VI Carnaval de Física: Experimentos de laboratorio con un LED parpadeante y una cámara de fotos

En cualquier tienda “Todo a 1€” es fácil comprar juguetes con LED que parpadean. Son ideales para, cámara de fotos en mano, realizar experimentos de física espectaculares con nuestros alumnos. Os dejo aquí algunos ejemplos concretos a modo de propuesta. Esta entrada es mi participación en el VI Carnaval de Física, organizado por Gerardo Blanco, Buenos Aires, autor del blog de Astronomía, Últimas Noticias del Cosmos.

La cámara de fotos se monta en un trípode y se ajusta el tiempo de exposición y la apertura en función de la luz ambiente en la habitación (en la foto se colocó a 4 metros de los sujetos y se usó un tiempo de exposición de 2 segundos y una apertura de 5’6). El mejor LED parpadeante es uno que sea muy brillante (en la foto se usó uno azul). Hay que advertir a los alumnos que no deben mirar directamente a la luz con sus ojos. El circuito de control lo podemos extraer de un juguete, comprarlo en forma de kit, o fabricarlo nosotros mismos. Es interesante añadir una resistencia variable (potenciómetro) que permita ajustar la frecuencia del parpadeo, por ejemplo, a 30 Hz. En un laboratorio de física podemos medir la frecuencia de parpadeo de forma bastante exacta utilizando un osciloscopio.

Hay que tener cuidado al dejar caer el objeto para evitar vibraciones indeseadas y que rote durante su caída. Lo mejor es agarrarlo con los dedos pulgar e índice y dejarlo caer con cuidado (hay que practicar un poco para obtener un resultado óptimo). En el suelo hay que poner algo blando que amortigue la caída.

El análisis de los datos se realiza con un ordenador y un programa de dibujo (incluso Paint de Windows es suficiente). Se determina la posición del primer (y último) pixel de cada segmento de luz y se plotea en función del tiempo. El resultado es de gran presición, como muestra la figura de la izquierda y permite tras un ajuste a una parábola determinar con buena precisión la aceleración de la gravedad así como la velocidad durante la trayectoria.

Más detalles en T. Terzella, J. Sundermier, J. Sinacore, C. Owen, H. Takai, “Measurement of g Using a Flashing LED,” The Physics Teacher 46: 395-397, October 2008. Por supuesto, el experimento permite medir la resistencia del aire a la caída si le echamos un poco de imaginación y alguno de nuestros alumnos es aficionado a la marquetería.

El número de experimentos que se pueden realizar en un laboratorio de física, tanto de primer curso de universidad como en bachillerato, utilizando esta idea está limitado sólo por la imaginación y por la motivación del profesor y sus alumnos. En el artículo Stephen E. Kanim and Keron Subero, “Introductory labs on the vector nature of force and acceleration,” American Journal of Physics 78: 461-466, May 2010, tenéis unos cuantos más ejemplos, como los que os muestro más abajo. 

Otro experimento interesante con diodos LED nos lo cuentan Andrew Taylor, Mary Fehrs, “The dynamics of an eccentrically loaded hoop,” American Journal of Physics 78: 496-498, May 2010. Un cilindro con uno o varios LED (sirven apuntadores) permite fotografiar el movimiento de curvas muy interesantes. Para primeros cursos de física en la universidad, el movimiento de caída del cilindro en un plano inclinado cuando se introduce un contrapeso (una barrita de acero o similar) es también muy interesante pues el análisis físico-matemático por parte de los alumnos. Más información sobre este análisis en Willem F. D. Theron, “Analysis of the Rolling Motion of Loaded Hoops,” Ph. D. Thesis, Supervised by M. F. Maritz, University of Stellenbosch, South Africa, March 2008.



5 Comentarios

  1. Otra construcción interesante podría ser un estroboscopio e igualmente una cámara con una larga exposición. Sabiendo el tiempo que la luz del estroboscopio se mantiene durante cada iluminación/apagado, podemos ver en la foto el rastro y la velocidad de los objetos en movimiento. Un estroboscopio es fácil de construir y depende sobre todo del motor que gira el obturador, que podría ser de velocidad variable. En los viejos laboratorios de física de los colegios se tienen estroboscopios para observar, sobre todo las ondas en el agua, etc. Pero con la ayuda de una cámara fotográfica se gana la posibilidad de medir tiempos, velocidades y posiciones.

    1. Gracias, Juan, tienes razón. En estos tiempos modernos que corren queda más “guay” usar los modernos LED de alta potencia que los estroboscopios de toda la vida.

  2. Hola..!!!!!
    Me parece muy interesante tu trabajo..=)

    Estoy pensando en hacer un Hula Hoop de LED (es de esos aros grandes que se usan para jugar), entonces mi duda es…. ¿Creen q no haya ningun problema con los circuitos?
    osea si aguantaran los giros ?

    de antemano mil grax..=)

Deja un comentario

Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 19 abril, 2010
Categoría(s): ✓ Docencia • Física • General • Óptica • Physics • Science
Etiqueta(s): ,