Intel Galileo

IIntel ha presentado en Maker Faire 2013 en Roma un nuevo acuerdo de colaboración con Arduino LLC, plataforma de hardware libre líder en las comunidades educativa y creativa que ya ha dado su primer fruto, Intel Galileo.

Se trata de una familia de placas de desarrollo compatibles con Arduino que trabajan bajo arquitectura Intel. Esta placa ofrece la misma funcionalidad que Arduino o Raspberry Pi siendo una plataforma para artistas, diseñadores e inventores que saben lo que quieren y aun no existe.

¿Qué es Intel Galileo?

La placa Intel® Galileo  es la primera en una familia de placas de desarrollo y prototipos certificadas por Arduino basadas en la arquitectura Intel® y especialmente diseñadas para fabricantes, estudiantes, educadores y entusiastas de la electrónica tipo "Hágalo usted mismo". La placa Intel Galileo, que ofrece a los usuarios un entorno de desarrollo de hardware y software de código abierto, complementa y amplía la línea de productos Arduino para ofrecer funciones informáticas más avanzadas a quienes ya están familiarizados con las herramientas de prototipos Arduino. La placa de desarrollo Intel Galileo ha sido diseñada para la compatibilidad con hardware, software y PIN, con una amplia variedad de pletinas Arduino Uno R3 y permite adicionalmente a los usuarios incorporar llamadas de firmware de Linux* a su programación de esquema de Arduino.

características

El procesador de aplicaciones Intel® Quark™ SoC X1000, una arquitectura de conjunto de instrucciones de procesador Intel® Pentium® de 32 bits, con un solo núcleo y un solo subproceso compatible con ISA, que funciona a velocidades de hasta 400 MHz.
Compatibilidad con una amplia variedad de interfases de E/S estándar en la industria, entre ellas la ranura mini-PCI Express* de tamaño completo, el puerto Ethernet de 100 Mb, la ranura microSD*, el host USB y el puerto cliente USB.
DDR3 de 256 MB, SRAM de 512 kb integrada, Flash NOR de 8 MB y EEPROM de 8 kb estándar en la placa, más compatibilidad con tarjeta microSD de hasta 32 GB.
Compatibilidad de hardware y pines con una amplia variedad de pletinas Arduino Uno R3.
Programable a través del entorno de desarrollo integrado (IDE) Arduino que es compatible con los sistemas operativos host Microsoft Windows*, Mac OS* y Linux.
Compatibilidad con la edición Yocto 1.4 Poky* Linux.

Qué novedades hay con la placa Intel® Galileo

El cabezal TTL UART USB 3.3 V de 6 pines reemplaza al puerto de consola RS-232 con conector de 3,5 mm para depuración Linux. El nuevo conector de 6 pines es compatible con el cable serial FTDI* USB (TTL-232R-3V3) y breakout placa USB a serial populares. 12 GPIOs ahora totalmente nativo para más velocidad y una fortaleza mejorada de la unidad.

Modulación por amplitud de pulso (PWM) de 12 bits para un control más preciso de los servos y una respuesta más fluida.
La consola UART1 se puede redireccionar a los cabezales Arduino en esquemas, eliminando las necesidades de soft-serial en muchos casos.
Capacidad para alimentación sobre Ethernet (PoE) de 12 V (requiere instalación de módulo PoE).
El sistema de regulación de potencia cambió para aceptar suministros de energía de 7V a 15V.

Intel y su apuesta por el software libre en educación

El software que acompaña a la placa hace posible que usuarios sin grandes conocimientos de programación puedan crear sus aplicaciones sin problemas. Como parte de esta iniciativa, Krzanich ha anunciado una donación a gran escala, consistente en 50.000 placas Intel Galileo, a 1.000 universidades de todo el mundo, y que se realizará a lo largo de los próximos 18 meses.
La placa Intel Galileo es la primera de una gama de placas de desarrollo compatibles con Arduino basadas en arquitecturas Intel. Esta placa de desarrollo ejecuta un sistema operativo Linux libre que contiene las librerías de software de Arduino, lo que le permite ofrecer una mayor escalabilidad y reutilizar el software ya existente, llamados “bocetos”.
Los usuarios podrán programar sus Intel Galileo desde los sistemas operativos Mac OS, Microsoft Windows y Linux de sus equipos. Además, estas placas también han sido diseñadas para ser compatibles, a nivel de software y de hardware, con el ecosistema Arduino Shield.

Funcion de Onda

FUNCIÓN DE ONDA


Históricamente el nombre función de onda se refiere a que el concepto fue desarrollado en el marco de la primera física cuántica, donde se interpretaba que las partículas podían ser representadas mediante una onda física que se propaga en el espacio. En la formulación moderna, la función de onda se interpreta como un objeto mucho más abstracto, que representa un elemento de un cierto espacio de Hilbert de dimensión infinita que agrupa a los posibles estados del sistema.

Schrödinger, entre los años 1925 y 1926, introdujo la función de onda, también llamada ecuación de Schrödinger, que no es otra cosa que una ecuación que describe la forma en que una partícula cambia con el paso del tiempo. Por tanto, se trata de estudiar las partículas del mismo modo en que se estudian las demás ondas que sentimos a nuestro alrededor, como las sonoras o las producidas en el agua cuando se lanza una piedra a un charco.

Cualquier tipo de onda queda descrita en cualquier instante mediante una lista de números, un número por cada punto del espacio por el que viaja la onda. Por ejemplo, en el caso de la onda sonora, lo números nos darán la presión del aire en cada punto del espacio (porque es el aire quien transmite el sonido). Otro caso cotidiano es la onda que produce un músico sobre la cuerda de una guitarra cuando la hace sonar, la cual estaría descrita por números que nos darían la tensión de dicha cuerda en cada uno de sus puntos.

Y del mismo modo, la función de onda de las partículas nos da números concernientes a estas partículas. La peculiaridad de estos números es que son probabilidades, es decir, el valor de la función de onda en cualquier punto nos da la probabilidad de que la partícula se halle en ese punto

Ni es la intención de este artículo profundizar en la parte matemática ni quiero asustar a nadie poniendo aquí algún ejemplo de función de onda, pero al final pongo un par de enlaces por si alguien tiene curiosidad y no le dan miedo los números y las fórmulas.

A estas alturas, se empezó a entrever que la naturaleza no era tan simple como se creía hasta poco tiempo atrás. Hasta entonces cualquier resultado en física había consistido en un dato preciso, pero a partir de ahora intervenía el azar. Esta concepción que se vislumbraba del Universo no convencía a casi nadie, pero al año siguiente Heisenberg aportó un nuevo argumento decisivo:

principio de incertidumbre de Heisenberg

Heisenberg consideró la dificultad que había en medir la posición y la trayectoria de un electrón. El problema consistía en que para obtener una medida precisa era necesario utilizar luz para ver el electrón. Lo que ocurre es que la luz, al igual que la materia, tiene una doble naturaleza de onda y partícula. Entonces, un electrón al ser iluminado sería golpeado por los fotones (las partículas de la luz), de forma que si su posición era claramente establecida, poco o nada se podría saber sobre su trayectoria, puesto que habría sido desviada por la acción de la luz.

A partir de estos argumentos, Heisenberg enunció su principio, que viene a decir que “no es posible conocer a la vez la posición y la trayectoria de una partícula”. Esto parecía lógico visto el problema del fotón golpeando al electrón, pero no lo fue tanto cuando varios físicos, entre los que destacó Niels Bohr, llegaron a la conclusión de que el principio de incertidumbre se cumplía independientemente de si las partículas eran iluminadas o no.

Este principio es una característica intrínseca de la materia, de la cual el caso expuesto por Heisenberg sólo es un ejemplo. Partiendo de la función de onda y de los resultados que nos da en forma de probabilidades, se concluye que no es posible conocer en cada observación más que un número limitado de características de las partículas, dado que la medición de algunas propiedades nos ocultan lo referente a las demás.



hipótesis de De Broglie

En 1923 De Broglie propuso la llamada hipótesis de De Broglie por la que a cualquier partícula podía asignársele un paquete de ondas materiales o superposición de ondas de frecuencia y longitud de onda asociada con el momento lineal y la energía:

Donde P,Ek son el momento lineal y la energía cinética de la partícula, y k,w son el vector número de onda y la frecuencia angular. Cuando se consideran partículas macroscópicas muy localizadas el paquete de ondas se restringe casi por completo a la región del espacio ocupada por la partícula y, en ese caso, la velocidad de movimiento de la partícula no coincide con la velocidad de fase de la onda sino con la velocidad de grupo del paquete:

donde E_k(p) = P² / 2m. Si en lugar de las expresiones clásicas del momento lineal y la energía se usan las expresiones relativistas, lo cual da una descripción más precisa para partículas rápidas, un cálculo algo más largo, basado en la velocidad de grupo, lleva a la misma conclusión.

La fórmula de De Broglie encontró confirmación experimental en 1927 un experimento que probó que la ley de Bragg, inicialmente formulada para rayos X y radiación de alta frecuencia, era también válida para electrones lentos si se usaba como longitud de onda la longitud postulada por De Broglie. Esos hechos llevaron a los físicos a tratar de formular una ecuación de ondas cuántica que en el límite clásico macroscópico se redujera a las ecuaciones de movimiento clásicas o leyes de Newton. Dicha ecuación ondulatoria había sido formulada por Erwin Schrödinger en 1925 y es la celebrada Ecuación de Schrödinger:

donde   se interpretó originalmente como un campo físico o campo de materia que por razones históricas se llamó función de onda y fue el precedente histórico del moderno concepto de función de onda.

El concepto actual de función de onda es algo más abstracto y se basa en la interpretación del campo de materia no como campo físico existente sino como amplitud de probabilidad de presencia de materia. Esta interpretación, introducida por Max Born, le valió la concesión del premio Nobel de física en 1954.

La Mecánica Cuántica

La Mecánica Cuántica

La Mecánica cuántica es la parte de la física que estudia el movimiento de las partículas muy pequeñas. El concepto de partícula "muy pequeña" atiende al tamaño en el cual comienzan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud infinita y a la vez la posición y la velocidad de una partícula (véase Principio de indeterminación de Heisenberg), entre otros. A tales efectos suele denominárseles "efectos cuánticos". Así, la Mecánica cuántica es la que rige el movimiento de sistemas en los cuales los efectos cuánticos sean relevantes. Se ha documentado que tales efectos son importantes en materiales microscópicos (unos 1.000 átomos). 

El estudio de fenómenos a escala microscópica mediante las hipótesis de la cuantización de la energía y la dualidad onda-partícula fue desarrollado bajo el nombre de Mecánica Cuántica por Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Paul Dirac, y otros alrededor de 1925-1926. 

 

 Erwin Schrödinger                                                    Paul Dirac             

  Werner Heisenberg

A partir de 1930 la mecánica cuántica se aplicó con mucho éxito a

Problemas relacionados con núcleos atómicos, moléculas y materia en

Estado sólido. La mecánica cuántica hizo posible comprender un extenso

Conjunto de datos, de otra manera enigmáticos. Sus predicciones han sido

De una exactitud notable. Ejemplo de esto último es la increíble

Precisión de diecisiete cifras significativas del momento magnético

Del electrón calculadas por la EDC (Electrodinámica Cuántica)

Comparadas con el experimento.

Las suposiciones más importantes de esta teoría son las siguientes:

• La energía no se intercambia de forma continua, sino que en todo intercambio energético hay una cantidad mínima involucrada.

• Al ser imposible fijar a la vez la posición y la velocidad de una partícula, se renuncia al concepto de trayectoria, vital en Mecánica clásica. En vez de eso, el movimiento de una partícula queda regido por una función matemática que asigna, a cada punto del espacio y a cada instante, la probabilidad de que la partícula descrita se halle en tal posición en ese momento (al menos, en la interpretación de la Mecánica cuántica más usual, la probabilística o "de Copenhagen"). A partir de esa función, o función de onda, se extraen teóricamente todas las magnitudes del movimiento necesarias. 

La teoría cuántica fue desarrollada en su forma básica a lo largo de la primera mitad del siglo XX. El hecho de que la energía se intercambiaba de forma discreta se puso de relieve por hechos experimentales como los siguientes:

• Espectro de la radiación del Cuerpo negro, resuelto por Max Planck con la cuantización de la energía.

• Explicación del efecto fotoeléctrico, dada por Albert Einstein, en que volvió a aparecer esa "misteriosa" necesidad de cuantizar la energía.

• Efecto Compton. 

Aplicaciones de la Teoría Cuántica

El marco de aplicación de la Teoría Cuántica se limita, casi exclusivamente, a los niveles atómico, subatómico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero también lo es en otros ámbitos, como la electrónica (en el diseño de transistores, microprocesadores y todo tipo de componentes electrónicos), en la física de nuevos materiales, (semiconductores y superconductores), en la física de altas energías, en el diseño de instrumentación médica (láseres, tomógrafos, etc.), en la criptografía y la computación cuánticas, y en la Cosmología teórica del Universo temprano.

Superconductor: Se denomina superconductividad a la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica sin resistencia y pérdida de energía nulas en determinadas condiciones. En este caso es la ausencia de resistencia al magnetismo.

En la medicina, la teoría cuántica es utilizada en campos tan diversos como la cirugía láser, o la exploración radiológica. En el primero, son utilizados los sistemas láser, que aprovechan la cuantificación energética de los orbitales nucleares para producir luz monocromática, entre otras características. En el segundo, la resonancia magnética nuclear permite visualizar la forma de de algunos tejidos al ser dirigidos los electrones de algunas sustancias corporales hacia la fuente del campo magnético en la que se ha introducido al paciente.

Usos Medicinales de la Teoría Cuántica.

Otra de las aplicaciones de la mecánica cuántica es la que tiene que ver con su propiedad inherente de la probabilidad. La Teoría Cuántica nos habla de la probabilidad de que un suceso dado acontezca en un momento determinado, no de cuándo ocurrirá ciertamente el suceso en cuestión.

Cualquier suceso, por muy irreal que parezca, posee una probabilidad de que suceda, como el hecho de que al lanzar una pelota contra una pared ésta pueda traspasarla. Aunque la probabilidad de que esto sucediese sería infinitamente pequeña, podría ocurrir perfectamente.

La teleportación de los estados cuánticos (qubits) es una de las aplicaciones más innovadoras de la probabilidad cuántica, si bien parecen existir limitaciones importantes a lo que se puede conseguir en principio con dichas técnicas. En 2001, un equipo suizo logró teleportar un fotón una distancia de 2 km, posteriormente, uno austriaco logró hacerlo con un rayo de luz (conjunto de fotones) a una distancia de 600 m., y lo último ha sido teleportar un átomo, que ya posee masa, a 5 micras de distancia. 

Modelo atómico de Bohr

Modelo atómico de Bohr

Bohr describió el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su alrededor un electrón.

En éste modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo; ocupando la órbita de menor energía posible, o sea la órbita más cercana posible al núcleo.

Borh formulo tres postulados
Primer postulado

El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares sin emitir energía radiante.                     

Segundo Postulado:

Los electrones solo pueden girar alrededor del núcleo en aquellas órbitas para las cuales el momento angular del electrón es un múltiplo entero de h/2p. 

siendo "h" la constante de Planck, m la masa del electrón, v su velocidad, r el radio de la órbita y n un número entero (n=1, 2, 3, ...) llamado número cuántico principal, que vale 1 para la primera órbita, 2 para la segunda, etc.

Cada órbita se corresponde con un nivel energético que recibe el nombre de número cuántico principal, se representa con la letra " n " y toma valores desde 1 hasta 7 

 Tercer postulado:

Cuando un electrón pasa de una órbita externa a una más interna, la diferencia de energía entre ambas órbitas se emite en forma de radiación electromagnética.Mientras el electrón se mueve en cualquiera de esas órbitas no radia energía, sólo lo hace cuando cambia de órbita. Si pasa de una órbita externa (de mayor energía) a otra más interna (de menor energía) emite energía, y la absorbe cuando pasa de una órbita interna a otra más externa. Por tanto, la energía absorbida o emitida será:

.

CONCLUSIONES DE LAS EXPOSICIONES

difracción y teoría cuantica de la luz:

difracciones
Es todo movimiendo de onda que se curvea cuando se encuentra con un obstaculo o a trabiesa una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio.

teoría cuántica de la luz:
fue desarrollada por Max planck nos dice que la luz no llega de una manera continua, sino que está compuesta por pequeños paquetes de energía, a los que llamamos cuantos. Estos cuantos de energía se llaman fotones. Toda luz que nos llega viene por pequeños paquetes, no es continua.Los fotones son las partículas “fundamentales” de la luz, así como los electrones son las partículas fundamentales de la materia, esta analogía es la que sirvió para realizar el descubrimiento del carácter cuántico de la luz. Por esta misma analogía, años después, de Broglie desarrolló la teoría que formula que la materia también tiene un carácter ondulatorio. La carga eléctrica y la energía tienen una estructura granular (está formada por cuantos), al igual que la materia.


Vídeo:

polarización y radiación láser




polarización
es el proceso por el cual en un conjunto originalmente indiferenciado se establecen características o rasgos distintivos que determinan la aparición en el de dos o más zonas mutuamente excluyentes llamadas polos.


radiación láser
se caracteriza por ser de propiedades, diferentes de cualquier otra fuente de radiación electromagnética, como son monocromáticas, coherencia espacial o direccionabilidad, coherencia temporal.


vídeo:

Teoría cuántica: radiación de un cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico


radiación de un cuerpo negro:


La superficie de un cuerpo negro es un caso límite, en el que toda la energía incidente desde el exterior es absorbida, y toda la energía incidente desde el interior es emitida.
Consideremos una cavidad cuyas paredes están a una cierta temperatura. Los átomos que componen las paredes están emitiendo radiación electromagnética y al mismo tiempo absorben la radiación emitida por otros átomos de las paredes. Cuando la radiación encerrada dentro de la cavidad alcanza el equilibrio con los átomos de las paredes, la cantidad de energía que emiten los átomos en la unidad de tiempo es igual a la que absorben. En consecuencia, la densidad de energía del campo electromagnético existente en la cavidad es constante.

El efecto fotoeléctrico:



La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica. Sus características esenciales son:

• Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación.

• La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones.

Masa y Energía relativista. 


Masa relativista:
la masa relativista dependiente del observador sigue estando presente, como muestran ciertas ecuaciones de la mecánica no relativística que retienen su forma original . Además, la famosa ecuación de Einstein E = mc² es cierta para todos los observadores sólo si a m se la considera como masa relativística. Las modificaciones a esta fórmula para poderla usar con la masa invariante se discuten más abajo.


Energía relativista: 

• Energía en reposo, que es la energía debida a la masa según la conocida fórmula de Einstein, E=mc², que establece la equivalencia entre masa y energía.
• Energía de desintegración, que es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finales de una desintegración.

Al redefinir el concepto de masa, también se modifica el de energía cinética.

Vídeo:

Exposición Física Relativista: Relatividad Galileana y ecuaciones de Lorentz-fitzgerald

Física Relativista

—La física relativista: misma que estudia el movimiento de objetos a velocidades cercanas a la luz, y el efecto de estas velocidades sobre la masa, la longitud, el tiempo y la energía.

—en la mecánica cuántica como en la física relativista en ninguna de las dos se pueden efectuar mediciones directas.

—por E = mc² en donde E representa la energía, de un objeto de cierta, masa (m) y (c), la velocidad de la luz.

Así, la adición de velocidades de Galileo que se describe como: x' = x – vt, es sustituida por la transformación de Fitzgerald-Lorentz: x' = (x – vt) / √1 – v² / c², para describir que la velocidad de la luz no se suma a la del sistema de referencia.

Por otra parte, en la física relativista, la luz no se sustenta ni se ve arrastrada por ningún sistema de referencia, por tanto, cabe concluir que todas las ondas electromagnéticas se mueven en un mismo sistema de referencia.

Más aún, en la física relativista, podemos expresar la velocidad v de cualquier sistema de referencia, desde cualquier otro, como v = nc, es decir, la velocidad tiene un patrón absoluto que no depende del estado de movimiento del observador.

RELATIVIDAD GALILEANA

El principio de la relatividad galileana establece que:

‘Dos sistemas de referencia en movimiento relativo de traslación rectilínea uniforme son equivalentes desde el punto de vista mecánico; es decir, los experimentos mecánicos se desarrollan de igual manera en ambos, y las leyes de la mecánica son las mismas.’

Uno de los ejemplos puestos por Galileo es el de un observador viajando en un barco que navega plácidamente sobre un río, en contraste con un observador fijo en la orilla. Ambos interpretan de la misma manera la caída de un cuerpo hacia el suelo en su propio sistema, que como sabemos sigue un movimiento vertical uniformemente acelerado.

Caída de los cuerpos

—La primera demostración rigurosa sobre que todos los cuerpos caen con la misma aceleración la dio Galileo mediante un razonamiento por el absurdo.

—
Supongamos tener dos cuerpos de distinto peso, material y forma, que los dejamos caer partiendo del reposo en un sistema inercial. De acuerdo a las ideas aristotélicas el más pesado caería más rápido, como muestra la figura.

Ecuaciones de lorentz-fitzgerald

—establece una de las bases matemáticas de la teoría de la relatividad especial que había sido introducida para resolver ciertas inconsistencias entre el electromagnetismo y la mecánica clásica.

—

—La transformación de Lorentz permite calcular como varían las propiedades de un sistema físico entre diferentes observadores inerciales y actualiza la transformación de Galileo utilizada en física hasta aquel entonces. 

—La transformación de Lorentz permite preservar el valor de la velocidad de la luz constante para todos los observadores inerciales.

—

—Para un sistema O' en movimiento uniforme a velocidad v a lo largo del eje x del sistema O de coordenadas (x, y, z, t), las siguientes ecuaciones:

  siendo t y t’ los tiempos relativos transcurridos para cada sistema de coordenadas, donde: 

Se denomina el factor de Lorentz y c es la velocidad de la luz en el vacío

    La transformación de Lorentz requiere para algunos sistemas que el origen de coordenadas de ambos sistemas de referencia sea el mismo para t=0. La generalización matemática de la transformación de Lorentz sin esta restricción es denominada transformación de Poincaré.


Vídeo:
en este vídeo demostraremos la relatividad Galileana que habla de la cauda libre de los cuerpos, que no es mas que si dos cuerpos de diferente forma y peso al ser arrojados desde la misma altura caerá primero el de mayor peso. como lo demostramos en el siguiente vídeo.