Vol. 18 No. 1 Jan-Jun (2021): Revista Mexicana de Física E

Faraday and Maxwell conceived the electrostatic and magnetostatic fields as lines of force filling the space around charges and currents, with or without matter. They also established that there are tensions along the lines of force, and compressions around these lines. These ideas are formalized with a stress tensor, whose divergence is a force density. We follow these ideas to show the origin of the electric forces that arise in the case of a dielectric slab partially introduced into a parallel-plate capacitor, and the origin of the magnetic forces that arise in the case of a magnetizable bar partially introduced into a solenoid. We find that these forces have their origin in the abrupt change in permittivity and permeability which produce a difference of pressures at interfaces. This approach permits us to analyze the similarities and differences between both cases. Advanced undergraduate and graduate students can get interesting insights into the electromagnetic forces exerted by electrostatic and magnetostatic fields in vacuum and matter. 

 

Faraday y Maxwell concibieron los campos electrostáticos y magnetostáticos como líneas de fuerza llenando el espacio alrededor de cargas y corriente, con o sin materia. Ellos establecieron que hay tensiones a lo largo de las líneas de fuerza, y compresiones alrededor de estas líneas. Estas ideas se formalizan con el tensor de esfuerzos, cuya divergencia es una densidad de fuerza. Nosotros seguimos estas ideas para mostrar el origen de las fuerzas eléctricas que surgen cuando una barra de dieléctrico se introduce parcialmente en un condensador de placas paralelas, y el origen de las fuerzas magnéticas que surgen en el caso de una barra magnetizable parcialmente introducida en un solenoide. Encontramos que estas fuerzas tienen su origen en el cambio abrupto en la permitividad y permeabilidad que produce una diferencia de presiones en la interface. Este enfoque  nos permite analizar las similitudes y diferencias entre ambos casos. Los estudiantes no graduados y graduados pueden adquirir una percepción interesante  sobre las fuerzas electromagnéticas ejercidas por campos electrostáticos y magnetostáticos en el vacío y en la materia

Structured inquiry-based learning assisted by a virtual laboratory is necessary for senior high students to help their conceptual understanding of wave optics. Experimental mixed-method design with one group pretest-posttest model used for physics class. Data collected from an interview, observation, pretest, and posttest in quantitative and qualitative data. The result is structured inquiry-based learning assisted by virtual laboratory effective improving students' conceptual mastery of wave optics. Furthermore, it also has been found that students still have some difficulties with interference and diffraction after learning.

El cálculo de correcciones radiativas, en la fenomenología de la física de partículas elementales, ha permitido realizar grandes predicciones en las observables del llamado Modelo Estándar, la cual están en gran acuerdo con las mediciones experimentales de distintos colisionadores de partículas. Este es un trabajo pedagógico en la cual se calcula la integral escalar a un lazo $A\lr{m^2}$, que aparece en los cálculos de correcciones radiativas, en el esquema de regularización dimensional. Como resultado principal, se presenta una forma nueva (no existente en la literatura) de calcular la integral escalar mediante el Teorema del Residuo de variable compleja. Adicionalmente se demuestra mediante propiedades de la función Gamma la equivalencia de ambos procedimientos.

Traditionally, optical fibers have been used as communication lines and optical sensors; however, these have multiple other uses, for example, the interaction and entrapment of microparticles. This article studies the computational modelling of the propagation of light that comes out of conventional, single-mode and multimode optical fibers, which is of interest when studying the interaction of light with microparticles. As a parameter of analysis and quantification we use the degree of diffraction of the light propagation beams, at different distances from the optical fibers. Resulted intensity field distributions give us important microscopic information to consider for light interaction with such microparticles.

This article shows that in the period January 22-June 04, 2020, the combined  data set of cumulative  recoveries and deaths from the current coronavirus COVID-19 pandemic falls on the Kermack and McKendrick approximated solution of the epidemiological {\sir} contagious
disease model. Then, as an original contribution of this work, based on the knowledge of
the infectious period of any epidemic, a methodology is presented that helps to find numerical solutions of the full {\sir} model that falls on the observed data of the epidemic in case it could be described by the {\sir} model. The methodology is first illustrated by finding a solution of the {\sir} model that falls on the epidemic data of the Bombay plague of 1905-06 analyzed by Kermack and McKendrick. After that, the methodology is applied on analyzing the previously considered coronavirus COVID-19 pandemic data set. Moreover,  since the Kermack and McKendrick approximated solution of the {\sir} model comes from solving a Riccati type differential equation, commonly found when studying (in introductory physics courses) the vertical motion of objects on a resistive medium, enough details are given in the article so the epidemiological {\sir} model can be used as an additional example for enhancing and enriching the undergraduate curriculum Physics courses for Biology, Life Sciences, Medicine and/or Computational Modeling.

The Fresnel and Arago interference laws relate the polarization of the electromagnetic field to the interference phenomenon. Different methods and interferometers have been reported to verify these laws; most of them rely on visual inspection to determine the positions of maximum and minimum interference. In this report, the observation and verification of the Fresnel and Arago interference laws using adaptive photodetectors are presented. These photodetectors generate an electrical current proportional to the square of the visibility of the interference pattern; thus the gradual change from the appearance of the interference pattern (maximum visibility) to its disappearance (minimum or null visibility) is detected as an electrical current. The extreme values of the interference pattern visibility can be accurately assessed, in real time and without any signal processing using. A difference of 3 orders of magnitude between the signals measured in the positions of maximum and minimum interference is demonstrated. Due to the adaptive properties of the adaptive photodetectors (compensation of the irregularities of the interfering beams and suppression environmental fluctuations), the proposed method can be suitable for teaching purposes in undergraduate laboratories.

El estudio de la refracción de la luz es un fenómeno estudiado en los laboratorios de óptica de la carrera de física e ingeniería y profesiones afines. El estudio, la instrumentación y la técnica han variado muy poco desde hace décadas, por consiguiente, el error de medición sigue siendo los mismos. Entre las variables que se miden directamente durante el desarrollo y estudio de dicho fenómeno se encuentran: La distancia entre la rejilla de difracción y la pantalla donde se proyecta el fenómeno de difracción (D), una segunda medida es la longitud entre un máximo de intensidad de luz hasta donde comienza a incrementar la intensidad del segundo punto luminoso consecutivo (y), y una tercera variable es la medición indirecta del ancho de la rejilla de difracción (a). De los parámetros mencionados es la distancia y la que ocasiona mayor incertidumbre en el resultado dado que esta variable es dependiente del observador o experimentador. En este trabajo se presenta una propuesta innovadora en donde este valor es posible evaluarlo directamente de una gráfica cuyos datos son adquiridos empleando un osciloscopio; los resultados obtenidos mediante el procedimiento descrito en el presente trabajo proporcionan además de resultados con menor incertidumbre, muestran el comportamiento de intensidades de la luz difractada.

En el presente artículo se demuestre la factibilidad de enseñar en instituciones de educación media,
los principios básicos de la física experimental de altas tecnologías de equipos de bajo costo. Se
enfatiza en el uso de hardware y software libre, para el estudio de diferentes tipos de radiación. Se
construye una caja oscura para estudiar la respuesta de una foto multiplicador de silicio a un pulso
de luz

Este trabajo presenta cómo llevar al aula de física el estudio de la cinemática a través del análisis de diferentes escenas de la serie de TV Juego de Tronos que se pueden explicar a partir de los contenidos de esta materia. En primer lugar, se proponen situaciones para introducir los conceptos de movimiento y sistema de referencia, y a continuación para diferenciar entre trayectoria, espacio recorrido y desplazamiento. Luego se abordan posición, velocidad y aceleración como magnitudes fundamentales del movimiento, y se finaliza con el planteamiento de problemas abiertos de los distintos tipos de movimientos rectilíneos y circulares, así como de la composición de los mismos.

En este trabajo se estudia la estabilidad de un péndulo invertido de dos grados de libertad y de base móvil,el cual se modeló mediante la formulación Euler-Lagrange. Este modelo permitió diseñar e implementaruna estrategia de control para el seguimiento de trayectorias articulares de referencia. Los sistemas mecánicos de bases fijas y móviles permiten ilustrar un concepto fundamental en las ciencias físicas, que es la diferencia entre limitaciones tecnológicas y limitaciones fundamentales.

It is analyzed in detail the covariance of the integral forms of the Maxwell Equations. Different forms of writing the integral Maxwell equations in explicitly covariant form are analyzed. First we show how one of these ways can be obtained from the differential Maxwell equations, both from their usual three vector form as from their covariant four vector form. Then we discuss how this covariant integral Maxwell equations can be obtained from usual integral Maxwell equations. It is emphasized the necessity to write the usual integral equations without time derivatives. The integrations regions in the three-dimensional space and time are identified with parts of the same hyper-surface in four-dimensional space-time. This point is carefully analyzed.  Later we discuss other forms of the integral Maxwell equations. We show how these new versions can be expressed in an explicitly covariant form.

 

The paper deals with the study of the resistance of incandescent light bulbs. It has been established that the temperature dependence of resistance for these types of lamps always manifests itself in school experiments. Therefore, students in specialized school should be taught a systematic comparison of resistance in resistors and lamps in circuits in term of didactic principles and be given a detailed explanation of the different factors that occurred in lamp circuits and were mistakenly understood as equipment errors.

The original strategy applied by Langevin to Brownian movement problem is used to solve the case of a free particle under a harmonic potential. Such straightforward strategy consists in separating the noise term
in the Langevin equation in order to solve a deterministic equation associated
with the Mean Square Displacement (MSD). In this work, to achieve our goal we first calculate the variance for the stochastic harmonic oscillator and then the MSD appears immediately. We study the problem in the damped and lightly damped cases and show that, for times greater than the relaxation time, Langevin's original strategy is quite consistent with the exact theoretical solutions reported by Chandrasekhar and Lemons, these latter obtained using the statistical properties of a Gaussian white noise. Our results for the MSDs are compared  with the exact theoretical solutions as well as with the numerical simulation.

En este trabajo, se presenta por primera vez la implementación del modelo 3-3-1 con neutrinos derechos sin cargas eléctricas exóticas en el paquete SARAH del programa MATHEMATICA, y se muestra como reproduce de manera correcta los resultados analíticos del modelo. Como prueba de ello, se presenta las matrices de masa  para los sectores de quarks, donde se ha usado un sector de Higgs con tres tripletes escalares. Luego, usando el programa SPheno, se realiza un análisis numérico de las salidas analíticas obtenidas con SARAH; esto con el objetivo de determinar si el modelo con tres tripletes genera los valores de masas de todos los quarks adecuadamente al compararlos con los aceptados en la literatura. Esta implementación es presentada de manera didáctica y accesible a estudiantes que estén interesados en este campo de la física.

In this paper we derive and analyse the expressions to find the illuminance from luminous ball, disc and line in the case of general position of the light receiver. We show that one can always replace a luminous ball with a point light source located at its center and having the appropriate luminous intensity. Any luminous disc or line can be considered, with reasonable accuracy (the relative error in the determination of the illuminance is less than $5 \%$), as the point light source with anisotropic (cosine) luminous intensity and placed at their center, if the distance to the observation point is approximately four times larger than their characteristic sizes. The issues outlined in this article will be useful for undergraduate students, who study the basics of photometry.

The flipped classroom is one of the strategies and learning models that can improve student learning outcomes. Recent research has been done to see the strengths, weaknesses, and effects of the flipped classroom on learning, but not much research has been done to see students' responses to the application of the flipped classroom in physics class in senior high. The purpose of this study is to see how students respond to the application of flipped classrooms in physics learning at the high school level. The phenomenological research design is used to examine the factors that influence research. The result showed that teachers need to be consider of several things that impact the learning process.

Euler derived equations for rigid body rotations in the body reference frame and in the stationary reference frame by considering an infinitesimal part of the rigid body.
Another derivation is possible, and it is widely used: transforming torque-angular momentum relation to the body reference frame.
However, their equivalence is not shown explicitly.
In this work, for a rigid body with different moments of inertia, we calculated Euler equations explicitly in the body reference frame and in the stationary reference frame and torque-angular momentum relation.
We also calculated equations of motion from Lagrangian.
These calculations show that all four of them are equivalent.

La investigación examina la gestión del ingeniero civil y arquitecto Ángel Anguiano, director de la agencia estatal el Observatorio Astronómico Nacional de Chapultepec, quien durante el periodo presidencial del General Manuel González Flores, obtuvo considerables recursos económicos para modernizar el observatorio e insertarlo en la comunidad científica internacional para resolver problemas de frontera.

Mostramos que, a la par de haber sido contratado para contribuir en un mapa más preciso de la república mexicana, persuadió a la burocracia gonzalista para que patrocinaran su participación en la colaboración internacional en torno a la observación del tránsito de Venus por enfrente del disco solar en 1882 y calcular la distancia de la Tierra al Sol.

Revelamos su habilidad para negociar con los funcionarios públicos la compra de modernos instrumentos ópticos, y su liderazgo para organizar delegaciones nacionales y diplomáticas a fin de albergar una comisión francesa.

Las fuentes primarias de información las obtuvimos en documentos oficiales nacionales y franceses que evidencian el establecimiento de redes científicas capitalizadas rápidamente. Demostramos que la participación del Observatorio Astronómico Nacional se debió a que Ángel Anguiano ansiaba pertenecer al selecto círculo intelectual de la astronomía internacional para incursionar en las nuevas rutas de la astronomía propuestas por el grupo hegemónico francés, y no a una política científica de estado.

El 14 de noviembre de 1789 se observó una aurora boreal en la Ciudad de México. Ésta fue la primera aurora de baja latitud analizada científicamente en el mundo por tres científicos novohispanos: José Antonio Alzate, Antonio de León y Gama, y José Francisco Dimas Rangel. Alzate realizó observaciones meteorológicas y astronómicas precisas; notó que coincidía con un aumento en el tamaño de manchas solares; pronosticó su observación en varias regiones de América, Europa y Asia; y especificó su centro en el cenit. León y Gama, autor del tratado de auroras boreales más completo de América hasta esos años, la clasificó, calculó su altura, propuso un modelo propio, opinó sobre los límites de la ciencia para comprender su naturaleza y señaló misterios, algunos sin respuesta todavía. Dimas Rangel realizó un experimento para reproducir ―por primera vez― las características de una aurora, opinó sobre algunas explicaciones científicas y propuso la suya propia. Cada uno poseía ciertas piezas de un gran rompecabezas, imposible de armar en esa época. A través de las primeras publicaciones y debido a sus diferencias se originó una polémica sobre la naturaleza de este meteoro que contribuyó a que la astronomía novohispana brillara a nivel local e internacional. La aurora fue observada también en Barcelona, Suecia, Inglaterra, Polonia, San Petersburgo, Norteamérica (Salem, Hingham, Hamden y Cambridge) y Cuba.

En este artículo se presenta una breve introducción a la filosofía de la ciencia de Nancy Cartwright, esto a partir de una crítica y análisis físico y filosófico de varias de sus publicaciones, en particular “How the Laws of Physics Lie” [1] y “The Dappled World: A Study of the Boundaries of Science” [2]. Nancy Cartwright es conocida por lo original y controversial de muchas de sus posturas filosóficas; en especial sus ideas sobre leyes, verdad y modelos han logrado que estos temas sean nuevamente estudiados y analizados por muchos otros filósofos. Para explicar sus ideas, Cartwright hace uso de diferentes conceptos, algunos novedosos y otros no tanto, pero redefinidos con un sentido específico, por ejemplo; máquinas nomológicas, capacidad, leyes ceteris paribus, entre otros. Cartwright considera que ninguna teoría puede ser universal ni fundamental, éstas solo pueden ser probablemente verdaderas y aplicables en un rango determinado bajo ciertas circunstancias y condiciones.  Su filosofía se centra en la idea de que el mundo está regido por un conjunto de leyes ceteris paribus, es decir leyes que solo funcionan bajo condiciones específicas y en un determinado dominio, y por lo tanto ninguna ley puede ser considerada como universal.  Esto en contraste con el fundamentalismo científico aceptado por algunos científicos que creen en la existencia de una sola ley fundamental, o un conjunto de leyes fundamentales y universales, capaces de explicar y predecir todos los fenómenos que existen en la naturaleza, en donde por fenómeno se entiende un hecho o acontecimiento de la naturaleza. Es sabido que los fundamentalistas creen que la historia de la ciencia y el conocimiento científico proporciona una gran variedad de resultados que confirman la existencia de leyes fundamentales. Este es el fundamentalismo que Cartwright combate y sus argumentos principales son aquí discutidos. Así mismo, se expone el uso y significado de términos particularmente controversiales en la filosofía de la ciencia de Cartwright como el concepto de capacidad, el cual ha sido examinado por muchos filósofos contemporáneos. Asimismo, Cartwright sostiene que no todo lo que sucede en el mundo puede ser explicado por leyes, sino solo aquellas cosas para las cuales existen modelos, sus argumentos son expuestos y discutidos, así como su planteamiento de que los modelos son planos para la creación de máquinas nomológicas. Finalmente se considera el concepto de capacidad en la mecánica cuántica lo cual se hace a partir del análisis de la aplicación de la ecuación de Schrödinger.  Aparte del interés intrínseco de los autores por el tema, este artículo surgió debido a que muchas de las publicaciones de Cartwright no han sido traducidas al español, privando de este modo a académicos y jóvenes estudiantes de ciencia y filosofía del mundo hispanohablante de conocer las contribuciones de una de las más importantes filósofas de la ciencia contemporáneos.

En este trabajo se esboza la teoría sobre el viento geostrófico de manera concisa, mostrando el origen y las expresiones de sus componentes finales.

Rev. Mex. Fis. E 18 (1) 2021

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