El láser: una aplicación de la mecánica cuántica en nuestra vida cotidiana Docente: Juan Esteban Escárraga Medina
El láser: una aplicación de la mecánica cuántica en nuestra vida cotidiana
La mecánica cuántica suele considerarse una de las áreas más complejas de la física debido a que estudia el comportamiento de partículas extremadamente pequeñas, como electrones y fotones. Sin embargo, aunque muchas personas no lo perciban, sus principios están presentes en diversas tecnologías que utilizamos diariamente, uno de los ejemplos más representativos es el láser, una herramienta fundamental en campos como las telecomunicaciones, la medicina, la industria, la educación y el comercio, según Fidel, C. & Michel, D. Z. G. M (2021), la palabra láser proviene de la expresión inglesa Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación). Su funcionamiento se fundamenta en un principio de la mecánica cuántica conocido como emisión estimulada, de manera sencilla, cuando los electrones de un átomo absorben energía, pueden desplazarse a niveles energéticos superiores, al regresar a su estado inicial, liberan energía en forma de luz, en determinadas condiciones, esta liberación produce un haz de luz muy intenso, preciso y direccional, conocido como láser, Antón, M. A., E., Carreño, F., Ezquerro, J. M., Calderón, et al. (2011).
Actualmente, esta tecnología se encuentra en actividades cotidianas como la lectura de códigos de barras en supermercados, las conexiones de internet mediante fibra óptica, las impresoras láser, los reproductores de discos ópticos y diversos procedimientos médicos, gracias a estas aplicaciones, el láser constituye un excelente ejemplo para demostrar que la mecánica cuántica no es una teoría lejana a la realidad, sino una ciencia que ha permitido importantes avances tecnológicos que mejoran la calidad de vida de las personas, Banús Gassol, J. M. (2021).
Propuesta didáctica
Curso: Grado 10° de educación media (15-16 años).
Concepto de mecánica cuántica: Niveles de energía atómicos y emisión estimulada de radiación.
Objetivos de aprendizaje:
- Reconocer la presencia de la mecánica cuántica en tecnologías de uso cotidiano.
- Comprender de manera básica el principio de emisión estimulada que permite el funcionamiento del láser.
- Relacionar conceptos científicos con aplicaciones reales de la sociedad actual.
- Fomentar el trabajo colaborativo y el pensamiento crítico.
Metodología: Aprendizaje basado en problemas y trabajo colaborativo.
Agrupación: Equipos de cuatro estudiantes.
Número de sesiones: Dos sesiones de 50 minutos.
Docente: Juan Esteban Escárraga Medina
Desarrollo de la actividad
Sesión 1: Descubriendo el láser en la vida cotidiana (50 minutos)
La sesión comienza con una actividad de motivación en la que el docente pregunta a los estudiantes: ¿Dónde creen que encontramos tecnología láser en nuestra vida diaria?, a partir de sus respuestas, se construye una lista en el tablero con ejemplos como lectores de códigos de barras en supermercados, conexiones de internet por fibra óptica, impresoras láser, procedimientos médicos, controles de medición industrial y sistemas de almacenamiento de información, posteriormente, los estudiantes observan un video corto sobre las aplicaciones del láser en diferentes campos de la sociedad.
A continuación, el docente realiza una explicación contextualizada sobre el origen y funcionamiento básico del láser, utilizando imágenes y diagramas sencillos para ilustrar los conceptos de niveles de energía de los electrones y emisión estimulada de radiación, se evita el uso de formulaciones matemáticas complejas, priorizando la comprensión conceptual, después de la explicación, los estudiantes se organizan en grupos de cuatro integrantes y seleccionan una aplicación específica del láser para investigarla, cada grupo consulta información en internet o en materiales proporcionados por el docente, identificando qué problema resuelve esa tecnología, cómo beneficia a las personas y cuál es su relación con la mecánica cuántica, como producto de la sesión, cada equipo elabora un esquema preliminar con las ideas principales de su investigación.
Sesión 2: Construcción y socialización del conocimiento (50 minutos)
La segunda sesión inicia con una breve retroalimentación de los conceptos trabajados anteriormente. Posteriormente, cada grupo organiza la información recopilada y diseña una infografía digital o cartel académico en el que explique la aplicación seleccionada, sus principales características, los beneficios que aporta a la sociedad y la manera en que los principios de la mecánica cuántica hacen posible su funcionamiento.
Durante el desarrollo de la actividad, el docente orienta a los grupos para fortalecer la calidad de los contenidos y garantizar que la información sea clara, rigurosa y comprensible para todos los estudiantes. Una vez finalizadas las infografías, cada equipo dispone de cinco minutos para presentar su trabajo ante la clase, en las exposiciones deberán explicar la aplicación tecnológica elegida y destacar la importancia de la mecánica cuántica en su funcionamiento.
Como actividad de cierre, se realiza una discusión grupal guiada por preguntas como: ¿Qué habría cambiado en nuestra vida sin la existencia del láser?, ¿Por qué es importante la investigación científica para el desarrollo tecnológico? y ¿De qué manera la mecánica cuántica está presente en otros dispositivos que utilizamos diariamente?, finalmente, cada estudiante redacta una reflexión individual de aproximadamente 150 palabras sobre los aprendizajes obtenidos y la importancia de relacionar la física con situaciones reales de su entorno, fortaleciendo así la alfabetización científica y el pensamiento crítico, Sánchez-Ron, J. M. (2020).
Actividades a desarollar ON-LINE
https://es.educaplay.com/recursos-educativos/29650676-quiz_emision_estimulada_de_radiacion.html
Referencia
Antón, M. A., E., Carreño, F.,
Ezquerro, J. M., Calderón, et al. (2011). Líneas de investigación del Grupo UCM
de Física del Láser, Óptica Cuántica y Óptica No Lineal. Óptica pura y
aplicada, 44(2), 279-288.
https://www.sedoptica.es/Menu_Volumenes/Pdfs/OPA44-2-279.pdf
Banús Gassol, J. M. (2021). Física
del láser. Archivos Españoles de Urología (Ed. impresa), 61(9), 961-964.
https://scielo.isciii.es/scielo.php?pid=S0004-06142008000900003&script=sci_arttext
Fidel, C. & Michel, D. Z. G. M
(2021). FÍSICA CUÁNTICA.
Sánchez-Ron, J. M. (2020). Historia
de la física cuántica. Crítica.
http://www.porticolibrerias.es/toc/9788491997252.pdf
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