Se cubren cuatro temas: dos de ellos sobre las interacciones gravitacional y electromagnética antes y después de Einstein; los otros dos sobre la estructura de la materia en los niveles de átomos y de núcleos y partículas elementales.

Gravitación de Newton a Einstein

Se ilustran métodos y resultados de las investigaciones de Galileo sobre la caída de cuerpos y el movimiento del péndulo en la tierra. Se discute la formulación de las leyes de Kepler del movimiento planetario. Con base en estos trabajos Newton formuló la ley de gravitación universal, mostrando su validez en la tierra como en el cielo a través de las conexiones entre las caídas de la manzana y la luna, las mediciones de las masas de la tierra y el sol, y las características de las órbitas de satélites, incluyendo satélites geoestacionarios y el sistema de posicionamiento global. Se ilustran las bases y consecuencias de la teoría general de la relatividad de Einstein, destacando las diferencias con la Teoría de Newton.

Electricidad, Magnetismo y Óptica de Maxwell a Einstein

Se describen la ley de Coulomb de la electrostática, la ley de Oersted-Ampère del electromagnetismo, la no existencia de cargas magnéticas, y la ley de inducción magnetoeléctrica de Faraday. Estas leyes fueron extendidas e incorporadas por Maxwell en su teoría dinámica del campo electromagnético. Su predicción de la existencia de radiación electromagnética, que se propaga como ondas transversales y contiene energía y cantidad de movimiento, fue confirmada experimentalmente por Hertz. El espectro de radiaciones electromagnéticas con frecuencias crecientes incluye radio, microondas, infrarroja, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos g . Se ilustran los puntos de vista de Einstein en sus trabajos de 1905 “Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”, y “Sobre un punto de vista heurístico concerniente a la producción y transformación de la luz” en que desarrolló la teoría de la relatividad especial y propuso la hipótesis cuántica de la luz, respectivamente. Se subrayan las diferencias entre los puntos de vista de Maxwell y Einstein sobre la propagación de la luz y sus propiedades dinámicas.

Atomos de Avogadro a Bohr

Se presentan las formulaciones de Gay-Lussac y de Dalton de la ley de proporciones en las combinaciones químicas, en términos de volúmenes y de masas, respectivamente. Avogadro propuso su hipótesis atómica para conciliar esas dos formulaciones, reconociendo la naturaleza cuántica de la materia en que el átomo y la molécula son las unidades de los elementos y compuestos químicos, respectivamente. El átomo-gramo y la molécula-gramo, o mol, es la unidad macroscópica de materia, y el número de Avogadro cuenta el número de átomos ó moléculas por mol. Faraday realizó experimentos y formuló las leyes de la electrólisis, anticipando la cuantización de la carga eléctrica. Fraunhoffer, Bunsen y Kirchhoff descubrieron que cada elemento químico emite y absorbe luces de colores bien definidos que constituyen su espectro discreto característico y sirven como huella para su identificación. Se discuten las ideas de Bohr para explicar la estructura y los espectros de los átomos, empezando con el de hidrógeno y extendiéndose a los otros elementos de la tabla periódica.

Núcleos Atómicos y Partículas Elementales

Se introduce la radioactividad natural como el primer fenómeno nuclear que se conoció y que condujo al descubrimiento del núcleo atómico por Rutherford. También se discuten reacciones nucleares que llevaron al descubrimiento de nuevas especies nucleares, a la identificación de las propiedades de los núcleos, y al descubrimiento del neutrón como componente del núcleo junto con el protón. Las propiedades de los núcleos han hecho posible diversas aplicaciones. Su vida media permite estimaciones del tiempo de existencia de la tierra y de fósiles; la energía que almacenan se libera en reacciones de fusión para calentar el sol y las estrellas y en reacciones de fusión para generar electricidad en la tierra. Las partículas elementales se han descubierto en la detección de rayos cósmicos, en reacciones nucleares y en reacciones entre las partículas mismas en aceleradores de altas energías. El modelo estandar proporciona una clasificación de esas partículas en base a sus propiedades de masa, momento angular y su participación en las llamadas interacciones fuerte y débil.

Material de Apoyo al Curso:

¿CEs imposible escapar de los remolinos. Están en todas partes:
lo mismo al agitar una taza de café que alrededor de un avión en movimiento. Son remolinos tanto el pequeño torbellino que arrastra hojas secas en una tarde de otoño como la gigantesca tormenta que ha existido en la atmósfera de Júpiter por más de 300 años y que nosotros llamamos "la gran mancha roja".

Iniciaremos esta práctica con una presentación en la que hablaremos de las propiedades de los remolinos y su relevancia en la ciencia, la tecnología y el medio ambiente. Luego jugaremos con algunos remolinos, como el célebre remolino de la taza de té, la dona de humo y un tornado en miniatura.

¿Cuál es el océano más salino? ¿Dónde se encuentran las áreas marinas más productivas biológicamente? ¿Existen "desiertos" en el mar? ¿En dónde se forman las aguas profundas? ¿Dónde están las aguas más calientes? En esta práctica vamos a encontrar las respuestas y explicaciones a estas y otras preguntas observando al mar desde la computadora. Estudiaremos la distribución horizontal y vertical de la temperatura, salinidad, oxígeno, y nutrientes en los océanos de nuestro planeta, y discutiremos los fenómenos físicos, químicos y biológicos que la determinan. Para ello utilizaremos un programa de visualización de datos recolectados por buques oceanográficos, el cuál podrás llevar contigo para seguir explorando al mar desde tu casa o escuela.

Al descomponer la luz emitida o reflejada por un objeto en sus colores, obtenemos su espectro electromagnético. El análisis de estos colores nos permite obtener información sobre la composición, temperatura, e incluso movimiento del objeto emisor. En esta práctica obtendremos y mediremos el espectro de transmisión, reflexión y emisión de varios objetos usando las técnicas de la espectroscopía de campo. Los objetos que usaremos son hojas de papel, piel, vidrios blancos y de colores. También ivestigaremos el espectro producido por la llama de un soplete de butano y de sustancias como la sal de mesa al ser sometidas al calor de una llama.

La holografía es una técnica parecida a la fotografía, pero que permite grabar la información tridimensional de los objetos. Después de una breve introducción a los principios de la holografía, los estudiantes grabarán varios hologramas. Con esto, se ilustrarán algunos principios básicos de fenómenos ondulatorios, como la interferencia y la difracción.

El trióxido de tungsteno tiene una estructura que consiste de octaedros de WO6 unidos en sus esquinas. Podría considerarse que tiene la estructura perovskita del CaTiO3 con todos los sitios de calcio (en el centro de la celda) vacantes. Cuando un átomo se inserta en el centro de la estructura WO3, la estructura es llamada bronce de tungsteno. Estos compuestos tienen la fórmula MxWO3, donde M usualmente es K o Na y 0<x<1. El color del compuesto es controlado por la estequiometría: así Na0.9WO3 es amarillo, mientras que Na0.3WO3 es azul obscuro. Los colores intensos de estos sólidos han dado lugar a su uso como pigmentos.
En este práctica prepararemos los compuestos HxWO3.

Se discutirá a manera de introducción la importancia de poder determinar la localización de los eventos sísmicos. En esta práctica se usarán métodos sencillos, basados en tiempos de recorrido de ondas primarias para determinar coordenadas hipocentrales y tiempo de origen de eventos sísmicos. También se discutirán algunos aspectos básicos de la interpretación de sismogramas y del uso de curvas de tiempo de viaje.

Objetivo: Observar la diversidad y abundancia de organismos microscópicos en ecosistemas terrestres y marinos.

Procedimiento:

Platica informativa sobre el papel de los microorganismos en los ecosistemas (20 min)

Toma de muestras: Se tomaran muestras de tierra, agua de mar y de saliva humana (30 min)

Cultivo: Se elaboraran medios de cultivo para cada tipo de muestra y se inocularan con las muestras procesadas, se incubaran por 24 horas a 37ºC. Se contaran el numero de colonias y se distinguirán entre bacterias y hongos. (1 hora)

Observación directa: Se tomara una alícuota de cada muestra y se teñirá con DAPI (colorante para ADN y ARN) y se observara al microscopio de epifluorescencia para ver la variedad y concentración de organismos. (1 hora)

Elaboración de reporte.

La materia está formada por átomos que son como pequeños bloques con los que están construidas todas las cosas. Sin embargo, la mayoría de átomos no se encuentran solos, sino que por medio de enlaces químicos se unen a otros átomos para formar moléculas.

Para estudiar estos procesos debemos hacer uso de la física cuántica, la cual nos enseña las leyes que rigen el comportamiento de la materia a escalas muy pequeñas y que son diferentes a las que conocemos y que obedecen los objetos macroscópicos.

En esta práctica, haremos simulaciones computacionales para estudiar átomos y moléculas. Usando poderosos programas que aplican las leyes de la física cuántica, estudiaremos cómo dos átomos de hidrógeno se unen por medio de enlaces covalentes para formar una molécula de hidrógeno H 2 . Calcularemos su distancia interatómica y la compararemos con resultados experimentales. También estudiaremos algunas de sus propiedades electrónicas y dinámicas.