Invenciones modernas
Cámara
En estos días de cámaras desechables, cámaras digitales y teléfonos con cámara, es difícil imaginar un momento en que la gente no pudiera grabar sus recuerdos en color con solo presionar un botón. Antes de 1888, la fotografía era cara y el equipo necesario engorroso. Pero luego George Eastman desarrolló el rollo de película y patentó la primera cámara Kodak portátil y portátil. La cámara venía pre-cargada con la película, y después de tomar 100 exposiciones, el propietario envió la cámara completa a la compañía Eastman Kodak, donde la película fue retirada y revelada. Kodak cargó nueva película en la cámara y envió las fotos y la cámara de vuelta al propietario. En otras palabras, el eslogan de Eastman «Usted Presiona el Botón y Nosotros hacemos el Resto» era muy preciso.
Una cámara puede ser una máquina muy compleja con mecanismos de enfoque, flashes y otras características, pero en su forma más básica solo necesita tres elementos principales:
- Lente. La luz se refleja en un objeto en todas las direcciones diferentes. Una lente convexa dobla los rayos de luz y los enfoca para que converjan en un solo punto. En ese punto, se forma una «imagen real» invertida invertida del objeto. (Puede ver cómo un lente enfoca la luz sosteniendo uno sobre un trozo de papel blanco frente a una ventana. La luz del sol debe aparecer en el papel como un pequeño haz brillante.) Para tomar una fotografía, el objetivo de una cámara tiene que enfocar la luz que se refleja en la escena frente a ella en un área pequeña en una superficie sensible a la luz.
- Material sensible a la luz. En una cámara, el objetivo enfoca la luz en un punto de la película. La película se trata con productos químicos que experimentan una reacción química cuando se expone a la luz, registrando así la imagen. Dado que es sensible a la luz, la película debe revelarse en una habitación oscura. El desarrollo implica varios pasos y diferentes tipos de productos químicos antes de tener una imagen lista para su álbum de recortes.
- Obturador. Dado que la película es altamente sensible a la luz, se arruinará si se expone a la luz durante demasiado tiempo. El obturador es la parte de la cámara entre el objetivo y la película, que controla cuándo y durante cuánto tiempo puede llegar la luz a la película. Cuando tomas una foto, el obturador se abre permitiendo que la luz golpee la película, y luego se cierra casi de inmediato. El tiempo que el obturador permanece abierto (tiempo de exposición) depende de la sensibilidad de la película y de la cantidad de luz que haya. En los días soleados, el obturador deberá permanecer abierto durante mucho menos tiempo que por la noche.
Es posible que se pregunte por qué la imagen real está invertida y al revés. Esto se debe a que la luz que rebota en la parte inferior de un objeto tiene que doblarse hacia arriba por la lente, y la luz de la parte superior tiene que doblarse hacia abajo. Cruzarán, así que cuando hagan la imagen, estará al revés. Lo mismo sucede de lado a lado, por lo que la imagen también se invierte.
El primer tipo de cámara se llamaba cámara oscura, que en latín significa «cuarto oscuro». Consistía en una habitación oscura con un pequeño agujero para que entrara la luz. El orificio actuaba como una lente, porque solo permitía que la luz entrara como un solo haz estrecho; este haz produjo una imagen invertida de objetos exteriores en la pared opuesta al agujero. Ya que Aristóteles menciona este tipo de cámara en sus escritos, sabemos que se usó para ver el sol ya en el año 300 a. C. Finalmente, la cámara oscura estaba hecha de una caja grande y tenía lentes para voltear la imagen hacia arriba. Los historiadores creen que artistas como Johannes Vermeer los usaron para ver una imagen de la escena que deseaban pintar.
La cámara oscura logró solo la mitad de lo que hace una cámara moderna: enfocó la luz que se refleja en los objetos en un solo haz estrecho que produjo una imagen real de los objetos. Pero esto solo produjo la imagen; no la grabó. No fue hasta principios del siglo XIX que los científicos desarrollaron placas sensibles a la luz que podían recibir la imagen. Y los primeros métodos no eran muy eficientes: las imágenes fotográficas eran el resultado de 8 horas o más de exposición a la luz. Finalmente, un francés llamado Daguerre inventó el Daguerrotipo, un proceso de fotografía en placas de metal. El tiempo de exposición fue considerablemente más corto, de unos 10 a 20 minutos, ¡pero lo suficientemente largo como para explicar por qué la gente no trató de sonreír en esas fotografías antiguas! Gracias a los esfuerzos de muchas personas diferentes, el tiempo de exposición se redujo a unos pocos segundos a mediados de 1800. Cuando Eastman descubrió cómo rodar la película para que pudiera caber en una cámara de mano, la fotografía se puso a disposición de las masas, ¡y las cámaras han sido indispensables desde entonces!
La tecnología de cámara sigue avanzando. Las cámaras digitales de hoy en día eliminan el cine por completo. La luz se enfoca en un semiconductor que la registra electrónicamente, en lugar de químicamente como lo hace la película. Luego, los impulsos electrónicos se convierten en los 1s y 0s del lenguaje informático, produciendo una imagen compuesta de pequeños puntos de colores, o píxeles. Estas imágenes se pueden cambiar, cambiar de tamaño, enviar por correo electrónico o cargar fácilmente en sitios web.
¿Quieres hacer tu propia cámara oscura? También se llama cámara estenopeica, y se puede hacer una con este proyecto científico.
Aspiradora
Imagine querer aspirar las alfombras en los primeros años del siglo 20. Tendrías que llamar a un servicio de aspiradora de puerta a puerta, que enviaría una enorme máquina tirada por caballos a tu casa. Las mangueras se introducirían a través de las ventanas, unidas a la aspiradora a gasolina en la calle. No es muy conveniente, ¿verdad? Y cuando se inventó la primera aspiradora eléctrica portátil en 1905, pesaba 92 libras also ¡tampoco es muy conveniente!
Las aspiradoras han sufrido muchas modificaciones a lo largo de los años, pasando de simples barredoras de alfombras a máquinas de succión eléctricas de alta potencia. La aspiradora como la conocemos fue inventada por James Murray Spangler en 1907. Usó un viejo motor de ventilador para crear succión y una funda de almohada en un mango de escoba para el filtro. Patentó su «barredora de succión», pero poco después, William H. Hoover compró su patente y comenzó la empresa Hoover para fabricar las aspiradoras. La prueba gratuita de diez días de Hoover y las ventas puerta a puerta pronto colocaron aspiradoras en hogares de todo el país. A lo largo de los años, Hoover agregó componentes (como la «barra de batidor») para desalojar la suciedad de la alfombra para que la aspiradora pudiera absorberla.
Las aspiradoras funcionan debido al Principio de Bernoulli, que establece que a medida que aumenta la velocidad del aire, la presión disminuye. El aire siempre fluirá de un área de alta presión a un área de baja presión, para tratar de equilibrar la presión. Una aspiradora tiene un puerto de admisión por donde entra el aire y un puerto de escape por donde sale el aire. Un ventilador en el interior del vacío fuerza el aire hacia el puerto de escape a alta velocidad, lo que reduce la presión del aire en el interior, de acuerdo con el Principio de Bernoulli. Esto crea succión: el aire de mayor presión desde el exterior del vacío se precipita a través del puerto de admisión para reemplazar el aire de menor presión. El aire entrante lleva consigo la suciedad y el polvo de su alfombra. Esta suciedad queda atrapada en la bolsa de filtro, pero el aire pasa directamente a través de la bolsa y sale por el escape. Cuando la bolsa está llena de suciedad, el aire se ralentiza, aumentando la presión. Esto reduce la potencia de succión de su aspiradora, por lo que no funcionará tan bien cuando la bolsa esté llena.
Hacer una aspiradora
Una aspiradora es capaz de succionar la suciedad de la alfombra porque el aire a alta presión del exterior fluye hacia el aire a baja presión del interior. En un vacío eléctrico, un ventilador hace que el aire dentro del vacío se mueva rápidamente, lo que reduce la presión del aire, causando succión. El aire de alta presión del exterior del vacío se aspira para reemplazar el aire de baja presión, trayendo suciedad y polvo para que se atrape en la bolsa del filtro.
En este proyecto, puede fabricar una aspiradora con bomba manual que altera la presión de aire en su interior y crea succión utilizando un pistón en lugar de un ventilador. Siga el procedimiento para hacer su aspiradora, luego lea la explicación de cómo funciona. Un adulto necesitará ayudar con el corte.
Lo que Necesita:
- 2-botella de refresco de plástico de un litro
- Pelota de ping-pong
- Cuchilla de afeitar, cortadora de cajas o tijeras afiladas
- Cinta
- Hilo
- Papel
- Papel de seda
1. Corta el fondo de la botella de refresco aproximadamente 1/3 de la parte superior de la base. Ahora corta una hendidura en un lado del tercio inferior de la botella, esto te permitirá deslizarla dentro de la parte superior de la botella para que pueda actuar como un pistón.
2. Corta una tira de papel de 6′ x 3 ‘ y dóblala por la mitad longitudinalmente para mayor resistencia. Pegue cada extremo de esta tira al fondo de la botella para hacer un mango para el pistón.
3. En la parte superior de la botella, corte un orificio de 3/4 de pulgada aproximadamente 1-1/2 pulgadas por debajo del cuello. Este agujero llevará a la bolsa de filtro.
4. Haga una bolsa de filtro para su aspiradora con un pedazo de papel de seda de 6′ x 4′. Doble el rectángulo de papel por la mitad y pegue los lados para hacer una bolsa. Pegue esto sobre el agujero que hizo cerca del cuello de la botella.
5. Pegue un extremo del hilo a la pelota de ping-pong. Coloque la bola en la parte superior de la botella. Introduce el extremo libre del hilo a través de la boca de la botella y pégalo a la parte exterior de la botella para que la pelota de ping-pong cuelgue ligeramente por debajo del cuello.
¿Cómo funciona este artilugio que acabas de hacer? Empuje la parte inferior de la botella hacia la parte superior, luego tire de ella hacia atrás bruscamente. Esto disminuye la presión de aire dentro de la botella, porque ahora hay un espacio más grande para la misma cantidad de aire. El aire de menor presión dentro de la botella crea succión, tirando del aire de mayor presión del exterior hacia adentro a través de la boca. Ahora empuje el pistón hacia adentro; esto comprime el aire y aumenta la presión, para que el aire vuelva a salir de la botella. La pelota de ping-pong funciona como una válvula: cuando empujas el pistón hacia adentro, fuerza la pelota al cuello de la botella para que el aire salga por el orificio con la bolsa de filtro, en lugar de salir por la boca.
¡Ahora ponga su aspiradora a trabajar! Prueba a chupar migas de pan o bolitas de papel. Cuando tire del pistón hacia afuera, serán aspirados dentro de la botella, y cuando empuje el pistón hacia adentro, serán forzados dentro de la bolsa de filtro.
Experimente para encontrar la mejor manera de usar la aspiradora de botellas. ¿Funciona mejor bombear el pistón rápidamente? ¿Debe sacar el pistón más rápido de lo que empuja hacia adentro? ¿Se le ocurren ideas para mejorar el diseño y la eficiencia de su aspiradora? ¡Inténtalo!
La invención del horno de microondas
A veces las personas inventan cosas porque lo intentan, tienen una idea y experimentan con formas de llevarla a cabo. Otras veces, las invenciones ocurren sin que nadie las planifique; así es como se inventó el horno de microondas.
Durante la Segunda Guerra Mundial, varios científicos trabajaron en la mejora de los sistemas de radar para aviones. Estos sistemas necesitaban magnetrones, tubos de vacío que generan ondas de radio de alta frecuencia, y necesitaban muchos de ellos. Pero debido a su complejidad, solo podían fabricarse a un ritmo de menos de 20 por día. Entonces Percy Spencer, un empleado de Raytheon Company, descubrió una manera de simplificar el magnetrón y aumentar la producción. Gracias a sus innovaciones, la producción aumentó a 2.600 magnetrones por día, lo que ayudó en gran medida al esfuerzo de guerra.
Poco después de que terminara la guerra, Spencer descubrió accidentalmente otro uso para magnetrones. Continuaba la investigación de radar en un laboratorio de Raytheon, y mientras se paraba frente a un magnetrón se dio cuenta de que la barra de caramelo en su bolsillo se estaba derritiendo. Su curiosidad cobró vida y rápidamente probó el efecto del magnetrón en palomitas de maíz sin estallar. Cuando los granos explotaron, ¡sabía que realmente estaba en algo!
Los magnetrones emiten energía en forma de ondas de radio de alta frecuencia, llamadas microondas. (Aprenda sobre las ondas de radio y la radiación electromagnética en nuestro artículo sobre energía. Con esta frecuencia, las microondas pasan a través del vidrio, la cerámica y el plástico, pero son absorbidas por el agua, las grasas y los azúcares. Esta absorción de energía «excita» los átomos y la comida se calienta.
Spencer y Raytheon comenzaron a desarrollar el horno de microondas, y en 1947 produjeron la primera versión comercial. Costaba 5 5,000, pesaba 750 libras y medía 5’6′ de altura. No solo eso, sino que usaba un sistema de refrigerante de agua que requería que se instalaran tuberías adicionales donde se utilizara el microondas. Como pueden imaginar, no fue un éxito instantáneo.
El éxito puede no haber sido instantáneo, pero en este caso era inevitable. El desarrollo continuo y los avances tecnológicos finalmente produjeron las microondas pequeñas y eficientes que tenemos hoy en día en casi todos los hogares de Estados Unidos. ¡Y todo comenzó con un accidente pegajoso y pegajoso!
¡Más información!
Lea acerca de Alexander Graham Bell, Thomas Edison y los hermanos Wright, ¡además de hacer su propia bombilla! Encuentre todo esto en nuestra primera Lección de Ciencia de Invenciones Modernas.