Visualización de sistemas moleculares tridimensionales en Realidad Virtual para la investigación y la educación

La representación de los modelos moleculares en la investigación de la estructura de la materia ha recorrido una gran diversidad de métodos y técnicas a lo largo de la historia, mismas que han ido evolucionando de acuerdo a las herramientas propias del investigador y de la época. Pero invariablemente, la investigación conlleva la realización de un modelo real en tres dimensiones que ayude a la comprensión de la estructura molecular tanto durante el proceso mismo de la investigación como en el modelo final para su publicación. En las últimas décadas, las imágenes digitales por computadora han sido la herramienta fundamental ya que poseen el formato propio de transmisión de la información, además de la alta precisión alcanzada en las posiciones atómicas que provienen directamente de cálculos computacionales. No obstante, tienen la limitante de que siguen siendo imágenes en dos dimensiones y su visualización puede llegar a ser difícil si se trata de estructuras complejas. En este trabajo presentamos el desarrollo de un software diseñado para la visualización de estructuras moleculares en un ambiente de realidad virtual (RV) que tiene la ventaja de que el usuario puede estar inmerso en la estructura tridimensional. El software se desarrolló en la plataforma de Unity y los modelos se generan mediante Blender, ambos de acceso gratuito. La inmersión al ambiente de RV se hace mediante el uso de un casco Oculus Rift®. Para generar los modelos moleculares se introducen las coordenadas atómicas como las que se encuentran en bases de datos tales como el Protein Data Bank (PDB) o Powder Diffraction File (PDF4, del ICDD) para estructuras cristalinas, aunque también se pueden generar a partir de datos provenientes de una simulación molecular personal. El software desarrollado incluye la posibilidad de conversión de los formatos reportados a la aplicación de RV, en la cual el usuario puede interactuar con la estructura molecular.

Jornada por la ciencia: una iniciativa para atraer más mujeres a la ciencia

Durante el 2019 en el estado de Puebla se realizaron las Jornadas por la Ciencia con el objetivo de fomentar vocaciones científicas en las licenciaturas que conforman el área STEM (Ciencia, Tecnología, Ingenierías y Matemáticas por sus siglas en inglés), durante las cuales se visitó cuatro escuelas de nivel medio superior en el mismo estado. Cada jornada consistía en ofrecer al alumnado en primera instancia una conferencia aproximadamente de una hora, a cargo de una científica, en donde abordaría la importancia del conocimiento científico de su área a partir de su experiencia, con el ánimo de motivar a quien la escuchara a interesarse por la ciencia. Después de eso el cuerpo estudiantil participaba en una serie de experimentos científicos, mismos que estuvieron conducidos en mayor medida por mujeres estudiantes de nivel superior, esto con la intención de visibilizar que las mujeres también hacen ciencia y ésta puede ser lúdica y apasionante. La razón principal para hacer esta investigación fue que los antecedentes escolares previos a la educación superior pueden llegar a ser determinantes en la decisión final de las y los estudiantes a la hora de elegir una licenciatura, por lo que el impacto de estas jornadas podría atraer a más estudiantes al área STEM, sobre todo a mujeres, ya que esta es una investigación con perspectiva de género. Para evaluar dicho impacto se elaboraron tres cuestionarios, uno pre y otro post a las jornadas descritas anteriormente, que se aplicaron al estudiantado, el tercero se aplicó a los responsables de los experimentos presentados en las jornadas; también se realizó una entrevista grupal semiestructurada que se aplicó al final de la actividad, a un grupo de estudiantes mujeres. Entre los resultados más destacados se pueden mencionar que: a) la mayoría del estudiantado carece de referentes en cuanto a los aportes de las mujeres a la ciencia, b) después de que el alumnado tiene la experiencia de la Jornada de la Ciencia, cambia su percepción de que la ciencia es aburrida y sólo para personas inteligentes, c) las mujeres hacen ciencia y d) incluir la perspectiva de género en la divulgación permite que un mayor número de estudiantes se vean motivadas a estudiar una carrera científica.

Exámenes Experimentales, propuesta de trabajo para los alumnos de sexto grado de preparatoria en la materia de Física IV

La metodología denominada Exámenes Experimentales, permite situar al alumno en el papel de un científico que se enfrenta a la realidad de obtener los datos que le permitan responder una pregunta para corroborar una hipótesis, y comunicar sus resultados por escrito en un lenguaje formal, mediante un miniartículo experimental constituido por: título, autores, resumen, palabras clave, introducción, resultados, análisis de resultados, conclusiones y referencias. Esto, en un entorno digital apoyado por los dispositivos móviles de los estudiantes [1]. Esta metodología, está inspirada en uno de los proyectos de divulgación científica más importantes de nuestro país: la Olimpiada Nacional de Física, organizada por la Sociedad Mexicana de Física [2]. En este sentido, después de analizar el material disponible en la página oficial de la Olimpiada Nacional de Física [3], se diseñaron ocho exámenes experimentales para los alumnos de sexto grado área I, inscritos en la materia de Física IV en la preparatoria de la Universidad La Salle Unidad Santa Teresa. Esta forma de trabajo mantiene a los alumnos altamente motivados y en buena parte es responsables de que, al cierre del segundo semestre del año escolar, más del 80% de estudiantes tengan un desempeño que les permita sustentar una calificación promedio de excelencia, mayor o igual a nueve en la asignatura [4]. Los positivos resultados al utilizar la metodología de los exámenes experimentales concuerdan con los resultados reportados en la investigación en neurociencias, donde se reconoce el impacto que genera la experiencia en los jóvenes para el aprendizaje [4]. Además, esta metodología tuvo una consecuencia imprevista, aunque también positiva, ante la actual contingencia sanitaria por el coronavirus COVID-19. El cuidadoso diseño de los exámenes experimentales (selección de material, preguntas a resolver y cálculos a realizar) permite que los estudiantes los realicen incluso desde casa y compartan sus resultados utilizando sus propios dispositivos móviles. De esta forma, estos exámenes permiten mantener la esencia del trabajo en laboratorio, lo cual es fundamental para una materia como Física, a pesar de la actual contingencia sanitaria. [1] Basantes, V. et al. (2017). Los Dispositivos Móviles en el Proceso de Aprendizaje de la Facultad de Educación Ciencia y Tecnología de la Universidad Técnica del Norte de Ecuador. Revista Formación Universitaria. Vol. 12. No. 2. pp. 79-88. [2] SMF (2019). Examen experimental - Olimpiada Nacional de Física 2019. Sociedad Mexicana de Física. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=ldMChogNvZY&feature=youtu.be [3] SMF (2019). Olimpiada Nacional de Física. Blog de Difusión. Disponible en: https://ernestomataplata.me/ciencia/olimpiada-nacional-fisica/ [4] Lázaro, C. y Mateos, S. (2018). Neurodidáctica en el aula: transformando la educación. Revista Iberoamericana de Educación. Vol. 78, No. 1, pp. 7-8.

Monito Científico presenta: Las Figuras de Lissajous

El Monito Científico es un proyecto de divulgación científica, el cual nació del gusto y la necesidad de acercar al público en general a la ciencia. En este proyecto nos hemos dado a la tarea de realizar algunas demostraciones de diversos experimentos en Física, explicando los fenómenos que están detrás y tratando de hacerlo de una manera amigable para que la gente, desde los más pequeños hasta gente adulta, los pueda comprender. En esta ocasión nos hemos dado a la tarea de hacer un montaje experimental para producir diversas figuras de Lissajous. Como se sabe, las figuras de Lissajous nacen de la superposición de dos movimientos armónicos simples en direcciones perpendiculares; que pueden ir desde el caso simple de una línea recta, hasta figuras poco predecibles, pasando por círculos y/o parábolas. Dichas figuras son muy sensibles al cociente de las frecuencias de los dos movimientos armónicos, de hecho se puede demostrar que si esta razón es un número racional la trayectoria que sigue la partícula es cerrada (es decir, después de un cierto tiempo volverá a pasar por el punto inicial y repetirá lo ya recorrido). Por otro lado, si la razón es un número irracional, la trayectoria será abierta. Para nuestra demostración hemos construido un péndulo modificado, de manera que si se mueve en una dirección se tenga una frecuencia de oscilación y si se mueve en la dirección perpendicular se tenga otra. Nuestro péndulo está diseñado para poder pintar la trayectoria que recorre, de manera que al hacerlo oscilar nos permitirá ir trazando la curva de Lissajous. Además podemos variar la razón de las frecuencias antes mencionada y esto nos permite obtener con un mismo arreglo muchas de las curvas deseadas. El motivo principal de este trabajo es mostrar que muchos experimentos están al alcance de todos y que se pueden realizar con poco material, de bajo costo. Además, el resultado de este trabajo contiene una parte artística, lo que permite que un rango más amplio de gente se acerque al mismo y pueda interesarse en temas científicos.

El aprendizaje basado en retos en la enseñanza de la física

En este trabajo se presenta la metodología de enseñanza basada en retos aplicada a diferentes cursos de física básica para estudiantes de ingeniería. Algunos retos que serán analizados son piño-cremallera, fugas de agua, máquina de calor, y motor lineal magnético. La metodología incluye la construcción de dispositivos y el desarrollo de modelos computacionales para el análisis del funcionamiento del dispositivo. En la parte final se discutirá los conocimientos y competencias desarrolladas por cerca de 250 estudiantes que participaron en la experiencia educativa.

Uso de la plataforma TEAMS para organizar una clase de física universitaria a distancia. Experiencias en tiempos de contingencia sanitaria

El año 2020 ha sido un parteaguas para el sistema educativo mexicano. A partir del mes de marzo, los profesores de diferentes niveles educativos y sin importar que fuéramos migrantes o nativos digitales, nos enfrentamos al reto de dar continuidad a distancia de los cursos que impartíamos en las aulas por la presencia del virus SARS-CoV-2 a nivel mundial. Este trabajo describe las experiencias que se generaron al usar la plataforma Microsoft TEAMS para impartir el curso de Introducción a la Física para nivel superior, dentro de la Universidad Politécnica de San Luis Potosí. Los profesores de ciencias de la institución, somos principalmente posgraduados en ciencias y materiales, con amplio dominio de los contenidos y familiarizados con el uso de software especializado; sin embargo, los cursos en las aulas seguían dependiendo principalmente del uso del pizarrón blanco, presentaciones de PowerPoint y ocasionalmente el uso de las redes sociales. En menor medida, usábamos la plataforma Blackboard, para el registro de la evaluación del trabajo colegiado. La selección de la plataforma TEAMS se derivó de la capacitación, donde los profesores tuvimos la oportunidad de aprender a utilizar este software para organizar el curso. Lo que distinguió a esta plataforma por encima de otras, fue que en ella se podían impartir clases en línea, que quedaban grabadas automáticamente en la nube para los estudiantes. Además, se usó el programa Whiteboard, para generar material didáctico mientras se impartía la clase en línea. De la experiencia adquirida se desprenden las siguientes observaciones: TEAMS permitió organizar el curso y al mismo tiempo medir la actividad e involucramiento de los estudiantes. El chat de TEAMS no logró sustituir a WhatsApp, por el bajo consumo de datos. Como limitante, esta plataforma requirió, en profesores y estudiantes, el incremento de las capacidades de cómputo y/o de la velocidad de internet. La percepción generalizada fue que no estábamos preparados para interactuar a distancia. La audiencia diaria en las clases virtuales fue limitada; sólo alrededor del 50 % de los estudiantes se conectaba y no siempre eran los mismos. Por ello, la grabación de las clases tomó gran relevancia, para ofrecer material que facilitara el autoaprendizaje. Las videollamadas de TEAMS se enriquecieron con el uso de software, tal fue el caso de Excel, PHET y Whiteboard, entre otros; esto tenía el inconveniente de requerimientos altos de memoria RAM, que provocaban ocasionalmente la interrupción de las clases, con un efecto negativo en la concentración. El cumplimiento de tareas asignadas fue de aproximadamente el 60 %. La deserción fue del 17 %. El 66 % de ellos manifestó como causas de deserción: sentir ansiedad, baja adaptabilidad a los cursos virtuales y necesidad de trabajar. En conclusión, se recomienda el uso de esta plataforma para generar un aula virtual organizada y rica en material didáctico para la educación a distancia y presencial.

La Enseñanza de la Física en México: historia, perspectiva, retos, ¿cómo lo enfrentamos?

En la actualidad, la alfabetización científica es una necesidad para todos, todos necesitamos utilizar la información científica para entender el porqué de ciertos mecanismos, fenómenos físicos, para ser capaces de implicarnos en discusiones públicas acerca de asuntos importantes que se relacionen con la ciencia y tecnología. Así mismo, todos merecemos compartir la emoción y realización personal que puede producir la comprensión del mundo natural. En la presente plática, se aborda el tema de la enseñanza de las ciencias en México desde el punto histórico, mostrando la perspectiva que ha venido evolucionando a través de los años a nivel nacional, abordando los retos actuales y cómo es que lo enfrentan los diferentes niveles educativos, tomando como referente el estado de Puebla.

Congelar o no congelar, la cuestión es sobreenfriar

Discurrimos sobre una técnica para obtener agua sobreenfriada. Ésta puede realizarse facilmente en un laboratorio elemental de fı́sica. El método fue descubierto mientras se intentaba demostrar el efecto Mpemba usando agua de la llave. La obtención de una substancia, en apariencia aceitosa, cuando logramos bajar la temperatura del agua por debajo de los 0 o C nos reveló que obtuvimos, no hielo que es lo que pretendı́amos encontrar, sino la estructura amorfa que muestra el agua enfriada por debajo de su punto normal de congelación. El agua sobreenfriada es un material que no posee la estructura cristalina del sólido (hielo) sino la de un lı́quido, como la del agua con la que iniciamos el experimento. Corresponde a un estado metaestable en que se previene la solidificación hasta que cualquier perturbación la provoca súbitamente. Los lı́quidos sobreenfriados muestran una variada fenomenologı́a que dista de estar completamente entendida.

Diseño y construcción de un medidor de densidad para fluidos mediante Arduino

Se diseño un dispositivo electrónico que permite calcular la densidad de un fluido, mediante un sensor de fuerza, una placa de desarrollo Arduino UNO y un vaso de precipitado, esta sería una herramienta útil para la materia de Laboratorio de Fenómenos Colectivos de la Facultad de Ciencias de la UNAM, el dispositivo calcula la densidad a partir de un volumen fijo y mide el peso del fluido y realiza el calculo de la densidad, mostrándolo en una pantalla LCD, dando la posibilidad de mandar estos datos a una computadora o teléfono celular por medio de bluetooth. Se agradece a la Facultad de Ciencias de la UNAM el apoyo para la realización de este trabajo.

Diseño e implementación de prácticas para Laboratorios de la carrera de Física de la Facultad de Ciencias de la UNAM con Arduino

Se hizo un estudio de las practicas que se realizan en algunas materias de laboratorio que se imparten en la Facultad de Ciencias de la UNAM, tales como mecánica, fluidos y electromagnetismo, en base a esto se diseñaron nuevas practicas que aprovecharan las nuevas tecnologías para facilitar el aprendizaje de los alumnos, en particular se hizo un uso de una placa Arduino UNO y sensores, que además de ser fácil de conseguir, son muy económicos, permitiendo incluso a los alumnos realizar las practicas en su casa. Se agradece a la Facultad de Ciencias de la UNAM el apoyo para la realización de este trabajo.

Diseño y construcción de un dispositivo para obtener las curvas de un diodo con Arduino

Se diseñó un circuito que permite obtener la curva característica de voltaje contra corriente en un diodo, para ello se usa un sensor de corriente y un Arduino UNO, el dispositivo varia el voltaje aplicado al diodo lo registra al igual que el valor de la corriente eléctrica, esta curva se grafica en una pantalla LCD gráfica, pudiéndose emplear para distintos tipos de diodos este dispositivo es una gran ayuda para el aprendizaje de los alumnos en la materia de Laboratorio de Electrónica. Se agradece a la Facultad de Ciencias de la UNAM el apoyo para la realización de este trabajo.

Pendulo de foucault en el sigo xxi

El Péndulo de Foucault en el Siglo XXI consiste en el diseño y construcción de un Péndulo de Foucault en el Museo La Rodadora, en Cd. Juárez, Chihuahua. Es un proyecto de naturaleza lúdica, permitirá a los visitantes del museo comprender de manera evidente, sencilla y divertida la rotación de la tierra, El proyecto considera la vinculación con el resto de la sociedad, el trabajo multidisciplinario y la innovación tecnológica.

“La vela bailarina: Un experimento para iniciar en la física del plasma”

Se presenta un dispositivo novedoso, diseñado y desarrollado en el Laboratorio de Plasmas de Baja Temperatura del Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM con el objetivo de ilustrar, de manera divertida, algunas propiedades de los plasmas. El experimento llamado jocosamente “La vela bailarina” está enfocado a motivar y despertar el interés por el estudio de la física en estudiantes de varios niveles educativos, con énfasis en la enseñanza media. El experimento opera mediante la interacción de un campo eléctrico continuo o pulsado con una flama y puede sincronizarse con una señal acústica. Un plasma es un gas ionizado que contiene partículas cargadas (electrones e iones) y neutros. Un ejemplo del plasma es la flama, cuya luz es emitida por el decaimiento de estados excitados de moléculas que componen el aire y la cera de la vela. Cuando se coloca una vela encendida en medio de un par de electrodos paralelos en forma de disco, las partículas cargadas dentro de la flama son atraídas o repelidas, según su carga, en la dirección del campo eléctrico que se produce entre las placas, deflectando a las partículas cargadas, haciéndose visible por la luz emitida. El prototipo puede funcionar en dos modos, con un campo eléctrico continuo, o bien pulsado. Para producir el modo continuo se utilizó un voltaje de corriente directa entre 0 y 2.5 kV, logrando la deflexión constante de la flama hacia una de las placas. Los electrodos están separados 7 cm. Para el caso pulsado, el voltaje aplicado es de 12 kV y los pulsos tienen una duración de 5 ms. El primario de un transformador de elevación de voltaje es excitado por un oscilador de amplitud variable para así controlar el voltaje aplicado a uno de los electrodos. El circuito oscilador se basa en el temporizador LM555, que excita a los transistores entre saturación y corte. Entonces, La flama se deflecta de acuerdo con la frecuencia de salida del circuito oscilador. Para hacer el experimento más divertido, se propuso controlar la variación del campo eléctrico con una señal de música para que la deflexión de la flama dependa del ritmo de la melodía. La señal de salida de audio de cualquier dispositivo reproductor de música se hace pasar por una etapa acondicionadora que funciona como filtro pasa banda, dejando pasar sólo aquellas frecuencias que se encuentren entre 60 y 140 Hz. Ya filtradas las frecuencias, se detectan los picos de éstas por medio de un comparador de nivel para dejar pasar únicamente las frecuencias con picos de mayor intensidad. Los pulsos resultantes a la salida del comparador de nivel se aplican a un optoaislador 4N25 para excitar la etapa de transistores que excitan el transformador. Los autores agradecen el apoyo de los proyectos PAPIME PE 108518, PAPIIT-UNAM IN 108417 y PAPIIT-UNAM IA 104520.

Experimentos didácticos para detección de rayos x y partículas cargadas

Gracias a la reestructuración de los Laboratorios de Física Contemporánea en la carrera de Física de la Facultad de Ciencias, UNAM, los alumnos pueden llevar a cabo prácticas en la Facultad y en laboratorios externos, que extiendan su formación práctica. Se describe un dispositivo para la enseñanza del uso de detectores de rayos X y de partículas, en el Laboratorio de Aerosoles del Instituto de Física, para esos cursos, basado en un dispositivo presentado en un Congreso anterior. Se usan fuentes radiactivas de 241Am (actividad 1.72 GBq) con un detector tipo CdTe para rayos X y una fuente triple Pu-Am-Cm con un detector de barrera superficial para partículas alfa. Se trabaja en bajo vacío. Se pueden medir probabilidades de transiciones radiativas de vacantes de elementos lantanoides y el poder de frenado en blancos delgados de polímeros.

Dispersiones cuánticas temporales de varianzas de posición y momento

Para sistemas cuánticos de partícula libre, partícula en un campo uniforme y oscilador harmónico, usamos el método de Mello-Moshinsky de una transformación lineal homogénea para calcular x(t) y p(t) en función de xo, po y de los seis parámetros de transformación. Calculamos las varianzas con estados coherentes determinamos las varianzas (x)t2 y (p)t2. Concluimos que la correlación de los operadores x y p se anulan y que se satisface la relación (x)t(p)t = (x)o(p)o.

Sobre la cuantización canónica de las variables de ángulo acción

La cuantización canónica establece que un par de variables canónicas conjugadas con paréntesis de Poisson, se cuantiza en un par de operadores con conmutador ih. Cuantizamos por este método los casos del oscilador harmónico simple, partícula en un campo uniforme y determinamos sus espectros de energía y autofunciones. Concluimos que no funciona la cuantización de las variables de ángulo acción, ya que los espectros de energía obtenidos, son los de la regla de Wilson-Sommerfield.

Dinámica cuántica de heisenberg en el espacio fase

Con la representación de Heisenberg de la mecánica cuántica tratamos la dinámica de sistemas simples en una dimensión, como partícula en un campo uniforme, oscilador harmónico, partícula libre y una partícula cargada en un campo magnético uniforme. Resolvemos las ecuaciones dinámicas análogas a las de Hamilton para obtener los operadores x(t) y p(t). Concluimos que las relaciones de conmutación de estos operadores se conservan y que la mecánica cuántica no puede describir trayectorias descritas por operadores.

Inconsistencia ondulatoria de la ecuacion de schröndinger

Schrödinger dedujo su ecuación cuántica basándose en un principio variacional de la ecuación de Hamilton-Jacobi, sin usar las ecuaciones de dualidad onda-partícula de de Broglie. Schrödinger intento sin éxito obtener las relaciones de de Broglie con la teoría óptica de Hamilton y la ecuación eikonal, como se reporta en la literatura. Pero esto es solo una construcción heurística inconsistente la eikonal se aplica a la luz. Concluimos que al no basarse en la dualidad la deducción de la ecuación de Schrödinger, ni derivarse la dualidad de esta, la ecuación de Schrödinger no es ondulatoria.

Sobre la universalidad del teorema de carnot

El teorema de Carnot establece que el rendimiento depende solo de las temperaturas entre las que trabaja una maquina térmica y no de la substancia de trabajo. Calculamos el rendimiento con un gas ideal, radiación térmica, solido paramagnético de Curie y con el método de Gibbs en el plano TS. Obteniendo la misma expresión del rendimiento de Carnot. Concluimos que con el ciclo de Carnot en el plano TS se prueba la universalidad de Carnot y esto implica que el jacobiano de las variables S, T y P, V es uno.

Diseño y construcción de circuitos impresos PCB en la carrera de Física de la UNAM

Además del Laboratorio de Electrónica, en la Facultad de Ciencias de la UNAM se imparten materias optativas de Electrónica, como circuitos eléctricos, máquinas digitales, robótica y control, estas materias ayudan en la parte experimental de la física para poder automatizar experimentos o crear instrumentación propia de acuerdo a las necesidades de algún proyecto. La creación de placas de circuito impreso PCB (Printed Circuit Board) permite al alumno tener dispositivos que perduren en el tiempo y no se queden en protoboards, teniendo el riesgo de que los componentes se pierdan o dañen, esto ayuda a las siguientes generaciones de alumnos a contar con dispositivos didácticos o de instrumentación que puedan usar nuevamente en algún experimento. En este trabajo se muestra el procedimiento para hacerlos, así como ejemplos de los resultados, entre ellos están: anemómetro, medidor de campo magnético, termómetro, circuitos con amplificadores operacionales, transistores y microcontroladores, que pueden aplicarse no solo en Física, si no en otras carreras de la Facultad. Se agradece el apoyo para la realización de este trabajo a la Facultad de Ciencias, de la UNAM.

Estudio e implementación de métodos de clustering para corroborar los diagnósticos de personas con arritmias cardiacas y sin problemas cardiacos

Se denomina arritmia o disritmia cardíaca a aquellos trastornos en la conducción de los impulsos cardíacos. Hoy en día el médico al ver algunos patrones en el electrocardiograma diagnostica al paciente con arritmia cardíaca. Por otro lado, Clustering es una técnica común para el análisis estadístico de datos y es el proceso de agrupar datos en clases o clusters de tal forma que los objetos de un cluster tengan una similaridad alta entre ellos, y baja con objetos de otros clusters. El objetivo de este trabajo es utilizar las técnicas de clustering para clasificar y confirmar el diagnóstico de personas con arritmias cardíacas de las que no tienen problemas cardíacos, el programa lo implementaremos en Python.

Estudio y obtención de la dimensión fractal de las series de datos temporales como el electroencefalograma

La utilidad común de las series de tiempo (series de datos temporales) es desarrollar su análisis para predicción y pronóstico. El electroencefalograma es un examen funcional de la actividad bioeléctrica del sistema nervioso central que se basa en el registro (temporal) de la actividad bioeléctrica cerebral en condiciones de reposo o ayuno, en vigilia o sueño, y durante diversas activaciones (por ejemplo hiperpnea y estimulación luminosa discontinua). El tema de interés para el presente trabajo es el análisis fractal de las series de tiempo como el electroencefalograma, practicados en condiciones distintas a los pacientes. El objetivo principal de este trabajo es obtener la dimensión fractal de los electroencefalogramas que se obtuvieron de una base de datos, con el propósito de comparar y en consecuencia correlacionar la dimensión fractal con algún aspecto específico de los pacientes, en particular, con los ojos abiertos y con los ojos cerrados, y verificar si existen diferencias y así poder predecir las condiciones en las que se obtuvieron los electrocardiogramas a los pacientes.

Un algoritmo recursivo en paralelo usando la ecuación radial de onda

Se encuentra la solución radial de la ecuación de onda usando un sistema recursivo en paralelo. Se presentan los casos recursivos de dos términos homogéneos y no homogéneos. Este análisis de cómputo en paralelo se realizó usando el Laboratorio Regional de Cómputo de Alto Desempeño (LARCAD) haciendo uso del estándar de paso de mensajes MPI, logrando con ello presentar los conceptos fundamentales del cómputo en paralelo con un enfoque teórico – práctico.

Simulación molecular

El presente trabajo es parte de un proyecto de construir una plataforma con distintos experimentos virtuales, ya que surgió como una necesidad en esta contingencia que vivimos de tener material auxiliar que apoyará la enseñanza no presencial. El lenguaje de programación que se utilizó es Python, en su ambiente visual vpython, con lo que se busca simular el comportamiento de un gas, con condiciones específicas. Además de conocer sus posibles usos y aplicaciones, adquiriendo información adicional de las características del gas, como: energía, rapidez promedio, variando parámetros como temperatura, número de moléculas; las cuáles y según las aplicaciones que se quieran emplear para dicho gas resultan de un mayor aprovechamiento. Obteniendo de esta forma un simulador de experimentos, para que de este modo se tenga un conocimiento más completo de los experimentos y aplicaciones que van relacionados a dichas clases lo que, a su vez, conlleva un mayor entendimiento de los temas, fenómenos y materias. Cabe mencionar que, al manejar un lenguaje de programación como Python, no solo se podrán recrear experimentos relacionados al área molecular, sino a muchas más ramas de la física.

Determinación de parámetro de red de NaCl

Se realizó un experimento, apropiado para el laboratorio de enseñanza, con el fin de determinar el parámetro de red $a$ de un cristal de NaCl. Se supone una malla fcc con una base de Na: (0, 0, 0) y Cl: (½, 0, 0). La celda unidad contiene 4 átomos de Na y 4 de Cl en un volumen $a$**3, con densidad M/$a$**3. M se obtiene de los pesos atómicos. La parte experimental consiste en medir la densidad de NaCl mediante una balanza analítica y un vaso de precipitados graduado. La densidad experimental se iguala a M/$a$**3. Se obtuvo un resultado para $a$ que coincide en 3 cifras con el valor aceptado. Se hace notar que debe utilizarse NaCl (producto químico) y no sal de mesa.

Comparación de energía de Fermi en pozos cúbico y esférico

Se calcula de manera exacta la energía de Fermi de un número de fermiones, del orden de 100, que no interaccionan, para: a) una esfera impenetrable de radio arbitrario, b) cajas cúbicas de volumen similar al de la esfera, así como la degeneración promedio de los niveles de energía. Se comparan los resultados para ambos tipos de contenedor.

Patrón de difracción de Fraunhofer para un láser verde y una rejilla de aberturas cuadradas

Debido a la cuarentena de 2020, se desarrollaron métodos alternos a los experimentos que se realizan en un laboratorio de óptica. Se puede estudiar la difracción de Fraunhofer utilizando solamente un apuntador láser y un tejido cerrado (que funciona como rejilla de difracción). Aquí se presentan los resultados y retos de trabajar con dicho material. Más aun con una rejilla amorfa que idealmente debería ser de aberturas cuadradas. Pero el objetivo principal es conocer la forma de la rejilla de difracción. La luz del láser al incidir en la rejilla, genera un patrón de difracción de Fraunhofer (que podemos ver en una pantalla). Con este patrón experimental se calculó la transformada de Fourier inversa para obtener la geometría de la rejilla. Asimismo se modelaron distintas rejillas, de tal manera que el módulo de la transformada de Fourier asociada a cada rejilla se pareciera al patrón de difracción experimental (utilizando Image J, con la herramienta de resta de imágenes), también se calculó la irradiancia usando la ecuación de difracción para campo lejano y se comparó con el módulo de la transformada de Fourier antes calculada. Resulta que la transformada de Fourier asociada a una rejilla cuyas aberturas son de (7.7$\times 10^{-5} \pm $2.8$\times 10^{-5})m$, sin formar una figura con una geometría definida y simétrica, tiene el módulo que más se acerca al patrón de difracción visto en la pantalla, a diferencia de cuando la rejilla se parece a una cuadricula de aberturas cuadradas, tal como se esperaba. Se concluye que la transformada de Fourier inversa es el método más eficaz para conocer la rejilla de difracción. Una aplicación muy útil de este método es conocer la estructura de un cristal. Si se tiene el patrón de difracción se puede conocer su estructura, con la ventaja de ser periódica.

Síntesis y caracterización de guías de onda con grenetina y barras de silicón para docencia experimental a distancia sobre RIT

Las guías de onda tienen aplicaciones biomédicas en diagnóstico y terapia de diversos padecimientos, además de aplicaciones en las telecomunicaciones. Debido a la pandemia de Covid 19, no se pudo realizar experimentos de guías de onda en los laboratorios de óptica ni de física contemporánea. Se busca enseñar el principio de reflexión interna total (RIT) experimentalmente. Buscando dar opciones para concluir los cursos experimentales a distancia que aborden problemas de relevancia actual, se utilizó una barra de silicon como guía de onda y se sintetizaron guías de onda con grenetina hidrolizada. Se midió el índice de refracción de ambos materiales por diferentes métodos usando un puntero láser midiendo $n \aprox 1.5 $ y $n = 1.67 \pm 0.07$ respectivamente usando un láser verde ($\lambda = 532 nm$). Se corroboró que la gelatina y el silicón guían la luz observando el patrón de intensidades que sale de la guía de onda al tomarle una fotografía después de que sale de la guía, y midiendo la intensidad de salida usando una aplicación y el sensor de un teléfono celular bajo ángulos grandes de $90^{\circ}$ y hasta $180^{\circ}$ en gelatina, y hasta 2 vueltas para el silicón. Se midió la atenuación como función de la longitud mediante el método de cut-back, y para el silicón se determinó la atenuación como función del radio de curvatura. Por los resultados obtenidos, estos experimentos caseros dan una experiencia de trabajar con guías de onda a los estudiantes y comprender el principio de RIT, sin necesidad de material de laboratorio más que un puntero láser.

Análisis de la efusión y sus diferencias con la difusión en un cilindro

Se analiza la dispersión en un cilindro que contiene un gas cuando tiene condiciones de efusión y de difusión respectivamente definiendo esas condiciones con base a la Ley de Graham y la Ley de Fick, respectivamente. En el caso de la efusión, se define la distribución de velocidades f(v) que atraviesa un número de partículas N por un orificio y se revisa como se distribuye a lo largo del cilindro; por otro lado la difusión, además de considerar el número de partículas N, se cambia la concentración del flujo de masa sin considerar el orificio para definir la distribución a lo largo del cilindro. Una vez con ambos resultados se comparan y definen las propiedades en común como las diferencias en ambos fenómenos. Esto ayuda a evaluar la eficiencia de la efusión y la difusión como fenómenos de dispersión.

Diseño y construcción de un Microrrobot de Tracción de Control Remoto Básico

Se presenta el diseño y construcción de un microrrobot de tracción de control remoto básico. En el diseño del circuito transmisor se emplea un microcontrolador PIC18F4550 que procesa las diferentes señales de movimiento (avance, retroceso, giro a la derecha y giro a la izquierda), seleccionadas a través de cuatro pulsadores, cuyas señales de control pasan al codificador serial HT-12E para ser trasmitidas por una señal electromagnética de radiofrecuencia por el TWS-434 de modulación ASK. Por otro lado, el circuito del microrrobot de tracción dispone de un receptor RWS-371 de alta sensibilidad que transfiere la información recibida, como un dato serial, al decodificador HT-12D, que lo transforma como un dato en paralelo hacia el microcontrolador PIC18F4550, en donde su programa de control gobierna el movimiento del sistema motriz (tipo triciclo), por medio de un par de moto-reductores a través de un manejador de motores L293, los cuales en conjunto conforman la etapa de potencia.

Experimentos de corriente alterna con impedancias complejas

La licenciatura en física de la Facultad de Ciencias de la UNAM, contempla dentro de su mapa curricular las asignaturas “electromagnetismo I” (4° semestre), “laboratorio de electromagnetismo” (4° semestre), “variable compleja” (5° semestre) y “laboratorio de electrónica” (7° semestre). Este esquema curricular si bien es adecuado en su mayoría, no incluye algunos temas primordiales que se enseñen-aprendan con la profundidad y la importancia de los mismos, siendo la causa principal la falta de la mínima herramienta matemática por parte del estudiante. Un ejemplo es la corriente alterna con modelos de impedancias complejas, incluído en el temario de las asignaturas de laboratorio de electromagnetismo y su contraparte teórica, electromagnetismo I, el cual requiere conocimientos de variable compleja para su comprensión, retomados en algunos casos de manera profunda y formal en la asignatura “laboratorio de electrónica”, sin embargo para esa asignatura ya no es un tema explícito por lo que un alto porcentaje de estudiantes no se familiarizan con el mismo. Para disminuir esta problemática, presentamos en este trabajo una serie de herramientas mínimas que faciliten el proceso enseñanza-aprendizaje del tema, a través del panfleto “Matemáticas básicas para el estudio de la impedancia compleja” y un conjunto de seis experimentos que abarcan subtemas como inductancia, capacitancia, factor de potencia, resonancia, circuitos rlc y puentes de impedancia, entre otros. Agradecemos al Dpto. de Física y al Taller de control y electrónica de la Fac. de Ciencias, UNAM, el apoyo facilitado para la realización y exposición del presente trabajo.

Contribuciones analíticas desde el enfoque de sistemas complejos al estudio de las organizaciones

Este trabajo se refiere al estudio de la dinámica de las organizaciones bajo el paradigma de sistemas complejos adaptativos, esto es, sistemas no lineales y abiertos que presentan constantes cambios debido a los procesos de retroalimentación y a la interacción con el ambiente. Se plantea que desde esta perspectiva, se puede estudiar a cualquier tipo de organización como por ejemplo, las organizaciones públicas, privadas, jurídicas, de sociedad civil, educativas, de salud, entre otras. Este es un trabajo interdisciplinario que involucra aportes teóricos sobre la concepción de organización de autores del área de administración y estudios organizacionales, así como la presentación de una propuesta de organización desde la perspectiva de las ciencias de la complejidad.

Estudio geométrico de los Sólidos de Kepler y su programación

Se realizó un estudio geométrico de los cuatro sólidos de Kepler-Poinsot: el Pequeño Dodecaedro Estrellado, el Gran Dodecaedro, el Gran Dodecaedro Estrellado y el Gran Icosaedro. Se establecieron las relaciones entre los segmentos que constituyen los picos y la base, encontrándose en todas estas el número áureo dado a la presencia de pentagramas en cada una de las figuras. Mediante un lenguaje orientado a objetos (Pov-Ray) se implementaron los algoritmos para generar los sólidos de Kepler, ayudándonos a la visualización. Este estudio representa un avance en el diseño de nuevos materiales donde la generación de las coordenadas .xyz es parte vital en la preparación de simulaciones computacionales. En el futuro, nuestra aproximación geométrica-computacional ayudará al estudio de estructuras metálicas y su aplicación en sistemas metal-proteínas.

Distribución de Boltzmann-Gibbs como modelo simple de un sistema económico

la distribución de probabilidad de temperatura de un sistema formado por muchas partículas en equilibrio es descrita por la ley exponencial de Boltzmann-Gibbs. La distribución es caracterizada por una temperatura efectiva o promedio. Por otra parte, un sistema económico es considerado un sistema complejo debido a todos los tipos de interacciones que involucra, sin embargo, es posible realizar una aproximación a su comportamiento en algunos de sus aspectos más importantes. La aproximación más importante que es utilizada en este trabajo es considerar al sistema económico como un sistema cerrado donde el dinero se conserva. Así, por analogía, el dinero que tiene un agente económico es equivalente con la energía de una partícula, y es de esperar que se obtenga la ley exponencial de Boltzmann-Gibbs la temperatura promedio es igual a la cantidad promedio de dinero por agente económico. Las simulaciones computacionales se realizaron para diferentes condiciones de distribución inicial de dinero entre los agentes económicos y transacciones entre ellos. Los resultados muestran que efectivamente surge la distribución de Boltzmann-Gibbs, esto es, sin importar las condiciones iniciales propuestas al sistema. Por otra parte, una modificación al modelo permite considerar el caso en que se permite la deuda, nuevamente en este caso la ley de Boltzmann-Gibbs se cumple. La distribución instantánea del dinero entre los agentes de un sistema no debe confundirse con la distribución de la riqueza real, ya que esta última también incluye la riqueza material, que no se conserva, y por lo tanto puede tener una distribución diferente (por ejemplo una ley de potencia).

Modelado de los 13 solidos de Arquímedes usando un lenguaje de programación orientado a objetos

El estudio computacional de estructuras con relevancia química es precedido por el modelado de las mismas de tal manera que ningún cálculo se puede llevar a cabo sin el conocimiento previo de cómo generar dicho arreglo atómico. El uso de un lenguaje orientado a objetos puede ser útil para generar las coordenadas cartesianas (un archivo con formato .xyz) y a la vez obtener una imagen renderizada. El modelado de estructuras químicas programadas tiene algunas ventajas con respecto a otras estrategias conocidas. La ventaja más importante de este método es que la generación de las coordenadas cartesianas puede ser realizada fácilmente haciendo uso software libre. Nuestro enfoque facilita la visión espacial de estructuras complejas y hace entendibles conceptos de química vistos en clases.

Sólidos platónicos y su programación

Este trabajo está dedicado al estudio y generación de modelos 3D de compuestos con importancia en la química estructural y ciencia de materiales. Se ha programado los poliedros regulares y sus relaciones geométricas utilizando un lenguaje de programación orientado a objetos (e.j, POV-Ray). Se han trabajado los aspectos geométricos de polígonos en dos dimensiones y se han generado/programado los respectivos algoritmos computacionales. Las sesiones incluyen el estudio de figuras tridimensionales duales, donde se adapta el código escrito para generar coordenadas cartesianas de los sólidos platónicos. Los materiales para guiar a los estudiantes incluyen: explicación de los pseudocódigos, asesorías durante las sesiones de programación, revisión de los códigos generados, y sesión de ejercicios y desafíos. Todas las actividades durante las sesiones tienen el objetivo de incentivar y mantener las expectativas iniciales de los alumnos. Los estudiantes obtienen nuevas habilidades y conocimientos que los ayuda a obtener los códigos de la molécula C60 (icosaedro truncado); cúmulo metálico icosaédrico; y el cuboctaedro.

Introducción al análisis espectral mediante la construcción de un espectroscopio casero

El trabajo presenta un estudio introductorio del análisis espectral que pretende generar un interés en el público general sobre la óptica, por medio de un espectroscopio casero de fácil reproducción. Se realiza el análisis de diferentes fuentes luminosas, para comprender sus diferencias espectrales y familiarizar al usuario de dispositivo con los principios físicos involucrados en la espectroscopía, todo desde un enfoque didáctico. El trabajo incluye las limitantes que se presentan con el dispositivo casero, así como su desempeño y efectividad comparados con otros espectroscopios de calidad profesional.

Burbujas de ciencia: un taller para la enseñanza de física en niños de nivel primaria

La oportuna y correcta enseñanza de las ciencias a edades tempranas motiva la apreciación y la vocación por disciplinas científicas y tecnológicas en los niños. En este trabajo se detalla el desarrollo y ejecución de un taller llamado “Burbujas de Ciencia” orientado para niños de nivel primaria, y que tiene la finalidad de enseñar conceptos y fenómenos físicos de una manera sencilla pero fundamentada a través de una serie de experimentos y actividades en torno a pompas de jabón. La propuesta de este taller aprovecha la belleza de las pompas de jabón, los fenómenos y conceptos físicos que conllevan, pero también su fácil elaboración y asequible costo, resultando en un taller que puede ejecutarse de manera masiva. El taller “Burbujas de Ciencia” consta de varias actividades y experimentos diseñados por los autores, o bien, son adaptaciones de resultados de otros artículos científicos de prestigiosas revistas internacionales de física. Se abordan principalmente los temas de luz visible e iridiscencia, principio de mínima acción, gases y líquidos, tensión superficial, la química de la solución para la elaboración de pompas de jabón y la geometría de diversas superficies. Todos los conceptos y experimentos son explicados acorde al nivel primaria, basados en metodologías ya conocidas y validadas en la divulgación de la ciencia, sustentados adecuadamente y sobre todo mostrados en forma interactiva. La efectividad del taller se validó de forma cualitativa mediante su aplicación en varios grupos de nivel primaria de zonas vulnerables de Ciudad Juárez, Chihuahua. Se concluye que el taller “Burbujas de ciencia” es un medio eficaz para enseñar variados temas de física y motivar vocaciones científicas en niños, siendo un material de mucho interés en la enseñanza de nivel primaria, con amplio interés para profesores de ciencias naturales.

Análisis del proceso enseñanza -aprendizaje de la Fisica experimental a través de medios digitales

Las circunstancias que atraviesa el mundo actualmente debido a la pandemia causada por el virus SARS-CoV-2, han hecho que se tenga que modificar, a último momento, la forma de enseñar la física por la falta de actividades presenciales, tanto en materias teóricas como en prácticas. Las asignaturas prácticas son fundamentales para la formación profesional del físico, sus objetivos van más allá de enseñar a medir, también se enseñan y refuerzan las habilidades de observación, análisis dimensional, físico y estadístico; se va reforzando la experiencia necesaria para resolver preguntas y problemas utilizando diferentes tipos de materiales y/o recursos. En estos meses de clases virtuales observamos e implementamos diversas estrategias en línea, por ejemplo: ofrecer a los alumnos una amplia gama de herramientas en línea con las cuales pudieron trabajar desde casa la parte de análisis físico y estadístico como son las simulaciones y las bases de datos. Realizar experimentos caseros con materiales sencillos, cubriendo así el objetivo de reforzar la habilidad de observación, diseño y resolución de problemas. Sin duda, una comunicación correcta, el compromiso de los alumnos y profesores y las posibilidades de ambos al acceso a la tecnología necesaria para llevar a cabo y de manera correcta los cursos en línea son un gran factor para el proceso enseñanza – aprendizaje, tomando siempre en cuenta las habilidades particulares de cada uno de los estudiantes. En este trabajo se hace un análisis profundo de las ventajas y desventajas de la enseñanza de la física experimental a través de medios digitales, así mismo se presenta un compendio de tecnologías de la información y recursos en línea para conversaciones, videollamadas, pizarras electrónicas, entre algunas de las diferentes herramientas para la impartición de las asignaturas experimentales. Agradecemos al Departamento de Física y al Taller de Control y Electrónica de la Facultad de Ciencias, UNAM, por el apoyo facilitado para la realización y exposición del presente trabajo.

Laboratorio de Investigación Didáctica en Energías Renovables (Proyecto LIDER)

El proyecto del Laboratorio de Investigación Didáctica en Energías Renovables (LIDER) se compone de 5 actividades (un estudio de caso y 4 prácticas de laboratorio) realizadas por grupos de estudiantes de las asignaturas de Física III y Física IV inscritos en la escuela preparatoria de la Universidad La Salle Unidad Santa Teresa. En cada práctica, los estudiantes construyen un dispositivo que aprovecha una fuente de energía renovable, aplican conceptos vinculados con la asignatura de física y, con sus datos experimentales, calculan la eficiencia de su dispositivo para discutir la viabilidad de este [1]. Uno de los equipos que trabajaron en el proyecto fue acreedor al primer lugar de la categoría junior para estudiantes de preparatoria de la edición 2019 del Concurso Lasallista de Investigación Desarrollo e innovación (CLIDI) [2]. En el caso de estudio, utilizando datos reales, se contrasta la aplicación de la tecnología fotovoltaica para disminuir el consumo de energía eléctrica en un inmueble de uso habitacional con tarifa DAC (Doméstica de Alto Consumo), con respecto a la aplicación de la tecnología termosolar en un hospital público para disminuir el consumo de gas LP. Se logra la estimación de que la instalación fotovoltaica en el inmueble habitacional tardaría 3.1 años en lograr un ahorro equivalente a la inversión inicial (amortización del proyecto) y contribuiría a evitar la emisión de 0.20 toneladas de CO2 cada año [3], mientras el sistema termosolar lograría amortizar su costo en apenas 2.4 años y evitaría la emisión de 54.97 toneladas de CO2 anuales. Una vez amortizado el proyecto, el hospital podría liberar $312,403.06 anuales de su presupuesto antes destinado al consumo de gas LP [3]. Este análisis permite a los estudiantes reflexionar sobre la aplicación de la energía solar mediante un sistema fotovoltaico para un proyecto de un particular o uno termosolar con interés social, sobre todo en proyectos vinculados al rubro de la salud. Dada la actual contingencia generada por el COVID-19, la liberación de presupuesto de un hospital mediante la aplicación de un sistema de energía renovable (termosolar) se puede traducir en más equipo médico, más personal y mejores instalaciones. Así, aquí se presenta más de un año de trabajo y asesoría en el Laboratorio de Investigación Didáctica en Energías Renovables (LIDER). [1] Piñón, J. (2014). Energías Renovables La Única Solución. México: De La Salle Ediciones. [2] Hernández J., et al. (2019). “SunTab by SolTech”: pila de panel solar portátil. Memorias del Concurso Lasallista de Investigación, Desarrollo e Innovación. Año 2019, Vol. 6, No. 2. [3] Martínez, M., et al. (2019). Sistema Fotovoltaico para tarifa DAC y Sistema Termosolar. Proyectos de Aplicación en Energías Renovables. Universidad La Salle México.

Uso de simulaciones interactivas PhET en la modalidad virtual de la asignatura de Física Moderna

Ante la necesidad de continuar las clases en modo virtual dada la situación ya conocida de la contingencia sanitaria por el COVID-19, la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez implementó el Plan de Continuidad Académica Virtual, en el cual se pusieron a disposición de los docentes diversas herramientas de las tecnologías de la información y la comunicación. En este trabajo se presentan ejemplos del uso de las simulaciones PhET Interactive Simulations de la Universidad de Colorado Boulder, las cuales son de uso gratuito, con licencia y muchas de ellas en español, y de la plataforma Microsoft Teams. Algunos de los temas abordados en la asignatura de Física Moderna, mostrados en este trabajo, son espectro de cuerpo negro, efecto fotoeléctrico y modelos del átomo de hidrógeno; modelos de bola de billar, de pudín con pasas, de sistema planetario, de Bohr, de de Broglie, y de Schrödinger. Además de mostrar el funcionamiento de las simulaciones, se plantean algunas actividades de aprendizaje. En la simulación del espectro de cuerpo negro se puede seleccionar la temperatura, simulando diversos objetos, para ver la longitud de onda e intensidad del espectro emitido por el objeto. En las actividades de aprendizaje se puede guiar a los estudiantes a describir los efectos de la temperatura y a establecer una relación entre ésta con la longitud de onda en el pico de la curva del espectro. En la simulación del efecto fotoeléctrico se pueden manipular la intensidad y la longitud de onda de la luz que incide sobre diversos metales. Las actividades de aprendizaje pueden ayudar a los estudiantes a entender los efectos de la intensidad y de la longitud de onda de la luz incidente en el metal sobre la corriente medida en un amperímetro virtual y la energía de los electrones emitidos por la placa metálica. Finalmente, en la simulación del átomo de hidrógeno, se pueden explorar los modelos mencionados al hacer incidir luz ya sea blanca o monocromática sobre una caja con hidrógeno. Un espectrómetro virtual registra los fotones emitidos por el átomo en un histograma de acuerdo con su longitud de onda. Las actividades de aprendizaje pueden conducir a los estudiantes a entender la necesidad de actualizar los modelos del átomo de hidrógeno.

Exámenes Personalizados en la Zona de Desarrollo Próximo (ZDP) para Alumnos de Preparatoria en la Asignatura de Física

En el presente trabajo, como una alternativa a la evaluación tradicional [1], se propone una metodología de exámenes personalizados que pretenden situar al estudiante en la Zona de Desarrollo Próximo (ZDP) [2], para aprovechar la sociabilización del aprendizaje y ubicar al profesor en el rol de un mediador del aprendizaje que promueva de forma activa el pensamiento científico entre sus estudiantes. Una evaluación de examen personalizado en la ZDP, es una expresión de la dialéctica que existe entre el aprendizaje individual de Piaget (su “aprender haciendo”) y el aprendizaje social de Vygotski (su “zona de desarrollo próximo”) [2]. Los reactivos conceptuales de este tipo de evaluación están conformados por el análisis de situaciones experimentales reales tomados de diferentes recursos digitales [3]. Por otra parte, los reactivos procedimentales, son problemas de física cuidadosamente elegidos mediante un análisis de TADIR [4], pero con una variación de parámetro (dato personalizado) como frecuentemente ha utilizado el Dr. Menchaca en sus cursos universitarios impartidos en la Facultad de Ciencias (UNAM). Estos exámenes personalizados en la ZDP han sido aplicados en un formato digital, utilizando Microsoft Forms y Google Forms, que permiten al docente una captura ágil de calificaciones. En consecuencia el profesorado puede mediar entre los estudiantes, retroalimentar y guiar la construcción del conocimiento durante la realización de estas evaluaciones. Esta característica permitió aplicar la mencionada metodología con los 304 alumnos inscritos a las asignaturas de Física III y Física IV en la escuela preparatoria de la Universidad La Salle Unidad Santa Teresa, durante el ciclo escolar 2019-2020. Se obtuvo un resultado alentador: 68% logran un nivel de aprobación con un nivel de excelencia (calificación superior o igual a 9.0) al cierre del periodo. Además, al incorporar el uso de recursos digitales, esta metodología facilitó la transición de los alumnos al trabajo a distancia, lo cual permitió atender las necesidades de la actual contingencia causada por el COVID-19. [1] Torres, M. (2010). La enseñanza tradicional de las ciencias versus las nuevas tendencias educativas. Revista Electrónic@ Educare. Vol. XIV, No. 1, pp. 131-142. [2] Eggen, P. y Kauchak, D. (2009). Estrategias Docentes. Enseñanza de contenidos curriculares y desarrollo de habilidades de pensamiento. 3ª ed. México: Fondo de Cultura Económica. [3] Martínez, C. (2020). Canal Cuauhtli Martinez. YouTube. [en línea] Consultado el 9 de junio del 2020. Disponible en: https://www.youtube.com/user/MrCondumex/featured?view_as=subscriber [4] Barojas, J. y Pérez, R. (2001). Physics and Creativity: Problem Solving and Learning Contexts. Industry and Higher Education, Vol. 15, No.6, pp. 431-439.

Tres tacos de canasta o la constante de Planck

La mecánica cuántica desde su construcción ha sido comúnmente concebida como la cúspide de la física moderna, extremadamente abstracta, complicada y absolutamente inalcanzable para quien no tenga un gran equipo de investigación o mucho dinero detrás [1]. Sin embargo, en este proyecto experimental se propone el cálculo de la constante de Planck, uno de los valores más importantes de la mecánica cuántica [2], con un muy bajo presupuesto de $20 (equivalente a tres “tacos de canasta”) y una exactitud del 99.93% con respecto al valor reportado en la literatura [3]. La relevancia de este proyecto radica no sólo en determinar la constante de Planck con las características antes mencionadas, sino en hacer asequibles los resultados experimentales de la física cuántica para un sector mucho más ancho de la población, teniendo al estudiante que inician su formación en ciencias como principal enfoque. En congruencia, el presente proyecto fue realizado por alumnos inscritos en la licenciatura de física de la Facultad de Ciencias (UNAM) durante su primer semestre, con la asesoría del maestro C. Martínez. [1] Landsman, (2006). Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics, Art. When Two Champions Meet: Rethinking The Einstein-Bohr Debate. [2] Martínez, M.C. (2016). Enseñanza de los principios de la mecánica cuántica en la educación media superior, Anexo 5, 225-229. [3] Cohen-Tannoudji, C. y Bernard, F. (1977). Quantum mechanics (3 ed). Volumen 1. E.U.A.: Wiley.

Construcción de poliedros mediante el análisis de la base rítmica de una composición musical

En este trabajo se presenta una metodología para la construcción de un poliedro, mediante el análisis matemático de una de las bases rítmicas más comunes en la música latinoamericana, una clave de bossa nova [1]. Este desarrollo, muestra la estrecha relación entre la música y las matemáticas (particularmente la geometría) transformando un ritmo, estímulo sonoro, en un ente geométrico tridimensional, estímulo visual. De forma particular, el ritmo de bossa nova se transforma en una pirámide de base cuadrangular. Además, se proponen dos estructuras rítmicas para la transformación de otros dos poliedros, un cubo y una pirámide de base triangular (tetraedro) que forman parte de los sólidos platónicos [2]. El objetivo principal de este proyecto es ejemplificar la relación entre las matemáticas y la música, esto mediante una visualización didáctica que parte de conceptos de teoría musical y su relación con las matemáticas, otorgando valores numéricos a pulsos musicales para después generar una visualización tridimensional [3]. De esta forma se busca alentar al público a mirar la relación arte-ciencia como un vínculo armonioso que se complementa [4]. [1] McGowan, C., y Pessanha, R. (2008). The Brazilian sound: samba, bossa nova, and the popular music of Brazil (Rev.ed.). Philadelphia, USA:Temple University Press. [2] Romero, A. (2005). El número áureo: en búsqueda de la perfección natural. Revista Digital Universitaria. Vol. 6, No. 7. [3] Clendinning, J. P., y Marvin, E. W. (2016). The Musician’s Guide to Theory and Analysis Anthology (Rev. ed.). Florida USA: W.W. Norton. [4] Fauvel, J., Flood, R., y Wilson, R. (2006). Music and Mathematics: From Pythagoras to Fractals (Rev. ed.). Oxford UK: Oxford University Press.

Estudio didáctico de la resonancia en cavidades abiertas: Modelo con frontera Neumann-Robin versus datos experimentales

En este proyecto, se propone un experimento para el análisis del efecto de resonancia en cavidades abiertas. El estudio de resonancia en cavidades abiertas, es algo que si bien tiene como paradigma a los instrumentos musicales, tiene repercusiones mucho más amplias, por ejemplo el estudio de modos de fuga para cavidades ópticas [1]. Esto se realizó partiendo de un montaje experimental que permite estudiar la variación de la respuesta del sistema al cambiar el tamaño de la cavidad, manteniendo una misma excitación (tono puro). Este mismo procedimiento, se repitió para las notas Do (261.67 Hz), Re (293.7 Hz) y Fa (349.37 Hz). Tradicionalmente la enseñanza de un tema como la resonancia tiene un enfoque teórico, carente de actividades experimentales y se limita a la presentación de ejemplos pensados o en video [2]. Se tiene entonces la necesidad de un enfoque que aborde la temática de resonancia pero desde un perspectiva donde los alumnos utilicen datos reales obtenidos mediante la construcción de prototipos de su propia invención, con la finalidad de lograr un entendimiento más profundo y completo de esta importante temática. El montaje experimental consta de una fuente de sonido que emite sobre la parte superior de un tubo plástico. Posteriormente, la columna de aire dentro del tubo cambia su altura, al sumergir el tubo en agua. Las diferencias entre el pulso entrante (nota pura) y la señal registrada por un micrófono, permiten una primera caracterización del sistema. El análisis de resonancia en cavidades abiertas es un tema de investigación actual [1], por lo anterior se optó por establecer una analogía entre el sistema construido y la solución analítica de una cavidad semi-cerrada (con condición de Robin). Esta analogía permite que los alumnos discutan las limitación y diferencias del modelo para representar los resultados experimentales. [1] P. Lalanne, W. Yan, K. Vynck, C. Sauvan, and J.-P. Hugonin, Light interaction with photonic and plasmonic resonances. (arXiv preprint arXiv:1705.02433) [retrieved 27 Jun 2017], https://arxiv.org/pdf/1705.02433.pdf [2] Resnick, Robert Halliday, David (2004). Física 4a. CECSA, México.

La Física el Servicio de los Alimentos

Hace aproximadamente dos millones de años, en la época del Homo Erectus se originaban dos grandes saltos en el área de alimentos. Primero la generación del fuego, por medio de la caída de un rayo, el cual origino un incendio. Segundo, el consumo de la carne. Posterior a esos eventos, la extracción de alimentos se transformo. En nuestros días existen un gran conjunto de técnicas y metodologías para el procesamiento, tratamiento y conservación de los alimentos. Esto no sería gracias a un grupo multidisciplinario de ingenierías, las cuales todas se centran en una sola piedra angular, la Física. En este trabajo se presenta un desglose y descripción de las aportaciones que ha realizado la ciencia física en el área de los alimentos. Como lo es la composición y distribución de agua en los alimentos, por medio de la mecánica de fluidos. La geometría y dimensión por medio de la metrología, cuyo objetivo es conocer las propiedades como áreas, densidades, capacidades, etc. Las mediciones reológicas como esfuerzos, deformaciones, modulo de Young, dadas las propiedades mecánicas. Las mediciones de temperatura, capacidades caloríficas, transferencia de calor por medio de las propiedades térmicas. Así también como la instrumentación para determinar o estimular las propiedades eléctricas, acústicas, ópticas, magnéticas, electromagnéticas, ionizantes, etc. Se demuestra que la física juega un papel central para la evolución y desarrollo de cualquier área para el beneficio de los seres humanos.

Entendiendo el concepto de Campo en física con ayuda de simulación, diseño e impresión 3D

En el presente trabajo se propone el desarrollo de material didáctico basado a partir de la simulación computacional, modelado 3D e impresión 3D como herramientas didácticas auxiliares para la enseñanza de conceptos fundamentales en Física. En particular el presente trabajo se enfoca en el concepto de campo. En física clásica, este concepto es fundamental para describir y explicar fenómenos electromagnéticos, gravitacionales y de transporte, y en la física contemporánea en las teorías de partículas elementales que buscan la elaboración de modelos que expliquen y unifiquen las fuerzas básicas de la naturaleza. El concepto de campo a evolucionado desde que lo propuso Faraday alrededor de 1845. Formalmente se define un campo φ como una función o un conjunto de funciones que describen alguna cantidad en todos los puntos de alguna región del espacio. Si hablamos de campos físicos estaremos dando la descripción de alguna magnitud física en alguna región dada del espacio-tiempo. De la definición anterior, se observa que se involucran otros conceptos como función, magnitud física, espacio, espacio-tiempo. Se presenta la propuesta del material de apoyo y como emplearlo en grupos de los primeros semestres de la licenciatura en Física, con el objetivo de identificar situaciones que den sentido a un concepto, para luego investigar los invariantes operatorios usados por los estudiantes que les permiten comprender y explicar las representaciones simbólicas que ayudan a la conceptualización y asimilación de los significados del concepto.

Simulación, diseño e impresión 3D como herramientas didácticas para la enseñanza del concepto de Torca en física

El presente trabajo trata sobre el desarrollo de material didáctico basado a partir de la simulación computacional, modelado 3D e impresión 3D como herramientas didácticas auxiliares para la enseñanza de conceptos fundamentales en Física. En particular el presente trabajo se enfoca en el concepto de torca. En física clásica, este concepto es fundamental para describir y explicar la dinámica rotacional de cuerpos rígidos. En la dinámica de la rotación cuando una fuerza se aplica en cierto punto a un cuerpo rígido que puede girar libremente alrededor de un eje determinado, el movimiento resultante depende del punto donde se aplique la fuerza, así como de la distribución de masa del cuerpo. La cantidad en la dinámica de la rotación que toma en cuenta tanto la magnitud como el lugar de aplicación de la fuerza y su dirección se llama torca. En la definición anterior de torca, está implícita una cantidad inercial que involucra la distribución de masa de un cuerpo, llamada inercia de la rotación o momento de inercia. Se presenta material de apoyo y su uso en grupos de los primeros semestres de la licenciatura en Física, con el objetivo de identificar situaciones que den sentido a un concepto, al tiempo de investigar los invariantes operatorios usados por los estudiantes que les permiten comprender y explicar las representaciones simbólicas que ayudan a la conceptualización y asimilación de los significados del concepto. Palabras clave: torca, momento de inercia, impresión 3D Referencias Halliday, Resnick, FUNDAMENTALS OF PHYSICS. 10 edition, John Wiley & Sons, Inc. 2014 R. A. Serway, C. Vuille. Fundamentos de Física. 9ª edición, Cengage Learning Editores, S.A. de C.V. 2012

¿Qué relación existe entre la Física, las ecuaciones diferenciales y la microbiología de alimentos?

Las ecuaciones diferenciales son una herramienta matemática para describir cuantitativamente un fenómeno que se desea explicar cualitativamente en Física. Está herramienta comúnmente se revisa y estudia entre el tercer o cuarto ciclo de las áreas físico-matemático y las ingenierías. No obstante, existen otras áreas las cuales carecen de suerte para explorar a las ecuaciones diferenciales y se direccionan con realizar estudios estadísticos, los cuales son importantes también. Como es el caso del área de microbiología en alimentos, donde han utilizado expresiones empíricas durante largo tiempo, y lo han mantenido así. Sin embargo, para describir la fenomenología de un suceso natural, es necesario observar el fenómeno varias veces para poder describir las condiciones del suceso y posteriormente plasmar una expresión que represente la evolución bajo condiciones ideales. Posteriormente, se fijan las condiciones para conducir la exploración a un punto más realista y así poder predecir, comprender y explicar el fenómeno natural. En este trabajo se presenta la interacción que existe entre la física y la microbiología de alimentos, el cual sirve para describir fenómenos en términos de micro y macroestados. Así como la aplicación de las ecuaciones diferenciales como herramienta para modelar los sistemas. Se describe la cinética de crecimiento de la bacteria E. coli, aplicando ecuaciones diferenciales. Los resultados muestran el comportamiento de la bacteria dependiente del tiempo, aplicando una metodología sencilla para la comprensión de personas ajenas a las áreas de física-matemática. Es muy importante hoy en días colaborar bajo grupos multidisciplinarios para el progreso de la ciencia y la formación de recursos humanos, así como el servicio a la sociedad comunidad.

Campo magnético de imanes cilíndricos y campo terrestre usando una brújula

En la literatura hay varios reportes acerca de medidas de las propiedades de imanes cilíndricos y de otras formas (ref.1). En particular, la medida del campo magnético B a lo largo del eje de simetría y el momento magnético del imán. Uno de los métodos para medir el campo terrestre usa una bobina y una brújula puesta en el interior del devanado. Otro usa dos cilindros idénticos, con ello se consigue medir la componente horizontal del campo terrestre Bh y el momento magnético de los imanes. En este trabajo se presentan resultados de medidas usando una brújula e imanes de cerámica mate, cerámica brillante y de Neodimio, todos ellos imanes comerciales. Se encuentran valores que son muy cercanos a los aceptados (ref. 2), aunque también hay serias discrepancias. Se discuten los significados de los resultados y las posibles formas de mejorar los métodos para ese tipo de mediciones. Algunos valores típicos medidos en este trabajo son: Bh=.271G, .288G, para imanes cerámicos mate; .257G para imanes cerámicos brillantes, .18G para dos imanes de Neodimio en tándem. Los tres primeros valores son bastante cercanos a los reportados en un simulador de la web (ref. 3) Referencias: 1. http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/es/ 2. https://sites.google.com/site/fisicacontics/actividades/medicion-del-campo-magnetico-de-la-tierra 3. www.ngdc.noaa.gov/geomag-web/?model=igrf#igrfwmm

Desarrollo de un porta sustratos fijo para recubrimientos uniformes por evaporación térmica

En el Taller de vacío se tiene un sistema de evaporación térmica cuya fuente de vapor es una resistencia (efecto Joule), la distribución característica de la emisión de la fuente de evaporación es la parte esencial para poder definir la geometría que mejor distribución uniforme proporciona. Por la relevancia que tiene la uniformidad en los recubrimientos, se diseñó y construyó un porta sustratos que mejor se ajustara a la distribución radial de la resistencia y que ajustara a las dimensiones de la cámara de procesos del sistema. En este trabajo mostramos el porta sustratos construido y los resultados obtenidos en recubrimientos crecidos con y sin porta sustratos.

Sustentabilidad energética en el contexto urbano, propuesta educativa para la asignatura de Física III

En la Facultad de Ciencias (UNAM), a la par de desarrollar el temario de la asignatura de Física Contemporánea, los estudiantes logran acreditarse en 2 cursos de la plataforma COURSERA [1]. Sin embargo, a pesar de los alentadores resultados; 64% aprobó la asignatura con una calificación de excelencia, dicha acreditación COURSERA no necesariamente permite que los estudiantes puedan resolver problemas en su entorno urbano y carece de un vínculo con proyectos de orden global o gubernamental de su localidad. Para atender esta falta de conexión, se propone establecer un vínculo directo entre los objetivos de una asignatura de Física, el proyecto de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) [2] y el proyecto Ciudad Solar de la CDMX [3]. Además, para incluir a una población mayor, este trabajo se dirige a los alumnos de cuarto grado de preparatoria. En el año 2015 se establecieron 17 Objetivos para un Desarrollo Sostenibles (ODS) [2]. El actual plan de estudio de la asignatura de Física III, actualizado en 2016, de la Escuela Nacional Preparatoria (UNAM) [4] coincide con el ODS 7 (Energía asequible y no contaminante), y muestra una clara tendencia hacia una enseñanza que involucre a los alumnos en la discusión de las energías renovables [2]. Sin embargo, queda para el docente, en su calidad de profesional de la educación, adecuar dicho temario al contexto de los estudiantes [5]. En el presente trabajo, se utiliza el contexto urbano para desarrollar los conceptos y habilidades del temario de Física III [4]. Se propone establecer una correlación entre esta materia y el temario del Estándar de Competencia de Instalación de Sistemas Fotovoltaicos de la Secretaría de Desarrollo Económico (SEDECO) [4]. El cual forma parte del proyecto Ciudad Solar, que tiene como objetivo establecer una economía urbana baja en carbono mediante la aplicación de sistemas de aprovechamiento solar [4]. Con este planteamiento, al término del ciclo escolar, los alumnos tendrán la capacidad de desarrollar los conceptos y habilidades de la asignatura, pero también contarán con un marco teórico suficiente para realizar de forma exitosa el curso de instalación de sistemas fotovoltaicos ofertado por el Instituto de Capacitación para el Trabajo (ICAT). Con la finalidad de poder recibir la certificación CONOCER [6], y tomar decisiones energéticamente viables en la ciudad [2]. [1] Martínez M. (2019). Física Contemporánea Semestre 2020-1. Facultad de Ciencias UNAM. [2] ONU. (2015). Objetivos de Desarrollo Sostenible. Organización de las Naciones Unidas. [3] SEDECO. (2019). Ciudad Solar. Secretaría de Desarrollo Económico. [4] UNAM. (2016). Plan de Estudios Física III. Escuela Nacional Preparatoria UNAM. [5] Martínez, M. (2016). Enseñanza de los principios de la mecánica cuántica en la educación media superior. Tesis de MADEMS (UNAM). [6] SEP. (2017). Consejo Nacional de la Normalización y Certificación de Competencias Laborales. Secretaria de Educación Pública.

Teorema del trabajo virtual en análisis de estructuras

El teorema del trabajo virtual se encuentra presente en numerosos campos físicos; debido a esto, genera una gran importancia e interés el poder tener de una forma más completa la comprensión de dicho concepto, así como el entendimiento claro y preciso de su aplicación en el mundo real. Generalmente, como estudiosos de la física, nos limitamos al análisis de problemas totalmente idealizados, sin trascender mas allá en el estudio y comprensión. Por lo anterior, en este trabajo buscamos ampliar este enfoque y poder utilizar los conocimientos adquiridos en el curso de mecánica clásica de la Licenciatura, para que sean implementados en un problema real que enfrenta dicho teorema; para ello, se utilizarán los conocimientos desarrollados en dicha materia, con la finalidad de ampliar el panorama de los estudiantes respecto al teorema del trabajo virtual, y cómo este puede ser aplicado en la resolución de problemas de estructuras en ingeniería. Se presenta un análisis del teorema de trabajo virtual desde el punto de vista teórico y algunos ejemplos de aplicación en problemas del campo de la ingeniería de estructuras.

Ecuación de movimiento y solución numérica del anillo de Thomson considerando la temperatura

El anillo de Thomson siendo un ejemplo de levitación magnética, es interesante la relación del movimiento con la temperatura del anillo, debido a que la resistencia del material del que se compone el anillo, es función de la temperatura. Considerando que el anillo tiene volumen y está a una temperatura diferente a la del ambiente, se obtuvo una ecuación de movimiento para el anillo, cuya solución se puede obtener mediante métodos numéricos, esta solución nos ilustra sobre la relación de la resistencia de un material con la temperatura del mismo, lo cual nos habla sobre la importancia de encontrar super conductores a temperatura ambiente.

Expansión del universo: Una explicación con gravitación Newtoniana

El principio cosmológico menciona que el espacio que ocupamos en el universo no es especial. Desde donde sea que se observe, el universo seguirá viéndose igual. Esto proporciona dos propiedades importantes que el universo posee: La homogeneidad (el universo se ve igual en cada punto) y la isotropía (el Universo se ve igual en cualquier dirección). Pero las observaciones realizadas muestran que los objetos en el universo se alejan de nosotros. A la evidencia observacional de esto se le llama corrimiento al rojo, y es la observación del cambio de la longitud de onda que emiten los cuerpos. La deducción de este fenómeno es consecuencia de la teoría de la relatividad general. Bajo este contexto se deducen la ecuación de Friedmann, sin embargo, es posible, únicamente mediante la observación, deducirla con la teoría de gravitación de Newton, utilizando elementos proporcionados por la mecánica clásica. En el trabajo que se presenta se realizará la deducción de las ecuaciones de Friedmann en el marco teórico Newtoniano para una distribución de materia homogénea.

Solución numérica de un sistema no lineal que modela un panel solar híbrido usando cálculo fraccional

Las transformadas integrales, como la transformada de Laplace o la transformada de Fourier, crean un puente entre los sistemas de ecuaciones diferenciales y los sistemas de ecuaciones algebraicas. Siendo en general más sencillo de analizar un sistema en su forma algebraica que en su forma diferencial. Sin embargo, los sistemas algebraicos derivados de ecuaciones diferenciales normalmente no tienen solución analítica y es necesario recurrir a método numéricos del tipo iterativo para encontrar su solución. Es necesario mencionar que los métodos iterativos poseen un problema intrínseco, debido a que si un sistema posee N soluciones es necesario invertir tiempo en encontrar $N$ condiciones iniciales, pero este problema queda parcialmente resuelto al combinar métodos iterativos con el cálculo fraccional, cuyo resultado se conoce como métodos iterativos fraccionales, debido a que estos nuevos métodos tienen la capacidad de encontrar $N$ soluciones de un sistema usando una única condición inicial. Esta particularidad los hace ideales para aproximar los ceros de funciones como $\int_x^\infty \frac{\sin(t)}{t}dt$, $\int_x^\infty \frac{\sin(t)}{t}dt$, e incluso la función zeta de Riemann $\zeta(x)$. Se presenta un método iterativo fraccional, valido para una y varias variables, que usa las propiedades de la derivada fraccional de Riemann-Liouville para encontrar soluciones de sistemas no lineales. Con ayuda de este método, se resuelve un sistema de ecuaciones algebraico no lineal de $5$ variables, derivado de la aplicación de la transformada de Fourier a un sistema de ecuaciones diferenciales, que permite modelar el comportamiento de las temperaturas y las eficiencias de un panel solar híbrido, el cual en términos simples, es la combinación de un sistema fotovoltaico con un sistema termoeléctrico.

Pneuma Blaster

Universidad de Sonora unidad regional sur, Departamento de Física, Matemáticas e Ingeniería Boulevard Lázaro Cárdenas # 100 col. Fco. Villa, CP 85850 Navojoa Sonora. Se ha diseñado y construido un prototipo de “cañon de aire”, con el fin de realizar prácticas de laboratorio en mecánica. Como parte del curso de segundo semestre y como trabajo final se logró desarrollar con material económico, un sistema de contenedor de aire con el fin de ser usado como cañon o lanzador de proyectiles. Se desarrollan practicas con lanzamientos para movimiento vertical, horizontal y en tiro parabólico, y se logran visualizar cálculos de parámetros del aire contenido. Entre los parámetros que se manejan están los termodinámicos (P,V,T,n,R), de cinemática, (t,x,y,v,a) y de dinámica (F,P,Ec,Ep). Se tiene contemplado investigar nuevas aplicaciones en la industrial en general.

Experiencias didácticas en termodinámica

Universidad de Sonora unidad regional sur, Departamento de Física, Matemáticas e Ingeniería Boulevard Lázaro Cárdenas # 100 col. Fco. Villa, CP 85850 Navojoa Sonora. Se han revisado algunos conceptos básicos respecto a la materia de Termodinámica y su enseñanza, se planea encontrar una motivación a estos temas, que se incluyen en el PE inscrita. Las interrogantes que nos hemos planteado, son las siguientes: ¿Cómo se enseña actualmente la Termodinámica a estudiantes de ingeniería? ¿Cómo se presentan los principales conceptos de la Termodinámica en la bibliografía? Se consideran algunos temas claves para su enseñanza atendiendo a las experiencias y revisión bibliográfica. Sería muy positivo para quienes estén enseñando Termodinámica actualmente promovieran el área a líneas de investigación científica.

Electrónica de Cohetes

“Un cohete es un vehículo, aeronave o nave espacial que obtiene su empuje por la reacción de la expulsión rápida de gases de combustión desde un motor cohete (motor de reacción que genera empuje mediante la expulsión de gases que provienen de la cámara de combustión)”. Carlos Duarte Muñoz, 2018. El principio de funcionamiento del motor de cohete se basa en la tercera ley de Newton, la ley de la acción y reacción, que dice que "a toda acción le corresponde una reacción, con la misma intensidad, misma dirección y sentido contrario". La importancia de estos vehículos radica en dos características: su capacidad de alcanzar grandes velocidades y aceleraciones y poder funcionar en el vacío, al igual que a través de ellos investigar sobre los distintos fenómenos en el espacio y así experimentar mediante el lanzamiento de carga útil. Es por eso que la electrónica de cohetes es fundamental para cumplir estos objetivos de investigación, ya que con ella se puede obtener datos específicos a través de distintos tipos de sensores y artefactos electrónicos, como la ubicación, velocidad, aceleración, temperatura, presión, entre otros. Dentro de nuestro proyecto haremos uso de ella para la adquisición de datos de la IMU y GPS. La principal herramienta utilizada en el desarrollo de nuestro proyecto es la unidad de medida inercial (IMU) desarrollada especialmente para ser utilizada en cohetes de agua y aire comprimido. La IMU desarrollada cuenta con 10 grados de libertad, la selección de los sensores fue realizada teniendo en cuenta las características de vuelo de nuestro cohete. Para obtener estas variables es necesario programar cada uno de los componentes de acuerdo con las necesidades del cohete. El principal obstáculo en nuestro proyecto es la creación de un código que se apegue a las especificaciones del acelerómetro y al Sistema de Posicionamiento Global (GPS) al igual que el correcto almacenamiento de los datos, por lo que, durante el verano, se estudiarán las características de cada uno de estos componentes, utilizando el lenguaje de programación en Arduino.

Matemáticas de la astronomía y cosmología en forma ilustrada

Se muestra con imágenes, los aspectos que abarcan desde las leyes de Kepler, gravitación de Newton y teoría de la relatividad de Einstein. Enseguida, se define la gravedad en el espacio tiempo y su relación con la teoría cuántica. En el mismo lenguaje, se plantea el problema de la materia y energía oscura; también se incluye la explicación de la constante cosmológica con la ley de Hubble; en el contexto de la teoría del Big Bang y de las cuatro fuerzas. En cada imagen, se incluyen los modelos matemáticos que justifican y explican las ideas cosmológicas, logrando con ese procedimiento, una forma extraordinaria de la expresión de la ideas.

Involucramiento de los estudiantes en un curso de electricidad y magnetismo basado en la estrategia de aprendizaje por proyectos

A pesar de la relevancia de la ciencia en la ingeniería, a veces los estudiantes de ingeniería no ven la conexión de los cursos de física con su campo de estudio. Como alternativa, se diseñó un curso basado en proyectos para involucrarlos en el tema. El curso comienza definiendo un conjunto de proyectos entre los que pueden elegir. En cada uno de ellos, tienen que aplicar los conceptos vistos en el curso para construir el prototipo final. Los principales resultados del proyecto son: un primer informe en el que detallan cómo construirán su prototipo y los conceptos físicos implicados, un segundo video informe (youtube) en el que muestran su primera prueba y, finalmente, una presentación oral y una demostración del prototipo en funcionamiento. enfrente de la clase. Los resultados cualitativos de las entrevistas muestran que los estudiantes se sienten más motivados ya que relacionan el curso con el mundo real y otras áreas de la ingeniería.

Simulación numérica y experimento para medir índices de refracción no constantes en una dirección

Uno de los experimentos sencillos y de fácil implementación en el salón de clases, para mostrar el comportamiento de un medio de índice de refracción variable, es el que se lleva a cabo usando una pecera rectangular, agua y azúcar, y como fuente de iluminación un láser. De tal forma que al hacer incidir un haz de luz láser en el medio se observa el doblamiento del haz de luz, debido a la variación de la concentración de azúcar en el agua lo cual provoca la variación del índice de refracción. En el presente trabajo se presenta el análisis teórico y la simulación numérica de este tipo de medios. Estos resultados son comparados con los resultados experimentales que se pueden lograr en un salón de clases.

Un Brincolín Magnético y su análisis dinámico

Inspirados en un problema propuesto en un libro de texto de Electricidad y Magnetismo (Ref. 1), se llevó a cabo un experimento consistente en dos imanes circulares con magnetización a lo largo del eje de simetría, puestos frente a frente en forma vertical con polaridades iguales de modo que se repelieran. El arreglo se realizó dentro de un tubo plástico transparente para ver la evolución del movimiento, se levantó uno de los magnetos a 19 cm y se dejó caer libremente de tal manera que se acercara lo más posible al magneto inferior que se fijó a una base para que no se moviera. La caída y acercamiento se grabó con una cámara de video de un celular en cámara lenta y luego se analizó el movimiento mediante el programa Tracker. Usamos la expresión que da, de forma aproximada, la fuerza de repulsión entre magnetos de momento m, separados la distancia z: F=3Mm^2/(2piz^4), donde M es la permeabilidad magnética del vacío. Encontramos que el magneto que cae rebota unas 10 veces a alturas cada vez menores haciendo un efecto tipo brincolín, quedando finalmente en equilibrio a una altura dada por el peso del imán superior y la fuerza de repulsión entre los imanes. Se discute el comportamiento y se deducen algunas propiedades de los magnetos y de los rebotes, en particular el coeficiente de restitución de los rebotes. Referencias 1. David J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, Fourth Edition, Cambridge University Press (2013) Problema 6.23

Uso de las TIC: El Experimento de Young con Teléfonos Celulares

Muchas asignaturas teórico-prácticas de Física general tanto a nivel preparatoria como a nivel licenciatura e incluso posgrado tienen contemplado el estudio de las ondas electromagnéticas y sus aplicaciones. La difracción es un fenómeno que se produce debido a la interacción entre una onda y algún obstáculo que se interpone en su camino. Un experimento notable sobre este fenómeno es el experimento de la doble rendija de Young en el cual, un haz de luz se difracta luego de atravesar dos rendijas y finalmente genera un patrón de interferencia con franjas de alta y baja intensidad luminosa alternadas y separadas por una distancia que depende tanto de la longitud de onda del haz incidente como de la separación de las rendijas. Si bien este experimento denota el comportamiento ondulatorio de las ondas electromagnéticas, también es cierto que no es exclusivo de estas. Así pues, la intención de este trabajo es diseñar una actividad en la cual los estudiantes utilicen dispositivos móviles y la tecnología de su bolsillo para poder replicar y hacer mediciones con el experimento de Young utilizando sonido. Se desarrolló una práctica de laboratorio en la cual se utilizó un teléfono celular como generador de señales, para emitir ondas sinusoidales con diferentes longitudes de onda que se hicieron incidir sobre un par de rendijas distanciadas por distintas longitudes para en consecuencia generar un patrón de interferencia cuyas franjas fueron detectadas también con un teléfono celular. Se registró la distancia entre las franjas y se verificó la relación que ésta guarda con respecto a la longitud de onda y la distancia entre las rendijas. La práctica va enfocada a alumnos de la Facultad de ciencias que estudien la materia de Física de la licenciatura de Biología así como alumnos de física que estudien la materia de Fenómenos Colectivos en la Facultad de Ciencias de la UNAM.

Componente normal de la aceleración en diferentes radios de curvatura

Para una buena comprensión de la dinámica en ingeniería mecánica, se requieren destrezas y conocimientos suficientes en temas de aceleración, fuerza, trabajo, conservación de la energía, impulso y cantidad de movimiento lineal o angular. En este trabajo, se presentan varios ejemplos de interés, inicialmente se tiene un motociclista que acelera en una pista elíptica, este ejercicio muestra en forma sencilla la interpretación de la relación entre componente normal de la aceleración y el radio de la curvatura, de igual forma el ejemplo de un ciclista subiendo una altura del perfil hiperbólico, se añaden otras trayectorias como curvas parabólicas, exponenciales, logarítmicas y de tipo trigonométrico.

La modelación de fenómenos físicos para la formación de futuros ingenieros

En este trabajo presentamos diversas experiencias de modelación en el aula de fenómenos físicos, como son el calentamiento/enfriamiento de objetos para ejemplificar la Ley de enfriamiento de Newton; o la solución de un circuito en serie RC y RL para discutir la función respuesta de ambos circuitos y relacionar ese comportamiento a la función de voltaje de entrada y la solución misma; o las prácticas alrededor del estudio del estado estacionario que realizan los ingenieros en electrónica, en particular en lo relacionado con el análisis de sistemas electrónicos de potencia. Nos interesa privilegiar la transmisión ideas y conceptos fundamentales a los estudiantes, resaltando de manera importante su uso para estudiar fenómenos reales varios; como térmicos, hidráulicos, mecánicos y eléctricos así como el poder de analogía entre ellos. Lo anterior no implica que tal supuesto sea general, sin embargo, lo consideraremos fundamental como base de nuestro trabajo y enfoque dedicado principalmente a la formación de futuros ingenieros.

Equilibrio entre lo lúdico y lo formal en la labor docente de ciencias

Asignaturas como matemáticas y física (en general las ciencias) son vistas socialmente como temas complejos, siendo común, que la respuesta a la pregunta hecha a preuniversitarios sobre lo que estudiarán, sea, “algo que no tenga que ver con matemáticas”. Al considerar difícil el estudio de estas disciplinas, se pide a los docentes que las clases sean atractivas, dinámicas y lúdicas, ciertamente los docentes se ven en la tarea de buscar estrategias para ello; ahora con la pandemia, la enseñanza paso a una modalidad a distancia o en línea donde el uso de aplicaciones permiten tener un clase organizada, dinámica, interactiva y llamativa a los estudiantes, sin embargo, también es cierto que puede fácilmente dejarse de lado el trabajo creativo de los alumnos al tomar notas, realizar una investigación y en el caso de las ciencias naturales, si bien es importante buscar que las ciencias sean atractivas a los jóvenes, con dichas actividades, se deja a segundos planos el desarrollo de habilidades como la abstracción y la curiosidad, habilidades esenciales en la labor de un científico. En este trabajo proponemos un equilibrio en la labor docente en la búsqueda de una clase lúdica, mas no relaja en lo conceptual para un aprendizaje pleno de las ciencias en los estudiantes preuniversitarios.

Importancia de la enseñanza de ciencias ante una contingencia

La pandemia actual que vive el mundo producidas por la propagación del coronavirus SARS-CoV-2, ha llevado a grupos de investigación de áreas multidisciplinares a enfocar sus esfuerzos en entender todo lo referente al mismo. Sin embargo, no siempre la información adecuada fluye a tener una sociedad mejor enterada, por el contrario las notas falsas parecen llegar rápidamente sobre todo por medio de las llamadas redes sociales, esto nos permite mirar con más detenimiento la forma en como estamos llevando la enseñanza de las ciencias en Bachillerato o Preparatoria, donde en principio en los contenidos temáticos de los planes de estudio están incluidas las herramientas necesarias para hacer frente a la contingencia con mayor conocimiento. Los conocimientos básicos de biología, química, física y matemáticas incluidos, si bien no hacen expertos, si deberían contribuir a mitigar la proliferación de noticias falsas, donde desafortunadamente comunicadores, analistas de medios, periodistas, etc. han contribuido a la propagación de notas sin fundamento. En este trabajo haces énfasis en la importancia que tiene en una sociedad la enseñanza adecuada de las ciencias básicas que pueden ayudar a entender mejor la forma de manejar una contingencia. También desarrollamos un modelo matemático sencillo y didáctico con las matemáticas al alcance del bachiller o preparatoria que ayuda a entender mucho de los modelos matemáticos que distintos países han manejado para tomar acciones.

Metodología para la visualización tridimensional por Realidad Virtual de una estructura cristalina obtenida por difracción de rayos X

Una de las técnicas más utilizadas en cristalografía para la determinación de la estructura cristalina es la difracción de rayos X por polvos. En el análisis de resultados, el proceso de la asignación del grupo espacial y las posiciones de las coordenadas base de los átomos constituyentes es el primer paso. Si este proceso se dificulta o es incompleto, es necesario hacer un refinamiento, esto es, optimizar los resultados experimentales mediante una estructura propuesta utilizando un programa de cómputo o un software. A partir de éste, la forma más común de observar la estructura obtenida es llevarla a un programa de visualización que proporciona una imagen en la pantalla de la computadora, la cual se puede manipular y observar en perspectiva. Aunque los temas básicos de cristalografía geométrica se incluyen en los planes de estudio de licenciatura y posgrado, es muy raro encontrar el tema del estudio de la teoría de grupos espaciales, que es necesario para la comprensión de la generación de una estructura cristalina a partir del conocimiento del grupo espacial y de las coordenadas de los átomos base por medio las coordenadas equivalentes. En este trabajo presentamos la metodología para llevar una estructura cristalina, obtenida mediante el refinamiento de un patrón de difracción de rayos X por polvos mediante un software, a un ambiente de Realidad Virtual (RV). El software para visualizar estructuras cristalinas tridimensionales por RV fue desarrollado en nuestro Laboratorio y se presenta en este mismo congreso (Rosales-Reyes, Walter, R. y colaboradores). Esta herramienta permite a los estudiantes interactuar con la estructura cristalina tridimensional para analizar sus propiedades geométricas de simetría, coordenadas equivalentes, densidad de planos, entre otras, lo cual permitirá, a su vez, comprender propiedades físicas del material. La metodología que aquí se presenta comprende los pasos necesarios para la obtención de un archivo que contiene las coordenadas de los átomos y el grupo espacial de la estructura cristalina a partir del cual se genera la estructura tridimensional en el ambiente de RV.

Reivindicando el Concepto de Vector en la Educación Media Superior

En los diferentes subsistemas de la Educación Media Superior en México se tienen diferentes programas según la modalidad en la que se estudie y grandes diferencias están en los programas de estudio de la asignatura de Física. Hay Bachilleratos Tecnológicos que se enfocan en la aplicación de los conceptos de la Física, como por ejemplo: ondas mecánicas, óptica, electromagnetismo, termología y fluidos centrándose en conceptos centrales como la Energía y la Materia; y hay sistemas de Bachillerato General y Preparatorias que se enfocan en un currículum más tradicional al enseñar conceptos que partes de las Unidades de Medida, la Mecánica Clásica, Termología, Óptica, Electricidad y Magnetismo e incluso Física Moderna, es en este tipo de subsistema donde sí aparece el tema de vectores en su nivel más elemental. Este trabajo presenta la propuesta de reivindicar el concepto de Vector en los demás subsistemas de la Educación Media Superior, poniendo énfasis en las cuatro representaciones que pueden tener los vectores (gráfica, por componentes, polar y de vectores unitarios) y asociándolos a su respectiva magnitud física con las cuales se podrán realizar operaciones matemáticas básicas (+, x) en cada una de las ramas de la Física en que las cantidades vectoriales están presentes. Esto permite al estudiante dejar de buscar memorizar ecuaciones escalares, para centrarse en el significado físico de la acción o efecto que pueden tener los vectores al momento de analizar un problema, incluso dando un esbozo o resultado aproximado sin tener que realizar un cálculo, lo cual ayuda a minimizar el paradigma de que la asignatura de Física es difícil, cuando la mayoría de las veces lo que se les dificulta a los estudiantes es el álgebra. Independientemente del tipo de bachillerato en el que se encuentren los estudiantes, la concepción y utilización de los vectores les permite asociar fenómenos de su vida cotidiana para aplicar correctamente el sentido físico de una cantidad, pero también apoya a que los estudiantes que busquen ingresar a una Ingeniería o a la Licenciatura en Física posean las bases para afrontar con mayor éxito los cursos de los primeros semestres en la Educación Superior, porque ante esta perspectiva de enseñanza lo que se está haciendo es ocupar las propiedades de los espacios vectoriales, donde el estudiante adquiere de manera un poco informal, la basta y extensa aplicación de los vectores en cualquier programa de estudio.