CAMPUS VLC Proyectos Campus Científicos de Verano 2015

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Proyectos Campus Científicos de Verano 2015

                                CAMPUS VLC
         Universidad de Valencia/Universidad Politécnica de Valencia
                        http://www.vlc-campus.com/
Un viaje fantástico con los pies en la Física

Institución/Departamento: Universidad de Valencia/Universidad Politécnica de Valencia. Facultad de Física
de la Universidad de Valencia. Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño de la Universidad
Politécnica de Valencia.
Área: Física/Tecnología.
Resumen:
El proyecto “Un viaje fantástico con los pies en la física” trata de conducir a los jóvenes participantes a un
recorrido por fenómenos y experimentos de física nuevos para ellos, con un planteamiento que resalte su
carácter fascinante y su importancia y actualidad, y en el que prime la experimentación y la cuantificación
realizadas por los propios estudiantes.
El “viaje” que se propone abarca desde la ley de gravitación universal, aplicable a los entes más grandes que
conocemos, a la naturaleza dual onda-corpúsculo observable en las partículas más pequeñas como los
electrones. Todo ello, siguiendo una secuencia en la que se potencie la comprensión de aquello que se les
presenta, incluyendo explicaciones adaptadas a su nivel académico y fomentando las relaciones con otras
ciencias y con la tecnología que nos rodea.

El proyecto se llevará a cabo a lo largo de las cinco sesiones que se describen a continuación:

1ª sesión. Movimientos y fuerzas: determinación de g. Se busca lograr una familiaridad con los distintos
tipos de movimientos que pueden tener los cuerpos y la relación que estos movimientos tienen con las
fuerzas que actúan sobre los mismos, con un énfasis especial en la fuerza gravitatoria. Se insistirá en la
generalidad de esta fuerza en el universo y en el carácter general de algunos principios presentes en
cualquier fenómeno físico como el de conservación del momento lineal o el principio de conservación de la
energía. Todo ello se conseguirá mediante el desarrollo de una secuencia práctica en la que se podrá medir y
visualizar en tiempo real el movimiento de caída libre de una pelota, con los rebotes que tiene con el suelo y
determinar cuantitativamente la aceleración de la gravedad en la superficie terrestre.

2ª sesión. Ondas mecánicas. Se analizarán diferentes tipos de onda generadas con un slinky y se estudiarán
los modos normales de vibración en cuerdas de distintos materiales, determinando la velocidad de
propagación de las ondas unidimensionales en función de distintos parámetros. Se obtendrán
experimentalmente diferentes figuras de Chladni generadas por ondas estacionarias bidimensionales en
láminas vibrantes de diferentes geometrías y visualizadas a través de una sustancia granular depositadas
sobre la propia lámina.
La segunda parte de la sesión estará centrada en el estudio de ondas acústicas: por un lado, se analizará
experimentalmente las interferencias producidas por dos ondas acústicas emitidas por focos distintos en

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*Este documento solo tiene validez a título informativo para aquellos candidatos que hayan sido seleccionados para participar en Campus Científicos de Verano 2015 según lista de resolución
publicada en www.campuscientificos.es.

función de la diferencia de las distancias de los focos al punto. Por otro lado, mediante un Tubo de Rubens se
visualizará las variaciones de presión generadas una onda acústica estacionaria mediante las llamas
generadas en el tubo de Rubens. Finalmente, los estudiantes visualizarán las ondas acústicas generadas
mediante un diapasón y con su propia voz, utilizando un micrófono conectado al osciloscopio.

3ª sesión. Interferencia y difracción de la luz. El objetivo de esta práctica es familiarizarse con el fenómeno
de difracción, en particular de las ondas luminosas, obteniendo los patrones de difracción de campo lejano
de algunas aberturas características tales como rendijas, aberturas circulares o redes de difracción.
Se insistirá en que la difracción es un fenómeno que también pone de manifiesto el carácter ondulatorio de
la luz y en cómo, a través de ella, se puede obtener información sobre la estructura de los objetos que la
producen. En concreto, a partir de los patrones de difracción generados al iluminar con un láser las
diferentes aberturas, se medirán las dimensiones geométricas elementales de estas aberturas. Además, se
comprobará que algunos objetos cotidianos como un CD, un DVD o incluso una bolsita de té, también dan
lugar a patrones de difracción, y midiendo dichos patrones se estimará la distancia entre los microsurcos que
codifican la información grabada en estos elementos. Por último, dado que el tamaño de los patrones de
difracción dependen explícitamente de la longitud de onda del haz de iluminación, se aprovechará esta
característica para determinar la longitud de onda del haz de luz proporcionado por un puntero láser.

4ª sesión: La doble vida del electrón. El objetivo de esta sesión es conocer fenómenos en los que están
involucrados los electrones en diferentes contextos. Por un lado, los electrones se encuentran bajo la forma
de corrientes que circulan por los conductores, crean campos magnéticos y ponen de manifiesto fenómenos
electromagnéticos como la inducción. También se encuentran como haces de partículas en el vacío, que
sufren los efectos de fuerzas (en este caso eléctricas y magnéticas), como cualquier otro cuerpo
macroscópico. Por otro lado, al atravesar un sólido cristalino muestran los patrones de difracción que los
estudiantes han experimentado con la luz (sesión 3). Este comportamiento ondulatorio también se
encuentra en los átomos, en los que los electrones parecen formar ondas estacionarias parecidas a las que
los estudiantes han visto formarse en un anillo de alambre (sesión 2). Además, se extraerán consecuencias
relacionadas con la interpretación de estos fenómenos y el hecho de que los electrones respondan a
diferentes modelos físicos (corpuscular y también ondulatorio), algo que podrá complementarse con una
experiencia del comportamiento corpuscular de la luz (efecto fotoeléctrico).

5ª sesión. Sesión de presentación oral de resultados.

Referencias recomendadas:

- R.P. Crease, “El Prisma y el Péndulo: los diez experimentos más bellos de la Ciencia”, ed Crítica (2009).
- P.G. Hewitt, “Física Conceptual”, Ed. Prentice Hall (9ª Ed.)
- G. Holton y S.G. Brush, “Introducción a los conceptos y teorías de las Ciencias Físicas”, ed Reverté (2ª
ed, 1987, reimp 2004)
- H.B. Gray, "Electrones y enlaces químicos", Editorial Reverté, 2003.
- B. Crowell, colección “Light and matter”, creative commons (http://www.lightandmatter.com)

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*Este documento solo tiene validez a título informativo para aquellos candidatos que hayan sido seleccionados para participar en Campus Científicos de Verano 2015 según lista de resolución
publicada en www.campuscientificos.es.

Tecnología y física médicas: la innovación al servicio de la medicina

Institución/Departamento: Universidad de Valencia/Universidad Politécnica de Valencia. Instituto de
Instrumentación para Imagen Molecular (UPV); Departamento de Fisiología (UVEG); Departamento de
Ingeniería Electrónica (UVEG), Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear (UVEG).
Área: Física/Ingeniería.
Resumen:
Las actividades programadas persiguen que el alumno comprenda las bases físicas y tecnologías que existen
en los dispositivos y técnicas utilizados en Medicina.
Para conseguir este objetivo se realizarán seminarios introductorios, en los que los estudiantes participarán
activamente sobre:
- Las bases físicas de las distintas técnicas de imagen de interés médico.
- Las fundamentación de las señales bioeléctricas y los campos electromagnéticos.
- Las radiaciones biológicamente ionizantes, por medio del análisis de los beneficios y riesgos asociados
a su utilización.
Estos seminarios se complementarán con sesiones de laboratorio en las que los alumnos manejarán, bien vía
simulación o bien con equipos reales, las imágenes médicas y las señales bioeléctricas.

El proyecto constará de las siguientes sesiones:

1ª sesión. Los estudiantes recibirán un seminario sobre las técnicas de diagnóstico médico por imagen,
centrándose en el Tomógrafo por Emisión de Positrones. Se explicará el proceso para adquirir las imágenes y
la electrónica que se tiene que utilizar y se mostrará la electrónica diseñada en los procesos de investigación
llevados a cabo en el marco del instituto.
Se expondrá el proceso de diseño y fabricación de chips y se podrá ver mediante el microscopio como es un
chip en su interior.
Los participantes tendrán la oportunidad de hacer una visita guiada al “Setup” donde se realiza la simulación
de un PET y las pruebas del sistema electrónico desarrollado.
Mediante el software específico para pruebas y diagnóstico de la electrónica, el alumno realizará el
procedimiento de toma de muestras de un experimento, datos que serán visualizados mediante un
histograma que represente el espectro de emisión de luz captado en los detectores.

2ª sesión. Los estudiantes recibirán un seminario sobre técnicas de imagen, haciendo especial hincapié en el
concepto de histograma.
A partir de los datos adquiridos en la sesión anterior, se utilizará el software Mathematica, para conseguir la
representación en forma de histograma. Con toda la información obtenida y procesada, serán capaces de
ubicar el punto de emisión de radiactividad. Tras este procedimiento básico, se profundizará en algoritmos
de imagen para conseguir que los datos obtenidos se representen de un modo más visual y más adaptado a
las necesidades. Se mostrarán ejemplos de utilización de estas técnicas aplicadas a la obtención de imágenes
moleculares.

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3ª sesión. Los estudiantes recibirán una charla introductoria a la técnica termográfica, partiendo de las leyes
que rigen la emisión del cuerpo negro (Stefan-Boltzmann y Wien), en la que se incidirá sobre el carácter no
lesivo de la técnica, las posibilidades de utilización en distintos campos, desde los industriales hasta el campo
médico, y por último, valorando la utilidad y limitaciones de la técnica.
En el laboratorio y mediante una cámara termográfica obtendrán imágenes de distintas zonas del cuerpo
que serán usadas para realizar un análisis cualitativo, valorando las zonas frías y calientes e interpretando las
diferencias en función de la mayor o menor irrigación de las zonas. Asimismo, se analizará la simetría lateral
de las imágenes en cara y mano izquierda y derecha mediante el programa C-THERM, valorando la
importancia de la elección del tamaño de la región de interés y realizando distintas representaciones de la
imagen termográfica, isotermas con código de color y representación de la temperatura en función de la
línea elegida
Los estudiantes recibirán un seminario introductorio sobre qué son y dónde se originan las radiaciones
ionizantes y sus aplicaciones y realizarán una serie de experiencias de cátedra sobre detección de
radiaciones ionizantes.

4ª sesión. Se impartirá una introducción teórico-práctica de las señales bioeléctricas, señalando sus
fundamentos y aplicaciones. Mediante un programa de desarrollo propio para aplicaciones docentes, los
alumnos podrán, de forma experimental, obtener bioseñales y procesarlas. Concretamente obtendrán un
oculograma y analizarán los cambios que se producen en la señal bioeléctrica debido al movimiento de los
ojos. Asimismo analizarán su propio electrocardiograma y electromiograma.
Se realizará una introducción a los campos electromagnéticos incidiendo en cómo se generan, cómo se
propagan y cómo se miden, analizando su regulación y niveles en salud pública y las aplicaciones industriales
y médicas, para, posteriormente, realizar una actividad demostrativa sobre el espectro radioeléctrico y el
uso del medidor de campo.

5ª sesión. El último día se realizará una demostración, por grupos, de los conocimientos adquiridos durante
el curso y de los resultados obtenidos durante las sesiones prácticas.
Los estudiantes tendrán que presentar resultados acerca de la medida de señales bioeléctricas y de medición
de campos electromagnéticos en diferentes entornos , de las magnitudes medidas, razonar las conclusiones
extraídas de las mismas y discutir acerca de los aspectos beneficiosos de las radiaciones en la salud, así como
de sus posibles riesgos.

Referencias recomendadas

- Malvino. Principios de Electrónica.
- P. Tipler. Física General.
- M. Alonso. Física.
- C. Furse. Basic Introduction to Bioelectromagnetics.
- Knoll. Radiation Detection and Measurements.
- M. A. Jiménez. Proyectos para educar.
- A. M. Coloma. Metodologías para desarrollar competencias y atender a la diversidad.

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Matemáticas, criptografía y códigos: cómo usar las matemáticas para
entendernos

Institución/Departamento: Universidad de Valencia/Universidad Politécnica de Valencia. Facultad de
Matemáticas (UV). Departamento de Matemática Aplicada (UPV)
Área: Matemáticas.
Resumen:
El objetivo principal de este proyecto es que los participantes en el mismo conozcan los fundamentos de una
parte de las Matemáticas llamada Teoría de Códigos, para comprender, por una parte, el funcionamiento de
códigos de uso cotidiano como la letra del DNI, los códigos de barras o los números de las cuentas bancarias,
y por otra parte, entender cómo se cifran mensajes para conseguir su confidencialidad mediante técnicas
matemáticas, tanto en el pasado como en la actualidad.
El aprendizaje y la práctica de estos fundamentos deberán llevar al alumno, no sólo a un conocimiento
profundo y técnico sobre las cuestiones tratadas, sino también a valorar las matemáticas como una ciencia
útil, bella y necesaria en nuestra vida diaria.

Los alumnos resolverán diversos problemas relacionados con la aritmética modular, la teoría de códigos y la
criptografía a lo largo de las sesiones que tendrán lugar a lo largo del desarrollo del curso:

1ª sesión. Los alumnos conocerán las técnicas de aritmética modular necesarias para trabajar con
criptografía y códigos por medio de las siguientes actividades:
- Uso de técnicas de teoría de códigos y de criptografía mediante la descripción de problemas que pueden
darse en procesos de comunicación.
- Aplicación del cifrado de César para motivar la necesidad del uso de aritmética modular para resolver
estos problemas.
- Presentación de las nociones básicas de divisibilidad y aritmética modular.
- Estudio de los fundamentos de la aritmética modular y las operaciones asociadas mediante la resolución
de algunos problemas.
- Uso de técnicas de aritmética modular y el significado de la expresión decimal de un número para
obtener criterios de divisibilidad por algunos números.
- Aplicación del algoritmo de Euclides para calcular el máximo común divisor y obtener la identidad de
Bézout asociada.
- Resolución de algunas ecuaciones en congruencias.

2ª sesión. Los alumnos deberán conocer algunos códigos basados en técnicas de aritmética modular e
identificar, en algunos casos sencillos, si permiten detectar o corregir errores. También deberán recuperar
mensajes en los que se ha producido algún error. Todo ello a través de las siguientes actividades:
- Se explicarán los códigos de repetición.
- Se definirán los conceptos de detección y corrección de errores por un código.
- Se mostrarán ejemplos de redundancia en el lenguaje usual: faltas de ortografía, lenguaje SMS, etc.

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- Se presentarán algunos códigos habituales y los alumnos tendrán que analizar su capacidad para
detectar y corregir errores (paridad, DNI, cuentas bancarias, GTIN-13 -códigos de barras- y extensiones
del código de paridad)

3ª sesión. Los participantes aprenderán a cifrar y descifrar mensajes utilizando técnicas de aritmética
modular. También identificarán algún mensaje mediante análisis de frecuencias.
Actividades a desarrollar:
- Se mostrarán diversas técnicas clásicas de cifrado, como el método de codificación por trasposición por
medio de la escítala.
- Se mostrará la técnica de cifrado de César y los alumnos cifrarán y descifrarán mensajes cifrados con
esta técnica.
- Se mostrará la técnica de cifrado afín. Los alumnos cifrarán y descifrarán mensajes por esta técnica.
- Se enseñará la técnica del cifrado por sustitución y cómo es vulnerable al análisis de frecuencias.
- Los alumnos cifrarán o descifrarán mensajes mediante el criptosistema de Vigenère.
- Se mostrará a los alumnos por qué las libretas de clave única constituyen un criptosistema perfecto.

4ª sesión. Los alumnos crearán claves públicas y privadas y cifrarán y firmarán mensajes usando sistemas de
criptografía de clave pública por medio de la puesta en marcha de las siguientes actividades:
- Se mostrarán los problemas de intercambio de clave y de necesidad de muchas claves que aparecen en
la criptografía clásica
- Se explicarán los sistemas de criptografía de clave pública
- Los alumnos crearán claves públicas y privadas con ayuda de programas informáticos
- Los alumnos enviarán y recibirán mensajes cifrados y firmados con criptografía de clave pública con
ayuda de programas informáticos adecuados.

5ª sesión. En la sesión de presentación de resultados los alumnos mostrarán un resumen del trabajo
realizado. Podrán apoyarse en una presentación en soporte informático para ser proyectada con un cañón,
así como demostraciones prácticas de algunos de los caracteres o dígitos de control o métodos de cifrado y
descifrado, bien por medio de cálculos manuales o con calculadora u ordenador, bien mediante el uso de
alguno de los artilugios utilizados en las diferentes sesiones.

Referencias recomendadas

- P. Bravo, J. C. Ferrando, A. Martínez, «Complementos de Matemática Discreta. Curso práctico».
Editorial UPV, Valencia, 1997.
- R. Fuster, «Matemàtica discreta», Editorial UPV, Valencia, 2009.
- J. Gómez, «Matemáticos, espías y piratas informáticos», RBA, Barcelona, 2010.
- B. Schneier, «Applied Cryptography», J. Wiley & Sons, New York, 1996.
- A. Vera López, R. Esteban Romero, «Problemas y ejercicios de Matemática discreta», AVL, Bilbao,
1995.

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La química: una fuente inagotable de soluciones para la salud y el bienestar

Institución/Departamento: Universidad de Valencia/Universidad Politécnica de Valencia. Departamento de
Química (UPV) y Facultad de Química (UVEG).
Área: Química.
Resumen:
La Química es, sin lugar a dudas, una de las ciencias que más ha contribuido en las últimas décadas a
mantener y ampliar las cotas de bienestar de los seres humanos.
Con este proyecto se pretende que los estudiantes tomen conciencia de este hecho y para ello, se les
propondrá llevar a cabo diferentes actividades de complejidad creciente, atractivas, cercanas y motivadoras
en el terreno de la salud y el bienestar:

1ª sesión. Las actividades que se llevarán a cabo durante esta primera sesión del proyecto serán:
- Obtención de aceites esenciales: la planta triturada se introducirá en el matraz del equipo de destilación
junto con agua destilada u osmotizada y se procederá a la destilación. Posteriormente, podrá separarse
por decantación el aceite esencial obtenido y éste se guardará en un vial hasta su uso posterior.
- Obtención de crema hidratante y de jabón aromatizado: para la obtención de la crema hidratante se
mezclará la cera, la manteca de cacao, el ácido esteárico, el aceite de almendras y el de soja y se
calentarán al baño María. Por otra parte se mezclará el bórax con la infusión y se añadirá al contenido
del baño María removiendo constantemente hasta obtener una emulsión homogénea. Cuando ya se
comience a dejar enfriar, pero antes de que la mezcla adquiera consistencia, se añadirán las gotas de
aceite esencial, removiendo constantemente. Para la obtención del jabón perfumado se fundirá
cuidadosamente el jabón base de glicerina y se mezclará aceite esencial, incorporando unas hojas de la
planta correspondiente para que queden embebidas en el jabón una vez solidificado.
- Obtención de perfumes: se partirá de etanol y agua desionizada y se preparará una disolución al 80%
(V/V) de etanol en agua, a la que se añadirán con la micropipeta diferentes volúmenes de las esencias
puras tratando de ensayar la obtención de un perfume original y agradable.

2ª sesión. Las actividades previstas se detallan a continuación:
- Presentación de los experimentos a realizar y discusión de los mismos, remarcando medidas de
seguridad en el trabajo con productos químicos (uso de guantes, campana extractora, etc.) y recogida
selectiva de residuos.
- Síntesis de paracetamol, impurificado, por reacción directa del 4-aminofenol con anhídrido acético.
- Purificación del paracetamol mediante recristalización.
- Determinación de la pureza del paracetamol recristalizado, mediante la determinación de su punto de
fusión, comparándolo con los puntos de fusión que se obtengan para una muestra de paracetamol
impuro y otra muestra comercial.
- Análisis de la efectividad del procedimiento de síntesis y purificación; rendimiento del proceso.
- Seminario de discusión de los resultados obtenidos y evaluación de los procedimientos.

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3ª sesión. Parte 1: tras una breve descripción de los modelizadores moleculares ChemBioDraw y ChemBio3D
y la realización de unos ejercicios simples, los estudiantes tendrán que dibujar o construir las especies
químicas con las cuales han trabajado en el laboratorio.
Parte 2: a) Determinación de parámetros fisicoquímicos como el pH, la conductividad, etc. b) Determinación
cuantitativa de la concentración de Ca2+ y Mg2+. La determinación se realizará mediante una
complexometría clásica utilizando como agente complejante el EDTA en un medio tamponado a pH=10 y
utilizando como indicador el negro de eriocromo T.

4ª sesión. a) Procedimiento para la eliminación de Ca2+ y Mg2+. Uso de resinas de intercambio catiónico:
se hará pasar la muestra de agua a través de un lecho de resinas de intercambio catiónico adecuado. Una vez
terminado el proceso, se volverá a analizar la dureza del agua para determinar cuantitativamente el
porcentaje de disminución en estos cationes y por tanto la disminución en el grado de dureza.
b) Uso del C activo como agente adsorbente para la eliminación de cloro residual. La adsorción por carbón
activo es uno de los mejores métodos para la eliminación de cloro residual. Se realizarán ensayos para poner
en evidencia esta capacidad.

5ª sesión. La sesión de presentación final de resultados tendrá, esencialmente, tres partes: por un lado, los
estudiantes deberán describir de forma breve, y mediante el apoyo audiovisual, el conjunto de procesos
llevados a cabo en cada una de las jornadas, incorporando las estructuras moleculares y esquemas
elaborados en la primera parte de la tercera sesión. Por otra parte, tendrán que mostrar los productos
obtenidos en las dos primeras sesiones, proporcionando a los asistentes pequeñas muestras envasadas de
los jabones, cremas y perfumes preparados, y enseñando el paracetamol sintetizado. Y, por último, tendrán
que presentar los resultados cuantitativos obtenidos en el proyecto de la calidad de las aguas, haciendo un
uso adecuado de tablas y gráficas.

Referencias recomendadas

       -      Carbonnel, F. Naturalmente esencial. Introducción a la aromaterapia. Barcelona: Martorell; 1998.
       -      Pinto Cañón, G., Castro Acuña, C., Martínez Urreaga, J. Química al alcance de todos. Madrid:
              Pearson Alhambra Educación; 2006.
       -      Garrita, A., Chamizo, J.A. Tú y la Química. México: Pearson Educación. Prentice Hall; 2001.
       -      http://www.uspceu.com/usp/et/Fin%20de%20Semana%20Madrid.pdf
       -      http://www.ecoaldea.com/ma/piel.htm
       -      Baptistella, L.H.B., Giacomini, R.A., Imamura, P.M., Quim. Nova, vol 26, nº 2, 284-286 (2003).
       -      http://www.youtube.com/watch?v=8OOWtkYYzK4
       -      http://www.cambridgesoft.com/software/ChemBioOffice/
       -      Centellas Masuet, F.A., Corbella Cordomí, M., Fonrodona Baldajos, G., González Azón, C., Granell
              Sanvicente, J., Nicolás Galindo, E. Recull d’experiments de Química per a estudiants de batxillerat:
              Fem Química al Laboratori. Barcelona: Publicacions i Edicions de la Universitat de Barcelona; 2007.
       -      http://www.uv.es/fqlabo/quimicos/GRADO/LQII/Practicas%20castellano%20LQII/Sesion1_INTERCA
              MBIO_IONICO.pdf
       -      R.H. Petrucci, F.G. Herring, J.D. Madura, C. Bissonnette. Química General. Pearson Educ. 2011.

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