Mdulo de Contenido N1
Instituto Profesional de Chile
Ingeniera en Electricidad y Electrnica
Mdulo de Aprendizaje N1
Introduccin a la Ingeniera Elctrica
La Evolucin del Hombre en las Ciencias
Contenidos:
Los esfuerzos para ordenar el conocimiento se remontan a los
primeros tiempos histricos (con escritura), los testimonios
escritos ms antiguos de investigaciones seudo-cientficas proceden
de las culturas mesopotmicas, y corresponden a listas de
observaciones astronmicas, sustancias qumicas o sntomas de
enfermedades, adems de numerosas tablas matemticas, inscritas en
caracteres cuneiformes sobre tablillas de arcilla. Otras tablillas
que datan aproximadamente del 2000 a.C. demuestran que los
babilonios conocan el teorema de Pitgoras, resolvan ecuaciones
cuadrticas y haban desarrollado un sistema sexagesimal de medidas
(basado en el nmero 60) del que se derivan las unidades modernas
para tiempos y ngulos.
En el valle del Nilo se han descubierto papiros de un periodo
cronolgico prximo al de las culturas mesopotmicas que contienen
informacin sobre el tratamiento de heridas y enfermedades, la
distribucin de pan y cerveza, y la forma de hallar el volumen de
una parte de una pirmide. Algunas de las unidades de longitud
actuales proceden del sistema de medidas egipcio y el calendario
que empleamos es el resultado indirecto de observaciones
astronmicas prehelnicas.
Orgenes de la Teora Cientfica
El conocimiento cientfico en Egipto y Mesopotamia era sobre todo
de naturaleza prctica.
Es de destacar que por su posicin filosfica, los griegos fueron
muy buenos en geometra pero no desarrollaron una "ciencia" fctica
(basada en la experiencia basada en hechos observados). Uno de los
primeros griegos, en el siglo VI a.C., que intent explicar las
causas fundamentales de los fenmenos naturales fue el filsofo Tales
de Mileto. Fue un gran matemtico que pensaba que la Tierra era un
disco plano que flotaba en el elemento universal, el agua. El
matemtico y filsofo Pitgoras, de poca posterior, estableci una
escuela de pensamiento en la que las matemticas se convirtieron en
disciplina fundamental en toda investigacin cientfica. Los eruditos
pitagricos postulaban una Tierra esfrica que se mova en una rbita
circular alrededor de un fuego central. En Atenas, en el siglo IV
a.C., la filosofa natural jnica y la ciencia matemtica pitagrica
llegaron a una sntesis en la lgica de Platn y Aristteles. En la
Academia de Platn se subrayaba el razonamiento deductivo y la
representacin matemtica; en el Liceo de Aristteles primaban el
razonamiento inductivo y la descripcin cualitativa. La interaccin
entre estos dos enfoques de la ciencia ha llevado a la mayora de
los avances posteriores.
Por esta poca 300 a. c. Euclides (quien probablemente estudi en
Atenas con discpulos de Platn) escribe "Elementos de geometra", es
un extenso tratado de matemticas en 13 volmenes sobre materias
tales como geometra plana, proporciones en general, propiedades de
los nmeros, magnitudes inconmensurables y geometra del espacio. En
esta obra se parte de conceptos que se toman como verdades
absolutas (axiomas o postulados) y se los utiliza para "demostrar"
propiedades (teoremas). Estos teoremas son la base para demostrar
otros teoremas armando una estructura sistematizada que an hoy se
utiliza en matemtica. Es de destacar que el quinto postulado
(postulado de las paralelas) es de extrema importancia ya que en el
siglo XIX su negacin dar origen a la geometra llamada no
euclidiana.
Tras la destruccin de Cartago y Corinto por los romanos en el ao
146 a.C., la investigacin cientfica perdi impulso hasta que se
produjo una breve recuperacin en el siglo II d.C. bajo el emperador
y filsofo romano Marco Aurelio. Durante este breve lapso el
astrnomo Claudio Ptolomeo propuso la teora donde la Tierra era el
centro del Universo (teora geocntrica). Tambin surgieron las obras
mdicas del filsofo y mdico Galeno que se convirtieron en tratados
mdicos de referencia para las civilizaciones posteriores.
Un siglo despus surgi la nueva ciencia experimental de la
alquimia a partir de la metalurgia. Sin embargo, hacia el ao 300,
la alquimia fue adquiriendo un tinte de secretismo y simbolismo que
redujo los avances que sus experimentos podran haber proporcionado
a la ciencia.
Si nos orientamos a la idea de la relacin que tenemos con las
ciencias aplicadas aparece la importancia de la evolucin del hombre
a travs de los descubrimientos que fueron generando una civilizacin
mas inquieta a todo nivel.
Descubrimientos de la Humanidad
Desde la prehistoria, la evolucin tecnolgica de la humanidad se
ha basado en el binomio herramienta-mquina. Durante siglos, la
herramienta fue la prolongacin de la mano del hombre hasta la
aparicin de las primeras mquinas rudimentarias que ayudaron en su
utilizacin.
En varios casos, siempre se utilizaban las manos, donde siempre
es necesario crear movimientos. Debido a esta y otras necesidades
nacieron varios artefactos, tales como el llamado arco de violn,
instrumento de accionamiento giratorio alternativo compuesto de un
arco y una cuerda, utilizado desde hace miles de aos hasta la
actualidad en que todava se utiliza de forma residual en algunos
pases. Hacia 1250 naci el torno de pedal y prtiga flexible
accionado con el pie, representando un gran avance sobre al
accionado con arco de violn puesto que permita tener las manos
libres para el manejo de la herramienta de torneado.
Boceto de un torno de pedal y doble prtiga de Leonardo da Vinci,
que no lleg a construirse por falta de medios (siglo XV)
Hasta finales del siglo XV no se producen nuevos avances.
Leonardo da Vinci, en su Cdice a Atlntico, realiz un boceto de
varios tornos que no pudieron construirse por falta de medios, pero
que sirvieron de orientacin para prximos desarrollos. Se trataba de
un torno de roscar de giro alternativo, otro de giro continuo a
pedal y un tercero para roscado con husillo patrn y ruedas
intercambiables.
A finales de la edad media se utilizan la mquina giratoria que
emplea la piedra giratoria abrasiva, el taladro de arco, el berbiqu
y el torno de giro continuo, que trabajan con deficientes
herramientas de acero al carbono. Se usan martillos de forja y
rudimentarias barrenadoras de caones, accionadas por ruedas
hidrulicas y transmisiones de engranajes de madera tipo linterna.
Se inici la fabricacin de engranajes metlicos principalmente
de latn, aplicados a instrumentos de astronoma y relojes
mecnicos. Leonardo da Vinci dedic mucho tiempo a calcular
relaciones de engranajes y formas ideales de dientes. Se pens que
ya existan todas las condiciones para un fuerte desarrollo pero no
fue as, puesto que hasta mediados del siglo XVII el desarrollo
tecnolgico fue prcticamente nulo.
Siglo XVIII: nueva fuente de energa
El siglo XVIII fue un periodo en el que el hombre dedic todos
sus esfuerzos a lograr la utilizacin de una nueva fuente de energa.
El francs Denis Papin, con el experimento de su famosa marmita,
realizado en 1690, dio a conocer el principio fundamental de la
mquina de vapor. Poco despus, en 1712, Thomas Newcomen inici la
construccin de rudimentarias mquinas de vapor - mquinas de fuego -
que fueron utilizadas para achicar el agua en las minas inglesas.
Pero definitivamente fue James Watt quien ide y construy la mquina
de vapor para usos industriales.
Watt concibi su idea de mquina de vapor en 1765, pero no
solucion los problemas para construir una mquina vlida para usos
industriales hasta quince aos ms tarde, en 1780. Despus de muchos
intentos fallidos, y debido a que no era posible obtener
tolerancias adecuadas en el mecanizado de cilindros con las
barrenadoras-mandrinadoras de la poca por haber sido ideadas para
el mecanizado de caones, fue John Wilkinson en 1775 quien construy,
por encargo de Watt, una mandrinadora mas avanzada tcnicamente y de
mayor precisin, accionada igual que las anteriores por medio de una
rueda hidrulica. Con esta mquina, equipada con un ingenioso cabezal
giratorio y desplazable, se consigui un error mximo: del espesor de
una moneda de seis peniques en un dimetro de 72 pulgadas,
tolerancia muy grosera pero suficiente para garantizar el ajuste y
hermetismo entre pistn y cilindro.
Mquina a Vapor de Watt a escala.
Descubrimientos asociados a la Energa
Si pensamos en lo que se asocia a la energa podemos comentar en
primer lugar acontecimientos relacionados con la electricidad, la
mecnica, la fsica y las ciencias en general.
Fenmenos Elctricos
Los fenmenos elctricos en la Naturaleza son conocidos desde la
Antigedad, aunque no fue hasta aproximadamente el 600 a. C. cuando
Tales de Mileto comprob las propiedades elctricas del mbar, el cual
al ser frotado con una pieza de lana era capaz de atraer a pequeos
objetos. Fue en este momento cuando comenz el estudio racional de
dichas propiedades apartndose de las explicaciones que hasta el
momento ligaban cualquier proceso de la Naturaleza a causas
sobrenaturales como podan ser la ira o la venganza de los Dioses
hacia los hombres.
Transcurrieron muchos siglos antes de que el ingls William
Gilbert, ya en el siglo XVII, retomara el estudio de las
propiedades elctricas de la materia deduciendo que no slo el mbar
atraa a otros cuerpos ligeros tras ser frotado, sino que haba otros
muchos materiales que actuaban de la misma manera, mientras que
otros no ejercan ninguna atraccin. Es Gilbert quien tom la palabra
elektron, que en griego significaba mbar, para definir la propiedad
de los cuerpos conocida como Electricidad.
En 1672 el fsico alemn Otto von Guericke desarroll la primera
mquina electrosttica para producir cargas elctricas. Esta mquina
consista en una esfera de azufre con una manija a travs de la cual
la carga era inducida al pasar la mano sobre la esfera.
Simultneamente al otro lado del Atlntico, Benjamin Franklin
desarrollaba sus famosos experimentos sobre la naturaleza elctrica
de los rayos atando a una cometa un pedazo de metal a travs del
cual se reciban las descargas, lo que le llev a la invencin del
pararrayos. Franklin mantena que la electricidad era un fluido y
catalogaba las sustancias como elctricamente positivas o negativas
de acuerdo a un exceso o defecto de ese fluido.
Andre-Marie Ampere estableci los principios de la
Electrodinmica, llegando a la conclusin de que la fuerza
electromotriz era producto de dos efectos: la tensin elctrica y la
corriente elctrica. En su experimentacin con conductores determin
que estos se atraan si las corrientes elctricas llevaban la misma
direccin y se repelan si tenan direcciones contrarias, ley de
Ampere.
A partir de los estudios de Ampere, comienza un desarrollo
febril de las aplicaciones tecnolgicas derivadas del
electromagnetismo, as comenz la fabricacin de electroimanes como
los perfeccionados por Joseph Henry, quien observ que la polaridad
cambiaba al cambiar la direccin del flujo de corriente,
desarrollando el concepto de inductancia propia o
autoinductancia.
Algunos descubrimientos importantes relacionados con otras
especialidades y la tecnologa se comentan a continuacin:
Los Calendarios
La Escritura
El Alfabeto
El Hierro
Clculo de la Distancia a la Luna
El Ao Bisiesto
Las Brjulas
Los Espejos
El Can
Los Microscopios
El Telescopio
Los Fsiles
Microorganismos y Bacterias
Termmetro de Mercurio
Sistema Mtrico
La Fotografa
El Telgrafo
El Telfono
El Sismgrafo
El Cinematgrafo
Ondas de Radio y Sonido
Penicilina
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