sábado, 23 de noviembre de 2013

Lanzamiento del globo experimental (segunda parte, éxitos y fracasos)

Finalmente el día 2 de Noviembre a las 11h30 pudimos efectuar el lanzamiento de nuestro globo, el día se presento bastante limpio de nubes y con algo de viento desde el sur. El horario y día de la semana (sábado) fue elegido siguiendo las recomendaciones de gente del ANAC ya que ese día hay menor cantidad de vuelos,  además para estar bien seguros de no interferir con el tráfico aéreo se usó una página en internet que muestra todas las aeronaves en vuelo http://es.flightaware.com/live/airport/SAEZ

vueloslinea

La carga total del globo se redujo al máximo, usando un único celular para filmar y como gps, en principio pensamos usar dos, pero luego de verificar que la batería soportaba una hora y media de filmación y el GPS funcionando durante varias horas más, optamos por solo un teléfono móvil, un Nokia 500 donado por la Cooperativa Eléctrica de Villa Huidobro, estos celulares tienen sistema operativo Symbian y la aplicación elegida para el seguimiento fue Phonelocator, esta aplicación envía con la frecuencia a la que se le programe desde el celu, coordenadas a un servidor y desde cualquier PC puede verse la posición del mismo. (Hay que suscribirse y es gratis)

phonelocator

Aspecto de la pantalla que muestra el servidor de Phonelocator, editada para marcar el lugar de lanzamiento y lugar de recuperación.


La aplicación también permite que en el caso que alguien con malas intenciones de devolver encontrara el celular y le cambiara el chip, el celular envía un sms a otro móvil que se establece desde el servidor, informando el nuevo número telefónico que tiene el equipo. También tiene una función (que no logramos hacer funcionar), por la que enviando un sms al celu desde otro móvil con la palabra “update” este devolvería un sms con las coordenadas, será motivo de investigar un poco más.

Se agregó un experimento biológico, en unos frascos plásticos se enviaron cucarachas y arañas, este experimento lamentablemente no lo pudimos evaluar por lo que comentaré mas adelante.

Inmediatamente debajo el globo va un paracaídas gentileza de AMSAT Argentina, que es de la misma marca de la sonda meteorológica Vaisala, obviamente mis chicos lo decoraron para agradecer a los comercios e instituciones que colaboraron con nosotros.

paracaidas

El paracaídas decorado


La “cabina” donde iba alojado el celular y los frascos con los insectos es de telgopor forrado con un un aislante térmico para techos que trae un aluminio reflectante en una de sus caras.

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Aspecto de la cabina, el agujero cuadrado coincide con la lente de la cámara del teléfono


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Por si no funcionaban los GPS, la nota que llevaba pegada.


Por último la sonda Vaisala que ya describí en otra entrada.

Galería de imágenes del lanzamiento gentileza de Silvia Suarez, una docente compañera

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Sala de telemetría


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Inflando el globo con helio


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Para un docente vivir el entusiasmo de los chicos es impagable


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Quinto “A” 2013  IPEMyA  188 Dr Antonio Perez


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Equipo en pleno


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Y sube!!!


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Adrenalina al máximo!


Video del lanzamiento gentileza de Sur TV cable Villa Huidobro







Fotos recuperadas del video que filmó el teléfono

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Los fracasos y los éxitos


Haciendo un balance y una reseña de los resultados, lamentablemente el globo no alcanzó la estratósfera, mas o menos a los 7000 metros aparentemente se fisuró  y comenzó a perder helio por lo que comenzó a descender, esto aparentemente se produjo por una prueba que hicimos tres días antes del lanzamiento, para verificar que el globo no estuviera pinchado lo inflamos con aire de un compresor y lo dejamos inflado hasta el día del lanzamiento, en efecto el globo no perdía pero la contextura del látex cambió, igual que un globo de cumpleaños, una vez que se infla y luego se desinfla ya no es el mismo, eso pasó con nuestro globo que quedó debilitado y al parecer con el aumento de tamaño por la baja de presión terminó rompiéndose. Si bien no se llegó a la estratósfera varias cosas salieron bien, el lanzamiento fue todo un éxito y el entusiasmo de los chicos y el público no se vio defraudado, la filmación del globo salió bien pensamos que sería conveniente agregar un filtro solar porque se ve un poco saturada de blancos, pero filmó el tiempo programado, también pudimos hacer el seguimiento con ambos GPS, el del teléfono y el de la sonda Vaisala, a la que pudimos escuchar y decodificar un buen rato con los programas Sondemonitor, eso nos dejó algunos datos con los que calculamos la altura alcanzada. El experimento biológico no pudo ser y la recuperación del globo fué recién después de 3 días ya que por falta de experiencia el mismo día fuimos hasta las coordenadas del último registro del GPS y como el globo aún tenía helio había seguido algunos metros mas y pifiamos el lote a revisar, asi que recien a la noche nos dimos cuenta del error y llevamos un mapa a la policía local que con una gran predisposición siguieron la línea de vuelo y recuperaron el globo a 1500 metros del sitio que indicaba el último registro.







Video gentileza de Sur TV Cable Villa Huidobro. Recuperación del globo.


Desde el punto de vista educativo, no se puede negar que fue una experiencia muy innovadora y que alienta a repetir, de hecho que a mi me sorprendió enormemente que los chicos no quisieran sortear uno de los celulares (que eran un premio al empeño en el proyecto) para realizar un nuevo lanzamiento el año próximo.

Repetiremos….

jueves, 24 de octubre de 2013

Poderoso generador de Van Der Graaff con materiales de andar por casa

 

Si un profe de física quiere entusiasmar a sus alumnos el Van Der Graaff es ideal, la cara de los chicos jugando con esta máquina es indescriptible.

Con mis alumnos del Instituto Los Sagrados Corazones de quinto año nos propusimos armar un VDG de proporciones para hacer un proyecto que pronto comentaré y que me pareció muy original y motivador.

Construcción del Van Der Graaff

La esfera

La potencia de un Van der Graaff esta dada en gran medida por el ancho de la banda de fricción y por el tamaño de la esfera, para este modelo usamos una bombona de gas freón, el que se usa para las heladeras y splits, el tamaño es de unos 40 cm por 30 cm de diámetro, su formato es bastante apropiado no tiene puntas y la soldadura central es bastante pareja, aunque seguro habrá que pulir alguna gotita de metal que sobresale.

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Uno de los chicos con removedor quitó la pintura verde y la manija superior además pulió la garrafa.

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Con una amoladora se hizo la entrada de la columna, que no es mas que un tubo de PVC de 10 cm de diámetro. Debe hacerse un agujero bastante holgado porque para matar el borde filoso le soldaremos un caño de cobre con estaño.

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La garrafa presenta una especie de válvula de seguridad que habrá que rellenar luego con poxipol para evitar bordes afilados por donde escapen las cargas.

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Como dije para matar el borde se corta longitudinalmente un caño de cobre y en el corte se encaja el borde afilado, luego se suelda con estaño

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Detalle

Los rodillos

Ambos deben ser de materiales preferiblemente opuestos en la tabla triboeléctrica, se han usado teflón para el inferior y aluminio para el superior, en este caso el VDG será de cargas positivas

Siempre para que la correa no ande “bailando” es conveniente tornearlo en forma de barril. El rodillo inferior va solidario con una polea que va a un motor de licuadora.

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El rodillo de teflón, esta presentado en unos soportes con bujes de bronce, luego se cambiaron por bujes de teflón como se ve en la siguiente imagen

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Para estirar la correa se montó el rodillo en un tablero de fibrafacil que tiene bisagras del lado opuesto al de la foto y permite con la mariposa subir y bajar el conjunto.

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El detalle del rodillo inferior y el peine. La correa que lo hace girar es una correa dentada de una impresora de matriz de punto, se corta y se hace un empalme dejándola a la medida y usando cianoacrilato (La gotita).

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El rodillo de aluminio

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El rodillo superior de aluminio montado en unas horquillas donde gira libremente, esas horquillas también pueden subirse o bajarse en caso de estiramiento de la banda. El peine superior e inferior están hechos de chapa de cobre y clavos, soldadas las cabezas de los mismos con estaño. Para sostener la esfera una U de caño de cobre.

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La U y el peine superior

El motor

Como ya comenté es un robusto motor de licuadora a carbones controlado con un dimmer, ya que levanta muchísimas vueltas.

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Circuito del dimmer

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El motor esta montado en otro trozo de madera con correderas para poder ajustar la correa dentada. En la imagen pueden verse las bisagras que mencioné antes para ajustar la banda de fricción.

La banda de fricción

Esta hecha de foami, gomaeva como se la conoce en argentina, si bien no es muy fuerte dura bastante tiempo, el problema mas grande es que se desgasta en los bordes y ensucia de partículas que se pegan en el interior del caño que hace de soporte, otro problema es que al ser medio esponjosa retiene bastante la humedad. La banda de este VDG es de dos colores, no alcanzó una sola plancha de foami, se pega muy bien con cianoacrilato. Las uniones van en chanfle. El ancho es de 8 cm

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El soporte

La columna esta construida con caño PVC de 10 cm de diámetro y 120 cm de alto, en la parte superior se le acondiciona una tapa ciega que se corta para soportar el rodillo superior que debe estar bien aislado de la esfera y el peine.

La parte inferior tiene un accesorio de PVC donde encaja el tubo y se mantiene firme. Este accesorio va atornillado en una madera que esta a unos 20 cm sobre la madera que tiene el motor y el rodillo inferior.

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Las pruebas

En este mismo blog estan las diez pruebas con el Van Der Graaff que escribí en su día.

http://anajesusa.wordpress.com/2006/10/22/diez-experimentos-con-el-van-der-graaff/

Estas son unas fotos y unos videos de mis alumnas con los pelos de punta

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Tengo que reconocer que algunas no se ven muy distinto al aspecto que presentan a las 7h30 cuando entran al cole :)

 

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Todo un show estas niñas





 





sábado, 21 de septiembre de 2013

Ciclotrón didáctico (de macropartículas)

El ciclotrón es un acelerador de partículas que presenta la ventaja de conseguir buenas aceleraciones sin la necesidad de altas tensiones, se trata de dos semicírculos huecos enfrentados de sus partes planas, estos semicírculos se les llama Ds, perpendicular a estas hay un campo magnético uniforme.

Ambas D, están conectadas a un generador de radiofrecuencia (una corriente alternada) de modo que la partícula cargada que se encuentre ambas D será atraída en un momento hacia la D que tenga polaridad opuesta y hacia allí se acelerará, a su vez el campo magnético hará que su trayectoria se curve, como la corriente que alimenta es alterna (radiofrecuencia) en el momento que la partícula quede dentro de la D ésta cambiará su polaridad y así la partícula se verá repelida a la vez que es atraída por la otra, siempre girando en forma de espiral debido al campo magnético, así se repite el ciclo hasta que por el tamaño físico del ciclotrón la partícula sale por un canal acelerada (no esta dibujado en el diagrama adjunto), cuantos mas giros consiga hacerle dar a la partícula mayor será la aceleración alcanzada.

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http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cyclotron_patent.png


Hacer un ciclotrón no es sencillo se deben manejar unos electroimanes muy potentes y no esta al alcance de un laboratorio de aficionado, aunque algunos lo han conseguido.

Como forma demostrativa  de este dispositivo que les presento este arreglo que servirá muy bien.

Necesitaremos una tulipa de iluminación o una ensaladera plástica con esta forma

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IMG_0123 Nótese que las tiras de aluminio están unidas en forma alternada, quedará una positiva seguida de una negativa, las que no llegan al centro están unidas por afuera


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Como fuente de alta tensión puede usarse un Van Der Graaff , una fuente hecha con un flyback o una máquina de Winshurst.

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El dispositivo armado, conectado a la fuente de alta tensión


La partícula a utilizar será una pelota de ping pong pintada con tinta china para hacerla conductora. Las cintas son de foil de aluminio de tipo usado para horno de cocina, van pegadas a la tulipa con cemento de contacto.

Antes de poner en marcha el dispositivo, conviene colocar en el centro (en el cruce de las dos cintas) un cilindro aislante, en este caso usé un acople rápido de manguera de jardín, pero puede usarse un tubo de pvc o un frasco plástico cualquiera.

IMG_0125 La pelota de ping pong debe estar pintada con tinta china, de otro modo no funcionará, también puede verse el cilindro aislante que ayudará a que arranque en forma inmediata


Cuando le demos la tensión inmediatamente la pelota comenzará a girar cada vez con mayor aceleración, (tratar de no darle mucha tensión para que no salten arcos entre las cintas).

Si bien el funcionamiento se basa en atracción y repulsión de la partícula cargada y el giro no lo da un campo magnético sino la misma forma del recipiente, es muy demostrativo de lo que ocurre en el ciclotrón.






sábado, 7 de septiembre de 2013

Mis alumnos lanzaran un globo a la estratosfera

A principios de año, en unas experiencias con cohetes de agua en mi asignatura (física), algunos de los chicos modificaron uno de estos cohetes para llevar a bordo un celular para que filmara el vuelo, después de ver el video se desató la locura y quisieron “volar mas alto”, y el profe César se dijo: “aprovecha gaviota, que no te veras en otra”, no es fácil entusiasmar alumnos :) . Así empezamos a masticar la idea de mandar un globo estratosférico.

Son alumnos de 5to año del IPEMyA 188 Dr Antonio Pérez de Villa Huidobro en la provincia de Córdoba.

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El globo de látex, que debe ser del tipo meteorológico ya que en el transcurso del vuelo sufrirá grandes cambios de temperatura y volumen, la tropopausa, que es el límite entre la tropósfera y la estratósfera, es extremadamente fría, pueden alcanzarse los -75 °C y si no fuera de calidad el látex se podría endurecer y ponerse quebradizo, ésta es la parte del vuelo mas crítica donde suelen romperse los globos, esperemos éste no sea el caso.


Para esta altura del año ya tenemos casi todo, el globo de 300 grs y la carga útil que serán dos celulares nuevos Nokia 500, que nos donó la cooperativa eléctrica de Villa Huidobro, con cámara de 5Mp, uno irá filmando y el otro mantendrá activo un gps con un sistema de trackeo para el recupero luego del vuelo, también por gentileza de AMSAT Argentina y en especial de Ignacio Mazzitelli, que nos ha mandado de regalo una sonda meteorológica marca Vaisala con su paracaídas,  esta sonda en tiempo real nos dará información de temperatura, presión, altitud, humedad y a su vez coordenadas de ubicación ya que también cuenta con un gps .

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Estos globos ascienden hasta la estratosfera, que es una capa de la atmósfera que esta entre los 12 y 50 Km de altura, allí la presión atmosférica disminuye tanto que el globo se dilata a varias veces el tamaño que tenía en la superficie, hasta que el látex cede y explota, inmediatamente debajo del globo va un pequeño paracaídas que al dejar de ser jalado se despliega y va a amortiguar la caída de la carga útil.

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http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/1ESO/atmosfera/contenidos3.htm


El globo, para que ascienda, debe ser inflado con un gas mas liviano que el aire, puede llenarse con hidrógeno o con helio, el hidrógeno es mas económico, pero resulta muy peligroso porque es explosivo y en un proyecto como este no es opción, así que usaremos helio, un gas inerte con el que se suelen inflar globos de cumpleaños, tenemos dos garrafas descartables donadas por el Centro de Ganaderos de Villa Huidobro que hacen un volumen total de unos 0,85 m3.

La fecha estimativa de lanzamiento es el 4 de octubre de 2013 a las 10h00, hora argentina, si las condiciones atmosféricas así lo permiten y si el ANAC (Administración Nacional de Aviación Civil, la entidad que autoriza el uso del espacio aéreo) nos da el permiso correspondiente, que esta siendo gestionado, no se pueden hacer estos experimentos sin esta documentación ya que el globo va a atravesar dos veces la altitud de las rutas aéreas y podría causar algún problema a alguna aeronave que eventualmente pasara en ese momento.

Según algunas predicciones que hemos hecho usando un predictor de la Universidad de Cambridge, http://www.cusf.co.uk/, desde Villa Huidobro el globo se desplazaría con rumbo ESTE hasta unos 220 Km con un tiempo de vuelo de 2h35, hasta una zona cercana a la ciudad de Venado Tuerto en la provincia de Santa Fe. Esto es estimativo y solo ilustrativo de este documento, la predicción debe hacerse un rato antes del lanzamiento.

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Este tipo de proyectos muchas veces excede la planificación curricular de la asignatura, tengo que agradecer la apertura y apoyo de las autoridades directivas que siempre me alientan, personalmente creo que si bien es importante terminar una planificación, es muy importante también aprovechar cuando se encuentra interés espontáneo por algún tema, estimular al alumno aunque se escape de la currícula, en este proyecto han (y he) aprendido sobre capas atmosféricas, vientos en las capas superiores, temperaturas a distintas altitudes, efectos de la presión atmosférica en gases encerrados en el globo, velocidades de ascenso y descenso, calculo de las mismas, decodificación de señales digitales, trackeo con gps, manejo de software variados, uso de editores de video y aún otras cosas que se me escapan ahora.

Algunos detalles:

Sobre la radiosonda Vaisala

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La radiosonda alimentada por una fuente externa para pruebas, cuando sea lanzada irá con dos baterías de celular en serie, la batería que trae la sonda es algo pesada.


Este dispositivo nos va a proporcionar en tiempo real, datos de temperatura, humedad, presión y altitud, a su vez tiene también un gps incorporado que nos dirá en que lugar esta el globo, dato muy importante para terminar bien este proyecto y recuperar la carga útil. Todos estos datos los emite la propia sonda en un formato digital en una señal que podrá recibirse desde la “sala de telemetría” en 402,7 Mhz (UHF), esto se hace con un receptor para esta frecuencia que a su vez esta conectado a un ordenador que con un programa llamado sondemonitor que decodificará ese sonido que se recibe.

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En la imagen se ve la antena de 10 elementos que se usará para recibir la señal de la radiosonda, va montada en el trípode de un telescopio.


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Alito dejá es perro! :)


El receptor es un TM733 de Kenwood, pero puede usarse un dongle (receptor SDR) que cuesta apenas unos 10 U$A con buenos resultados.

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El frente del receptor, la señal a fondo de escala.


Cualquier persona que tenga un receptor en esta frecuencia podrá recibir la señal de la sonda e incluso decodificarla con el programa mencionado aunque se encuentre a muchos kilómetros de distancia.

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El soft sondemonitor muestra a la izquierda, una ventana con los datos de presión altitud, temperatura y humedad, en esta imagen los datos del gps están en cero porque no estaba agregado en el programa el archivo “almanaque” que puede descargarse de internet. En la ventana grande están las curvas de presión temperatura y humedad


Un video de los chicos explicando con sus palabras la aventura










Continuará…