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Estudiantes de Coyhaique ganan torneo nacional de Física coorganizado por nuestro Plantel

Estudiantes de Coyhaique ganan torneo nacional de Física coorganizado por nuestro Plantel

Aunque el Instituto Nacional opuso una dura resistencia, el equipo del Colegio Alianza Austral de Coyhaique demostró preparación y logró llevarse el primer lugar del Tercer Torneo Chileno de Físicos Jóvenes 2018 que organizó el Departamento de Física de la Universidad de Santiago en conjunto con la Facultad de Ciencia de la Universidad de Chile y la Facultad de Educación de la Universidad Católica.

A la final, que se disputó el domingo 27 de mayo, también llegó el Liceo 1 Javiera Carrera. En el Auditorio del Departamento de Matemática y Ciencia de la Computación de nuestro Plantel, los tres equipos debieron escoger uno de los desafíos que se le presentaron y exponer ante sus contendores la manera en que intentaron solucionarlo. A su vez, tuvieron que cuestionar y evaluar los procedimientos del resto.

Aplicación de la Física, con claridad para exponer conclusiones válidas y entregando respuestas correctas fueron algunos de los criterios con que los jueces evaluaron el desempeño de los finalistas, que llegaron a la jornada final luego de un largo proceso, que comenzó el año pasado con la participación de 27 equipos en distintos talleres. De estos, solo uno no pertenecía a la Región Metropolitana: el Colegio Alianza Austral.

“Rompimos la burbuja de la Región y demostramos que no somos menos”, sostuvo Florencia Baeza, integrante del equipo ganador. La estudiante de cuarto medio señaló que estuvieron preparando la competencia desde marzo con sus cinco compañeros, y que se juntaban tres veces a  la semana durante dos horas. “Nos perdimos de juntarnos con los amigos solo por ir a estas actividades”, señaló para graficar el empeño que le dedicaron a la competencia.

El equipo, que vino a Santiago solo para participar del torneo, también lo conformaban Víctor Fernández (4º medio), Vicente González (3º medio), Vicente Navarro (3º medio), Guillermo Staudt (2º medio) y el profesor de Física del establecimiento de la región de Aysén, Paul Palma. El docente reconoció sentirse preocupado, pero orgulloso durante la final. “Mi principal consejo fue que fueran perseverantes y fieles consigo mismos, para que cada dificultad la vieran como una oportunidad”, señaló.

La académica del Departamento de Física de la Universidad y una de las encargadas de la organización, Dra. Silvia Tecpan, indicó que esperan que más colegios de regiones participen en una próxima versión de la competencia. Además, señala que otro de los desafíos pendientes es poder enviar a los ganadores del evento que se realiza en Chile a la instancia que se desarrolla a nivel internacional, donde compiten más de 50 países.

Organización

El jurado bielorruso Andrei Klishin, quien ha colaborado con la organización de este torneo desde que llegó al país en 2015, destacó que sea esta la primera versión organizada exclusivamente por chilenos. “El logro más grande de los organizadores en Chile es establecer una comunicación fluida entre escolares y la Universidad”, sostuvo.

Por su parte, la Dra. Tecpan destacó la perseverancia y profundidad con que los escolares abordaron las actividades, pese a contar con recursos restringidos para realizar sus experimentos. “Es la primera vez que nuestra Universidad es anfitriona y es un orgullo que estos jóvenes hayan venido y participado. Esta instancia contribuye de manera valiosa a la enseñanza de la Física y de la ciencia”, resaltó.

Finalmente, la académica del Departamento de Física y también encargada de la organización del torneo, Dra. Marina Stepanova, consideró que la competencia se desarrolló de excelente manera, pero reconoció que aún hay desafíos pendientes para optimizar la preparación de los estudiantes. Por ejemplo, que utilicen más fórmulas, relacionen más variables y mejoren sus técnicas de experimentación. “La Física es una ciencia exacta, por lo que no es suficiente solo ver, sino que hay que cuantificar”, enfatizó.

Taller tecnológico de Ciencias Experimentales impulsa enseñanza didáctica de la ciencia en los colegios

Taller tecnológico de Ciencias Experimentales impulsa enseñanza didáctica de la ciencia en los colegios

Con el interés de incrementar las posibilidades de que la pyme Celestron –asociada a este proyecto- tenga éxito en el mercado nacional e impulsar a su vez la enseñanza didáctica de la ciencia en los colegios mediante el uso de novedosos dispositivos móviles y herramientas TIC, la Dra. Silvia Tecpan, académica del Departamento de Física de la Facultad de Ciencia, dirige un ciclo de talleres tecnológicos de Ciencias Experimentales.

La instancia, dirigida a 80 profesores de Enseñanza Media de distintas regiones, se enmarca en un Voucher de Innovación Corfo, en el que participa como co-investigadora la Dra. Carla Hernández.

Según explica la Dra. Tecpan el proyecto surge con el interés de incrementar las oportunidades de esta empresa dedicada a la distribución de equipamiento didáctico en distintos niveles de formación, donde la U. de Santiago aporta como proveedora de conocimiento.

“Buscamos apoyar a pymes a que tengan una ventaja competitiva o tecnológica en el mercado nacional, y que con eso se pueda enriquecer el aprendizaje de la ciencia”, indica la investigadora principal.

Clase demostrativa interactiva

Para explotar el potencial que ofrecen los sensores inalámbricos de la empresa Pasco, que actualmente comercializa Celestron, las investigadoras creen necesario acompañar la herramienta tecnológica con propuestas didácticas específicas, acordes al currículum de ciencia a nivel nacional.

En ese contexto, a través de los talleres, buscan explicar cómo y en qué momento incorporar la tecnología a las aulas, además de provocar la curiosidad intelectual de los estudiantes que redunde en mayor compromiso cognitivo.

Entre las características del sensor que permite capturar datos en tiempo real sin la necesidad de que los estudiantes trabajen en un laboratorio, destaca su bajo costo y conexión por vía bluetooth.

Para utilizar la herramienta en aulas, las académicas sugieren una estrategia metodológica que consiste en clases demostrativas interactivas, a través de las cuales se utilizan ideas previas de un estudiante y se pone a prueba a través de predicciones que pueden hacer de un determinado fenómeno físico, resultados que luego verifican con la toma de datos en tiempo real.

Entre el tipo de investigaciones que los estudiantes pueden realizar se encuentran: estudiar cómo cambia la intensidad luminosa de una fuente de iluminación a medida que el experimentador se acerca o aleja de la fuente; mediciones de voltaje; experimentos de cinemática; medición de fuerza, entre otras.

Al respecto, la Dra. Hernández asegura que el proyecto fomenta alianzas entre nuestra Institución y la empresa dedicada a fomentar el uso de tecnologías en las Escuelas.

“Buscamos facilitar el acceso que tienen los profesores a estas tecnologías y además le agregamos ideas de cómo podrían implementarlas considerando la realidad”, puntualiza la co-investigadora.

Por su parte, la Dra. Tecpan afirma que, “el taller consiste en presentar a los profesores la importancia de la experimentación en la sala de clases, del uso de las predicciones que pueden hacer los estudiantes, y la discusión y el trabajo colaborativo que se logra externando la predicción que pueden hacer del comportamiento de un fenómeno”, sostiene.

Juan Alfonso Hölzel, profesor de Física y Astronomía del Colegio Seminario Conciliar de la Serena, participó del último Taller, asegurando que se trata de una instancia que cautiva.

“Me he sentido como un niño, y creo que los estudiantes lo estarían aún más. Mientras el conocimiento y la actividad sea guiado los estudiantes pueden descubrir de todo respecto a ciencias y física”, afirma.

Por su parte, María José Arellana, profesora de Ciencias Naturales de la Escuela Nueva América de Quirihue, Ñuble, indica que, “pese a ser profesores jóvenes no utilizamos mucha tecnología en Ciencias por lo que estas demostraciones son un gran aporte al currículo, además de ser didácticas y sencillas”.

En tanto, el proyecto Corfo en que se enmarca la iniciativa se titula “diseño, adaptación, validación y testeo de manual de orientaciones didácticas para mejorar la comercialización y competitividad en el uso y venta de sensores inalámbricos para enseñanza de las ciencias”.

Los talleres comenzaron el 27 de abril, continuando con sesiones el 4 y 11 de mayo. La última clase se realizará el 18 de este mes en la Sala Rubén Toro del Departamento de Física.

Físicos de nuestra Universidad desarrollan sistema láser para medir contaminación atmosférica

Físicos de nuestra Universidad desarrollan sistema láser para medir contaminación atmosférica

El proyecto Lidar es un sistema de radar con láser que busca medir la contaminación atmosférica en la comuna de Estación Central. Este instrumento ya es utilizado a nivel mundial para observar fenómenos como la capa de ozono o la polución urbana, entre otros.

Sin embargo, la intención de los docentes del Departamento de Física del Plantel, Dr. Ignacio Olivares y Dr. Ernesto Gramsch, autores de la iniciativa, es innovar y fabricar este aparato en nuestro Plantel para aprender los detalles de su elaboración. A ellos se sumaron dos alumnos de último año de Ingeniería Física.

“Dentro de la Física, siempre he sido partidario de fabricar los instrumentos con mis propias manos, ya que esto permite un desarrollo real de la disciplina para la industria chilena”, indica el Dr. Ignacio Olivares, uno de los autores del proyecto que cuenta con financiamiento de la Vicerrectoría de Investigación, Desarrollo e Innovación.

La iniciativa nace en el año 2000, cuando ambos investigadores comienzan a idear hacer mediciones con láser. Así fue como llegan a este proyecto que recién comienza. “Estamos en una etapa inicial, armando piezas, viendo cómo se puede fabricar el telescopio que detecta la luz y el fotomultiplicador, un elemento muy sensible capaz de detectar señales bajas de luz a corto tiempo”, explica el Dr. Olivares.

Lidar

Este sistema funciona a través del envío de radiación láser pulsada a la atmósfera para medir la luz reflejada por las partículas. La luz que retorna es recogida por un telescopio y luego de un delicado proceso, es posible obtener información precisa sobre la distribución espacial de las partículas.

El método permitirá determinar el estado en que se encuentra la comuna a través de la medición vertical y horizontal.

El Dr. Olivares indica que esperan tener de aquí a fines de 2018 el telescopio armado así como también la óptica láser para poder dirigirla hacia la atmósfera.

“Con esto tendremos un método adicional para contar con una visión a gran escala de la contaminación. Generalmente las mediciones son hechas en espacios pequeños”, advierte el investigador.

Como es una fabricación propia, al comenzar las pruebas se podrán modificar los equipos en base a las necesidades. “Nosotros manejamos la parte básica del equipo, por lo que podremos ir haciendo alteraciones dependiendo de las pruebas”, puntualiza.

Buscan optimizar eficiencia de equipos de intercambio de calor vía simulación numérica

Buscan optimizar eficiencia de equipos de intercambio de calor vía simulación numérica

La transferencia de calor es una ciencia que estudia la rapidez de transferencia de energía térmica en distintos medios. Tiene una amplia área de aplicación a nivel industrial. En específico en el proyecto de investigación, se estudiará la transferencia de energía térmica a través de fluidos. El Doctor Ernesto Castillo, académico del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Santiago de Chile, buscará a través de un estudio reemplazar los fluidos utilizados normalmente para transportar dicha energía, por otros no convencionales del tipo no-newtonianos.

La iniciativa se enmarca en un proyecto Fondecyt de Iniciación 2016 (11160160) recientemente adjudicado, donde el investigador tratará de encontrar alternativas que no se encuentran disponibles en lugares comerciales o más aún, no son conocidas por la industria y que se caracterizan por ser no-newtonianos. Según el docente, al tener propiedades térmicas mejoradas, estos fluidos reducirán los costos de transporte y mejorarán la eficiencia térmica.

En este caso, la investigación se hará vía simulación numérica, a través de un computador para poder aproximar la física que hay detrás de los problemas que se están analizando, lo cual permitirá entregar soluciones a la industria, dar ideas y que ellos puedan reducir la cantidad de prototipos que generalmente se construyen para dar lugar a un nuevo diseño.

“Vamos a generar herramientas computacionales, trabajamos en algo abstracto, matemático-numérico y que se pueda aplicar en cualquier proceso en donde se transfiera energía por medio de fluidos. Podrías, por ejemplo, mejorar equipos de intercambio de calor, reactores químicos, aumentar la transferencia de calor el colectores solares, mejorar procesos de esterilización de alimentos, entre otras aplicaciones”, explica el experto.

Desde el punto de vista científico, el académico explica que esta investigación tiene como motivación principal intentar reproducir y aproximar numéricamente, de la mejor manera posible, la física que hay detrás del problema de la turbulencia de fluidos no-newtonianos.

“Si miramos los resultados obtenidos de manera experimental y los asociados con aproximaciones numéricas, encontramos muchas veces discrepancias, vemos que los resultados no se parecen, y que por lo mismo, la física del problema no se está reproduciendo de buena manera. Más aún, si nosotros comparamos los diferentes métodos de aproximación numérica, nos damos cuenta que entre estos mismos, hay diferencias, lo que nos hace darnos cuenta de la necesidad de trabajar en el desarrollo de métodos numéricos que sean capaces de aproximar la física que gobierna el problema de la turbulencia en fluidos no-newtonianos”, indica.

El objetivo de trabajar este tema apunta a un desarrollo científico y tecnológico. Las expectativas de  este  proyecto Fondecyt, cuya duración es de tres años, es traer a investigadores de alto nivel, expertos en matemática y en mecánica computacional que puedan ser un aporte a lo largo de la investigación, los cuales además, puedan dar charlas en la universidad. Una vez desarrolladas las herramientas computacionales, un segundo paso podría ser la generación de prototipos basándose en los resultados obtenidos.

“La eficiencia energética es un tema que nos preocupa a todos, y por lo mismo, orientar un trabajo de investigación al desarrollo de nuevas tecnologías que puedan aportar en la búsqueda de soluciones a este problema global, corresponde a la motivación más grande por la cual se ha propuesto el proyecto”, agrega.

Investigadores de la Universidad instalan estación que monitorea cambio climático en el norte

Investigadores de la Universidad instalan estación que monitorea cambio climático en el norte

Investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Santiago, liderados por el Dr. Raúl Cordero, completaron la instalación de la primera estación en el norte de Chile que medirá el espectro solar y, por lo tanto, los efectos del cambio climático en una amplia zona del hemisferio sur del planeta.

 

Se trata de la TARP-04 (Transport Antarctic Research Plataform), que se encuentra ubicada en la llanura Chajnantor junto al observatorio ALMA, a unos 40 kilómetros al este de San Pedro de Atacama.

 

La estación cuenta con radiómetros y tecnología fotométrica de punta, lo que le permitirá realizar una serie de mediciones. El científico subraya que Chajnantor es el lugar donde se han registrado los valores más altos de irradiación UV en el planeta y, por lo tanto, es un laboratorio natural para estudiar la degradación de materiales con la radiación solar. 

 

“Cuando se mide el espectro solar, inmediatamente se advierte el efecto del vapor de agua, del oxígeno, de los aerosoles y del ozono. Al hacerlo, estás midiendo, de manera indirecta, el contenido de gases en la atmósfera. Por lo tanto, esto permite estudiar, por un lado, la radiación solar y, por otro, la composición atmosférica, y el cambio climático es un cambio justamente en esto último”, sostiene Cordero.

 

Los espectroradiómetros de la estación, explica, son instrumentos con entrada óptica por donde entra la radiación solar y, luego, esta se va a una fibra óptica que se dirige hacia un detector, lo que también permite caracterizar el potencial solar de la zona. Los equipos son operados de manera remota por el grupo que lidera el Dr. Cordero.

 

“En el norte de Chile, esta es la primera estación que mide el espectro solar”, asegura. La estación es gemela a la plataforma TARP-02, instalada el año pasado por el mismo grupo en la Isla Rey Jorge, ubicada a unos mil 200 kilómetros al sur de Punta Arenas.

 

La plataforma de investigación se encuentra a cinco mil 200 metros de altura, lo que implica “un beneficio para las mediciones. Aquí, en el norte de Chile a esa altura tenemos pocas nubes. En cambio, en la Antártica es lo contrario. Entonces, con los mismos instrumentos, mediremos en dos condiciones diferentes: sin nubes y con nubes, y eso entrega información sobre las propiedades ópticas en la nubosidad”.

 

Las estaciones TARP-04 y TARP-02 se encuentran separadas por 4 mil 500 kilómetros, en una misma línea longitudinal o transecta. “Eso nos va a permitir comprender el clima en uno y otro lugar, y buscar correlaciones entre esos dos puntos. No sabemos cuáles, pero se sabe que el agujero en la capa de ozono en la Antártica impacta en el clima de todo el hemisferio sur”, anticipa.

 

“A medida que el agujero se cierra, se esperan importantes cambios en los patrones de nubosidad y precipitaciones del hemisferio sur con un gradiente latitudinal (o variación de magnitud por longitud) que estas estaciones pueden ayudar a detectar”, señala.

 

Un paso relevante

 

El académico sostiene que la instalación de la estación significa un paso relevante hacia el monitoreo de los cambios en el clima y en el agujero de ozono. “Son esfuerzos relevantes en el marco de un esfuerzo internacional para entender mejor los efectos del cambio climático en el  hemisferio sur”, destaca.

 

El Dr. Cordero también resalta las implicancias del proyecto para la naciente industria solar chilena. “La operación de estas estaciones permitirá la formación de capital humano avanzado en áreas como la radiometría y la fotometría, que son intensivas en el uso de tecnología. Más tecnología y mejores técnicos son aportes con los que este tipo de iniciativas contribuyen al desarrollo sustentable del país”, afirma.

 

La instalación de la estación, en la llanura de Chajnantor junto al observatorio ALMA, ha permitido a la Universidad de Santiago pasar a formar parte del Chajnantor Working Group (CWG), en el que participan instituciones que mantienen estaciones o proyectos en esa área. Entre los miembros destacados del CWG se encuentran, además de la European Southern Observatory (ESO), la Universidad de California Berkeley, la Universidad John Hopkins, la Universidad de Princeton y la Universidad de Tokio.

 

La nueva estación es funcional a varias de las investigaciones de interés público, con financiamiento CORFO, que lidera este grupo de investigación de la Universidad de Santiago. “Estas incluyen el estudio del polvo del desierto en los módulos fotovoltaicos, la caracterización del espectro de onda corta en el desierto de Atacama, así como estudios relacionados con los efectos negativos de la radiación UV”, explica el académico.

 

Académico realiza hallazgo sobre control de reacciones químicas usando óptica cuántica

Académico realiza hallazgo sobre control de reacciones químicas usando óptica cuántica

La prestigiosa revista estadounidense especializada en Física, Physical Review Letters (PRL) de la American Physical Society (APS) publicará a fines de este mes un relevante descubrimiento en esta área del académico del Departamento de Física de nuestra Casa de Estudios, Dr. Felipe Herrera, junto a su colega norteamericano, Dr. Francis C. Spano, académico de la Universidad de Temple de Filadelfia.

 

El artículo publicado (“Cavity-controlled chemistry in molecular ensembles”) destacará los importantes avances de los investigadores respecto al control de reacciones químicas usando óptica cuántica. El Dr. Felipe Herrera explica que, en términos simples, “comprobamos que esas reacciones o transferencias de electrones se pueden acelerar o reducir”.

 

Gráficamente, el modelo consiste en una cavidad óptica rodeada por dos espejos que evitan que la luz los traspase, “por tanto, la cantidad de energía es la mínima que puede existir en un campo electromagnético. Es decir, hay cero o una unidad de energía lumínica, que también se llama fotón”, aclara el Dr. Herrera.

 

En una primera etapa, el investigador recuerda que se preguntaron junto a su colega “qué efectos tiene la cavidad óptica en las reacciones químicas o transferencias de electrones, es decir, si las aumentan, las suprimen o en realidad no ocurre nada”.

 

En ese contexto, el investigador recalca que finalmente “encontramos un mecanismo por el cual esa cavidad óptica, que es cuántica, porque existen unidades de energía discretas, puede acelerar dramáticamente la reacción y transferencia de electrones en moléculas”.

 

Ejemplo de reacciones químicas

 

Para explicarlo más sencillamente, el Dr. Herrera ejemplifica que las transferencias de electrones ocurren incluso en nuestro propio cuerpo.

 

“Por ejemplo, el ciclo electroquímico que transforma en nuestro cuerpo el oxígeno en moléculas que generan energía o proteínas, son reacciones químicas o transferencia de electrones, desde un ‘donor’ a un ‘aceptor’”, subraya.

 

Agrega que “también sucede en las plantas donde la fotosíntesis convierte la energía del sol en energía química. Ese proceso es transferencia electrónica”.

 

Asimismo, el científico destaca que las reacciones de transferencia electrónica son muy relevantes en todas las áreas de la ciencia como la biología o la química. “Otros ejemplos son las baterías y las celdas solares, que también funcionan a base reacciones transformando energía química en eléctrica”, enfatiza, acotando que “con este tipo de sistema se podrán hacer nuevas celdas solares”.

 

Idea básica

 

Respecto al detalle del descubrimiento teórico, el Dr. Herrera detalla que en el proceso, al principio “hay dos jugadores, el electrón que se va a transferir y la vibración de las moléculas, que de cierta manera influyen cómo este electrón se va a transferir de un lugar a otro. Si vibra demasiado el electrón se va a perturbar, por tanto, la transferencia va a ser poco eficiente”.

 

En esa línea, el académico precisa que “cuando se agrega otro factor que es la cavidad óptica, hay un tercer jugador que es el fotón o partícula de campo electromagnético cuantizado, y ese fotón entra ahora a interaccionar con el electrón dentro de la cavidad óptica”.

 

“Y lo que descubrimos fue que la luz cuantizada hace un juego en que el electrón se convierte en un fotón y el fotón se vuelve a convertir en electrón, y viceversa. Ese juego solo ocurre dentro de la cavidad y hace que el electrón deje de interaccionar con la vibración, eliminando o bloqueando las vibraciones”, enfatiza.

 

En relación a qué material dentro de la cavidad óptica acelera o reduce la transferencia de electrones, el Dr. Herrera comenta que han experimentado con materiales orgánicos o moléculas orgánicas -como las que conforman nuestro cuerpo- aunque aclara que “ese material orgánico también puede ser una proteína como ya lo han experimentado otros investigadores que han ocupado como base nuestro descubrimiento”.

 

Physical Review Letters

 

En cuanto a la publicación del descubrimiento, primero en la versión online de Physical Review Letters, y a fines de junio en el impreso, el Dr. Herrera subraya que “es un gran honor dada la dificultad de recibir tal reconocimiento de esta prestigiosa revista”.

 

La investigación fue concluida recién en diciembre pasado y no solo la revista se interesó en el artículo, de hecho, destacó, “el descubrimiento es hasta ahora la base de al menos cuatro estudios”, además, precisa, que han sido invitados a varias conferencias para detallar aspectos de la investigación.

 

Cabe destacar que la revista Physical Review Letters es la más prestigiosa en el campo de la física. Un ejemplo de ello fue la publicación en exclusiva en febrero de este año del descubrimiento de un grupo de científicos del observatorio LIGO, en Louisiana, Estados Unidos, de las “ondas gravitacionales”.

 

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