sábado, 15 de octubre de 2016

TRABAJO FINAL CURSO PDS 750

ENTRELAZAMIENTO CUÁNTICO

POR: ERWIN H GONZALEZ
           ERWIN GONZALEZ


El entrelazamiento cuántico (Quantenverschränkung, originariamente en alemán) es una propiedad predicha en 1935 por Einstein, Podolsky y Rosen (en lo sucesivo EPR) en su formulación de la llamada paradoja EPR.
Figura n.1: La paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen, denominada «Paradoja EPR», consiste en un experimento mental propuesto por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen en 1935.


El término fue introducido en 1935 por Erwin Schrödinger para describir un fenómeno de mecánica cuántica que se demuestra en los experimentos pero inicialmente no se comprendió bien su relevancia para la física teórica. Un conjunto de partículas entrelazadas (en su término técnico en inglés: entangled) no pueden definirse como partículas individuales con estados definidos, sino sólo como un sistema con una función de onda única para todo el sistema.


Figura n.2: Erwin Schrodinger, Fisico austriaco galardonado con en premio Nobel de Física en  1934.

El entrelazamiento es un fenómeno cuántico, sin equivalente clásico, en el cual los estados cuánticos de dos o más objetos se deben describir mediante un estado único que involucra a todos los objetos del sistema, aún cuando los objetos estén separados espacialmente. Esto lleva a correlaciones entre las propiedades físicas observables. Por ejemplo, es posible preparar (enlazar) dos partículas en un solo estado cuántico de espín nulo, de forma que cuando se observe que una gira hacia arriba, la otra automáticamente recibirá una "señal" y se mostrará como girando hacia abajo, pese a la imposibilidad de predecir, según los postulados de la mecánica cuántica, qué estado cuántico se observará.
Esas fuertes correlaciones hacen que las medidas realizadas sobre un sistema parezcan estar influyendo instantáneamente otros sistemas que están enlazados con él, y sugieren que alguna influencia se tendría que estar propagando instantáneamente entre los sistemas, a pesar de la separación entre ellos.
Figura n.3: Ejemplo mental sobre entrelazamiento cuántico.

No obstante, no parece que se pueda transmitir información clásica a velocidad superior a la de la luz mediante el entrelazamiento porque no se puede transmitir ninguna información útil a más velocidad que la de la luz. Sólo es posible la transmisión de información usando un conjunto de estados entrelazados en conjugación con un canal de información clásico, también llamado teleportación cuántica. Mas, por necesitar de ese canal clásico, la información útil no podrá superar la velocidad de la luz.
El entrelazamiento cuántico fue en un principio planteado por sus autores (Einstein, Podolsky y Rosen) como un argumento en contra de la mecánica cuántica, en particular con vistas a probar su incompletitud puesto que se puede demostrar que las correlaciones predichas por la mecánica cuántica son inconsistentes con el principio del realismo local, que dice que cada partícula debe tener un estado bien definido, sin que sea necesario hacer referencia a otros sistemas distantes.
Con el tiempo se ha acabado definiendo como uno de los aspectos más peculiares de esta teoría, especialmente desde que el físico norirlandés John S. Bell diera un nuevo impulso a este campo en los años 60 gracias a un refinado análisis de las sutilezas que involucra el entrelazamiento. La propiedad matemática que subyace a la propiedad física de entrelazamiento es la llamada no separabilidad. Además, los sistemas físicos que sufren entrelazamiento cuántico son típicamente sistemas microscópicos (casi todos los que se conocen de hecho lo son), pues, según se entendía, esta propiedad se perdía en el ámbito macroscópico debido al fenómeno de la Decoherencia cuántica. Sin embargo más recientemente, un experimento ha logrado el citado entrelazamiento en diamantes milimétricos, llevando así este fenómeno al nivel de lo macroscópico.
El entrelazamiento es la base de tecnologías en fase de desarrollo, tales como la computación cuántica o la criptografía cuántica, y se ha utilizado en experimentos de teleportación cuántica.
Hoy día se prefiere plantear todas las cuestiones relativas al entrelazamiento usando fotones (en lugar de electrones) como sistema físico a estudiar y considerando sus espines como variables físicas a medir.

Figura n.4: Computación cuántica basada en teleportación cuántica.

El motivo es doble: por una parte es experimentalmente más fácil preparar estados coherentes de dos fotones (o más) altamente correlacionados mediante técnicas de conversión paramétrica a la baja que preparar estados de electrones o núcleos de átomos (en general materia leptónica o bariónica) de análogas propiedades cuánticas; y por otra parte es mucho más fácil hacer razonamientos teóricos sobre un observable de espectro discreto como el espín que sobre uno de espectro continuo, como la posición o el momento lineal.
De acuerdo con el análisis estándar del entrelazamiento cuántico, dos fotones (partículas de luz) que nacen de una misma fuente coherente estarán entrelazados; es decir, ambas partículas serán la superposición de dos estados de dos partículas que no se pueden expresar como el producto de estados respectivos de una partícula.
En otras palabras: lo que le ocurra a uno de los dos fotones influirá de forma instantánea a lo que le ocurra al otro, dado que sus distribuciones de probabilidad están indisolublemente ligadas con la dinámica de ambas. Este hecho, que parece burlar el sentido común, ha sido comprobado experimentalmente, e incluso se ha conseguido el entrelazamiento triple, en el cual se entrelazan tres fotones.
Hoy en día se buscan aplicaciones tecnológicas para esta propiedad cuántica. Una de ellas es la llamada teleportación de estados cuánticos, si bien parecen existir limitaciones importantes a lo que se puede conseguir en principio con dichas técnicas, dado que la transmisión de información parece ir ligada a la transmisión de energía (lo cual en condiciones superlumínicas implicaría la violación de la causalidad relativista).


Figura n.5: teleportación de estados cuánticos

Es preciso entender que la teleportación de estados cuánticos está muy lejos de parecerse a cualquier concepto de teleportación que se pueda extraer de la ciencia ficción y fuentes similares. La teleportación cuántica sería más bien un calco exacto transmitido instantáneamente (dentro de las restricciones impuestas por el principio de relatividad especial) del estado atómico o molecular de un grupo muy pequeño de átomos. Piénsese que si las dificultades para obtener fuentes coherentes de materia leptónica son grandes, aún lo serán más si se trata de obtener fuentes coherentes de muestras macroscópicas de materia, no digamos ya un ser vivo o un chip con un estado binario definido, por poner un ejemplo.
El estudio de los estados entrelazados tiene gran relevancia en la disciplina conocida como computación cuántica, cuyos sistemas se definirían por el entrelazamiento.


Figura n.6: ejemplo mental sencillo de transmision cuantica de informacion.

 Como complemento adicional tenemos un video explicativos de expertos Fisicos especialistas en el area para tener de esta forma una idea mas concreta del etrelazamiento a la vez de aclarar sus posibles dudas:
 

 La fisica es una de las areas mas hermosas del saber ya que son muchas las implicaciones directas en la comprension de los fenomenos de la naturaleza, por ello resulta de vital importancia conocer cual ha sido su evolucion a travez de la historia, por ende les presentaremos un mapa conceptual con los aspectos mas relevantes de su evolucion realizado con la herramienta tecnologica CMAPTOOLS:

Fuentes referenciales adicionales:

1. https://hipertextual.com/2015/09/entrelazamiento-cuantico

2. https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjczLfC6t3PAhWCLB4KHYRXBLEQFgg9MAQ&url=http%3A%2F%2Fsedici.unlp.edu.ar%2Fbitstream%2Fhandle%2F10915%2F39869%2FDocumento_completo.pdf%3Fsequence%3D1&usg=AFQjCNGTVxkygNmFDJeSQxY2HUZsdFyGqQ&sig2=StiOA6YwYnv7HfmnNi8lVg

3. https://hipertextual.com/2015/10/entrelazamiento-cuantico-2



domingo, 9 de octubre de 2016

Laboratorio Virtual #2 Mecánica: MOMENTO DE FUERZA

Por: Erwin H Gonzalez
         Erwin Gonzalez


RESUMEN
La mecánica en la actualidad se ha convertido en un hecho de gran importancia, debido al avance arquitectónico significativo y por la necesidad de lograr diseños más eficientes que permitan facilitar aún más la vida cotidiana del ser humano. Resulta importante considerar el formalismo teórico implicado en cada proceso del diseño de estructuras para tener una mayor seguridad en la implementación de los mismos. En esta experiencia estudiaremos las consideraciones importantes del momento de fuerza y centro de masas y la aplicabilidad a la vida cotidiana.
ABSTRACT
Mechanical today has become a fact of great importance due to significant architectural advancement and the need to achieve more efficient designs to ease the daily lives of human beings even more. It is important to consider the theoretical formalism involved in every process of designing structures for greater security in implementing them. In this experiment, we will study the important considerations of the moment of force and center of mass and applicability to everyday life.



                                                                                     I.          INTRODUCCIÓN
Este trabajo se constituye como una experiencia en el campo de la Física, que busca la resignificación de la mecánica. Se abordan diferentes temáticas como el momento de fuerza y centro de masa. A partir de la experiencia con un sistema ejemplificando los casos mencionados anteriormente se pretende reforzar los conceptos aprendidos previamente correlacionando los fundamentos matemáticos básicos y además de mostrar la importancia de la comprensión teórica de cada uno de los fenómenos para el desarrollo de un sistema más eficiente y seguro.

                                                                                             II.          OBJETIVOS
1- Calcular el momento de una fuerza
2- Aplicar el concepto de momento de una fuerza al estudio del equilibrio de una barra.
3- Estimar el centro de masa de una distribución de masas.





                                                                                 III.          MARCO TEÓRICO
Se denomina momento de una fuerza (respecto a un punto dado) a una magnitud pseudo vectorial, obtenida como producto vectorial del vector de posición del punto de aplicación de la fuerza (con respecto al punto al cual se toma el momento) por el vector fuerza, en ese orden. También se denomina momento dinámico o sencillamente momento. Ocasionalmente recibe el nombre de torque a partir del término inglés (torque), derivado a su vez del latín torquere (retorcer).
Los términos centro de masa y centro de gravedad, se utilizan como sinónimos en un campo gravitatorio uniforme, para representar el punto único de un objeto o sistema que se puede utilizar para describir la respuesta del sistema a las fuerzas y pares externos. El concepto de centro de masa es el de un promedio de las masas, factorizada por sus distancias a un punto de referencia. En un plano, es como el punto de equilibrio o de pivote de un balancín respecto de los pares producidos.


                                                                   IV.          MONTAJE EXPERIMENTAL

A.    MOMENTO DE UNA FUERZA:


(http://salvadorhurtado.wikispaces.com/file/view/momento.swf) Link de referencia.

Materiales: Como muestra la figura anterior este es un montaje experimental virtual, que nos permite realizar un laboratorio simulado, con un alto grado de precisión, y que a su vez elimina la limitante de la carencia de equipo experimental. El montaje experimental está compuesto por:
Ø  barra graduada.
Ø  Dinamómetro.
Ø  Porta pesas.                         
Ø  Pesas.

Procedimiento: para comprender de manera simple esta ley básica de la física, hacemos uso del estudio de las variables mostradas en a continuación:
1-    Coloca en el porta pesas una masa de 200g y completa la tabla:
D(cm)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
F(N)










Donde: d es la distancia del porta pesas al eje de giro (tornillo) y F es la fuerza que marca el dinamómetro.
2- Repite la experiencia anterior colocando en el porta pesas 2 masas de 200 g y luego 3 masas de 200 g.

3- Determina en cada caso el peso del porta pesas (considera despreciable la masa del porta pesas y toma g= 10 m/s2)

4- Comprueba que en todos los casos el momento que ejerce el porta pesas es igual al momento que ejerce el dinamómetro:
Ø  .
Ø  .
5- En el caso anterior comprueba que la barra permanece en equilibrio cuando los momentos que ejercen las pesas, son iguales.


 B.    CENTRO DE MASA 1.


(http://www.educaplus.org/play-342-Centro-de-masa.html) Link de referencia.
Materiales: Como muestra la figura anterior este es un montaje experimental virtual, que nos permite realizar un laboratorio simulado, el cual consiste en poder colocar 4 masas diferentes en diversos puntos de un plano bidimensional; adicional también variar las masas de las dichas masas.

Procedimiento: Teniendo en cuenta el funcionamiento de la animación, realiza las siguientes actividades:
1-    Ubica en el plano 2D, las cuatro masas considerando que las masas se mantienen constantes; utiliza los siguientes puntos de referencia:
Ø  P1 (1,2); P2 (3,4); P3 (5,4); P4 (7,8).
Ø  P1 (3,4); P2 (5,4); P3 (2,3);         P4 (6,1).
Ø  P1 (1/2,5); P2 (3/4,2); P3 (7,1); P4 (8,3).
Ø  P1 (7.5, 1.5); P2 (3,4); P3 (1,9); P4 (10,2).
Ø  P1 (2.5, 2); P2 (5.5, 4); P3 (6.5, 10); P4 (9,0).
2-    Luego calcula Teóricamente el centro de masas de esta distribución y comprueba con el resultado experimental brindado por la animación.
3-    Repite la misma experiencia anterior, pero manteniendo constante las posiciones y variando las masas de la siguiente manera:
Ø  M1=1; M2=2; M3=3; M4=4.
Ø  M1=3; M2=6; M3=10; M4=5.
Ø  M1=1.5; M2=2; M3=8; M4=4.
Ø  M1=3.5; M2=10; M3=7; M4=1.
Ø  M1=9; M2=3; M3=6; M4=10.
4-    Luego calcula Teóricamente el centro de masas de esta distribución y comprueba con el resultado experimental brindado por la animación (recuerde que las unidades de las masas son tacitas en la animación pero puede emplear la unidad base el Kg).
5-    Compare los resultados obtenidos en los puntos 2 y 4. ¿Se cumple el formalismo teórico del estudio del centro de masa?, ¿Hubo alguna variación de los centros de ambas distribuciones? ¿Explique?

C.    CENTRO DE MASA 2.


(http://salvadorhurtado.wikispaces.com/file/view/barra.swf) Link de referencia.

Materiales: Como muestra la figura anterior este es un montaje experimental virtual, que nos permite realizar un laboratorio simulado, con un alto grado de precisión, y que a su vez elimina la limitante de la carencia de equipo experimental. El montaje experimental está compuesto por:
Ø  barra graduada.
Ø  Porta pesas.                         
Ø  Pesas.
Procedimiento: para comprender de manera simple esta ley básica de la física, hacemos uso del estudio de las variables mostradas en a continuación:
1-    Realiza variaciones de las masas en ambos extremos de la distribución, e indica en cuales casos la barra se mantiene en equilibrio. ¿Explique su respuesta?
2-    Elije masas diferentes para los porta pesas e indique si de esta manera el sistema está en equilibrio. En caso de no estarlo ¿Qué podría hacer usted para lograr que pueda estar en equilibrio?
3-    ¿Se cumplen los formalismos teóricos tratados anteriormente? Investigue tres edificaciones impresionantes en los cuales el estudio del centro de masas tenga una aplicación considerable.


CONCLUSIONES (1 por estudiante)
1.
2.
3.


BIBLIOGRAFÍA

[1] Mecánica Experimental para Ciencias e Ingeniería, Mario Enrique Álvarez Ramos.

[2] Introducción al análisis de datos experimentales, Roque Serrano Gallego.

[3] Física para la ciencia y la tecnología. Paull Allen Tipler, Gene Mosca, 2005.



VIDEO DE MOTIVACION



LABORATORIO VIRTUAL