Divulgación y enseñanza de la ciencia

Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)

PK-62-DEC Gotas estroboscópicas

Asesor: JESSICA DANIELA CERVANTES MARTÍNEZ

Autor: María Guadalupe Rangel González

Resumen

El efecto estroboscópico permite visualizar un objeto que está girando, oscilando o que pasa periódicamente; como si estuviera  inmóvil o girando muy lentamente. Reproduce la ilusión del movimiento sobre una secuencia de imágenes correlativas.  Este principio es usado para estudio de objetos en rotación  o vibración, como por ejemplo partes de máquinas. El estroboscopio permite apagar o encender una luz en intervalos, que el sujeto puede regular; es usado en discotecas y en la producción de películas cinematográficas. Un estroboscopio está dotado de una lámpara gaseosa, similar a las empleadas  en los flashes de fotografía, pero en lugar de emitir  un destello envía una serie de destellos  consecutivos y regulados. Si hay un objeto q gira a n revoluciones por minuto y es iluminado por el estroboscópico aparecerá  a la vista como inmóvil. El efecto estroboscópico  también se consigue al voltear una superficie de papel, al observar el móvil a través de ranuras girado en dirección inversa o al reflejar la imagen sobre espejos girando

Pregunta de Investigación

¿Cómo se logra el efecto estroboscópico en el agua?

Planteamiento del Problema

El efecto estroboscópico  nos permite observar y medir fenómenos periódicos que pasan por una región que se observar, logrando efectos ópticos al ojo humano; como el agua que levita.

Antecedentes

  ¿Qué  es un estroboscópio?

Es estroboscopio es un instrumento  que permite estudiar diversos fenómenos periódicos, no es un instrumento de medición elemental. El estudio de este inicio con Joseph Plateau (1801-1883) físico belga cuyas contribuciones fueron el principio de la persistencia de la visión, inventó el fenaquistoscopio precursor del cinematógrafo, hizo investigación sobre capilaridad. Su idea de medir cortos intervalos de tiempo, que se repiten periódicamente usando iluminación intermitente. En lugar de iluminar estroboscópicamente un fenómeno periódico puede también iluminarse éste en forma continua e interrumpir periódicamente la luz  que llega al ojo del observador. 

La construcción de un estroboscopio manual nos permite entender los fenómenos periódicos.

Se fabrica de 1 disco de cartón duro de a 3 a 4 mm de espesor, color negro opaco; el cual debe tener ranuras de 5 cm de largo por 3mm de ancho distribuidas simétricamente en un total de 12 ranuras, distribuidas como un reloj. Lleva un orifico central que permite por medio de este colocar un sujetador que permita la rotación del disco.

Para observar frecuencias bajas, se debería tapar las ranuras simétricamente. Porque el rotar el estroboscopio con velocidad angular constate, las ranuras deben aparecer frente al ojo a intervalos de tiempo iguales. En lugar de iluminar estroboscópicamente un fenómeno periódico puede también iluminarse éste en forma continua e interrumpir periódicamente la luz que llega al ojo del observador. Es lo que pasa al mirar a través de las ranuras de un disco que rota. La frecuencia de los destellos que entran al ojo se le llama frecuencia estroboscópica. 

Que cosas se pueden observar y medir con estroboscopio? Cualquier fenómeno periódico

    1. Cosas que giran: tocadiscos, aspas de ventilador, polea de un motor, hélice de un avión, ruedas de un auto.

    2. Cosas que oscilan: aguja de una maquina, varillas que vibran

    3. Cosas que pasan periódicamente por una región que se observa: los eslabones de una cadena trasportadora, escaleras eléctricas.

Para la demostración del efecto hay que iluminar estroboscopicamente el fenómeno periódico. 

VISIÓN ESTROBOSCÓPICA

Si cerramos un ojo, vemos una imagen plana de cuando nos rodea y no distinguimos claramente la distancia a la que se hallan los objetos.

Por el contrario, si vemos la imagen con ambos ojos obtenemos una perfecta imagen tridimensional

¿Por qué ocurre este fenómeno?

Empecemos por ver un objeto con un ojo y después con el otro: notamos que ambas imágenes son un poco distintas. Como nuestros ojos están separados es natural que así ocurra: nuestro ojo izquierdo percibe detalles que el derecho no capta, y a la inversa.

Cuando estas dos imágenes llegan al cerebro, este registra cuidadosamente los detalles que son diferentes en cada imagen.

¿Qué conclusiones puede sacar el cerebro con estos datos?

1.-Si en una imagen no veo al niño y en la otra sí ,es por que en la primera el árbol me lo tapa

2.-Él árbol esta más cerca de mí  que el  niño ; sólo así puede taparlo. 

Ya con esta información ,el cerebro une ambas imágenes para formar una sola ;en ella nos muestra simultáneamente el árbol y el niño ,ordenando los datos para que uno no se vea más lejos que el otro.

LOS ESTEREOGRAMAS

Son parejas de figuras (dibujos o fotografías) que reproducen un objeto como si fuera visto  por cada ojo de forma separada.

Cuando vemos estas imágenes ,cada una con un ojo y a la distancia correcta, nuestro cerebro las une creando con ellas una solo imagen tridimensional.

Los estereogramas se han utilizado desde tiempos antiguos como entretenimiento (un ejemplo actual es el cine en tercera dimensión) .Hoy se usan también en diversas disciplinas que requieren  reconstruir imágenes en volumen: los arquitectos pueden ver realzada la fachada de un edificio y los cartógrafos pueden distinguir las diferencias del relieve en un paisaje captado por fotografía estereográfica aérea. Los estereogramas también se utilizan para corregir el estrabismo.

 ¿Qué es una lámpara  estroboscópica?

La luz estroboscópica es una fuente luminosa que emite una serie de destellos muy breves en rápida sucesión y se usa para producir exposiciones múltiples de las fases de un movimiento. La lámpara estroboscópica fue inventada por el matemático e inventor austriaco Simon von Stampfer en 1829. 

Cuando la velocidad del objeto en movimiento coincide con la velocidad del destello del estroboscopio, el objeto en movimiento todavía aparece. El aparato le puede dar al usuario la ilusión de “movimiento detenido” cuando en realidad el objeto a observar está moviéndose. Al ajustar la velocidad de destello, el equipo en movimiento parece estar en un estado estático. Con un ligero ajuste, el movimiento se puede ver como un movimiento lento aparente que permite al usuario o al observador estudiar el proceso en acción.

Las luces estroboscópicas  se usaron en década de 1980, se convirtió en un estándar en los clubes nocturnos y se utilizan con frecuencia en las fiestas. Su uso original es para la observación científica, pero ya se han convertido en popular para una variedad de otros usos.

Las luces estroboscópicas son lámparas que emite ráfagas cortas de luz a intervalos establecidos .Ellos parpadean con una luz brillante y son eficaces en condiciones de oscuridad.

Las luces estroboscópicas varían mucho en tamaño y forma. Pueden ser pequeñas, dispositivos personales, o usado como una gran luz de advertencia.

Las luces estroboscópicas pueden alterar la percepción de alguien y parecer que las cosas parezcan extrañas. También pueden causar ataques de epilepsia.

Efecto estroboscópico

Los flashes estrobóscopicos, capaces de emitir miles de destellos por segundo, se usan sobre todo en fotografía científica aunque se han aplicado a otros campos y han logrado obtener magníficas fotografías en el área del deporte.

Este tipo de luz es posible gracias a un objeto denominado estroboscopio el cual permite visualizar un objeto que está girando como si estuviera inmóvil o girando muy lentamente.

Este aparato permite encender y apagar alguna luz, en lapso dado, la cantidad de veces que uno desee.

Usos de la luz estroboscópica

Este dispositivo es muy utilizado en clubes nocturnos, en los aviones y en la producción de películas para dar la sensación de movimientos rápidos. Y ahora en las luces traseras de los autos.

El estroboscopio se utiliza también para verificar velocidad del giro de máquinas y motores de diversas clases, sin necesidad de efectuar acoplamiento eléctrico o mecánico alguno.

Composición de lámpara estroboscópica

Un estroboscopio está compuesto por una lámpara, normalmente de tipo de la descarga gaseosa de xenón, similar a las empleadas en los flashes de fotografía, con la diferencia de que en un lugar de un destello, emite una serie de ellos consecutivos y con una frecuencia regulable.

  Efecto estroboscópico sobre el agua 

Si tenemos un objeto que está girando en N destellos por minuto con el objeto giratorio, éste, al ser iluminado siempre en la misma posición, aparecerá a la vista como inmóvil.

Si la frecuencia de los destellos no coincide correctamente con la del giro, pero se aproxima mucho a ella, veremos el objeto lentamente, adelante o atrás según la frecuencia del destello del estroboscopio sea, respectivamente, inferior o superior a la del giro.

Si se pega en un disco  giratorio varias imágenes correspondientes a distintas fases del movimiento de un objeto y se le ilumina con el estroboscopio de tal forma que se produzca un destello quedando en el plato sin iluminar durante el espacio que media entre una imagen y otra, el resultado será que el objeto  será observado en movimiento.

En este principio denominado efecto estroboscópico, están basadas en las películas de dibujos animados.

 

 

Objetivo

Construir un artefacto  que muestre el efecto de la luz estroboscópica sobre el agua

Justificación

Elegí este tema porque me pareció interesante ver;  como es que el agua se mueve de forma extraña, al deslizarse en sentido contrario a lo que marca la gravedad

Hipótesis

Si iluminamos el agua que pasa periódicamente con la luz estroboscópica a una frecuencia variable, entonces podemos observar que el agua levitar.

Método (materiales y procedimiento)

a.- Visita a la biblioteca

Se llevó a a cabo la visita a la Biblioteca José  Vasconcelos ubicada ubicada en la ciudad de México eje 1 nte. s/n , buenavista, delegación Cuautemoc, c.p. 06350 Ciudad de Mexico, Horario de atención: de lunes a viernes  8:30 19: 30 Teléfono: 55 91 57 28 00 .

b.- Estudio de campo

Visita al museo de la luz

Donde pude definir con claridad que es efecto estroboscópico ya que dentro del museo se encuentra la sala de ilusiones ópticas, donde de una manera didáctica se explica el fenómeno. De igual manera existen talleres donde se construyó un estroboscópico manual para comprender el efecto así como un taumátropo. Ambos nos permiten comprender el efecto ya que es la mezcla de imágenes que  al pasar rápidamente, más rápido que lo que el ojos humano puede definir ocasionando la ilusiones.

c.- Construir un artefacto que muestre la ilusión estroboscópica sobre el agua.

Materiales:

  • Agua
  • Manguera
  • Bomba eléctrica 
  • Contenedor
  • Bocina
  • Aplicación de generador de frecuencia
  • Lámpara estroboscópicarocedimiento:1.- Fijar la manguera a la bomba eléctrica.2.- Colocar la bomba dentro de un garrafón con agua.3.-  Fijar la manguera a la bocina con cinta adhesiva. Y colocar la bocina a una a una altura aproximada de metro y medio de la piso.4.- Colocar el recipientes receptor de agua al final de la manguera.5.- Accionar la bomba para verificar que no haya fuja.6.- Una vez accionada la bomba y el agua pasará periódicamente.7.- Poner en acción el generado de frecuencia de  20 y 24 herzt ocasionara la vibración de la manguera y a su vez el chorro del agua.8.- Iluminar el chorro de agua con la luz estroboscópica.

Galería Método

Resultados

Durante la fase de experimentación, encontramos dificultades para buscar la frecuencia en Hertz del sonido para dar la vibración en manguera que conduce el agua, ya que no se podía montar la ilusión óptica que se planteó, en un inicio, se consiguió establecer la vibración adecuada con el sonido  entre 20 a 35 Hertz, se tuvo que cambiar de lámpara estroboscópica que nos permitiera variar la velocidad de intervalo de la luz, ya que la lámpara estroboscópica con la que contamos, no lo proporcionaba. El efecto no se logró visualizar al ojo humano solo mediante la cámara a 24 fotogramas por segundo. 

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Aprendí que el efecto estroboscópico permite dar una ilusión óptica al ojo humano a  través de una cámara mediante un fenómeno físico, llamado persistencia retiniano. Además de la capacidad del cerebro, de colocar los espacios faltantes tanto de imágenes como de palabras, mediante la conjunción de varias imágenes estáticas dar ilusión de movimiento, mediante la luz estroboscópica, en este caso dando como ilusión óptica los movimientos del agua en sentido contrario a lo que marca la gravedad. Es necesario realizar las variaciones en los herz aplicados para poder percibir  la ilusión óptica deseada.

Bibliografía

http://www.umce.cl/joomlatools-files/docman-files/universidad/revistas/eureka/revistaeureka_04_estroboscopio.pdfhttps://www.pce-iberica.es/manuales/manual-pce-om15-nuevo.pdfhttps://www.academia.edu/36711029/ESTROBOSCOPIO_Y_FRECUENCIAfile:///C:/Users/Mois%C3%A9s/Downloads/Dialnet-ElEstroboscopioARanurasYSuValorDidactico-5165833%20(1).pdfhttps://www.microsiervos.com/archivo/mundoreal/agua-sonido-magia.html

Summary

The strobe effect allows you to view an object that is rotating, oscillating, or passing periodically; as if immobile or spinning very slowly. Reproduces the illusion of movement on a sequence of correlative images. This principle is used for the study of rotating or vibrating objects, such as parts of machines. The stroboscope allows you to turn a light on or off at intervals, which the subject can regulate; It is used in discotheque and in the production of motion pictures. A stroboscope is equipped with a gas lamp, similar to those used in photography flashes, but instead of emitting a flash it sends a series of consecutive and regulated flashes. If there is an object that rotates at n revolutions per minute and is illuminated by the strobe, it will appear as stationary. The strobe effect is also achieved by flipping a paper surface, by looking at the phone through slots rotated in the reverse direction, or by reflecting the image on rotating mirrors.

 

Research Question

How is the strobe effect achieved in water?

Problem approach


The stroboscopic effect allows us to see and measure periodic phenomena that pass through a region to be observed, achieving optical effects for the human eye; like water that levitates

Background

Objective

 

Build an artifact that shows the effect of strobe on water

Justification

Hypothesis

If we illuminate the water that passes periodically with the strobe light at a variable frequency, then we can see that the water levitate

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography