Microondas, regaliz y la velocidad de la luz

Benjamín Montesinos

¿Tienes una barra de regaliz en casa? Si no, baja a la tienda de chuches más cercana, cómprate unas cuantas y disponte a medir la velocidad de la luz usando tu microondas.

Este es un sencillo -y sorprendente experimento- para medir la velocidad de la luz con una barra de regaliz y un microondas:

Paso 1: quítale al microondas la pieza de plástico que está en el eje de giro, para evirtar que el plato de vueltas. Con dos trozos de cello pega la barra de regaliz en el plato y ponla de modo que la barra quede paralela a la puerta.

Paso 2: cierra el microondas, y a baja potencia, por ejemplo a 200 watios, enciéndelo. Quizás tengas que hacer algunas prueba, pero en eso consiste la experimentación. Verás que el regaliz se curva en forma de onda: algunas zonas quedan al nivel del plato y otras se elevan algo así como 3 cm. Apaga el microondas y saca el plato.

Paso 3:  Cuando apagas el microondas la barra de regaliz se enfría y tiene el aspecto que se muestra en la fotografía de arriba: verás que las zonas que se han elevado están quemadas pero hay otras zonas intactas (los dos pequeños «valles» que se aprecian en la foto). Con una regla mide la distancia aproximada entre los centros de esos dos valles. En nuestro caso, es más o menos 6 cm.

Paso 4: dale la vuelta al microondas y mira la frecuencia de las ondas. Viene indicada en la placa con las características técnicas. En el microondas que nosotros usamos es 2450 MHz. «MHz» significa «Megaherzio» (millones de herzios) y los «herzios» son simplemente número de oscilaciones por segundo, de modo que las unidades son la inversa de un tiempo, que se indica como «s-1»

Multiplica por 2 la distancia que mediste antes, y multiplicala por 2.450.000.000 s-1.
El sorprendente resultado es 12 × 2.450.000.000 = 29.400.000.000 cm/s =294.000 km/s… ¡la velocidad de la luz!

¿Es causalidad? ¿Qué está pasando? La explicación es sencilla: el microondas es una cavidad que produce ondas estacionarias. Hay puntos del microondas donde la amplitud de las ondas es cero y otros donde esa amplitud es máxima. En nuestro caso, el hecho de que cada seis centímetros el regaliz no se haya quemado, significa que en esos puntos el calentamiento es nulo, y por tanto la amplitud de las microondas es cero.

La longitud de onda de la radiación es dos veces la distacia entre dos de estos puntos estacionarios (llamados técnicamente «nodos»). El regaliz por tanto nos dice que la longitud de onda en el microondas es de 12 cm.

Una fórmula muy conocida en física dice que la velocidad de la luz es igual al producto de la longitud de onda por la frecuencia. Haciendo la operación que hemos indicado, se ve que la exactitud del experimento es grande. El valor «oficial» de la velocidad de la luz es 299.792,458  km/s.

¡Ánimo y enviadnos vuestros resultados!

ADDENDUM (DByN):
Midiendo la velocidad de la luz: el contexto histórico

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1.102 comentarios

  1. Jooooooder, moooola. Creo que lo voy a probar.

    No entiendo muy bien por qué multiplicas por dos la distancia entre valles para calcular la longitud de onda. Supongo que porque sabes que la onda estacionaria creada está en un armónico determinado (el primero ¿no?). Pero ¿cómo sabes realmente como es la onda estacionaria si no se puede "ver"? tendrías que la distancia entre las paredes, y que el regaliz esté en el ángulo correcto, etc ¿no?

    Gracias por la entrada, intentaré probardo durante la semana.

  2. Hola Al,

    Gracias por tu entusiasmo. Si tomas una onda estacionaria la semilongitud de onda es la distancia entre dos puntos donde la onda tiene amplitud cero, o sea, en este caso entre dos puntos en los que el regaliz no se queme. No puedo "ver" la onda pero si puedo ver con el regaliz sus nodos. En el microondas los radiadores están colocados en las paredes laterales, por eso se pone el regaliz perpendicular a ellos. Inténtalo y dime qué te sale. Si no puedes hacerlo con regaliz pon un par o tres de queso en lonchas (los tranchetes), creo que también sale, aunque no lo he probado.

    Un saludo,

    Benjamín

  3. Mi más sincera enhorabuena, recuerdo que mi profesor en primero de la facultad me decía que el buen físico es el que hace física con cualquier cosa. Por eso nos puso a medir el valor de la gravedad con un sedal y un plomo de pescar…..

  4. Gracias Manuel,

    Hicimos el experimento con el microondas de nuestro Instituto, fue divertido. Si lo intentas mándanos el resultado.

    Un saludo,

    Benjamín

  5. Benjamín: enhorabuena por la claridad de la explicación y las fotos (por cierto dime como las insertas, yo llevo un blog y para insertar imágenes me envía a un cuadro donde tengo que poner un enlace de internet??? y yo las imágenes las tengo en mi ordenador).

    Bueno , te comento que en la Feria de la Ciencia lo hicieron con lonchas de queso con resultados muy buenos. Si quieres verlo:

    http://www.madrimasd.org/cienciaysociedad/feria/publicaciones/Feria6/3/Colegio_Penascales.pdf

  6. Hola José,

    Gracias por el correo. La inserción de imágenes me imagino que depende del portal de cada blog. En este caso nosotros escribimos el texto y cuando tenemos que poner una imagen hay un botón que pasa a un "modo html" y ahí ponemos la imágen con un formato html (<src img="…">), que, efectivamente también reside en nuestro ordenador.

    ¡Gracias por lo de las lonchas de queso! ¡Y gracias por leernos!

    Un saludo,

    Benjamín

  7. Increible .. dan ganas de hacerlo lo antes posible. Solo tengo una duda .. alguien me puede decir que es un regaliz .. soy del otro lado del charco (Colombia) y ni idea de que es eso …

  8. Excelente!, tenemos ahora un nuevo problema, si consiguiesemos mas frecuencia mejoraria la eficacia del microondas no es cierto?

    El limite esta en el oscilador.. por eso los Chip no han seguido subiendo de 3.4 Ghz no es verdad?

    Si se desarrollase el nuevo oscilador de luz podria aumentarse la velocidad de las computadoras en unas mil veces,.. o al menos en algunos pasos..y tambien el telescopio electronico y las emisoras conseguirian aumentar el alcance en el mismo sentido

  9. Hola GoodBikes,

    ..ya nos gustaria que al subir la frecuencia todo fuese tan sencillo y las ondas llegasen más lejos. La pena es que al subir la frecuencia baja la longitud de onda, y objetos (como una gota de agua) que a unas frecuencias no son obstáculos para la propagación de una onda, a otras más elevadas sí. Además ello afecta en la altura a la que se reflejan las ondas en las capas de la atmosfera (troposfera, ionosfera,…), en el suelo, en ‘conductos’,…, y por tanto al alcance de nuestra onda.

    Muy interesante lo del regaliz; distancia entre minimos o entre maximos=lambda/2; entre maximo-minimo=lambda/4….

    un saludo

  10. Interesante, pero no hacía falta que cada imagen estuviera a 4 MegaPixels y ocupara 500 KB.

  11. Un microondas también vale para medir el valor de g. Para que funcione bien el microondas debe tener reloj… (casi todos lo tienen). Pues bien, se tira el microondas desde una altura conocidad y se lee cuanto tiempo ha pasado desde que se soltó hasta el impacto final… ¿Lo demás fácil, no? 😀

  13. duda:

    ¿si no supieses la velocidad de la lus, podrias hacer este "experimento"?

  14. Hola, contesto en conjunto a algunos de los comentarios:

    Mz: un regaliz es una barrita de una especie de caramelo blando, puedes probar a hacer el experimento también con dos lonchas de queso.

    gffdhtgdyjgyj: sí, fíjate que es un dato que no uso nunca.

    Mr: …pobre microondas…

    Saludos,

    Benjamin

  15. El experimento debería mejorar llenando el plano del microondas con lonchas de queso, porque si el regaliz no está perfectamente paralelo a la puerta, la medida de la longitud de onda no es correcta.

    Al: si utilizas un queso entero, podrás ver las ondas estacionarias en 3D según vayas cortando capas 😉

  16. Muy instructivo el post!!!

    Por lo que recuerdo del funcionamiento de un microondas, entre la rejilla y el oscilador que emite las ondas a la cavidad, suele haber un ventilador cuya función es, precisamente, evitar en la medida de lo posible la aparición de ondas estacionarias en el horno (y que así los alimentos se cocinen uniformemente: a esto también contribuye el rotor de la bandeja). En cualquier caso, o bien tu horno no tenía ventilador, o bien el efecto de éste no es demasiado (¿tal vez tenga que ver con el margen de error de la medida?).

    Por cierto, a Goodbikes, que pregunta que si con más frecuencia mejoraría la eficiencia del microondas, la respuesta es que no: 2450 MHz es la frecuencia exacta a la que las moléculas de agua "resuenan" (por explicarlo de alguna manera: la oscilación de la onda electromagnética se transfiere a las moléculas de agua, que, al oscilar, se calientan… pero sólo a esa frecuencia y alguna otra). Por eso los alimentos en el microondas tienden a cocerse, y a calentarse más en las zonas con mayor contenido de agua.

    Tampoco es problema fabricar osciladores de frecuencias más altas (e incluso mucho más altas) que estas, pero eso tiene poco que ver con las frecuencias de los chips de los ordenadores… tiempo al tiempo de todos modos.

  17. sI LA ONDA ESTACIONARIA FUERA LA MITAD FUERA MULTIPLO DE PI NO TENDRIAMOS PROBLEMAS EN SABER EL VOLTAJE QUE NECESITARIAMOS PARA SABER A LA VELOCIDAD QUE VIAJA LA LUZ. O NO?

  18. Hola FORASERIE,

    No entiendo muy bien tu pregunta… además fíjate que no necesitamos ningún voltaje, tan sólo medir una distancia y la frecuencia a la que opera el microondas.

    Un saludo,

    Benjamín

  20. RE: Al que tiraria el microondas pr la ventana…

    O tienes un alargador muy grande, o al soltarlo, perderías la medicion pasados… 2 metros?

    En el momento que se desenchufa el reloj se vuelve inutil 😉

    Y no hablemos del estado en que quedaria tras el impacto, lo que hace la medicion improbable tambien.

  22. Felicidades. Muy bueno y muy bien instructivo aunque algunos lo utilicen como una coña.

  23. Muy bueno, sí señor ; )…

    Y si además tenemos en cuenta el aire??..quizá hayas tenido más precisión de la que parece. El aire en el microondas opone cierta resistencia a la propagación de las ondas radiadas en el interior. Podemos usar el mismo experimento para calcular el producto de permeabilidad magnética y permitividad eléctrica relativa del aire confinado en tu mircoondas. Sabiendo que la velocidad de la luz en el vacío es :

    c=1/raiz(ε0·μ0)

    y en el microondas:

    c=1/raiz(ε0·μ0·εr·μr)

    sacamos:

    raiz(εr·μr) = velocidad luz en vacío/velocidad en microondas = 299792458/294000000 = 1.019702238 😀

    bastante próximo a uno..pero lo suficiente??..no he encontrado muchos valores con los que compararlos…

    Solo otra cosilla..OsQar, creo que quizá sí que se produciría mayor calentamiento si subimos la frecuencia. El calentamiento del agua en el micro se debe más bien, a la naturaleza dipolar eléctrica de sus moléculas. Al someter un dipolo eléctrico (molécula de agua) a un campo electromagnético, el dipolo tiende a orientarse en la dirección del campo. Así, la rápida variación del campo (2.4GHz) hace que las moléculas de agua roten a gran velocidad calentando todo su entorno. Si subimos la frecuencia, las moléculas rotarían a más velocidad produciendo mayor calentamiento..no creeis?. El porqué de elegir 2.4GHz precisamente, y no otra, intuyo que se debe a que esta frecuencia pertenece a la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) reservada oficialmente al efecto pero no sé si habría alguna otra motivación.

  25. Hay otras formas de hacerlo; por ejemplo con queso rayado. Concretamente, el año pasado, lo vi hacer en el CERN (Ginebra) con queso parmesano. ¿Hay que decir que el que lo hizo era italiano? Y en la web de NASA recomendaban hacerlo con una chocolatina M&M.

    A veces, hay que poner una caja, encima del plato, pues la onda estacionaria se crea más claramente a unos 10-15 centímetros de altura. Dependiendo del microondas habrá que buscar la altura.

    En cualquier caso, lo del regaliz me ha gustado por lo limpio y cómodo que es.

    Gracias

  28. Muy instructivo todo, en serio. Lo de tirar el microondas para hallar g era por hacer un poco de humor… pero teneis razón los que argumentais que el cable no llega para hacer el experimento x-D.

    De todas formas, recuerdo un artículo en el que se supone que Rutherford narraba la respuesta a un exámen que pedía hallar la altura de un edificio usando un barómetro. El chaval respondió lo de tirarlo y medir cuanto tiempo tarda en caer, y seis respuestas más (menos la clásica) … lo que no dejaba de ser creativo.

    http://latino.si.edu/training/creatividad.htm

  29. la verdad es que el experimento es muy ingenioso, yo lo quiero intentar. Solo se me ocurre una pregunta: Que incertidumbre tendra esa medida??

  30. La frecuencia del microondas viene marcada porque es una banda libre. Si se utiliza otra frecuencia habría que pagar por el uso de esa banda. Si os fijais, por esa misma razón los dispositivos bluetooth y wifi utilizan la misma frecuencia. Esto tiene la consecuencia, además, de que si enciendes el microondas y estás cerca con tu portátil, como poco se te cortará la conexión a internet.

  31. Aumentar la frecuencia del micro no aumenta el calentamiento, las moleculas de agua actuan como pequeños osciladores acoplados cuya frecuencia de resonancia es precisamente esa…

    Enhorabuena por el articulo, interesante y original …..

  33. No me gusta ser un aguafiestas, y tampoco me gusta llevar la contraria a mucha gente, pero no me creía el tema de la logitud de onda manifestada horizontalmente en un microondas, así que me puse a investigar (como buen estudiante de ingeniería industrial).

    He encontrado esto para ilustrar lo que pienso: http://cromavideo.webcindario.com/TUTORIALES/MICROONDAS.htm

    Pienso que las distancias entre las odulaciones es dada porque el difusor (con aspecto de ventilador). Estas ondas rebotan en el difusor, diseñado para dirigir el haz de microondas (de 2450mhz) por diferentes zonas del plato y las paredes. El resultado es que las zonas afectadas estén lo suficientemente alejadas para no ser quemadas, y no demasiado lejos para dejar zonas frias. Además hay que añadir el plato móvil, sin el cual el calentamiento homogeneo, seguiría siendo deficiente.

    Lo que quiero decir es que, si quisiera un fabricante de microondas, que las regalices se arrugasen cada 2 cm, sería perfectamente posible, pero no útil ya que os aseguro que están bastante estudiados para funcionar de la mejor forma (por eso la mayoría de microondas gira el plato a la misma velocidad, es casi un standard). De hecho, la mayoría de los microondas utilizan el mismo magnetrón (es el aparato que genera las microondas), bueno, dependiendo de la potencia.

    Por cierto, es bueno el microondas de la foto, en serio lo digo, con grill, 1200W de microondas…

  34. Estás midiendo la velocidad de la luz a partir de la frecuencia de resonancia del magnetrón de un microondas. La precisión que obtienes depende de la precisión del dato de esta frecuencia. Posiblemente sea más precisa la constante "c" que ya conoces que el dato del fabricante del microondas.¿Este experimento tan interesante no sería más acertado decir que es el cálculo de la frecuencia del magnetrón de un microondas a partir de la constante "c" y un trozo de regaliz?

    En cualquier caso es un experimento muy original. Gracias.

  36. Interesante el experimento, pero qué pasa si el microondas es de plato giratorio? ¿Funcionaría? Yo diría que no, porque el magnetrón permanece fijo. Me parece que el plato giratorio tiene como propósito evitar los puntos donde la amplitud de la onda es cero. Bueno es solo lo que se me ocurre en este momento.

  37. Jejeje, como mola. Desde luego el resultado pila sorprendente, dios! como se te ocurre esto? 😀

  38. gracias a tanta mente erudita,que por cierto a ver si levantáis el país con tanta erudición,por comprobar de mil maneras que la velocidad de la luz sigue siendo la misma,por un momento temí lo peor.

  39. illo no veas lo aburrio q tendria q estar al que se le ocurrio eso,no??pero enhorabuena,muy ingenioso el experimento

  40. Eureka, buena forma de determinar la velocidad de la luz y ademas barata. El año que viene propondemos que se realice le experimento en la facultad jejejej…

    Saludos a todos los físicos y estudiantes de fisica, en especial a los de sevilla, un saludo….

    Ingenieros no nos quitareis nuestro trabajo

    Viva Einstein y el betis

  41. Benjamín, un saludo desde Granada. Este tipo de experimentos son geniales, porque ayudan a que la gente se dé cuenta de que vive en un mundo “medianamente controlable”…

  42. Es genial. La aproximación a la velocidad de la luz no puede ser mayor debido a que tampoco es mayor nuestra precisión al medir con una regla (necesitaríamos saber con exactitud los nodos de la onda estacionaria).

    En un microondas se puede hacer también:

    Encender un tubo fluorescente.

    Hacer explotar un huevo.

    Hacer explotar una sardina en escabeche.

  43. pues yo sigo sin entender el porque de multiplicar por dos puesto que segun mis apuntes de fisica de telecomunicaciones la longitud de onda es la distancia minima entre dos puntos que estan en fase, es decir en el mismo estado de oscilacion

  44. ElRichar:

    se multiplica por 2 porque según la fórmula, la longitud entre dos dunas, o puntos de calentamiento máximo, está relacionada con la longitud de onda:

    2L = £ (joer, no hay un caracter para lambda)

    donde,

    L = longitud entre dos «dunas» contiguas

    £ = longitud de onda de la onda electromagnética

    Hay más arriba de estos posts, un pdf en el que se explica con mayor detalle.

  45. Una manera intuitiva de verlo es que la onda estacionaria se produce por interferencia de ondas que viajan en sentidos contarios…luego la velocidad a la que se acercan es el doble de cada una de ellas haciendo que sus valles y picos coincidan cada media longitud de onda.

  47. Felicidades! los que estudiamos una ingenieria agradecemos este tipo de cosas en las que puedes demostrarte que todo lo que estudias está en el mundo, que a veces parecen grandes teorias sin más.

    Una cuestión, el valor de la velociada de la luz que has puesto es en el vacio, puede no haber salido un valor tan exacto como debería pq no se puede considerar que en el interior del microondas haya una permitividad relativa exactamente igual a 1?

    Con respecto a quién te preguntó pq multiplicabas por dos la distancia medida entre nulos… más vale una imagen que mil palabras… http://didactika.com/fisica/ondas/images/onda_estacionaria2.jpg

  48. Hola, soy estudiante de Física de la Universidad de La Serena, en Chile.

    En el curso de fenómenos indulatorios debo exponer acerca de la medición de la rapidez de la luz (OJO LOS QUE PONEN VELOCIDAD), luego de investigar los intentos de medición desde el gran Galileo en adelante, me puse en busca de experiencias y he encontrado tu propuesta la que me parece muy interesante y didáctica para quienes no entienden mucho de física. Pero tengo una gran duda:

    ¡QUE ES UN REGALIZ! en Chile no conocemos caramelo alguno con ese nombre, por favor aclárenme ese tema, ya que podemos conversar de teorí de la relatividad especial de Einstein, podemos charlar todo un día y una noche acerca de fractales, teoría del caos y defragmentación de la luz en el tiempo y el espacio, pero quedo totalmente obsoleto y pierdo mi nivel cuando aparece la palabra "regaliz"

    Agradeceré vuestra ayuda

    teachercesar@gmail.com

  49. Hola César,

    Gracias por tu correo. Alguna persona de Latinoamérica también tuvo el mismo problema con el famoso "regaliz". El regaliz es una barrita de caramelo (puede tener distintos sabores) blanda, por eso cuando se calienta en el microondas se flexiona con facilidad. Si en Chile no tienes nada parecido utiliza unas lonchas de queso cuadradas, de las que se usan para hacer los sandwiches, así también funciona el experimento.

    Un saludo y gracias por leernos,

    Benjamín

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