluminositat i el transport d'informació:· Telecomunicacions.· Xarxes locals i televisió.· Il·luminació i decoració.· Electromedicina.· Tecnologia militar.
· Més flexible; pes i volum menors.· Molt fiable: no es perd llum (informació) --> REFLEXIÓ TOTAL.· Gran amplada de banda (transmissió d'un gran volum de dades).· Més resistent i aïllant elèctric.
Alguns inconvenients...· Problemes de compatibilitat: és un producte recent encara no estandaritzat.· Díficil instalació amb components fràgils.· Curta vida del làser o llum integrat.
Permet transportar informació a la velocitat de la llum sense perdre cap tipus de informació.
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Existeix el foc verd?
Tomàs Revilla– DarwinMiguel Román – Darwin
El foc verd és ficció?
El foc verd vist al Joc de TronsFOC VALYRI
h"p://youtu.be/JAFk1cp0W5I
Els focs de colors com efectes especials
Focs de colors? A part del foc verd podem tenir diferents tipus de focs?
I quins colors podrien ser?
La resposta està en els elements
Perquè es produeix això?Demostració del foc verd Desprès de cremar àcid bòric en medi alcohol i l'encenem amb cura, observem l’aparició del foc verd
Quin és el motiu?
El model atòmic que ens exposa Bohr ens pot ajudar en aquesta explicació.
Model de Bohr
Model atòmic de Bohr
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Pot ser útil la llum per curar el càncer?
Mireia Arguijo - Classe EspriuJoan Fontbuté - Classe Espriu
- Miopia - Hipermetropia - Estries de Creixement - Berrugues/Fongs - Depilació làser
Teràpies fotodinàmiques ja existents
Malalties o tractaments més freqüents que es realitzen
amb la fotodinàmica
Ús de la Llum
1. Creació d'un corrent elèctric.
2. Canalització d'aquest corrent mitjançant un material especial que produeix el làser.
3. Correcció o eliminació de la zona afectada.Fotografia 1: Operació per corregir la miopia
realitzada amb làser.
Fotografia 2: Eliminació d'estries de creixement mitjançant un làser.
La Nanoneurocirurgia i la NanoòpticaDisciplines amb futur?
neuro
cirurgia
nano De dimensions petites
Neurones
Operació
La nanoòptica és aquella disciplina que estudia la interacció de la llum amb la matèria de dimensions petites. Pertany a un sub camp de l'òptica.
Aplicacions
1. Il·luminació amb llum ultraviolada. (NANOÒPTICA)
2. Aplicació del làser ultravermell (ona llarga) mitjançant polsos curts (NANONEUROCIRURGIA)
Figura 1: Escala per situar el nanòmetre.
Fotografia 3: Combinació de la llum ultraviolada (per il·luminar) i el làser infravermell (per operar sobre la neurona).
- Test basat en nanopartícules d'or que, depenent de quines molècules s'envoltin, reaccionen d'una forma determinada.
- Permet detectar canvis moleculars.
- Pre-screening del pacient fet amb:
L'aplicació de la nanoneurocirurgia en el càncer - TEST DE PREVENCIÓ PRECOÇ
PRECISIÓ RAPIDESA SIMPLICITAT
Molt últil en les primeres setmanes de la malaltia.
1. Aplicació
nanopartícula d'or.
2. Detecció cèl·lules cancerígenes/
canvis moleculars.
3. Iniciació tractament.
Figura 2: Amb les nanopartícules d’or podem
detectar canvis moleculars en la zona afectada.
L'aplicació de la nanoneurocirurgia en el càncer - TRACTAMENTS
- Tractament efectiu i que només afecta a les cèl·lules malignes, és a dir, no destrueix els teixits sans.
- No presenten efectes secundaris. - Tècnica que encara no està disponible al mercat.
Tractaments Actuals
- Quimioteràpia- Radioteràpia- Cirurgia
Símptomes
- Cansament - Caiguda de Cabell
- NàuseesTRACTAMENT AMB LLUM
Figura 2:Tractament de radioteràpia actual.
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
La llum és ona o partícula?
Héctor García – PlatóGerard Roch – Plató
La llum és una ona?Què és una ona?
Espectre electromagnètic
Una ona és la propagació d’energia sense el transport de matèria.
Hi ha molts tipus d’ona, amb energies molt diferents.
Anomenem espectre electromagnètic al conjunt de totes les ones.
Quin experiment podem fer per saber si la llum és una ona?
L’experiment de la difracció de la llum
El fenomen que es produeix s'anomena difracció, i només passa en ones.
Quan les ones passen per l’escletxa generen zones fosques i zones clares a conseqüència d’aquest fenomen.
L'experiments'explica gràcies alprincipi de Huygens
La llum és una partícula?Què és una partícula? Una partícula és el fragment més petit de la matèria al qual se li poden atribuir diverses propietats físiques tals com volum o massa.
Quin experiment podem fer per saber si la llum és una partícula? L’experiment de l’EFECTE FOTOELÈCTRIC.
Consisteix en l’emissió d’electrons quan la llum incideix sobre una superfície metàl·lica en determinades condicions.
Si la llum és un corrent de fotons i cadascun d’ells té una energia podria ser capaç d’arrencar un electró de la xarxa cristal·lina del metall i comunicar-li, a més, una energia cinètica.
Dualitat ona-partícula Per tant, la llum presenta simultàniament
característiques d’ona i de partícula.
Aquest és un concepte fonamental de la mecànica quàntica.
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
És útil utilitzar la llum a l'hora de fer dibuixos i fotografies?
Carla Archs – Classe Verdaguer Pau Millán – Classe Verdaguer
Què passa si il·luminem frontalment l'objecte?
L'objecte es veu més pla, com si no tingués volum.
Què passa si il·luminem lateralment l'objecte?
La sensació de volum és més evident.
Quina de les dues et sembla més volumètrica?
Le Déjeuner sur l'herbe, Manet 1863Monalisa, Leonardo da Vinci 1502
Resposta: Sí és útil utilitzar la llum per a la
realització de dibuixos i fotografies, ja que
jugant amb les llums i ombres, aconseguim la
sensació de volum.
D'això en diem clarobscur.
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Com podem veure el que no veiem?
Lluís Camprubí – Marie Curie
Sang invisible?
Tots els espectadors de les se ̀ries de cie ̀ncia forense i investigacio ́ criminal hem vist en algun moment de les nostres vides com un te ̀cnic de la policia cientı́fica o algun altre expert revelava traces de sang del no‐res.
Normalment empren dos eines claus: un esprai amb el que ruixen tota l’escena del crim i la posterior llum ultraviolada amb la que il·∙luminen el lloc dels fets i que deixa clarament a la vista la sang que, encara que hagi estat netejada, hi ha a la zona. La sang és visible a ull nu gràcies a que es mostra amb una forta llum brillant de color blau. Això és gràcies a una substància: el LUMINOL.
Experiment:
Què és una partícula?
En una peça de roba amb sang li afegim l'esprai de luminol, així es produirà una reacció química que acabarà donant llum de color blava.
Aquest tipus de reacció s'anomena quimioluminescència.
Resposta:Així doncs, gràcies a l’efecte de la quimioluminescència, podem detectar la sang que no és visible a ull nu.
La gràcia del luminol és que la llum que emet es veu encara que nosaltres no veiem la sang.
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Per què els forats negres són negres?
Alejandro Espinosa-Canigó Sergio García-Canigó
Què és un forat negre?
Parts d'un forat negre
Un forat negre és un punt en l'espai el qual té una quantitat de massa immensa, tant gran que arriba a formar un camp gravitatori súper potent.
Forat negre
Parts d'un forat negre
Com podeu observar, un forat negre no és completament uniforme sinó que té diverses parts.
Per què un forat negre és negre? O més ben dit, què li passa a la part energètica del fotó (ona lluminosa) quan intenta escapar d'un forat negre a uns 299.792 quilòmetres per segon?
Científicament es diu que quan l'ona intenta escapar del forat negre, l'ona pateix un desplaçament total cap a l'extrem vermell de l'espectre, on la longitud de l'ona s'allarga fins l'infinit i la llum s'apaga.
Ones lluminoses intentant escapar d'un forat negre
Gravetat d'un forat negre
Teoria de la relativitat generalVa ser creada per Albert Einstein, entre els anys 1907 i 1915.
Mostra de la gravetat sobre l'espai
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Per què la llum és blanca?
Carlota Lavín – Sant JordiOscar Álvarez – Sant Jordi
Què és la llum?La llum
Característiques bàsiques
La llum és la porció de l'espectre electromagnètic visible per a l'ull humà.
Les tres característiques bàsiques de la llum són la brillantor (amplitud), el color (freqüència) i la polarització (angle de vibració).
Llum blanca provinent d'una estrella
Llum artificial
Perquè la llum és blanca?Per què la llum és blanca?
La llum visible
La composició de les ones que generen cada color fa que la llum sigui blanca. Si fem passar un raig de sol (llum blanca) a través d'un prisma, podrem observar que es descompon en els mateixos colors que integren un arc de Sant Martí.
De tot l'espectre electromagnètic, els éssers humans, només en podem observar una petita franja.
Prisma de Newton
EXPERIMENT: EL DISC DE NEWTON
El disc de Newton és un dispositiu inventat per Isaac Newton, consistent en un cercle amb sectors pintats en colors vermell, taronja, groc, verd, blau, anyil i violeta. En girar veloçment, els colors es combinen formant el color blanc.
Gràcies per la vostra atenció
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Albert Parés – FinestrellesCarla Cabré – Finestrelles
Per què escalfa la llum solar?
La nostra estrella
Sistema Solar
Què és el Sol?
El Sol és una estrella de tamany gran
composada de foc i plasma, és el centre del nostre Sistema Solar. El Sol emet
llum i calor.
Per què desprèn energia?
La llum i la calorFlamarada solar
El Sol crea reaccions nuclears que fan que
es desprengui energia. Aquesta
energia són la llum i el calor, que arriben
als cossos propers a ell, per exemple, la
Terra.
ExperimentMesura de temperatura
Termòmetre
Per què?
El color negre atrau la calor del sol
Els colors i la temperatura estan relacionats. Com
més fosc sigui un objecte més gran serà la calor que absorbeixi. El color negre absorbeix tots els colors
continguts en la llum blanca, aleshores acumula
molta calor.
Espectre visible vs. espectre tèrmic
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Per què les plantes són verdes i la sang
vermella?Júlia Hellin - GaudíClara Llovera - GaudíLaura Escalante - Gaudí
Espectres de llum
SANG
ENCIAM
Per què les fulles són verdes?
• La clorofila és un pigment de color verd que es troba als cloroplasts de les cèl.lules vegetals i és responsable dels procesos de fotosíntesi.
Per què la sang és vermella?
Després del frotis apliquem Hematoxilina i
deixem reposar 15'
Afegim unes gotes de Eosina i deixem actuar
un 1'
OBSERVACIONS Frotis de sang
1600x640x
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
REALITAT O APARENÇA?
BERTA BERTRAN - MARXEVA MIRÓN - MARXGEMMA CAMPS - MARX
LA REFRACCIÓFenòmen ondulatori
En el qual la llum passa d’un medi a un altre (cada medi amb un índex de refracció).
En aquest canvi, la seva direcció de propagació es modifica.
Com millorem la imatge al microscopi?
d = λ / AN = λ /(n x sin θ)
Sense oli d’immersió
Amb oli d’immersió
Practiquem?Experiment amb la moneda Experiment amb el llapis
Afegim aigua i sembla que la moneda ha pujat.
El raig de la llum canvia de
direcció
Experiment amb la proveta
El vidre de la proveta, té un índex de refracció molt semblant al de l’oli. Per això, quan afegim oli dins
la proveta, és com si desaparegués.
Setmana de la Ciència 2015: La llum i les seves tecnologies
Com es va determinar la
velocitat de la llum?Helena Pérez – AtlàntidaAlicia Rosa – AtlàntidaMarta Tapias – Atlàntida
La mesura de la velocitat de la llum per Galileu
Al 1667 Galileu va arribar a la conclusió de que la velocitat de la llum és, al menys, deu vegades major que la del so: c > 3,4 kilòmetres per segon.
A la seva època (1564-‐ 1642) es considerava que la propagació de la llum era instantània. Va realitzar un experiment que consisCa a realitzar senyals amb llanternes des de dos turons que es trobaven a 1 Km de distància. La seva idea consisCa a mesurar el temps que tarda la llum a recórrer dos cops la distància entre els experimentadors situats als turons. Un d'ells destapava la seva llanterna i quan l'altre veia la llum, destapava la seva. El temps transcorregut des de que l'experimentador A destapava la seva llanterna, fins que veia la llum procedent de B, era el temps que tardava la llum a recórrer l’anada i la tornada la distància entre els dos experimentadors.
La mesura de la velocitat de la llum per Olaf Römer
Al 1675 Römer mesura c = 212.000 kilòmetres per segon.
En una meitat de l’any quan l’òrbita de la Terra s’acostava a Júpiter els eclipsis dels seus satèl·∙lits s’avançaven progressivament fins a arribar a 8 minuts en el moment en què s’alineaven Júpiter-‐Terra-‐Sol (major acostament) i en l’altra meitat d’any que l’òrbita de la Terra s’allunyava s’endarrerien gradualment fins a altres 8 minuts en el moment de l’alineació Júpiter-‐Sol-‐Terra (major allunyament). La llum tardava al voltant de 16 minuts per recórrer l’òrbita de la Terra.
La mesura de la velocitat de la llum per H. Fizeau
Al 1849 Fizeau mesura c = 313.000 kilòmetres por segon.
Va ser la primera vegada que va poder mesurar-‐se la velocitat de la llum en un laboratori. Fa servir una roda dentada de 720 dents que gira a una velocitat coneguda i constant que talla el raig de llum.
Aquest raig va fins un mirall que es troba a 8633m i torna cap a la roda passant per la mateixa ranura del camí d’anada. Si la roda està aturada es veu el raig de tornada. Si la roda es fa girar a velocitat creixent, a les 12,6 revolucions per segon el raig de tornada es troba amb una dent i no es detectat. Si sabem la velocitat angular de la roda i l’angle entre una dent i una ranura es pot calcular c .
La mesura de la velocitat de la llum per L. Foucault
Al 1862 Foucault mesura c = 298.000 kilòmetres por segon.
És una modificació del mètode de Fizeau, fent servir un mirall que gira a gran velocitat amb el seu eix de gir situat al focus d’un mirall parabòlic. El raig de llum surt de S es reflexa en el mirall giratori M i conCnua fins al mirall parabòlic. Ara es reflexa i torna pel mateix camí fins al mirall M on torna a fer una reflexió i produeix una senyal lluminosa a una pantalla situada a una distancia de la font S.
En aquest cas la velocitat de gir del mirall va ser de 400 revolucions per segon i la distancia entre el mirall giratori M i el mirall parabòlic 5 m. Aquest experiment tenia l’avantatge de que el recorregut de la llum es podia fer en l’interior d’un tub ple d’aigua i va ser la primera vegada que es va mesurar la velocitat de la llum en un medi diferent a l’aire.
La mesura de la velocitat de la llum per A.Michelson
Al 1879 Michelson mesura c = 299.774 ± 11 kilòmetres por segon.
Quan el mirall rotaCu dóna un vuitè de volta durant el temps que la llum empra per anar al mirall fix i tornar, la següent cara del mirall està en la posició adequada per reflecCr la llum cap al telescopi d'observació.
