miércoles, 24 de junio de 2015

Un flan xiratoriu: funcionamientu básicu del motor llétricu

   Munchos de los principios básicos de la teunoloxía que tenemos alredor fueron descubiertos ente’l sieglu XIX y primeros del sieglu XX, asina tolos conceutos principales de termodinámica, mecánica o los fenómenos magnéticos y llétricos fueron formulaos nesta dómina. Ya sabemos que los recursos que teníen los investigadores daquella (munchos científicos amateur) yeren perpocos, asina que tolos descubrimientos se ficieron con pocos medios y muncho inxeniu. Nel llaboratoriu amateur podemos repetir munchos daquellos esperimentos y otros derivaos, que van valenos pa entretenenos y afitar muncho más los nuesos conocimientos, pues ver les fuercies de la natura’n funcionamientu va agabitamos más que lleer los principios mil vegaes.

   Nesta entrada vamos a facer un experimentu perbásicu, que va aidanos a atalantar cómo funcionen los motores. 

 
   Nos sos estudios sobre inducción lletromagnética Michael Faraday atopó que nun conductor que se mueve cortando les llinies de fuercia d'un campu magnéticu va xenerase una fuercia lletromotriz inducida, sabemos por otres entraes que si  trátase d'un circuitu zarráu xeneramos una corriente inducida (que podemos midir y usar pa cuantificar desde la magnitú d’un terremotu, la  velócidá del vientu y más coses). Esti fenómenu apaez si ye al revés, o sía si'l fluxu magnéticu qu'atraviesa’l conductor ye variable. Esti descubrimientu de Faraday ye’l principiu básicu de los motores llétricos, pues al facer pasar lletricidá peles bobines del motor xeneramos un campu que fae xirar la exa’l motor, y viceversa, si xiramos la exa mecánicamente xeneraremos corriente, nesti casu pasa de ser un motor a un alternador. Esto suena perguapu, pero lo  que tratamos ye de velo’n direutu, asina que propongo un montaxe percenciellu, namás necesitamos unos imanes cilíndricos, a poder ser furaos pel centru (yo saquelos d’un muñecu de ñevera de los “chinos”), un cachín de filu y un envase de flan de güevu (de metal).


   Atamos los imanes col filu, l’envase ponémoslo a flotar n’agua. Xiramos los imanes sobre so mesmos, col fin de da-y tensión de torsión a la cuerda, pa que cuando la soltemos estos entamen a xirar. Al meter los imanes nel centru’l del envase esti entamará a xirar (como vemos nel videu), ya qu’el campu magnéticu camuda la so posición nel espaciu, el metal del vasín de güevu corta les llinies de fuercia polo qu’apaez una fuercia lletromotriz inducida, que fae qu’entame a xirar. Puedes ver el videu en:


   Teo que  rescamplar que si facemos xirar l’envase colos imanes quietos sospendíos pola cuerda, estos entamarán a xirar, ya que como ya dixe ye en efeutu reversible.

   Sobro’l xiru, si viste nel videu esti oponse al xiru los imanes, ye la llei de Lenz, que diz que les fuercies lletromotrices o les corrientes inducíes son d'un sentíu contrariu a la variación del fluxu magnéticu que les produxo (que nun dexa de ser otra formulación de la llei de Newton, que diz que toa aición tien una reaición igual y contraria).

viernes, 19 de junio de 2015

L'agua duro: midiendo la cantidá de carbonatos nel agua

   La llavadora taba escacharrada otra vegada, y depués d’esferruñar per ella vi que l’avería taba na lletrónica, por tercer vez (más otra de la correa, y otra de la bomba), yera hora de cambiala, asina que fuimos a la tienda de lletrodomésticos de tola vida, nada de grandes superfices, fuimos al comerciu llocal, y mercamos otra. Al otru día  tiníamosla'n casa. 

   Ente los papeles que trixo la máquina había un cenciellu test pa mirar la dureza del agua (cortesía d’una famosa marca de productos antical), nin que dicir  tien que prestome enforma aquella tirina reautiva, qu’usé dafechu pa comprobar lo que ya sabía de sobra, que tiníamos un agua selemente duro. La preba fizo dar vueltes a la mio cabeza (como’l bombu la llavadora) alredor de la idea de facer un test caseru col que midir la dureza del agua.

Test de dureza que traía la mio llavadora nueva.


   El valor dureza del agua lo que nos diz ye la cantidá de carbonatos de calciu y magnesiu (principalmente) que tien un agua concreto, esto ye perimportante conocelo por dellos motivos, cuánto más duro ye l’agua más problemas vamos tener de corrosión ya incrustaciones de carbonatu cálcicu nes tuberies y partes en contautu col agua d’aparatos como llavadores y calentadores, la dureza tamién repercude na salú, nel aspeutu del nueso pelo, ataca l’hormigón, y produz una merma perimportante nes propiedaes tensoactives de los xabones, lo que fae amenorgar les propiedaes llimpiadores y la so capacidá de producir espumes (tolos qu’usamos la llavadora sabémoslo namás que de mirar el envase de deterxente).

   Esta idea cabera foi la que me dio la pista pa facer un primer cenciellu test de dureza. Pa ello garré unes botelles vacíes de plásticu y amedieles con delles muestres d’agua con valores destremaos de carbonatos, una muestra d’agua desminerallizao (agua del deshumificador), una muestra d’agua de minerallización débil (agua mineral de botella), y una de agua con dureza media (agua del mio grifu). A cada botella eche-y una gotina de xabón llavacacíes, y batí les botelles col fin d’amecer la muestra y producir espuma. Como ves na semeya les menos dures tienen muncho más espuma que les que tienen más cantidá de carbonatos, anque la diferencia ente la muestra d’agua mineral y la de mio grifu nun destremeron muncho na cantidá d’espuma. El métodu valnos bien pa conocer de manera cualitativa la dureza del nueso agua, poro yo quería tener un test que me dixera un valor más precisu, asina que di-y una vuelta más de tuerca al asuntu.

Cantidá d'espuma que ficieron les tres muestres d'agua, de menos a más duro desde la manzorga


   Colos mios modestos conocimientos de química nun foi difícil adautar y recalcular (nun ye tan difícil como suena) un métodu qu’usen los químicos pa midir l’alcalinidá (parámetru pervenceyáu cola dureza), y asina determinar el valor de la concentración de carbonatu cálcicu (o magnésicu) de la muestra.

   El métodu sofítase’n dir amestando ácidu a la muestra (gota a gota) hasta produzcir un descensu bruscu del pH, sabiendo la cantidá d’ácidu qu’echamos vamos saber cuántos carbonatos cancelamos, colo que tenemos una midida direuta de la dureza. Como quería qu’el métodu fuese rápidu y visual use un indicador, que camudase la so color cuando amenorgase el pH, o sía, cuando cancelamos tolos carbonatos.

   Pa preparar el test usé unos pocos químicos, asina pa anular los carbonatos usé ácidu clorhídricu al 0,05 N, escoyí esta concentración por una razón cenciella, como pa midir la concentración diba usar la escala alemana (ºdH), cada gota nuna muestra de 5 ml reprensenta un grau nesta escala, q’ equival a 17,9 mg CaCO3/l de agua. Como indicador usé Azul de Bromofenol, que ye color azul mentantes el pH nun baxe, cuando anulamos tolos carbonatos esti baxa dafechu y torna al mariello. Yo usé un indicador comercial, pero podemos facer la solución casa, pa ello se diluye 100 mg del indicador en polvo en 1-1,5 milillitros d’Hidróxidu de sodiu al 0,1N, y completar hasta 100 milillitros con agua destilao y desminerallizao.



   Con estos dos compuestos ye percenciellu conocer la concentración de carbonatos. Nuna muestra de 5 milillitros d’agua a testear echamos dos gotes del reactivu, garrando esti color azulao, depués vamos amestando, gota a gota, l’acidu, nel momentu que torne a mariello sabremos la dureza de l’agua, ya que cada gota ye un ºdH, asina qu’el númberu de gotes amestaes será la concentración.

La muestra d'agua de casa, anties y depués de añadir l'ácidu


   Cuando fici’l test col agua de mio casa eché cuatro  gotes, o sía 4 ºdH, polo que comparando’l valor cola tabla siguiente supe a ciencia cierta qu’en casa había un agua selemente duro.

 
   Teo que rescamplar qu’el test talamente como lo esplico danos una precisión d’un grau, pa los mios propósitos ye bien valible, mesma precisión, amás, que dan la mayoría de los test comerciales; pero si queremos aumentar la precisión namás tenemos qu’aumentar los volúmenes de la muestra, asina pa tener resultaos con una precisión de 0,1ºdH, garramos una muestra d’agua de 50 milillitros (en vez de 5) y amestamos 20 gotes de indicador (en vez de dos).


lunes, 15 de junio de 2015

Midiendo el magnetismu terrestre

   Ya pasaron más de 25 años que soi naturallista (esti añu fici 25 xustos con rexistros en cuadernu de campu), una de les primeres coses que deprendí, de guah.ón, nes mios primeres salides a la montaña (el meyor llugar pal amante de la natura) foi a saca-y provechu al campu magnéticu terrestre, de la mano del mio mentor nel monte, Bernardo Wensel, y de los mios mayestros y miembros del grupu de mediu ambiente que d’aquella había nel institutu au estudié secundaria, garré les mios habilidaes nel usu de la brúxula. Ya de grande, na mio formación como téunicu topógrafu, afondingué más nel tema del magnetismu terrestre, y foi d’aquella cuando desendolqué’l proyeutu que güei voi rellatar, la midida del campu magnéticu terrestre sofitáu con materiales baratos: una brúxula, un tubu de PVC, filu de cobre finu y la mio fuente d’allimentación.



   Sabemos que la brúxula oriéntase col campu terrestre, y que l’aguya marca la direición norte-sur, si averamos un imán vemos como la aguya desvía’l so rumbu, con esta idea cabilé que bien podía usar una bobina pa desviar l’aguya, y si variaba la corriente diba poder midir cuánto se desviaba.
   Cuando metemos una aguya imanada dientro d’un campu magnéticu (B(i)) la desviación solápase cola del campo terrestre (Bt), y si son perpendiculares la direición que marca la brúxula ye la combinación de los dos campos (Br):


   Asina que si somos a calcular la tanxente del ángulu θ vamos poder calcular la fuercia del campu magnéticu terrestre, ya que la tanxente sal de:


Sabemos que la intensidá del campu ye proporcional a la intensidá y a un valor que depende del tipu de bobina, y que ye constante, k, polo que podemos camudar la ecuación por:


   Pa crear el campu magnéticu elexí la bobina de Helmholtz, que son dos bobines iguales puestes una al llau d’otra, separtaes la mesma ralura que'l radiu la bobina. Esti tipu de bobina da un campu peruniforme (useles n’otres ocasiones pa estabilizar por exemplu nuna balanza de torsión, ya te cuntaré…), yo use una de 300 vueltes y 50mm de radiu. 

 
Bobina de Helmholtz fecha con un tubu de PVC y cable finu de cobre
   Montela nuna bancada xiratoria pa poder orientar al norte la brúxula que punxe’n mediu de les dos bobines, esta ye la bobina, y la brúxula na so posición 0, y nes posiciones con distintos valores del campu magnéticu:

Posición de l'aguya ensin campu (manzorga), y con dellos valores distintos d'ésti.

   El campu magnéticu que da esta bobina ye:


onde μ0 ye la permeabilidá magnética, que val 4π10-7 Tesla m/A, N ye’l númberu de vueltes de la bobina, i la intensidá de la corriente (que varié pa desviar cada vez más l’aguya), R el radiu de la bobina, z nel nueso caso ye 0.
   Si axuntamos les dos ecuaciones tenemos:


polo podemos conocer el valor de Bt midiendo los valores de i y θ, pues B(i) va ser lo mesmo que la pendiente de la reuta de la respuesta del tgθ en función de la intensidá, que como podemos ver tien una relación llinial (alcuerdate de les vegaes que te fale de la correllación, correlación llinial):



   Asina que sostituyendo tolos valores, a lo cabero atopé un valor pal campu terrestre de 0,489 ± 2% Gauss, un valor que coincidé práuticamente cálculáu pa la nuesa fastera con equipos más sofisticaos y precisos (0,51).

sábado, 13 de junio de 2015

Les otres matemátiques: píldores alternatives a les lleiciones gafes de mates

Multiplicando alredor del mundu

   Ya te falé sobre cómo yera la posible manera de cuntar de los seres humanos cuando tiníamos una vida nómada y errante, al igual que los otros animales (http://cienciaastur.blogspot.com.es/2015/05/cuntando-bultu-como-estimamos-los.html) , poro de magar qu’el ser humán entamó cola vida sedentaria, y entamó a llevar una vida sofitada na agricultura y la ganadería, entamó a cuntar, inventamos los númberos, y a facer operaciones con ellos. La más cenciella de les operaciones ye la suma, que nun ye más qu’amestar tolos elementos, el siguiente pasu ye la multiplicación, qu’amesta un númberu de vegaes un númberu d’oxetos, per exemplu, 3x2 amesta dos grupos de tres elementos. Tamos avezaos al nuestru sistema numbéricu, y a trabayar con los númberos como nos aprendieron na escuela, poro la forma de facer la multiplicación angüaño (nel nuesu mundu) ye enforma reciente, y amás nun ye la única manera de facelo, ye una cosa que Toño, el mayestru de mates, dicíanos dafechu, nun solo pa esti tema sinon en xeneral, y dicía que nos exámenes podíamos usar el métodu que quisieramos siempre que tuviera un sofitu teóricu, y pudieramos esplica-ylo; agora volviendo a la multiplicación, una d’aquelles clases nes que llovía y xarazabe en xineru, descubrionos los métodos arcanos de la multiplicación en delles cultures perestremaes a la nuesa: la maya, la rusa, la exípcia y l’árabe. Pa nun facer una entrada perllarga voi facelo'n forma de miniserie, na que diremos viendo les multiplicaciones nomaes, como se faen y les sos ventaxes y torgues, entamamos con:
   
                               La malla de la multiplicación maya

Los númberos mayas del 0 al 19
     Teo que dicir, primeramente que cuando Toño deprendionos el sistema, el dixo que yera el sistema maya, anque depués d’años vi qu'esti nun yera propiamente'l métodu usáu por ellos, sinón una adautación al nueso sistema decimal, pues los mayas tiníen un sistema vigesimal (¿alcuerdaste de lo que te dicía de “dos manos y dos pies” pal númberu 20?). El so sistema númberu yera simbólicu y aditivu, esto ye, que con cuatro símbolos y combinándolos facíen del 0 al 19, y con estos construyense los otros númberos por niveles. Ye un sistema enguedeyosu, poro encamientote a que busques como funciona, la mesma wiquipedia esplícalo enforma bien. Poro vamos a los que nos ocupa, sabiendo qu’el métodu ye una adautación al nueso sistema.

    La multiplicación “maya”, sofítase nuna rede de llínies (o cuadrícules) formada por tantes rayes como unidaes, decenes y centenes que tienen el multiplicador y el multiplicando, y de les que cuntamos el númberu de cruces de estes, suena a enguedeyu, poro gráficamente vas atalantalu meyor.

    Entamamos con un producto cenciellu: 2x2. Si ves el dibuxu, pintamos dos rayes horizontales y dos verticales, que se crucien ente so, si cuntamos el númberu de cruces (en coloráu) salnos el resultáu, 4. Cenciellu, ¿non?




    Vamos con otra más difícil, 12X2. Agora la cosa cambia, si ves les llinies horizontales tán separtes en dos grupo, per un llau les decenes, una raya, y per otru les unidaes, dos rayines, póngoles separtaes pa que sea más nidio, anque podemos poneles xuntes si nos peta; a toes crúcianles dos rayes verticales. El resultaú, como ves, sal al dir sumando los cruces por diagonales, y d’erriba pa abaxo; la primer diagonal (n'encarnáu) tien dos cruces, la segunda (n’azul) cuatro, estos dos númberos los ponemos talmente, nun se sumen, asina que con dos cruces de la primer diagonal y cuatro de la segunda, el resultáu ye 24.



    Otru exemplu, esta vegada con 12x12. El mesmo patrón, n’horizontal una raya pa el decenes y dos pales unidaes, y en vertical lo mesmo. La primer diagonal (encarnáu) un cruce, la segunda (azul) cuatro cruces, y la tercera (naranxa) cuatro, asina que 144.



    Esto ye too, el métodu ya ves que nun tien más inquiz, y con un poquiñín de práutica vamos poder facer una multiplicación llarga nunos segundos, mira la gráfica de la multiplicación de 123x11.



    Esti métodu ye de los mios métodos preferíos pola rapidez con que podemos dar el resultáu, anque tien la torga de que nun nos val (o enguedéyase muncho) cuando queremos multiplicar con decimales, anque los “mayas” nun los usaben (y hasta fae nada los occidentales tampoco).

    Como puedes ver, hai formes de multiplicar más cencielles que l’algoritmu del productu qu'usamos nós, anque ye verdá qu'el de nueso ye más xeneral, y val pa tolos casos como con decimales, lletres, númberos complexos y radicales, pero esa ye otra hestoria.

    La próxima entrega vamos ver doble ensin tomar vodka, pues voi cuntate como multipliquen los rusos ( o prefieres enterate tu primero...).

lunes, 1 de junio de 2015

Equí güel a quemáu: análisis pirognóscticu de texíos

   Pal que-y presta pruyir con pequeños esperimentos nun fai falta muncho pa que calumbe n’agües desconocíes a la gueta de nuevos temas qu’atalantar. Asina socedió cuando vi facer un análisis pirognósticu a la mio muyer. Ésta, como téunologa del texíu,  munches vegaes tien que tar segura qu’el texíu que va usar ye realmente lo que-y dixeron, pa eso fae una prueba pirognóstica, y en perpoco tiempo resuelve’l problema. De tanto vela facelo yo ya conocía dellos texíos pola so reación na llama del mecheru, poro, cola escusa de facer una entradina pa esti blogue, decidí dir un poquiñín más palantre, y esperimentar con dellos texíos de naturaleza perestremada pa tratar de clasificalos pol comportamientu nel fueu.
 
El mecheru d'alcohol qu'usé pala preba lleva conmigo desde los 15 años.

   Pal esperimentu garré amueses de dellos texíos de diferente natura, per un llau les d’orixen natural como la llana, el llin, l’algodón y la seda, y per otru les d’orixen artificial como la rayón o viscosa, el nailon y el poliester, a les que-yos fice la prueba pirognóstica, que nun ye otra cosa que poner al fueu del mecheru delles frebes del texíu a estudiar. Pa caún de los texíos apunté los siguientes datos: respuesta’l averase a la llama (miré si s’enroscaben, encoyíen o alexaben de la llama...), respuesta na llama (si fundía, si ardía rápido o sele...) y al quitalu (si s’apagaba, si siguía encesu o facía borrón...), color del fumu, golor y que residuu queda a lo cabero.
   Garré el mecheru d’alcohol que teo desde los 15 años (fue’l primer mecheru de llaboratoriu que merqué, teo gastaos kilómetros de mecha con él), y darréu entamé coles frebes naturales, namás col golor al tar na llama ya puedes dicir que ye, les frebes de d’orixe animal (llana y seda, formaes por una proteina) fedíen a pelu cuando era llana, o clara de güevu quemáu cuando yera seda (munchos testos sobre tema dicen que güel a pelu quemáu, en munchos casos unos copien d’otros y trescriben esti error, fai la preba y verás que nun güel a pelu). Les d’orixen vexetal (llin y algodón, formaes por celulosa) a papel quemáu (que tamién ye celulosa), la cosa diba por bon camín, y diba apuntando caún de los datos.
   Siguí coles febres artificiales, garré primero’l rayón, y cuála foi la mio sorpresa cuando al goler el fumu vi que tamién golía a papel, y comportábase de manera asemeyada a les otres febres, porqué, cuando finé la preba miré que yera’l rayón, resultó que foi la primer freba artificial inventada, formada de celulosa rexenerada, por eso la golor a papel quemáu, ¡cuadraba!, depués entereme que de les febres artificiales destremen ente celulósiques ya químiques, el rayón forma parte de les primeres, les otres frebes que tinía yeren químiques: nailon y poliester.
   El nailon ye una poliamida, y foi la primer freba creada pol ser humán expresamente. Vaya fumareda y fedores al averala al fueu, ¡buf!, a apiu podre cocíu. Polo visto toes les poliamides fieden a lo mesmo, asina que ya sabes, golor a apiu poliamida.
 Quedaba'l poliester, averé les febres a la llama del mecheru, la golor ye difícil de describir, pero podemos dicir que yera como dulce, si dulzona, una golor nada natural. La febra al sacala del fueu apagábase sola, algo que tamién facía’l nailon, y que nun facíen nin les naturales nin el rayón, polo que parecía ser un aspeutu a tener nes cuentes a la hora de destremar febres, les sintétiques apaganse soles. Al finar la preba tinía un sietestrellu de datos de cómo se comportaba caúna de les febres nel mecheru, que resumo na tabla qu’axunto:

Calca na imaxen pa vela más grande


    Poro la mio idea yera poder clasificar de forma cenciella les febres (ya hai tables, poro a mi préstame facer les coses yo mesmo, más que nada por que fáigo estes coses por pruyir), asina que cola tabla de resultaos fici una clave dicotómica cola que determinar el texíu, nel menor númberu posible de pasos, y ensin tener que tomar tolos datos poder clasificar la freba dafechu según vamos faciendo la preba pirognóstica.
    Esta clave nun ye definitiva pues falten dellos texíos, pero los comunes tán ehí, ya veremos que socede coles otres febres, de xuru que te lo cunto...

Calca na imaxen pa vela más grande


Posdata: Les dos úniques febres que nun pude diferenciar col análisis, foron el llin y l'algodón, les dos respuenden igual al fueu, anque tien solución cenciella, si metes l'algodón en sosa esti disuélvese, mentantes qu'el llin non.