Para ello, iluminó el interior de depósito que contenía agua en su interior y tenía un pequeño agujero en su lateral derecho. La demostración consistía en que al dejar salir el agua por el orificio, la luz seguía el trayecto curvo del agua al salir por el agujero y caer al vacío.

En realidad, lo que estaba sucediendo no era una violación de la ley que establece que la luz solo viaja en línea recta, sino que lo que sucedía era que la luz rebotaba en un lado y otro del chorro, en tramos rectos y cortos, debido a la reflexión interna del agua y al cambio de densidad del medio.

Qué es la fibra óptica

La aplicación de esta observación, llegó pasados casi 100 años, en el año 1955, momento en el que Narinder S. Kapany, ideó un nuevo tipo de conductor luminoso, que estaba fabricado a base de pequeños hilos de cristal llamados hilos fibra óptica. Cada una de estas fibras ópticas tenían el diámetro de un cabello humano y estaban fabricadas en dos tipos de cristal. Las diferencias entre los dos cristales en que están fabricadas las fibras ópticas garantizan que la luz que entra por un extremo rebote hasta salir por el otro extremo de la fibra óptica, aunque el conductor presente curvas pronunciadas.

Cómo funciona la fibra óptica

La luz se desplaza a lo largo de la fibra óptica rebotando en su interior de dos formas distintas, de forma monomodal y de forma multimodal:

• Transmisión multimodal: En la transmisión multimodal, la parte gruesa de la fibra óptica permite que la luz forme en su recorrido hasta 1.000 ondas distintas que llegan al otro extremo en momentos diferentes. La transmisión multimodal se pierde cierta cantidad de luz y la señal recibida es pobre.
• Transmisión monomodal: La fibra óptica dispone de un núcleo fino con un diámetro aproximado de 8 veces mayor que la longitud de onda de la luz infrarroja utilizada que impone a la luz un esquema único y regular de ondas. En la transmisión monomodal no se pierde apenas luz y la señal recibida es prácticamente igual a la emitida.

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Un sónar o ecosonda es un aparato que permite al hombre “ver” o averiguar la posición a la que se encuentran objetos situados bastante profundidad o sumergidos a cierta distancia de un barco.

También se utilizan para encontrar restos de naufragios en el mar u océano, bancos de peces y otros elementos sumergidos.

Su capacidad para detectar obstáculos, como arrecifes desconocidos o icebergs incluso en días de espesa niebla, lo convierten en un instrumento de seguridad indispensable.

Historia del sónar o ecosonda

Con el hundimiento del Titanic en el año 1912 y con la pérdida de más de 1.500 vidas al chocar este famoso transatlántico con un iceberg en su viaje inaugural, se despertó un gran interés en poder detectar objetos bajo el agua. Sin duda, si el “Titanic” hubiera contado con una aparato de este tipo, sin duda habría detectado la presencia de un monumental bloque de hielo frente a él y lo hubiera esquivado.

El meteorólogo británico L.F. Richardson, sugirió el uso del eco como un posible método para detectar objetos sumergidos en el agua, y uno de los pioneros de la radio (Reginald A. Fessenden) realizó los primeros experimentos. Todo esto sucedió poco antes de la primera guerra mundial.

La capacidad de poder determinar la profundidad del lecho oceánico, haciendo funcionar el sónar o ecosonda de forma vertical desde un barco, fue una aplicación crucial en tiempos de paz.

Antes de haberse inventado el sónar o ecosonda , los barcos utilizaban un método para basado en el lanzamiento de un escandallo para determinar la profundidad a la que se encontraban.

En tiempos de guerra, los sónar o ecosondas, evolucionaron con el fin de poder detectar submarinos enemigos situados a gran profundidad.

Hacia el año 1960, la mayor parte de los barcos ya disponían de sónar de precisión.

Hoy en día, con la utilización de las nuevas tecnologías y los grandes ordenadores, se utiliza el análisis por computadora con el fin de obtener imágenes instantáneas renderizadas del relieve del lecho marino bajo la quilla del barco. De esta forma, se ha convertido en una herramienta indispensable para la navegación, determinando la posición, tamaño y profundidad de los diferentes obstáculos que un barco puede encontrar en su travesía.

Pero su utilización, no está restringida a los barcos. Las compañías petrolíferas, por ejemplo, utilizan sónar o ecosondas para vigilar los oleoductos submarinos y el movimiento de las masas de arena que puedan llegar a dañarlos y los arqueólogos marinos, los utilizan para encontrar naves antiguas hundidas o restos de naufragios.

Cómo funciona el sónar o ecosonda

El funcionamiento del sónar o ecosonda es sencillo:

1. Un transductor montado en el casco de un barco, envía ondas sonoras, que se transmiten por el agua.
2. Estas ondas siguen una trayectoria rectilínea hasta que chocan con algún objeto, que puede ser un submarino, restos de un naufragio o el lecho marino. En ese momento rebotan formando un eco y pasando a llamarse ondas de retorno.
3. El transductor recibe las ondas de retorno y las convierte en señales electicas que forman una imagen en un monitor. En función del tiempo que ha tardado la onda en rebotar y la velocidad de propagación de las ondas sonoras en el agua (que es conocida), se calcula la distancia a la que la onda ha rebotado, y por tanto, la distancia a la que se encuentra un objeto.

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Qué es un antibiótico

Un antibiótico es una sustancia procedente de un organismo vivo, generalmente un hongo, y que es capaz de matar a los gérmenes que se han introducido en un ser vivo. La penicilina fue el primero en ser descubierto, por Alexander Fleming, y se utilizó para el tratamiento de las enfermedades humanas.

Cómo se descubrieron los antibióticos

En el año 1928 el profesor Alexander Fleming hizo, de forma casual, un descubrimiento que revolucionaría la medicina, la penicilina, o el primer antibiótico conocido.

Se trataba de un hongo vivo, productor de un antibiótico. Pocas personas conocen que Fleming no consiguió estabilizar el preparado, cuyas propiedades destructoras de gérmenes tan solo duraban unos pocos días.

La estabilización del producto creado por Fleming llegó varios años después, en 1940, gracias a los trabajos del patólogo australiano Howard Florey y al químico alemán Ernst Chain, ambos trabajadores de la prestigiosa Universidad de Oxford.

La penicilina, primer antibiótico descubierto, resultó ser la droga milagrosa tan esperada por la medicina. Se comprobó su eficacia contra una gran variedad de enfermedades, empezando por la meningitis que tanto afectaba a niños en aquella época hasta la neumonía, para la que aún se utiliza, y pasando por la peritonitis y otras enfermedades menos “elegantes” como la sífilis, y lo más importante, al tiempo que curaba las enfermedades, no producía trastorno alguno en los tejidos normales del cuerpo.

En el año 1945, Fleming, Florey y Chain recibieron y compartieron el Premio Nobel de Medicina.

Entre los antibióticos más recientes se encuentran la estreptomicina (con eficacia demostrada contra la tuberculosis), el cloranfenicol (eficaz contra la fiebre tifoidea) y la terramicina (utilizado contra numerosas infecciones).

Cómo funcionan los antibióticos

El funcionamiento de los antibióticos es diferente en función de las bacterias a las que deben de atacar. Así, para que tengan los resultados deseados, pueden atacar las paredes celulares, las membranas celulares o actuar sobre los ácidos nucleicos (el Ácido Ribonucleico o ARN y el Ácido Desoxirribonucleico o ADN), o los ribosomas:

• Pared celular: Algunos antibióticos funcionan bloqueando la formación de las paredes celulares. Así, se consigue alterar la composición intercelular del microorganismo a destruir. Lo que sucede en estos casos es que la presión interna de la célula aumenta hasta que la pared celular cede y el contenido celular se “desparrama”.
• Membrana celular: Los antibióticos que funcionan sobre la membrana celular inhiben la síntesis de sus constituyentes, lesionándola y conviertiendo la célula en fefectuosa.
• ADN y ARN: En este caso, los antibióticos bloquean la síntesis de los ácidos nucleicos que participan en la síntesis de las proteínas, convirtiéndolas en proteínas defectuosas y causando la muerte del microorganismo atacante.
• Ribosomas: Se trata de otra forma de impedir la síntesis de las proteínas, mediante la inhibición de los ribosomas bacterianos. Algunos se unen para conseguirlo al ribosoma y otros bloquean la unión entre ribosomas y aminoácidos.

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Vemos primeramente qué es una brújula para después conocer su historia y terminar aprendiendo el funcionamiento de una brújula.

Qué es una brújula

La definición oficial de una brújula según la Real Academia de la Lengua Española es:

Una brújula es un instrumento consistente en una caja en cuyo interior una aguja imantada gira sobre un eje y señala el norte magnético de la superficie terrestre.

En definitiva, una brújula es un artilugio inventado por el hombre, basado en las propiedades magnéticas del plante Tierra y que contiene en su interior y de forma visible una aguja o flecha fabricada con un material ferromagnético que siempre señala el Norte magnético de la Tierra. Pero cuidado, el Norte magnético de la Tierra, como veremos más adelante, no coincide exactamente con el polo norte.

Historia de la brújula

El hecho de que la aguja de una brújula se oriente al Norte, fue aprovechado por el hombre moderno mucho antes de llegar a comprender su origen o su funcionamiento. Su utilización se inició en los grandes viajes realizados en barco puesto que en mar abierto, no queda otro forma de orientarse que mediante el conocimiento de las estrellas por la noche o según la posición del sol durante el día.

Las brújulas de los antiguos barcos utilizados para surcar el Mar Mediterráneo se colocaban en cajas de madera en la cubierta de los barcos, junto al timón.

A partir del siglo XVI pasaron a montarse sobre balancines para evitar movimientos indeseados de las agujas por efectos del oleaje marino.

Siglos después, tras iniciar la fabricación de grandes barcos de hierro, material que desvía las agujas de las brújulas, los ingenieros se vieron obligados a estudiar más profundamente el funcionamiento de la brújula así como el magnetismo, produciéndose grandes avances en esta ciencia.

Como resultado de todo lo anterior, se comenzó a utilizar la llamada varilla de Flinder, compuesta por un trozo de hierro que acoplado a la caja de la brújula corrige el desvío causado por los elementos metálicos del barco en que se encuentra. Esta varilla se ajusta según el barco en que se monta.

En la actualidad, tanto en barcos como en aviones se incluye entre los elementos de navegación otro elemento llamado el girocompás, basado en el giroscopio. La parte superior giratoria del girocompás (colocada también sobre balancines) mantiene siempre una posición estable (respecto a las estrellas). Así que una vez ajustada se consigue que apunte siempre al Norte geográfico de la Tierra, lo que supone una gran ventaja sobre la brújula. Además, el girocompás no se ve afectado por los elementos de hierro que existan a su alrededor.

La declinación magnética de la brújula.

Llegados a este punto es necesario dejar claro que el Norte magnético de la Tierra no coincide exactamente con el Norte geográfico de la tierra. Al ángulo entre el Norte geográfico y el magnético se le denomina declinación magnética. Además, esta declinación magnética, no es la misma en todos los puntos de la Tierra, sino que depende de la situación geográfica del observador y para terminar de complicarlo, también varía con el tiempo, es decir, la declinación magnética en Perú no es la misma que en Chile, Venezuela o España y tampoco es la misma (en el mismo punto geográfico) en el año 2032 que en el año 2154.

Por no ahondar más en este tema y no alargar demasiado este artículo, decir simplemente que existen tablas o diagramas que, en función de la ubicación del observador y el año en que se encuentra, expresan la declinación magnética para que seamos conocedores del ángulo de desvío entre el Norte geográfico y el magnético y podamos corregirlo, y se recogen en las cartas de navegación.

La primera carta de navegación, data del año 1536 y fue ideada por el cartógrafo español Alonso de Santa Cruz. A partir de entonces se facilitó la navegación notablemente.

 Cómo funciona una brújula

El campo magnético existente en la Tierra hace que el planeta se comporte como un gran imán, teniendo un polo positivo y un polo negativo. Como ya hemos explicado en otros artículos (ver qué es y cómo funciona un imán), los imanes atraen los materiales ferromagnéticos, como es el hierro.

Así, el extremo de la aguja de una brújula, fabricada con un material ferromagnético y montada sobre un eje que permite el giro libre de la misma sin prácticamente rozamiento, es atraída por el polo de la tierra de forma que, al girar sobre el eje, se orienta hacia el polo del imán, en este caso la Tierra, señalando así el polo Norte, pero recordad, señala el polo Norte magnético.

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Qué es un electroimán

Según la Real Academia de la Lengua,

un electroimán es un imán artificial que consta de un núcleo de hierro dulce (hierro dulce se puede definir como el hierro en su estado más puro) y está rodeado por una bobina (un cable enrollado) por la que pasa una corriente eléctrica.

En la actualidad, los electroimanes se utilizan en multitud de situaciones, ya que tienen una ventaja muy importante sobre los imanes naturales, y es que se pueden activar y desactivar cunado se desee y que además se puede variar el campo magnético emitido por el electroimán fácil y rápidamente, y por lo tanto, su fuerza de atracción. Para ello, únicamente es necesario variar la cantidad de energía eléctrica que lo atraviesa.

Así, se pueden fabricar frenos electromagnéticos (utilizado en algunos tranvías), embragues electromagnéticos de automóviles, motores eléctricos y un sinfín de artilugios.

La única desventaja de un electroimán frente a un imán, es el consumo de energía necesario para “crear” la fuerza de atracción que lo caracteriza.

La invención del electroimán

Hacia el año 1820, un físico danés llamado Hans Christian Oersted, se dio cuenta de que al hacer circular la corriente eléctrica a través de un conductor de la electricidad, como puede ser cualquier hilo de cobre, la aguja de una brújula que se encontraba cerca del conductor y que inicialmente apuntaba al Norte,  cambiaba de dirección, variando su dirección en función de la intensidad de corriente que circulaba por el conductor. Sin embargo, cuando pulsaba nuevamente el interruptor del circuito y  dejaba de circular la electricidad por el conductor, la brújula volvía a su posición original, marcando nuevamente el Norte. Este hecho, llamó notablemente la atención de Hans Christian Oersted y se dedicó a estudiarlo. No llamó su atención simplemente por el hecho de que la posición de la brújula cambiara de posición, sino porque se dio cuenta en ese momento de que la electricidad y el magnetismo están íntimamente relacionados, relación desconocida hasta la fecha.

De la misma forma, y tras sus publicaciones, el resto de científicos de la época quedaron igualmente fascinados por tan desconocida relación.

De entre ellos, y casualmente, el inglés William Sturgeon descubrió que al hacer circular una corriente eléctrica por un conductor o cable enrollado en una barra de hierro en forma de herradura, éste atraía los objetos metálicos, o lo que es lo mismo, se convertía en un imán, con una fuerza de atracción que, con la intensidad de corriente adecuada,  era capaz de levantar varias veces su peso. Descubrió con ello el primer electroimán.

Más tarde, pasados unos 11 años, hacia el año 1831, el físico de origen estadounidense Joseph Henry, empleó el diseño de su antecesor, utilizando como conductor un hilo de cobre aislado con hilos de seda procedente de las enaguas de su mujer, enrollando este cable alrededor de la barra de hierro un dándole varias vueltas. Tras realizar el experimento, se dio cuenta de que al arrollarlo varias veces alrededor de la barra de hierro conseguía aumentar enormemente la fuerza de atracción del imán creado.

Cómo funciona un electroimán

El funcionamiento del electroimán, es tan simple como importante. Al hacer pasar la corriente por un conductor enrollado en un núcleo de hierro, se consigue que las moléculas que forman el núcleo se reordenen y alineen, teniendo la carga positiva y negativa de cada molécula en el mismo sentido. De esta forma, los campos magnéticos formados por todas las moléculas se suman dando lugar a una fuerza de atracción con otros imanes y objetos metálicos (ferromagnéticos).

Al enrollar el cable y hacer pasar la corriente, no estamos haciendo sino simular lo que la naturaleza hace con la magnetita, aunque de manera temporal, ya que al dejar de circular la corriente, las moléculas vuelven a su estado original y la capacidad de atracción desaparece.

Construir un electroimán en casa

Aunque realizar experimentos científicos en nuestro hogar nunca es recomendable por los peligros que entraña, la fabricación de un electroimán casero no entraña ninguna dificultad, peligro o misterio, sino que por el contrario, se trata de uno de los experimentos más sencillos que podemos hacer.

Para hacer un electroimán casero necesitarás únicamente:

1. Una barra de hierro dulce bastante fina. Como es algo difícil de encontrar, se puede utilizar un clavo, algo que hay en todas las casas.
2. Un cable de cobre. Si el cable está “desnudo” mejor, es decir, es mejor quitarle el plástico que suelen llevar alrededor (siempre y cuando lo conectes a una pila porque si lo conectas a otra fuente de energía se puede calentar, y sobretodo no lo conectes a un enchufe porque te puedes electrocutar). Para conseguirlo, puedes pelar un trozo de cable eléctrico que tengas por algún sitio. Si no lo encuetras, puedes utilizar un trozo de alambre (si tienes un cuaderno viejo, quítale la espiral). Y si tampoco encuentras esto, utiliza un cable normal que no sea demasiado gordo para que puedas enrrollarlo con facilidad.
3.  Una pila. Si tienes una pila de petaca, mejor, sino la más grande que tengas (o también puedes poner varias en serie si sabes como hacerlo).
4. Un clip. Para probar el electroimán.

Ahora, con cuidado:

1. Si el cable no tiene plástico alrededor, perfecto. Si tiene, lo primero que debes hacer es pelar los extremos para luego poder conectarlos a los extremos de la pila.

2. Enrolla el cable alrededor del clavo. Cuantas más vueltas des, más fuerza tendrá el electroimán casero que estás fabricando. En este punto es necesario asegurarse de no poner cable encima de cable, es decir, enrollarlo solo sobre el clavo.

3. Coloca un extremo del cable en uno de los polos de la pila y pégalo con cinta aislante. Cuanto mayor voltaje tenga la pila, mayor será la fuerza de atracción del artilugio. El otro no lo conectes y así funcionará cuando quieras.

4. Y ya está.

Ahora para probarlo, con una mano sujetas el clavo y lo acercas a cualquier objeto. Cuando quieras activar el electroimán casero, solo debes tocar, con el extremo libre del cable el polo de la pila que ha quedado también libre. Acércalo al clip y éste será atraído por el clavo. Cuando quieras que deje de funcionar, simplemente deja de tocar la pila con el cable.

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Para aprender realmente cómo funciona un interruptor diferencial, es preciso comenzar por el inicio, teniendo claro primeramente qué es.

Qué es un interruptor diferencial

Un interruptor diferencial o también llamado disyuntor, es un sistema de protección automático que se instala en el cuadro principal de cualquier instalación eléctrica, aguas debajo de toda carga conectada y que tiene la función de proteger la instalación de derivaciones a tierra y a las personas de contactos directos o indirectos.

Este interruptor automático, corta automáticamente el suministro eléctrico de la instalación en el momento en que se produce una fuga de intensidad.

Los interruptores diferenciales se clasifican según sus fases (monofásico o trifásico), la diferencia de potencial a la que estarán sometidos (230 V o 400 V), la intensidad máxima que les puede atravesar, su sensibilidad, siendo los más habituales de 30 miliamperios y de 300 miliamperios y según el tiempo necesario para su reacción, que no debería ser inferior a 30 milisegundos.

Los interruptores diferenciales disponen de un botón o “tester”, marcado generalmente con una T. Este botón sirve para comprobar que el funcionamiento del interruptor diferencial o disyuntor es correcto.

En ocasiones, en instalaciones complejas en las que se montan subcuadros bajo el principal, es necesario retardar la velocidad de corte de los interruptores diferenciales del cuadro principal.

Cómo funciona un interruptor diferencial

La base del funcionamiento del interruptor diferencial es sencilla. Simplemente mide la intensidad de corriente que entra en un circuito y la que sale del mismo. Si la medición es la misma, quiere decir que no se pierde por ningún sitio y que la instalación es correcta, pero si la medición es distinta, significa que la intensidad de está perdiendo por algún sitio.

Imaginemos el circuito eléctrico de nuestra vivienda, compuesto por las protecciones principales, un interruptor diferencial, varios enchufes y la iluminación. Cuando se está utilizando alguno de estos aparatos eléctricos, entra en la instalación una intensidad I. Si por cualquier causa, una persona toca la instalación, cierta intensidad de corriente circulará a través de esta persona hasta el suelo, por lo que la medición de la intensidad realizada por el interruptor diferencial a la salida del circuito será la diferencia entre la que entraba y la que va a tierra a través del cuerpo de esa persona. De esta forma, al ser diferente la intensidad de entrada y la de salida, el dispositivo automático abrirá el circuito, cortando el paso de corriente al interior de la instalación y evitando la muerte de esa persona.

Imaginemos el circuito eléctrico de nuestra vivienda, compuesto por las protecciones principales, un interruptor diferencial, varios enchufes y la iluminación. Cuando se está utilizando alguno de estos aparatos eléctricos, entra en la instalación una intensidad I. Si por cualquier causa, una persona toca la instalación, cierta intensidad de corriente circulará a través de esta persona hasta el suelo, por lo que la medición de la intensidad realizada por el interruptor diferencial a la salida del circuito será la diferencia entre la que entraba y la que va a tierra a través del cuerpo de esa persona. De esta forma, al ser diferente la intensidad de entrada y la de salida, el dispositivo automático abrirá el circuito, cortando el paso de corriente al interior de la instalación y evitando la muerte de esa persona.

El ingenio de este dispositivo radica en cómo un interruptor diferencial mide la corriente que entra y sale del circuito para así determinar si entra y sale la misma intensidad. El interruptor diferencial o disyuntor está conectado en el inicio de la instalación y en el final, es decir, al cable de entrada y al de salida. Dispone en estas conexiones de dos bobinas que generan un campo magnético opuesto (la intensidad circula por cada bobina en sentido contrario) junto a un núcleo o armadura que permite, mediante un dispositivo mecánico cortar la alimentación eléctrica accionando ciertos contactos. De esta manera, cuando el campo ejercido por las bobinas sobre el núcleo es diferente, automáticamente el dispositivo mecánico corta la alimentación.

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Qué es un interruptor

Se denomina interruptor a un elemento intercalado en un circuito eléctrico con capacidad para interrumpir la circulación de la corriente eléctrica en el mismo y que éste deje de funcionar. Generalmente se fabrica mediante elementos metálicos, conductores de la corriente sobre los que se actúa manualmente a través de un elemento plástico, no conductor de la corriente para evitar contactos involuntarios (y con ello calambres).

Cómo funciona un interruptor

Representación de un interruptor en un circuito eléctrico.

Desde el punto de vista de la ingeniería, el funcionamiento de un interruptor es muy básico. Como ya sabemos, cualquier circuito eléctrico está compuesto por unos elementos conductores de la electricidad que la llevan hasta ciertos dispositivos eléctricos, como pueden ser condensadores, baterías, actuadores, bombillas, etc.

Cuándo un circuito está abierto (p.e. los cables están cortados en algún punto), la intensidad de corriente que circula es nula, y el aparato no funciona. Si está cerrado funciona.

El funcionamiento del interruptor se basa en abrir el circuito en un determinado punto, cortando el paso de la corriente a través de los conductores.

Las partes fundamentales son los conectores y el actuador. Los conectores, normalmente uno fijo y el otro móvil, son los elementos que abren cierran el circuito eléctrico al estar uno en contacto con el otro en función de su posición. El actuador es el elemento que pulsamos o movemos con el fin de cambiar la posición de los conectores.

Cuando esos dos conectores están en contacto entre sí, la corriente circula a través del circuito. Cunando ambos conectores se han separado por una acción voluntaria (por el hombre o cualquier motor), el circuito queda abierto y por tanto no circula corriente a través de él y la carga (el aparato) deja de funcionar al no suministrarle energía eléctrica.

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