6.11 RADIOISOTOPOS

Se llama radioisótopos a aquel isótopo que es radiactivo. La palabra isótopo, del griego "en mismo sitio", se usa para indicar que todos los tipos de átomos de un mismo elemento se encuentran en el mismo sitio de la tabla periódica. Los átomos que son isótopos entre sí, son los que tienen igual número atómico (número de protones en el núcleo), pero diferente número másico (suma del número de neutrones y el de protones en el núcleo). Los distintos isótopos de un elemento, difieren pues en el número de neutrones. Hay varios tipos de isotopos los cuales aun no tienen un nombre fijo ya que cambian constantemente.

Son elementos radiactivos artificiales generados en reactores nucleares y en aceleradores de partículas. Estos elementos radiactivos se obtienen bombardeando núcleos de elementos estables con neutrones o con partículas cargadas. Los principales radioisótopos generados en los reactores nucleares de nuestro país son el 99mTc,131I,198AU y otros, los cuales son destinados a la medicina (diagnóstico y terapia), investigación en la alimentación e industria y docencia. Existen, además, los isótopos radiactivos naturales que derivan principalmente de los isótopos del uranio y del torio. Estos isótopos tienen un ritmo de desintegración radiactivo de miles o millones de años, que han sobrevivido a los 5.000 millones de años, que se estima han transcurrido desde la formación de la corteza terrestre. El período de semidesintegración radiactiva está definido como el tiempo que transcurre para que la actividad de un isótopo o radioisótopo se reduzca a la mitad.

6.10 FISICA NUCLEAR

La física nuclear es una rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos. La física nuclear es conocida mayoritariamente por la sociedad por el aprovechamiento de la energía nuclear en centrales nucleares y en el desarrollo de armas nucleares, tanto de fisión como de fusión nuclear. En un contexto más amplio, se define la física nuclear y de partículas como la rama de la física que estudia la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre las partículas subatómicas.
APLICACIONES DE LA FISICA NUCLEAR
Aquí se trataran primero dos medios por los cuales se puede derivar energia a partir de las reacciones nucleares, estas dos técnicas son la fisión, en la que el nucleo de gran numero de masa se divide o fisiona en dos nucleos mas pequenos, y la fusión en la que dos nucleos ligeros se fusionan para formar un nucleo mas pesado; en cualquier caso existe una liberacion de energía la cual puede usarse en forma destructiva por medio de bombas.

Interacciones que implican neutrones
A fin de entender el proceso de la fision nuclear y la fisica del reactor nuclear, se debe entender primero la forma en la cual los neutrones interactuan con los nucleos. Debido a su neutralidad de carga, los neutrones no se sujetan a las fuerzas de Coulomb, los neutrones muy lentos pueden vagar a travez de un material y causar reacciones nucleares. Como los neutrones interactuan en forma muy débil con los electrones, la materia parece estar bastante "abierta" para los neutrones.

Tipos de Reactores Nucleares
Existen dos tipos de reactores:
Los Reactores de Investigación.
Utilizan los neutrones generados en la fisión para producir radioisótopos o bien para realizar diversos estudios en materiales.
Los Reactores de Potencia.
Estos reactores utilizan el calor generado en la fisión para producir energía eléctrica, desalinización de agua de mar, calefacción, o bien para sistemas de propulsión.
Existen otros criterios para clasificar diversos tipos de reactores:
Según la velocidad de los neutrones que emergen de las reacciones de fisión. Se habla de reactores rápidos o bien reactores térmicos.
Según el combustible utilizado. Hay reactores de Uranio natural ( la proporción de Uranio utilizado en el combustible es muy cercana a la que posee en la naturaleza), de Uranio enriquecido (se aumenta la proporción de Uranio en el combustible).
Según el moderador utilizado. Se puede utilizar como moderador el agua ligera, el agua pesada o el grafito.
Según el refrigerante utilizado. Se utiliza como refrigerante el agua (ligera o pesada), un gas (anhídrido carbónico, aire), vapor de agua, sales u otros líquidos. Estos materiales pueden actuar en cierto tipo de reactores como refrigerante y moderador a la vez.

Física 2 trabajo de investigación en equipo

Física 2 trabajo de investigación en equipo

Física 2 Trabajo de investigación en equipo

Introducción

El propósito de esta actividad es que los alumnos mediante el uso de las TIC, identifiquen la importancia que  tiene la Física  Contemporánea, por su impacto en la tecnología y en la sociedad actual.

Apertura: 1 sesión de 2 horas en aula ubicación y selección del Tema por equipo.

a.- Formar seis equipos de cinco alumnos cada uno.

b.- Cada equipo seleccionara un tema a investigar.

TEMA2

EQUIPO

FISICA NUCLEAR 3

2

RADIOSOTOPOS 4

3

FISICA SOLAR 5

1

LASERES 6

5

FIBRAS OPTICAS 7

6

COSMOLOGIA  8

4

Desarrollo:

Los integrantes cada  equipo investigarán en la red el tema seleccionado, de acuerdo al siguiente índice centrarán su atención en la parte del mismo.

Índice:

1.- Antecedente histórico

2.- Fundamentos Físicos (Escrito)

3.- Un experimento o maqueta que ilustre el tema seleccionado.

4.- Usos o aplicaciones Tecnológicas

5.- Medidas de seguridad

6.- Describir la actividad de cada integrante del equipo.

7.- Bibliografía consultada (páginas de la Red, libros, enciclopedias, etc.)

 Instrucciones:

c.- Definirán todos los conceptos del contenido temático buscando la información en la red y en los libros recomendados, entre otros.

d.- Cada equipo elaborará una lista de los puntos  más relevantes  del  tema seleccionado.

g.- Los integrantes de cada equipo se comunicarán mediante un blog o foro, o correo electrónico para intercambiar ideas o información de la temática correspondiente.

Cierre: Presentación de cada equipo de los resultados obtenidos 1 sesión en cómputo (2 horas)

f.- Cada equipo entregará su trabajo, organizado y editado convenientemente en Word y una síntesis en Power Point de acuerdo al índice, empleando la PC (PARA PRESENTARLO  AL GRUPO),  en un disco compacto, o memoria portátil, para subirlo al BLOG Física 2. Fecha de entrega:   Abril 8 del 2011.                                             

o    3. fisica2005.unam.mx/index. 28-02-2010

o    4. www.nucleares.unam.mx/.  28-02-2010

o    5. www.atmosfera.unam.mx    28-02-2010

o    6. bibliotecadigital.ilce.edu.mx/28-02-2010

o    7. www.cienciorama.unam.mx/index28-02-2010

o    8. www.astrosmo.unam.mx 28-02-2010

SEMANA 13 JUEVES

Semana 13 jueves

6.7 Postulados de la relatividad especial y sus consecuencias.

6.8 Equivalencia entre la masa y la energía y sus consecuencias prácticas.

6.9 Evolución de la ciencia.

¿En qué consiste la evolución de la ciencia?

Discutir en equipo y anotar sus  conclusiones agregar un ejemplo de  un campo de la ciencia que ha evolucionado a través del tiempo.

Equipo	La evolución de la ciencia	Ejemplos
1	En el siglo XIX se produce un gran desarrollo de las ciencias , en el que se detectan influencias del materialismo procedente de la etapa anterior y de una cierta cientifización (que lleva a intentar explicar todo, incluso el mundo social, en clave científica), y en el que se sientan las bases epistemológicas de modelos posteriores*.	La Psicología evoluciona todos los días. El hombre cambia, su vida evoluciona, el mundo se transforma y la Psicología debe contar con nuevos instrumentos para acompañar los acontecimientos y ayudar a elaborar estos cambios. No se trata de incorporar nuevas técnicas sino de colaborar para el desarrollo de una nueva conciencia basada en una nueva cosmovisión y en los nuevos conocimientos que nos brindan las investigaciones científicas.
2	A través del tiempo cada campo se ha especializado más teniendo diversa ramas con un tronco en común. Dando a la población un mejor conocimiento.	Biología Se ha desarrollado para el estudio de la vida. La evolución biológica es el conjunto de transformaciones o cambios a través del tiempo que ha originado la diversidad de formas de vida que existen sobre la Tierra a partir de un antepasado común. Actualmente, la teoría de la evolución combina las propuestas de Darwin y Wallace con las leyes de Mendel y otros avances posteriores en la genética.
3	Cuando el humano empezó a razonar acerca de su medio y de los fenómenos que ocurren en el.	Se considera que la historia de la genética comienza con el trabajo del monje agustino Gregor Mendel. Su investigación sobre hibridación en guisantes, publicada en 1866, describe lo que más tarde se conocería como las leyes de Mendel. El año 1900 marcó el "redescubrimiento de Mendel" por parte de Hugo de Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak, y para 1915 los principios básicos de la genética mendeliana habían sido aplicados a una amplia variedad de organismos, donde destaca notablemente el caso de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Bajo el liderazgo de Thomas Hunt Morgan y sus compañeros "drosofilistas", los especialistas en genética desarrollaron la teoría mendeliana-cromosómica de la herencia, la cual fue ampliamente aceptada para 1925. Paralelamente al trabajo experimental, los matemáticos desarrollaron el marco estadístico de la genética de poblaciones, y llevaron la interpretación genética al estudio de la evolución. Con los patrones básicos de la herencia genética establecidos, muchos biólogos se volvieron hacia investigaciones sobre la naturaleza física de los genes. En los años cuarenta y a principios de los cincuenta, los experimentos señalaron al ADN como la parte de los cromosomas (y quizás otras nucleproteínas) que contenía genes. El enfoque sobre nuevos organismos modelo tales como virus y bacterias, junto con el descubrimiento en 1953 de la estructura en doble hélice del ADN, marcaron la transición a la era de la genética molecular. En los años siguientes, algunos químicos desarrollaron técnicas para secuenciar tanto a ácidos nucleicos como a proteínas, mientras otros solventaban la relación entre estos dos tipos de biomoléculas: el código genético. La regulación de la expresión génica se volvió un tema central en los años sesenta, y para los años setenta dicha expresión génica podía ser controlada y manipulada utilizando ingeniería genética. Durante las últimas décadas del siglo XX muchos biólogos se enfocaron a proyectos genéticos a gran escala, secuenciando genomas enteros.
4
5	La evolución de la ciencia fue basada en cuento a las principales necesidades del hombre.	La evolución de la Ciencia Médica apenas se modifica a partir de este período, ni tampoco durante el largo lapsus de tiempo que abarca la Edad Media, ya que, durante ella y de forma básica, lo acontecido en esta parcela del saber se reduce a una acomodación de la tradición griega a las tres culturas que durante este período se suceden en Europa: La Bizantina, la Islámica y la de la Europa Occidental. Llegamos así en este recorrido a grandes saltos por la Historia de la Humanidad al siglo XV que, con el Renacimiento, hace surgir la etapa de esplendor en el saber científico y en la Medicina. En este momento la Medicina se ensancha en las tres direcciones básicas antes anotadas y heredadas de la cultura griega: la Anatomía, la Fisiología y la Patología. La Anatomía crece, en gran manera gracias a la introducción de la práctica de la disección de cadáveres, hacia el siglo XVI, teniendo como figura central a Andrés Vesalio, quien en 1553 publica su “De Humani Corporis Fabrica”, dando expresión a dos principios fundamentales de la investigación anatómica: mantener una visión casi siempre unitaria de la descripción anatómica e incorporar la iconografía a esta investigación.
6	La ciencia evolucionó cuando el hombre comenzó a preguntarse el porqué de las cosas para así poder mejorar su calidad de vida día con día	La teoría heliocéntrica sostiene que la Tierra y los demás planetas giran alrededor del Sol (Estrella del Sistema Solar). El heliocentrismo, fue propuesto en la antigüedad por el griego Aristarco de Samos, quien se basó en medidas sencillas de la distancia entre la Tierra y el Sol, determinando un tamaño mucho mayor para el Sol que para la Tierra. Por esta razón, Aristarco propuso que era la tierra la que giraba alrededor del Sol y no a la inversa, como sostenía la teoría geocéntrica de Ptolomeo e Hiparco, comúnmente aceptada en esa época y en los siglos siguientes, acorde con la visión antropocéntrica imperante. Más de un milenio más tarde, en el siglo XVI, la teoría volvería a ser formulada, esta vez por Nicolás Copérnico, uno de los más influyentes astrónomos de la historia, con la publicación en 1543 del libro De Revolutionibus Orbium Coelestium. La diferencia fundamental entre la propuesta de Aristarco en la antigüedad y la teoría de Copérnico es que este último emplea cálculos matemáticos para sustentar su hipótesis. Precisamente a causa de esto, sus ideas marcaron el comienzo de lo que se conoce como la revolución científica. No sólo un cambio importantísimo en la astronomía, sino en las ciencias en general y particularmente en la cosmovisión de la civilización. A partir de la publicación de su libro y la refutación del sistema geocéntrico defendido por la astronomía griega, la civilización rompe con la idealización del saber incuestionable de la antigüedad y se lanza con mayor ímpetu en busca del conocimiento.

6.9 EVOLUCIÓN DE LA CIENCIA

En el siglo XIX se produce un gran desarrollo de las ciencias , en el que se detectan influencias del materialismo procedente de la etapa anterior y de una cierta cientifización (que lleva a intentar explicar todo, incluso el mundo social, en clave científica), y en el que se sientan las bases epistemológicas de modelos posteriores*. Hegel (1770-1831) establece las bases de la dialéctica; Comte (1798-1857), al proponer el positivismo, tienen un gran impacto en la filosofía de la ciencia (cuyos efectos se sienten en la actualidad) y lleva a sus extremos el reduccionismo empirista, que genera gran confianza en conseguir un conocimiento “científico”; Marx (1818-1883) realiza contribuciones que propician un reduccionismo materialista al que se le reconoce fuerte influencia sobre economía y sociología, y que puede servir de fundamento a una economía que, más allá del interaccionismo, resalte el papel activo del sujeto (dado que en la filosofía de Marx se resalta que la persona es un producto sociohistórico tanto como la sociedad y la historia es una producción de la persona).

Hay que resaltar a Dilthey (1833-1910) y su distinción entre ciencias comprensivas (o del espíritu) y ciencias explicativas (o de la naturaleza). Considera a la economía como ciencia de la naturaleza. El filósofo alemán Windelband (1848-1915) acuñó los términos de nomotético e idiográfico, para resaltar las dos orientaciones metodológicas básicas de las ciencias sociales, y que sientan las bases para una de las polémicas clásicas de la economía: el estudio de lo general (o de leyes generales) o de la individualidad (encaminados a resaltar la naturaleza única del individuo).

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6.8 EQUIVALENCIA ENTRE LA MASA Y LA ENERGÍA Y SUS CONSECUENCIAS PRÁCTICAS.

Equivalencia de masa y energía

Estas ideas llevaron a Einstein a proponer una ecuación, la más famosa de todas en la ciencia:

E=mc²

Esto quiere decir que la energía (E) es igual a la masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz (c) al cuadrado. La ecuación significa que la energía y la masa son cantidades equivalentes: la masa se transforma en energía, y viceversa, son cantidades directamente proporcionales.

La ecuación está relacionada por la velocidad de la luz (c), la cual representa un número muy grande, casi 300 mil kilómetros por segundo. Eso hace que al multiplicar la masa (m) por la velocidad de la luz (c) elevada al cuadrado, se obtenga como energía una cantidad (E) muy grande.

Por eso es que, una cantidad muy pequeña de masa puede ser convertida en una cantidad enorme de energía. Por ejemplo, 1 gramo de algo se transforma, al multiplicarse por c², en un 9 multiplicado por 10²⁰, es decir un 9 seguido de 20 ceros, como energía expresada en ergs/segundo ó 9x10¹³ joules/segundo, ambas unidades de energía.

Conversión de materia en energía y viceversa

Consecuencias  

La energía está dotada de una especie de inercia, y es equivalente a la materia.

La masa de un cuerpo en movimiento aumenta con la velocidad.

En 1933, en Paris, Irene y Frédérick Joliot-Curie fotografiaron la conversión de materia en energía. Ambos observaron que un quanto de luz, que transporta energía, cambiaba transformándose en dos partículas que curvaban su trayectoria alejándose una de otra. Este efecto ocurre en la naturaleza en ciertas condiciones.

Cuando dos quantos, p.e., dos radiaciones gamma de suficiente energía chocan dan lugar a un par de partículas cargadas, es decir, dos electrones uno con carga negativa (electrón) y otro con carga positiva (positrón). De la misma manera, la interacción de dos pares de partículas electrón-positrón produce un rayo gamma. El electrón es la más fundamental de las llamadas partículas elementales y, el positrón, es su antipartícula. Esta forma de antimateria existe en la naturaleza pero en pequeñas cantidades. Se dice que existe una antisimetría entre materia y antimateria.

El universo actual es un universo dominado por materia, antes estuvo dominado por radiación y hubo un tiempo en que hubo igualdad de materia y radiación. La materia que existe en el universo en mayor proporción se conoce como materia oscura, cuya naturaleza se desconoce, y solamente una mínima parte, apenas el 0.5% del total, es materia visible en forma de galaxias o estrellas.

Sin embargo, la creación de positrones existe en la naturaleza mediante medios artificiales; uno de sus usos es en la medicina nuclear, por ejemplo, la tomografía por emisión de positrones para tratar algunos problemas del cerebro. El fenómeno de creación de pares positrón-electrón se puede apreciar a gran escala en los chorros (jets) energéticos producidos por grandes estructuras y en las explosiones de supernova.

En Cambridge, Inglaterra, fue observado el proceso inverso, la conversión de masa en energía. J. Cockcroft y E.T.S. Walton observaron que un átomo podía fisionarse y la suma de las masas de los fragmentos era menor que la masa total del átomo inicial, la diferencia de masa se había convertido en energía. El descubrimiento de la fisión del uranio mostró con toda claridad cómo la materia se transforma en energía.

Originalmente los núcleos de los átomos pesados, como el uranio, están unidos a través de la llamada fuerza nuclear fuerte. Cuando uno de estos átomos se rompe, vía una reacción nuclear, se producen los fragmentos de fisión, mismos que transportan energía cinética. Al ocurrir la reacción nuclear se libera una gran cantidad de energía correspondiente a la diferencia (o defecto) de masa. Esto se debe a que, originalmente, las partículas nucleares están unidas por una energía de amarre que se libera cuando se rompe al átomo.

El descubrimiento de la fisión del uranio, en los 1930s, condujo al desarrollo de la bomba atómica y su posterior explosión. Cuando 1 átomo de Uranio-325, solo un átomo, se fracciona (fisiona) pierde casi un 0.1 por ciento de su masa. Esa pequeñísima cantidad de masa, sin embargo, es suficiente para producir la enorme cantidad de energía de una bomba atómica.

La fisión es, también, el principio para la utilización del Uranio-235, Uranio-238 y Plutonio-329 como combustible en los reactores nucleares de potencia para producir energía eléctrica. Es decir, este principio se utilizó inicialmente con propósitos político-militares pero también tiene aplicaciones pacíficas importantes. Tal es el caso de la generación de energía en centrales nucleoeléctricas.

6.7 POSTULADOS DE LA RELATIVIDAD ESPECIAL Y SUS CONSECUENCIAS

La teoría especial de la relatividad, también llamada teoría de la relatividad restringida, es una teoría física publicada en 1905 por Albert Einstein. Surge de la observación de que la velocidad de la luz en el vacío es igual en todos los sistemas de referencia inerciales y de sacar todas las consecuencias del principio de relatividad de Galileo, según el cual cualquier experiencia hecha en un sistema de referencia inercial se desarrollará de manera idéntica en cualquier otro sistema inercial.
La teoría especial de la relatividad estableció nuevas ecuaciones que permitían pasar de un sistema de referencia inercial a otro. Las ecuaciones correspondientes conducen a fenómenos que chocan con el sentido común, siendo uno de los más asombrosos y más famosos la llamada paradoja de los gemelos.
La relatividad especial tuvo también un impacto en la filosofía, eliminando toda posibilidad de existencia de un tiempo y de un espacio absoluto en el conjunto del universo.

• Primer postulado - Principio especial de relatividad - Las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales. En otras palabras, no existe un sistema inercial de referencia privilegiado, que se pueda considerar como absoluto.
• Segundo postulado - Invariancia de c - La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal, c, que es independiente del movimiento de la fuente de luz.

Velocidad de la luz desde la Tierra a la Luna.

El poder del argumento de Einstein está en la manera como deriva en resultados sorprendentes y plausibles a partir de dos simples hipótesis y como estas predicciones fueron confirmadas por las observaciones experimentales.

Las consecuencias de esta teoría son inimaginables:

• Un intervalo de tiempo medido en tierra no es igual al mismo intervalo medido desde un móvil
• Una distancia medida en tierra no es igual a la misma distancia medida desde un móvil
• La masa y la energía son conceptos equivalentes. La masa puede convertirse en otras formas de energía (como, por ejemplo, ondas de luz) y al contrario. De aquí sale la famosa fórmula.