Autores:
Rafael Garcia Molina (rgm@um.es)Irene Pardo Cantos (i.pardocantos@um.es)
Arash Santiago Shamaeli Balanza (as.shamaelibalanza@um.es)
David Sánchez Fuentes (david.sanchez6@um.es)
Clàudia Garcia Abril (claudia989897@gmail.com)
Marina Garcia Abril (marina10_92@hotmail.com)
Departamento de Física - CIOyN, Universidad de Murcia, 30100 Murcia http://bohr.inf.um.es/miembros/rgm
El horno microondas es un dispositivo de uso cotidiano que produce ondas electromagnéticas estacionarias de frecuencia 24250 MHz en su interior; este valor aparece indicado en su parte posterior. Se propone un experimento en el que, aprovechando el carácter estacionario de las ondas, y la frecuencia conocida de las mismas podemos estimar la velocidad de la luz, puesto que se trata de una onda electromagnética.
Para la realización del experimento será necesario retirar el plato giratorio del microondas con tal de poder observar los máximos de intensidad de las ondas y buscar la altura dentro del horno más adecuada para la apreciación de dichos máximos. Regularemos la altura a la que colocaremos la hoja empleando vasos de plástico como soporte. Asimismo, por motivos de seguridad, introduciremos un vaso con agua para evitar el sobrecalentamiento del microondas. Rayaremos una hoja de papel con bolígrafos de tinta borrable, lo cual nos servirá para detectar el patrón de máximos de intensidad de las ondas electromagnéticas estacionarias que se forman en el interor del microondas. Estos bolígrafos funcionan como una tinta borrable por acción del calor (bien sea pro fricción, o por aplicación directa de una fuente de calor).
A continuación, introduciremos la hoja en el microondas y lo pondremos en funcionamiento entre 15-30 segundos (este tiempo depende de la potencia del microondas, que suele utilizarse con su valor al máximo). Transucrrido este tiempo se observará sobre el papel unas regiones donde ha desaparecido la tinta, debido al calor suministrado por el microondas en dichas zonas. Si marcamos el centro de dos regiones contiguas y medimos la distancia entre ambos, obtendremos media longitud de onda, λ/2. La figura 1 muestra esquemáticamente la formación de una onda estacionaria. Tal y como podemos apreciar en la figura 2, las regiones en blanco se corresponden con los máximos de intensidad (o vientres) de la onda electromagnética estacionaria que se ha formado en el interior del microondas.
Así que junto con la frecuencia f del microondas, prodremos calcular la velocidad c de la onda estacionaria según la relación: c = λ · f
En la figura 3 se ha representado esquemáticamente todo el proceso descrito anteriormente.
Como se puede observar, gracias a este sencillo método es posible estimar la velocidad de la luz. El resultado obtenido es razonablemente aceptable, con un error relativo de aproximadamente del 15%.
Hay que tener en cuenta que esta actividad se ha realizado con materiales de uso cotidiano, por lo que sólo se pretende obtener el orden de magnitud de la velocidad c y no un resultado exacto, siendo así esta estimación suficientemente satisfactoria.
¿Qué se pretende demostrar?
Estimar la velocidad de la luz con la ayuda de un horno microondosa, ya que la luz es una onda electromagnética al igual que las producidas en el interior del mismo.
Utilizando un material sensible al calor, como puede ser un bolígrafo de tinta borrable por acción de calor, podemos observar los máximos de intensidad de las ondas estacionarias producidas por el horno, medir la longitud de las ondas electromagnéticas estacionarias que se forman en su interior y, gracias a la sencilla relación física entre la longitud de onda λ (que se mide experimentalmente), la frecuencia f (indicada en la parte posterior del horno microondas) y la velocidad de la luz c, podremos determinar ésta última de forma aproximada.
Dirigido a:
- Gran público
- Secundaria
- Universidad
Materiales necesarios:
- Horno microondas
- Hoja de papel (aproximadamente DIN-A4)
- Bolígrafos de tinta borrable
- Vaso con agua
- Soportes (cartón, vasos de plástico…) para la hoja de papel
Riesgos:
Es posible que el microondas se sobrecaliente durante el experimento, por lo que es necesario introducir el vaso de agua mencionado anteriormente en el interior del mismo y controlar el tiempo de exposición.
Enlaces:
http://bohr.inf.um.es/miembros/rgm/ff/26MedidaC-Microondas.pdf
K. Parker, M. Vollmer, Bad food and good physics: the development of domestic microwave cookery, Physics Education 39 (2004) 82
Para saber más:
S. Kamol, P. Limsuwan, W. Onreabroy, Three-dimensional standing waves in a microwave oven, American Journal of Physics 78 (2010) 492
Observaciones:
El experimento se ha planteado para ser realizado con papel y bolígrafos de tinta borrable por acción del calor, pero también pueden emplearse otros materiales como son plastilina, chocolate, queso, espaguetis crudos, regaliz, etcétera.