Luces en el escenario: física y teatro Teach article

Traducido por Elisa Inés López Schiaffino. Imagina poder transmitir música gracias a un láser. Suena imposible, ¿no? Sin embargo, los alumnos de Alessio Bernardelli lograron realizarlo, y además hicieron una obra de teatro para explicar la parte científica. Aquí explicamos cómo…

Para alentar a los alumnos de 16-17 años a preguntarse cómo funcionan los objetos cotidianos tecnológicos, mis colegas y yo les pedimos que investigaran, diseñaran y construyeran un láser modulado, basado en un puntero láser comercial barato. Cuando encontraron un diseño posible, se asombraron de lo fácil que era. Hasta algunos docentes tenían dudas de si funcionaría o no.

En realidad, sobrepasó nuestras expectativas. El laser modulado emitió una señal de audio al otro extremo de la habitación, y la música recibida por el sensor de luz y emitida por el parlante se escuchaba clara y fuerte. Nuestros alumnos se asombraron de haber hecho algo que ni siquiera sabían que era posible. A decir verdad, es un proceso bastante sencillo y puede ser usado para explicar varios temas relacionados con la física, como lo hicieron nuestros alumnos en la etapa siguiente de su proyecto.

Lo que me gusta de nuestro aparato es que es muy económico y muy visual. Se puede comprar un aparato parecido por aproximadamente £250, pero construirlo sólo cuesta cerca de £15. Además, se puede ver perfectamente cómo está construido; incluso los que no tienen muchos conocimientos sobre ciencia pueden ver cómo está conectado el circuito.

Construyendo el laser modulado

La señal de entrada desde el dispositivo de audio se envía a través de una resistencia. Debido a que esta señal es de CA (corriente alterna), se produce una variación en el voltaje de la resistencia, lo que a su vez hace que la corriente total del circuito cambie con la misma frecuencia que la señal de entrada. Esto hace que la intensidad de luz en el diodo láser cambie con la misma frecuencia.

El haz de luz láser, de intensidad variable, es enviado a un sensor de luz conectado a un miniamplificador. Debido a que el número de fotones que llega al sensor de luz cambia con la frecuencia de la señal de entrada de audio, la corriente generada por el sensor de luz también cambia con esa frecuencia. Esta señal de corriente alterna es enviada al miniamplificador, lo que hace que el cono del altavoz se mueva y se pueda escuchar la música.

El condensador en el circuito modulador es esencial para dejar pasar la señal de CA e impedir que la CC (corriente continua) de las baterías cause retroalimentación en el equipo de audio

Materiales

• Un puntero laser (de por lo menos 5 mw)
• Un miniamplificador
• Los que venden en Radio Shack parecen ser los mejores y los más baratos^w1
• Un cable mono con un conector hembra de 3,5 mm a cada lado
• 3 baterías AAA
• Un soporte para 3 baterías AAA
• Un interruptor pequeño (de los que se presionan para encender y apagar)
• Soldadura y cable
• 2 pinzas cocodrilo
• Un condensador de 100 μF
• Una resistencia de 10 Ω
• Un fototransistor o un sensor de luz
• Un aparato de audio, como un mp3 o un reproductor de discos compactos (cualquier aparato de audio que use un conector de 3,5 mm)
• 2 soportes y abrazaderas

Armado

El circuito modulador

1. Abra el puntero laser y quítele las baterías.
2. Sujete una pinza cocodrilo al resorte de la batería dentro del puntero láser.
3. Sujete la otra pinza cocodrilo a la caja del puntero láser; no permita que las pinzas estén en contacto.
   ​Si el haz del láser no funciona cuando el circuito está completo, intercambie las pinzas cocodrilo (el diodo del láser sólo funciona si la corriente circula en la dirección adecuada).
4. Suelde un cable para conectar una de las pinzas cocodrilo a un extremo del soporte de la batería.
5. Suelde un cable para conectar el otro extremo del soporte de la batería a la resistencia.

6. Suelde un cable para conectar el extremo opuesto de la resistencia con el interruptor y cierre el circuito soldando un cable entre el extremo suelto del interruptor y la pinza cocodrilo restante.
   Esto completa la parte de CC del circuito, pero para modular el haz del láser se debe alterar la tensión en la resistencia, de modo que una corriente alterna se genere y se superponga a la CC de la batería del diodo láser.

7. Corte el cable conector doble por la mitad. En uno de los extremos cortados, pele el cable. (Guarde la otra mitad del conector para el receptor, vea la foto a la izquierda).

8. Usted verá que el conector está compuesto por alambres finos de cobre envueltos alrededor de otro alambre recubierto de goma. Reúna todos los alambres finos de cobre y sepárelos del alambre central recubierto de goma (puede que tenga que quitar la goma para exponer el alambre central).

9. Suelde uno de los dos cables (ya sea el manojo de alambres finos de cobre o el alambre central; no importa cual) a un extremo del condensador.

10. Suelde los cables para conectar el otro extremo del condensador a la resistencia.

11. Para terminar su puntero láser modulado, suelde el cable restante del conector al extremo opuesto de la resistencia.
12. Use el conector macho para conectar el puntero láser al equipo de audio.

El receptor

1. Pele los cables en el otro conector, como hizo en los pasos 7 y 8 de más arriba.
2. Suelde uno de los dos cables (no importa cuál) a un extremo del sensor de luz, y suelde el otro cable al otro extremo.
3. Use el conector y enchufe el sensor de luz al miniamplificador. El receptor está terminado.

Puesta en funcionamiento

Apunte el haz del láser hacia el sensor de luz, alineándolos cuidadosamente usando las abrazaderas y los soportes en ambos extremos.

Encienda el equipo de audio. La música será emitida por el miniamplificador, al que se la es transferida a través del láser. Para hacer la demostración aún más espectacular, conecte la salida del mini-amplificador a un altavoz más potente.

Cómo comunicar conceptos de física

Habíamos logrado construir un buen aparato, pero ¿qué podíamos hacer con él? Mis colegas y yo pensamos que los alumnos podían diseñar un programa de conferencias interactivas – pero a ellos se les ocurrió una idea mucho más creativa. Decidieron escribir una obra teatral basada en James Bond, e incluir en la obra situaciones para explicar los conceptos de la física detrás de nuestro dispositivo.

Nuestros alumnos del duodécimo grado escribieron un guión divertido, lleno de física del sonido y con mucha participación de la audiencia. Estaba destinada a alumnos del noveno año (edades 13-14), con el objetivo de que apreciaran más la física y que los alentara a considerar el estudio de la física en la escuela o incluso en la universidad.

Durante el transcurso de la obra, los alumnos mayores explicaron los conceptos del plan de estudios del GCSE (Certificado General de Educación Secundaria) para las edades 14-16. Entre los conceptos incluidos estaban la señal de modulación, el espectro visible como un medio de comunicación, las fibras ópticas y la reflexión de la luz, y además algunos temas más avanzados como el efecto fotoeléctrico. El guión, que se puede descargar^w2, muestra claramente cómo fueron presentados los conceptos.

Los estudiantes realizaron la obra en nuestra propia escuela y además en otras escuelas en Gales. El público quedó impresionado por la calidad de la obra, el conocimiento de los alumnos y su capacidad para transmitir eficazmente los conceptos a los más jóvenes. A los alumnos más jóvenes en la audiencia les pareció que era una forma divertida de aprender física y les gustó que hayan sido los alumnos mayores en vez de los docentes quienes les enseñaron estos conceptos.

Los alumnos del duodécimo año también cambiaron su actitud. Una chica comentó que realmente empezó a comprender el efecto fotoeléctrico recién después de que escribiera el guión y presentara el concepto a los alumnos más jóvenes. Esto nos pasa comúnmente a los docentes: es recién cuando tenemos que enseñar los temas que empezamos a comprenderlos realmente. En parte como resultado de este proyecto, todos los alumnos del duodécimo año decidieron estudiar física o ingeniería en la universidad.

El legado del proyecto

El proyecto se inició en junio del 2008, pero sigue teniendo un buen efecto. Cuando visitábamos otras escuelas, nuestra obra teatral no era sólo para los estudiantes del noveno año, sino también para sus docentes. Demostrábamos que con nuestro dispositivo podíamos explicar muchos conceptos de física, y debido a que les entregábamos un puntero láser modulado, podían hacer proyectos similares con sus propias clases. Y, por supuesto, mis colegas de la Escuela Croesyceiliog^w3 siguen utilizando el dispositivo en sus propias clases.

El impacto del proyecto también se extiende más allá de nuestra región en Gales. En octubre del 2008, junto con algunos de nuestros alumnos, realizamos un taller práctico para docentes en la Welsh Physics Teachers’ Conference, organizada por el Instituto de Física del Reino Unido^w4.

En abril del 2009, Science Made Simple^w5 visitó nuestra escuela e incorporó aspectos de nuestro proyecto en su nuevo espectáculo para las escuelas primarias y secundarias, llevando nuestro proyecto aún más lejos, por toda Inglaterra y Gales.

Duración y distribución del tiempo

El proyecto se desarrolló durante todo un año, como parte del Premio de Ciencia Rolls-Royce 2008-09^w6, para el que resultamos uno de los nueve finalistas. Realizar la investigación y el diseño llevó un par de semanas, y el dispositivo fue construido en unos pocos días. La fase de teatro – escribir el guión, ensayar y actuar – llevó cerca de dos meses. En el transcurso del resto del año, colaboramos con el Instituto de Física y con Science Made Simple.

Durante el horario escolar, dedicamos al proyecto dos clases semanales de una hora cada una durante aproximadamente dos meses. El resto del trabajo se llevó a cabo después del horario escolar.

Agradecimientos

Alessio Bernardelli dirigió el proyecto, pero no habría sido posible sin la ayuda de Matt Smith y John Ivins, sus colegas de la Escuela Croesyceiliog.

En el momento del proyecto, Matt era un excepcional profesor practicante en la Escuela Croesyceiliog. Jugó un papel esencial en el diseño del circuito, y solucionó muchos problemas que surgieron durante el transcurso del proyecto. En la actualidad es el director de física en una escuela internacional en Roma, Italia.

John Ivins fue un miembro clave del equipo por su buena relación con los alumnos. En la actualidad es el jefe interino de física en la Escuela de Croesyceiliog en Cwmbran en Gales, Reino Unido.