LUZ EN UNA POMPA DE JABÓN

El año 2015 termina, y con él, la celebración del Año Internacional de la Luz y de las Tecnologías basadas en la Luz. Para despedirnos, vamos a explicar un fenómeno que hemos observado cientos de veces pero que tal vez no conozcamos su explicación física: La luz blanca reflejada en una burbuja de jabón.

Cuando la luz de una longitud de onda dada incide sobre la fina película de una pompa de jabón acuoso, la luz se refleja tanto en la superficie interna como en la superficie externa de la película. Si el orden de magnitud del grosor de la película es el mismo que el de la longitud de onda de la luz, las dos ondas reflejadas en ambas paredes interfieren. Si las dos ondas están desfasadas 180 grados, la onda reflejada interfiere destructivamente, de tal forma que el resultado es que no hay luz reflejada. Si la luz que incide en la película jabonosa es blanca, de modo que contiene todas las longitudes de onda, la luz reflejada interferirá destructivamente sólo para ciertas longitudes de onda, y lo hará constructívamente para otras y observaremos la aparición de las franjas de color sobre la superficie de la pompa.

El efecto de interferencia constructiva o destructiva también dependen del ángulo de indicencia de la luz sobre la superficie (Iridiscencia) Aunque hipotéticamente, la pared de la pompa de jabón tuviera un grosor uniforme, se seguirían viendo variaciones de color debido a la curvatura de la superficie y/o al movimiento de la propia pompa en el aire. Sin embargo, el grosor de la pared cambia continuamente por acción de la gravedad que  atrae al líquido hacia la parte baja de la pompa.

Algunos conceptos:

Onda: Propagación de una perturbación en el espacio que implica el transporte de energía pero no de materia.

Longitud de onda: Distancia mínima recorrida por la onda en el espacio hasta que alcanza una la misma posición (tradicionalmente, su punto máximo o mínimo, pero puede ser cualquiera).

Interferencia: Combinación por superposición de dos o más ondas que se encuentran en un punto del espacio.

Pero una pequeña pompa de jabón puede ser un modelo para estudiar otros fenómenos como los huracanes o las grandes tormentas (de aquí o de Júpiter). El equipo liderado por el físico Hamid Kellay (Universidad de Bordeaux) ha trabajado con pompas de jabón y complejas técnicas experimentales para estudiar estos fenómenos atmosféricos. Aunque este modelo no puede replicar con exactitud las trayectorias directas que mueven a los huracanes, debido, entre otros factores, a la presencia del efecto Coriolis producido por la rotación de la Tierra, se ha podido comprobar que los cambios de dirección aleatorios de muchos huracanes comparten las mismas propiedades desde el punto de vista estadí­stico que las "tormentas" desarrolladas en la superficie de las pompas de jabón. Fíjate en este vídeo:

Bibliografía:

- Física para la Ciencia y la Tecnología. P. Tipler y G. Mosca. Editorial Reverté.
- www.newscientist.com
- www.difracenter.blogspot.com.es
Imágenes:
- jpimentel.com
- escuelapedia.com

¿POR QUÉ SE DESINFLA UN GLOBO?

La pregunta parece tonta (y a lo mejor, lo es) pero ahí la lanzo...

La respuesta correcta surge rápido. El globo se desinfla por la diferencia de presión entre el exterior y el interior. Como la presión atmosférica fuera del globo es inferior a la presión dentro del mismo que hemos conseguido al introducir el aire con los pulmones, el globo se desinfla. Perfecto. ¿Eso quiere decir que el material elástico del globo no participa?... ¿es un mero contenedor del aire que hemos exhalado?...

Todos sabemos que para mantener un globo hinchado, tenemos que hacer un nudo. Tonto, tonto... Mi pregunta es, ¿Podría mantener un globo hinchado sin hacer un nudo?... Obviamente, bajo las condiciones de trabajo normales, la repuesta es No. Toma el globo, hínchalo, y luego, suelta tu dedos... Siempre ocurre lo mismo. ¿Y si modifico esas condiciones de trabajo?... No estoy hablando de una máquina de laboratorio. Una simple botella me vale. Mira el siguiente vídeo:

Espero que ahora, lo intentes repetir en casa. Para ello, ten en cuenta que Necesitas que la botella tenga un pequeño agujero hecho. ¡Trampa!, ¡Trampa!... dirá más de uno... No. Es una modificación de las condiciones de trabajo. Además, sirve para clarificar un par de ideas:

1. Introduce el globo en la botella sin agujero e intenta inflarlo... Imposible, ¿eh?... Siempre nos explican que los gases son fácilmente compresibles y ahora no eres capaz de inflar un simple globo dentro de la botella... Puede que sea fácil pero se necesita una fuerza que tus pulmones no tienen.

2. Haz el agujero en la botella y repite el  proceso. Se irá inflando. El aire dentro de la botella va saliendo por el agujero y el globo se va inflando.

3. Finalmente, pon un dedo en el agujero y deja de soplar. Listo. El globo no se desinfla.

Si seguimos el mismo razonamiento anterior. Como el globo no se desinfla, la presión dentro del globo, la presión dentro de la botella y la presión atmosférica deben de ser iguales como se muestra en la siguiente imagen:

Sin embargo, si se paro el dedo del agujero, el globo se desinfla. Eso solo puede significar que la presión dentro de la botella es menor que la presión atmosférica, y por ello, al separar el dedo el aire entra y se desinfla el globo como vemos en este vídeo:

Entonces, tenemos:

1. La presión dentro del globo y la presión atmosférica son iguales ya que están en contacto.
2. La presión atmosférica es mayor que la presión dentro de la botella porque cuando separo el dedo el aire entra (y desinfla el globo).
3. La presión dentro del globo es mayor que la presión dentro de la botella, por deducción de los dos puntos anteriores.

La pregunta es, ¿por qué entonces el globo no sigue inflándose si la presión dentro de él el mayor que la presión dentro de la botella?... Aquí es donde entra en juego el globo.

Para inflar el globo, hay que vencer su resistencia elástica. La presión dentro del globo (y por tanto, la presión atmosférica) es ligeramente superior a la presión dentro de la botella. Sin embargo, ese ligero incremento no es capaz de vencer la resistencia elástica del globo, y por ello, no sigue inflándose. Cuando muevo el dedo, entra el aire, y las presiones se igualan. El globo vuelve a su situación de partida.

Volviendo al globo hinchado dentro de la botella, aunque el movimiento es muy sutil, cuando colocas el dedo sobre el agujero de la botella se puede observar como se produce una ligera disminución en el volumen del globo. Por tanto, aumenta el volumen de la botella vacía y se produce una disminución en la presión del gas dentro de ella. Esa es la razón de la menor presión dentro de la botella que fuera. Puedes observarlo en el siguiente vídeo:

Resumiendo: Empiezo a inflar el globo dentro de la botella. El aire sale por el agujero. En ese momento, la presión dentro del globo es mayor que la presión dentro de la botella y la presión atmosférica (que son iguales entre sí). Coloco el dedo. Algo de aire sale del globo por estar a mayor presión y se contrae. A su vez, como el volumen aumenta dentro de la botella la presión disminuye. En ese momento la presión dentro del globo y la presión atmosférica es igual y ligeramente mayor que dentro de la botella. Recordemos que el globo no se infla por la resistencia elástica del material. Quitamos el dedo. El aire entra por el agujero y todas las presiones se igualan. El globo se desinfla.

Puede que sea muy tonto, pero el experimento tiene miga...

RADIACTIVIDAD

"Nada es veneno, todo es veneno. La diferencia está en la dosis"

 Paracelso

El alquimista Theophrastus Phillippus Aureolus Bombastus von Hohenheim, conocido como Paracelso, expresó esta máxima de la Química y la Toxicología. El oxígeno que respiramos, las vitaminas que ingerimos, todo puede ser un veneno potencial según la dosis que tomemos. Por ejemplo, un consumo superior a 2 o 3 gramos diarios de vitamina C se ha asociado a molestias digestivas como diarrea o acidez, y además, puede aparecer como oxalatos en los túbulos renales y ocasionar cálculos de riñón. ¿Y si le damos la vuelta a la tortilla?... Pensemos en un peligroso veneno: la Radiactividad. ¿Podría no ser un veneno bajo ciertas condiciones?... Hablamos de Radiactividad Natural (la emisión de partículas y radiación se produce de forma espontánea) y Radiactividad Artificial (la emisión de partículas y radiación es inducida mediante el bombardeo con partículas a los átomos).

Con solo decir la palabra Radiactividad, la controversia está servida. Sí o No. A favor, En contra. Simplemente hay que pensar en Chernóbyl para recordar el horror que puede suponer la Radiactividad: 25 mil muertes directas y más de 70 mil indirectas entre la población... La heroica, y en muchos casos mortal, acción de los más de 600 mil llamados liquidadores intentando frenar lo imparable (estos liquidadores eran profesionales de los más variados ámbitos: bomberos, científicos y especialistas de la industria nuclear; tropas terrestres y aéreas preparadas para la guerra atómica; e ingenieros de minas, geólogos y mineros del uranio, con amplia experiencia en la manipulación de estas sustancias) y que con el tiempo también han acabado muriendo por efectos de la radiactividad o se mantienen con vida pero muy enfermos... o Alexei Ananenko, Valeriy Bezpalov y Boris Baranov, los tres héroes de Chernóbyl, de quienes se dice que salvaron a Europa al vaciar las piscinas hacia un depósito exterior de seguridad... lo hicieron de forma manual, hundidos en la piscina radiactiva... ninguno sobrevivió.

Y sin embargo, toda moneda tiene su cara y su cruz...

Los materiales radiactivos naturales existentes en la corteza terrestre son absorbidos por plantas, animales o se disuelven en el agua. Es decir, vivimos rodeados de radiactividad natural. Por ejemplo, los alimentos y líquidos que ingerimos contienen cantidades variables, aunque muy pequeñas, de isótopos diactivos. Esto no significa que deban evitarse estos alimentos ya que la dosis resultante es muy pequeña y no hay evidencia de riesgo para la salud. En realidad, una dieta equilibrado donde esté presente una radiactividad mínima de origen natural representa un riesgo menor que una nutrición inadecuada llena de comida pre-cocinada, bollería industrial y alcohol.

Dosis de radiación natural máxima que debe recibir una persona es de 2-3 milisievert/año (mSv/año). ¿Cómo se reparte esta radiación?

Origen de la radiación recibida	Cantidad
Radón y su isótopo Torón (67%)	1,34-2,01 mSv
Alimentación (13%)	0,26-0,39 mSv
Radiación Gamma (Tierra y Edificios) (10%)	0,2-0,3 mSv
Radiación Cósmica (10%)	0,2-0,3 mSv

Ejemplos de alimentación con radiación natural

Una bolsa de nueces del Brasil: 0.005 mSv (elemento radiactivo, el radio)

Un plátano: 0,0001 mSv (elemento radiactivo, isótopo 40 del potasio)

Otros elementos radiactivos de nuestra vida diaria

Radiografía de tórax: 0,02 mSv

Radiografía dental: 0,005 mSv

TAC de cabeza: 2 mSv

Mamografía: 0,3 mSv

Parece que se vuelve a repetir la misma idea. Intentamos imitar a la Naturaleza (Radiactividad Natural) en busca de un beneficio (Radiactividad Artificial) y acabamos haciéndolo mal o muy mal... La seguridad y la gestión de los residuos sigue siendo un tema prioritario, y no solucionado, de la Energía Nuclear. ¿Cuántas vidas han costado los accidentes de Three Mile Island, Chernóbyl o Fukushima?... ¿Cuántas vidas han salvado todas la aplicaciones de la Medicina Nuclear?...

Para terminar, indicar que actualmente hay una corriente de pensamiento que defiende un contra-argumento a la idea de Paracelso. Esta idea de que “la dosis hace al veneno” depende de la asunción de que a mayor dosis de un químico en particular los efectos tóxicos en los organismos serán mayores. Sin embargo, a medida que aprendemos más sobre las formas complejas en que los organismos interactúan con los productos químicos a los que se ven expuestos, se hace más difícil sacar conclusiones que puedan ser generalizadas a diferentes organismos y a diferentes sustancias químicas.

Más información sobre aspectos relacionados con la radiactividad:

LA RADIACTIVIDAD Y LA I GUERRA MUNDIAL
LA RADIACTIVIDAD Y LA II GUERRA MUNDIAL

Referencias bibliográficas:

- www.actionbioscience.org

Fotografías:
- www.theatlantic.com

PISTÓN DE IGNICIÓN COMO PROCESO ADIABÁTICO

Plasma, gas, líquido y sólido son los cuatro estados de agregación que puede presentar la materia. Hoy vamos a hablar un poco del estado gaseoso como excusa para producir un chispazo.

El estado gaseoso se caracteriza porque la sustancia no posee ni forma ni volumen propio, dado que ocupa por completo el volumen del recipiente que lo contiene. Eso quiere decir que se comprime o se expande con cierta facilidad. En general, el comportamiento de un gas está caracterizado por la ausencia de atracción entre las moléculas que lo forman, como consecuencia de las elevadas distancias promedio entre ellas. Esto justifica la baja densidad y su alta compresibilidad.

Veamos el siguiente vídeo:

¿Por qué se produce la ignición del algodón?... El rápido aumento de la presión produce un fuerte incremento en la temperatura que es el responsable la ignición del algodón.

Todo proceso en el que no existe flujo de calor ni entrante ni saliente de un sistema físico se denomina Proceso Adiabático. Un proceso de este tipo se produce cuando el sistema está muy bien aislado o cuando un cambio se produce de una forma muy rápida. La acción con el pistón de ignición es un proceso muy rápido, y por tanto, se puede clasificar como Compresión Adiabática. Como ni entra ni sale calor del gas, el trabajo realizado sobre el mismo con el pistón es igual a su aumento de energía interna*, y por tanto, la temperatura del gas aumenta.

Por ejemplo, la formación de la mayor parte de las nubes resulta de movimientos ascendentes de aire húmedo que se expande a causa de la disminución de la presión con la altitud y se produce la consiguiente Expansión Adiabática. Entonces, la rápida disminución de la temperatura hace que una parte del vapor de agua se condense para formar la nube.

* De forma simple, la energía interna de un sistema es la suma total de la energía de todas sus partículas.

Bibliografía:

- Química. La ciencia básica. M.D. Reboiras. Editorial Thomson.

- Física para la Ciencia y la Tecnología. Tipler - Mosca. Volumen 1. Editorial Reverté.
Fotografías:
- www.aviaton.stachexchange.com

ELECTROMAGNETISMO

La relación entre magnetismo y electricidad se descubrió en 1819, cuando, mientras se preparaba para una demostración en una conferencia, el científico danés Hans Oersted (1777 - 1851) descubrió que una corriente eléctrica en un cable afectaba a la aguja de una brújula.

Tras el trabajo de Hans Oersted, todo se disparó. El físico francés, André Ampère (1775-1836) dedujo las leyes cuantitativas de la fuerza magnética entre conductores. Alrededor de 1820, Michael Faraday (1791 - 1867) y Joseph Henry (1797-1878) identificaron la posibilidad de generar corriente eléctrica a partir de campos magnéticos. Años después, James Clerk Maxwell (1831 - 1879) demostraría lo contrario: se pueden generar campos magnéticos a partir de campos eléctricos variables. se había producido la unión de dos campos que parecían completamente ajenos, la Electricidad y el Magnetismo, y había nacido el Electromagnetismo.

En los siguientes microexperimentos, vamos a mostrar algunos de los efectos que produce el Electromagnetismo y que están en el corazón mismo de la tecnología.

En primer lugar, vamos a reproducir la experiencia de Oersted. Colocamos la brújula y le acercamos un hilo por el que circula corriente... La aguja de la brújula se coloca perpendicular al hilo. Por tanto, esto solo puede significar que toda corriente eléctrica genera un campo magnético. Ampère, posteriormente, estudió las características de ese campo magnético. Empleando la regla de la mano derecha, sabemos que si el pulgar indica el sentido de la corriente, el resto de dedos nos indica la dirección del campo magnético.

Ahora vamos con la ley de Faraday-Lenz. Esta ley dice: "La polaridad de la fuerza electromotriz inducida en una espira es tal que genera una corriente cuyo campo magnético se opone al cambio en el flujo magnético que atraviesa la espira. Es decir, la corriente inducida tiene una dirección tal que el campo magnético inducido intenta mantener el flujo original a través de la espira." Tal vez suena un poco duro... En el siguiente vídeo se intenta explicar experimentalmente. Si tomamos un tubo de cobre (conductor) y dejamos caer un imán de neodimio (campo magnético) a su través observamos que cae mucho más lentamente de lo esperado. ¿Por qué?... El cambio en el flujo magnético (el imán que cae) genera una fuerza electromotriz inducida (corriente en el tubo de cobre) que genera un campo magnético que se opone al del imán. Esto es lo que hace que caiga más lentamente.

Otra de las aplicaciones del electromagnetismo es el conocido como El Motor Más Sencillo del Mundo ampliamente visto en internet y youtube. Aunque su funcionamiento se basa en los estudios de Faraday, para la explicación de este dispositivo resulta más simple partir de la Ley de Lorentz: "Una carga moviéndose con velocidad v en presencia de un campo eléctrico E y un campo magnético B, experimenta una fuerza total, llamada Fuerza de Lorentz (F), resultado de las fuerzas eléctrica y magnética que actúan sobre ella. F = q.E + q.v x B"

Y por último, este "tren" electromagnético...

Fotografías:
- wikipedia.es
Bibliografía:

“Física para ciencias e ingeniería”. Tomo II.W. Edward Gettys, Frederick J. Keller y Malcolm J. Skove. Editorial McGraw Hill.

“Física”. Volumen 2. Raymond A. Serway y John W. Jewett. Editorial Thomson.

“Física para la Ciencia y la Tecnología”. Volumen 2ª. Paul A. Tipler y Gene Mosca. Editorial Reverté.

OLIVER SACKS

Oliver Wolf Sacks (1933, Inglaterra - 2015, Estados Unidos) fue un neurólogo y aficionado a la Química. También es escritor. Y lo digo en presente porque los buenos escritores nunca mueren. Englobados dentro de eso que llaman Divulgación de la Ciencia, sus libros son algo mucho más profundo. Son literatura y de la buena.

Su carrera, tanto científica como literaria, ha tenido múltiples detractores desde los que consideran que su trabajo de investigación es irrelevante, por no ajustarse al método científico cuantitativo y de doble ciego, hasta los que consideran que confundió a sus pacientes con su carrera científica... pero también los hay que lo consideran un profesional "compasivo" con sus pacientes y un gran escritor. A mí, simplemente, me gustan sus libros.

Sus libros son múltiples y no pienso realizar un listado de los mismos. Simplemente voy a comentar algunos de los que más me han gustado:

Despertares. Escrito en 1973, está basado en la propia experiencia del autor que nos relata no solo el descubrimiento de los efectos beneficiosos (solo temporalmente) de la L-dopa (levodopa, precursor metabólico de la dopamina) en el tratamiento de pacientes catatónicos, sino que también muestra como los propios pacientes "curan" al doctor de su falta de capacidades para establecer relaciones sociales.

El hombre que confundió a su mujer con un sombrero. Escrito en 1985, en este libro se relatan veinte historiales médicos reales que corresponden a pacientes que sobreviven en el difícil mundo de las enfermedades neurológicas. Este libro te pone en el lugar del otro para intentar imaginar y comprender como estas personas se enfrentan y sobreviven a las adversidades diarias.

El tío Tungsteno. Escrito en 2001, este libro refleja mejor que ningún otro que he leído la pasión por el descubrimiento en la Química y la Física. El libro arranca  en 1944, en plena II Guerra Mundial y no para. Experimento a experimento, el niño que fue Sacks va descubriendo los misterios que envuelven la naturaleza.

De reciente publicación, En movimiento. Una vida (2015), es su novela póstuma y mucho más que una autobiografía. Todas las reseñas indican que es la confirmación de las grandes cualidades literarias de su autor (por si todavía existían dudas). Algunas de esas reseñas hablan de Sacks como el doctor beaknit y aunque he de reconocer que un beatnik no es los mismo que un beat, la Generación Beat me gusta y mucho. Buena Ciencia y buena Literatura, una mezcla que ni el mismísimo Jack Kerouac hubiese imaginado... Este libro lo guardo en mi lista de los deseos.

Oliver Sacks en la portada de En Movimiento

Bibliografía: 

- El País, Babelia (14 de noviembre de 2015).

- El Mundo, sección Cultura (11 de noviembre de 2015).

Imágenes:

- Periódico El mundo.

- Bandini.com

EFECTO LEIDENFROST

A todos nos ha pasado. Terminamos de utilizar la sartén y todavía caliente (muy caliente) la dejamos bajo el chorro de agua... ¿Te has fijado qué ocurre si el chorro de agua no es grande?... Las gotas de agua parecen cobrar vida y se desplazan como locas sobre la superficie de la sartén. A pesar de estar muy caliente la sartén, muy por encima de 100 grados centígrados, las gotas de agua no se vaporizan de forma inmediata. Esto es el efecto Leidenfrost.

Este efecto recibe su nombre del físico alemán Johann Gottlob Leidenfrost (1715-1794) que lo describió por primera vez en 1756.

Cuando sobre una placa metálica que se encuentra a alta temperatura se coloca una gota de un líquido volátil (agua o alcohol, por ejemplo), la gota no se vaporiza instantáneamente sino que se mueve de forma desordenada sobre la superficie hasta que finalmente desaparece (transcurridos varios minutos). Pero tarda en hacerlo más tiempo que si la temperatura fuera notablemente inferior. Esto es debido a que a temperaturas por encima de un determinado valor (punto Leidenfrost), la parte inferior de la gota se vaporiza inmediatamente en contacto con la placa caliente. El gas resultante eleva el resto de la gota de agua justo encima de él, impidiendo cualquier contacto directo entre el líquido y la placa caliente. Como, en general, la fase vapor tiene una conductividad térmica mucho menor que la fase líquida, la transferencia de calor entre la placa caliente y la gota se ralentiza considerablemente. Como consecuencia, la vaporización se produce mucho más lentamente. El movimiento caótico que podemos observar se debe también a esa fase de vapor que permite a la gota líquida deslizarse con muy poco rozamiento sobre ella.

En el siguiente vídeo podemos observar este efecto. La placa utilizada es de acero y tiene la forma curva para que la gota de líquido permanezca lo más estable posible en el fondo. Fíjate en los saltos finales que dan las pequeñas gotas...

MAGNETISMO

Los imanes tienen un poderoso efecto hipnótico. Basta coger un par de ellos y ponerse a jugar...

Históricamente, los fenómenos magnéticos se conocen desde la antigüedad. Así, el filósofo griego Tales de Mileto (625 a.C. - 545 a.C.) dejó constancia por escrito de este fenómeno. En China, también se conocía este fenómeno (hay referencias escritas del siglo IV a.C.). En el siglo XII de nuestra era su estudio y aplicación se había desarrollado lo suficiente como para emplear una de sus aplicaciones, la brújula, en el perfeccionamiento de la navegación.

Pero, ¿qué es el magnetismo?...

Como siempre, para un conocimiento más profundo del magnetismo, te recomiendo ir a la bibliografía que aparece al final de esta entrada.

Las corrientes generadas por el movimiento de los electrones en la materia son las responsables de las propiedades magnéticas de la misma. Como existen multitud de materiales diferentes, las interacciones también son muy diferentes. Estas interacciones van desde la casi inapreciable de la madera con un imán hasta la fuerte entre las limaduras de hierro y ese mismo imán. Sí, has leído bien. Existe interacción entre la madera y un imán…

Según su interacción con un campo magnético, podemos clasificar los objetos en tres grandes grupos: Paramagnéticos, Ferromagnéticos y Diamagnéticos.

Para los materiales paramagnéticos y diamagnéticos, la magnetización es distinta de cero solo en presencia de un campo magnético externo. Si no hay campo magnético, no hay magnetización. Para los materiales ferromagnéticos, la magnetización es distinta de cero incluso cuando no hay campo magnético externo.

Cuando tenemos un material diamagnético y lo sumergimos en un campo magnético ocurre que la Magnetización (M) producida se opone al Campo Magnético (B). Es decir, la Magnetización y el Campo Magnético tienen direcciones opuestas. Si tenemos un material paramagnético y lo sumergimos en un campo magnético ocurrirá que la Magnetización y el Campo Magnético serán paralelos.

Explicar el comportamiento de los materiales ferromagnéticos es más complicado y hay que recurrir a un fenómeno cuántico llamado Acoplamiento de Intercambio. Al igual que los materiales paramagnéticos, los ferromagnéticos alinean Magnetización y Campo Magnético pero esta alineación en mucho mayor y su efecto se hace visible.

¿Qué observamos a nivel macroscópico?... Los materiales ferromagnéticos son atraídos por un imán y los paramagnéticos no son atraídos por un imán (en la realidad, sí son atraídos pero esta fuerza es tan débil que es contrarrestada por otras como la propia agitación molecular). Los materiales diamagnéticos son repelidos por el campo magnético. 

En el siguiente vídeo se puede observar el efecto de 4 imanes de neodimio sobre una lámina de grafito pirolítico (material diamagnético):

Bibliografía:

“Física para ciencias e ingeniería”. Tomo II.W. Edward Gettys, Frederick J. Keller y Malcolm J. Skove. Editorial McGraw Hill.

“Física”. Volumen 2. Raymond A. Serway y John W. Jewett. Editorial Thomson.

“Física para la Ciencia y la Tecnología”. Volumen 2ª. Paul A. Tipler y Gene Mosca. Editorial Reverté.

Imágenes:

escuelapedia.com

CIENCIAS EXPERIMENTALES

Construimos y probamos nuestras cámaras oscuras

Ese es el título que le asignan a las materias de Física y Química. Sin embargo, cuando se estudian en los colegios o institutos, por norma general, la parte experimental queda en un segundo, tercer o cuarto plano... o no llega, ni siquiera, a aparecer.

Mi duda es siempre la misma, ¿podemos permitirnos no ir al laboratorio a enseñar Física o Química?...

Creo que se trata de un error de concepto que presenta gran parte del profesorado de Ciencias: El laboratorio es una herramienta complementaria para la enseñanza de la Ciencia. Es importante que asumamos la idea que  Auzaque T., Contreras M. y Delgado J. presentaron en un trabajo de 2009:

El trabajo experimental en el campo de las Ciencias Físicas y Químicas, no debe de ser entendido ni como complemento del trabajo teórico ni como una herramienta didáctica formada por “un conjunto de actividades que rompen la rutina del aula de clase, divierten a los estudiantes o les dan un momento de esparcimiento y relajación”

Las pompas gigantes son la mejor excusa para
estudiar las disoluciones y su preparación

El laboratorio tiene carácter propio y puede ser por sí mismo una herramienta de aprendizaje potentísima, tanto para el alumnado como para el profesorado (¡cuánto me han enseñando esos laboratorios de Quesada y Pitres!). En mi experiencia, el laboratorio es el lugar dónde mayor número de preguntas se producen por parte del alumnado y dónde se establece una relación alumnado-profesorado más productiva. Pero también hay que tener en cuenta que el laboratorio es un lugar que favorece el diálogo y el movimiento. No es un lugar estático (como por desgracia son la inmensa mayoría de las clases teóricas). Eso puede dar una falsa impresión: el laboratorio es ruidoso. Como algún compañero me ha comentado alguna vez "¡Menuda tenías liada en el laboratorio!..." Bueno, 25 alumnos moviéndose por material y reactivos, 25 alumnos observando "cosas raras", 25 alumnos preguntando, 25 alumnos viendo lo que obtienen otros grupos,.... Nadie se plantea que ese jaleo sea negativo en una clase de Educación Física... Por otro lado, yo no me imagino el CERN de Ginebra como una biblioteca (sí, mi laboratorio es un lugar de investigación, de alta investigación). Ya habrá otro momento para la reflexión sobre los resultados que a veces, si queda tiempo, se realiza en el laboratorio (ese día ningún compañero se queja). 

Como ya indicaron Flores J., Caballero M.C. y Moreira M.A.

“Un cambio en nuestra práctica docente en el laboratorio debe implicar esfuerzos orientados a nuevas experiencias en las que se amerita ajustar tiempo, recursos, contenidos didácticos y actitudes para darle al laboratorio el lugar que reclama en el aprendizaje de la ciencia.” 

Y sí, lo asumo. Todo este trabajo no cabe totalmente en las 25 horas de permanencia en centro, las 5 horas de horario no regular y las otras 7.5 horas hasta cumplir el horario laboral. Pero sí cabe mucho, mucho...

Midiendo la velocidad de la luz con ayuda de
queso rayado y un microondas

PREMIOS NOBEL EN FEMENINO

Los premios Nobel de Fisiología y Medicina, Física y Química han sido anunciados los días 5, 6 y 7 de octubre. Buscando los Nobel en Femenino y en campos científicos, encontramos lo siguiente…

Youyou Tu, perteneciente a la Academia de Medina Tradicional China ha recibido el Nobel de Fisiología y Medicina por su descubrimiento de la artemisinina, un medicamento que ha reducido de forma notable la mortalidad de los pacientes que sufren malaria. A finales de 1960, la investigadora Youyou Tu se centró en la medicina tradicional china basada en las plantas, con el objetivo de desarrollar nuevas terapias contra la malaria. Descubrió que un extracto de la planta medicinal Artemisia annua ensayado en animales infectados ofrecía resultados prometedores. Sin embargo, los datos eran muy variados, por lo que Youyou Tu revisó la bibliografía antigua y, en última instancia, logró extraer el principio activo de Artemisia annua, denominado artemisinina. La sustancia se mostró muy eficaz contra el parásito de la malaria, tanto en animales como en seres humanos. La artemisinina representa una nueva clase de antipalúdicos que matan con rapidez los parásitos en una etapa temprana de su desarrollo, lo que explica su potencia sin precedentes en el tratamiento de la malaria grave. 

El Nobel de Física, y ya van 52 años, no tiene representante femenina este año. Aquí, vuelve a tener máxima actualidad el artículo de 2013 titulado BLIND AMBITION Échale un vistazo, merece la pena leerlo porque puede aclararte algunas ideas.

En el caso del Nobel de Química, tenemos más de lo mismo. Desde 2009, ninguna mujer recibe este premio. Ese año la galardona fue Ada E. Yonath. Antes que ella, Dorothy Crowfoot Hodgkin lo había recibido en 1964.

Multiples informes, como SHE FIGURES 2012, ponen de manifiesto esta brecha de género en la investigación y los premios vuelve a ser un reflejo de todo ello.

Y aunque la situación en la Ciencia de la mujer ha ido mejorando, muchas veces parece que no ha cambiado en nada para muchos. En una revisión histórica de algunos grandes hombres de la Ciencia, encontramos esta palabras:

 "La principal diferencia entre las facultades intelectuales de los dos sexos estriba en que los hombres consiguen mayor eminencia que las mujeres en cualquier asunto que emprendan (...) También podríamos inferir, según la ley de desviación de la media, que si los hombres son capaces de una clara preeminancia sobre las mujeres en tantas materias, la media de la capacidad intelectual en el hombre debe superar la de las mujeres."  Libro El origen de las especies (1871) de Charles Darwin.

"Es un lugar común que el hombre y la mujer no son iguales, sino complementarios, como lo son la abeja y la flor. Y se corre el grave riesgo de que el trabajo de taller o de obrador; fatal a la belleza y a la salud femenil, produzca a la larga un tipo de hembra abortada, comparable a la obrera de los himenópteros." Texto de 1932 de Santiago Ramón y Cajal (premio Nobel en 1906).



"Nunca había carmín en sus labios que contrastara con sus negros cabellos y, a sus treinta y un años, su atuendo no demostraba más imaginación que la de las adolescentes inglesas de medias azules. Resultaba fácil verla como producto de una madre insatisfecha que pensara que una carrera profesional podía salvar a una muchacha brillante de casarse con algún hombre estúpido…” Libro la Doble Hélice de James Watson (premio Nobel en 1962) refiriéndose a Rosalind Franklin.

"Déjenme que les cuente mi problema con las chicas. Pasan tres cosas cuando están en el laboratorio: te enamoras de ellas, ellas se enamoran de ti y, cuando las criticas, lloran" Comentario de Richard Timothy Hunt (premio Nobel en 2005) en una conferencia internacional sobre periodismo científico (junio de 2015). Tras el revuelo provocado por sus palabras se defendería diciendo que fue una broma sacada de contexto. Eso sí, siguió abogando por laboratorios separados por sexo...

Supongo que algunos dirán que estos comentarios en la actualidad son aislados pero puede que no sean tan aislados y lo que sí sean es no públicos. Son políticamente incorrectos. Hay que recordar que en el artículo anteriormente mencionado de BLIND AMBITION, uno de los resultados es que los doctores en Física reconocían que hombre y mujer en su campo de investigación no tienen las mismas oportunidades...

Créditos de las imágenes:
- Youtube.com
- Biography.com
- bbc.com

Bibliografía:
- "Las mujeres en las ciencias experimentales". Rosa Mª Claramunt Vallespí et al. UNED Ediciones.
- Blog: lacienciaenfemenino.blogspot.com
- Web: nobelprize.org

EL CALOR Y SU TRANSMISIÓN

Todos sabemos desde pequeños diferenciar lo que está frío de lo que está caliente. Sin embargo, nuestro sentido del tacto no puede ser considerado como un buen sensor para realizar estudios del calor. En ocasiones, se equivoca. Vamos a verlo.

Mira a tu alrededor y escoge un objeto metálico y un objeto de madera. Tócalos. ¿Cuál de los dos está más frío?... El Principio Cero de la Termodinámica dice lo siguiente: "Si dos objetos están en equilibrio térmico con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí". ¿Qué es el Equilibrio Térmico?... Dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando tienen la misma temperatura. Tanto el objeto metálico que has elegido, como el objeto de madera se encuentran en equilibrio térmico con el aire, y por tanto, como nos dice en Principio Cero, están en equilibrio entre sí. Es decir, los dos objetos tienen la misma temperatura que el aire ¿Difícil de creer el Principio Cero y no a tus sentidos?... Fíjate en la siguiente imagen:

La fotografía nos muestra un bloque de aluminio, un bloque de madera y un par de sensores de temperatura. Los dos marcan la misma temperatura, bueno, con una diferencia de 0.1 grados centígrados (dentro de la precisión del instrumento). Como dice el Principio Cero, los bloques de aluminio y madera se encuentran en equilibrio térmico con el aire, y por tanto, tienen la misma temperatura que él.

Perfecto. Pero, ¿por qué siento más frío el bloque de metal que el de madera?... Aquí hay que tener en cuenta dos ideas:
1. Materiales conductores y aislantes del calor.
2. Segundo Principio de la Termodinámica (enunciado de Clausius): "Es imposible un proceso cuyo único resultado sea transferir energía en forma de calor de un objeto a otro más caliente."

Por lo tanto, cuando tocas el bloque de aluminio, como es un buen conductor, el calor se transmite desde tu mano (foco caliente) al aluminio (foco frío). Esa pérdida de calor hace que tengas la sensación de frescor. Por otro lado, cuando tocas el bloque de madera, como es un buen aislante, el calor no se transmite y permanece una sensación de caliente.

Aplicando todas estas ideas, ¿podrías explicar la sensación de frescor cuando nos echamos colonia en las manos, por ejemplo?...

En el siguiente vídeo, se muestra la evolución de dos cubitos hielo. Cada uno ha sido colocado sobre una placa distinta (aluminio y madera). La fusión de uno de los cubitos de hielo, que dura 12 minutos, ha sido acelerada cuatro veces. Con las ideas anteriores, intenta predecir cuál de ellos se derretirá primero, antes de darle al play...

Este experimento, visualmente impactante, tiene mucha miga que extraer:
1. ¿Qué ocurre con la temperatura de los bloques mientras los cubitos de hielo se van derritiendo?...
2. ¿Por qué el cubito de hielo parece derretirse más rápidamente al principio?...

Responderemos a esas cuestiones en otro momento con el uso de los sensores.

Por último, y a la vista de lo observado en el vídeo, ¿se podría explicar por qué antiguamente se trasladaban los bloques de hielo envueltos en paja?...

Bibliografía y material:

“Física para la Ciencia y la Tecnología”. Volumen 1. Paul A. Tipler y Gene Mosca. Editorial Reverté. 5ª Edición.

Sensores de Temperatura y LabQuest de Vernier. Cedidos por el Parque de las Ciencias de Granada.

EL GIROSCOPIO

Como si fuera uno de esos chistes de toda la vida, podríamos empezar preguntando ¿En qué se parece un balón de fútbol americano cruzando el campo tras un pase largo a la colocación en el espacio de un satélite?...

La respuesta la encontramos en un dispositivo llamado Giroscopio o Giróscopo. Este dispositivo fue creado por el físico francés Jean Bernard Léon Foucault (1819 - 1868) para poder demostrar la rotación de la Tierra mediante un dispositivo que rotara lo suficientemente rápido y durante un tiempo adecuado para hacer mediciones. Balones de rugby, peonzas, puesta en órbita de satélites, bicicletas, balas o el curioso Segway encuentran una explicación gracias a este dispositivo de comportamiento curioso.

Veamos cómo funciona un giroscopio en el siguiente vídeo:

La primera vez que se observa, uno no deja de preguntarse "Pero, ¿por qué no se cae?..."  La Física encerrada en la explicación no es precisamente sencilla y tampoco es la finalidad de esta entrada. Podemos decir que el giroscopio se mueve así porque el cambio en el momento angular tiene la dirección del momento de la fuerza que está actuando sobre él. Como vemos, la explicación física de lo que observamos es compleja. Todo giroscopio tiene dos características: 

Inercia Giroscópica: su eje de rotación tiende a mantenerse orientado en la misma dirección. Basta con visualizar como avanza un balón de rugby par comprender esta idea.
Precesión Giroscópica: Si ejercemos una fuerza sobre él, no se moverá en la dirección de la fuerza sino en una perpendicular. Por ello, la fuerza gravitatoria no hace caer el giroscopio, sino que se desplaza perpendicular a ella.

Para una explicación exhaustiva del fenómeno, pueden consultarse múltiples páginas en internet o la bibliografía que aparece al final. 

Pero, ¿cómo se relaciona lo que ocurre con el giroscopio con los ejemplos indicados anteriormente?

Balón de rugby. Si el jugador no imprime un giro al balón, no existe momento angular y la resistencia del aire puede hacer que el balón se desplace de forma caótica, y por tanto, no tenga un gran alcance. Sin embargo, al imprimirle el giro el cambio en el momento angular debe tener la dirección del momento de la fuerza aplicada al balón, y por tanto, el balón "está obligado a mantener su dirección" avanzando mayor distancia.

Satélite en órbita. ¿Has observado que cuando se pone en órbita un satélite desde una lanzadera espacial sale siempre girando?... Al hacerle girar, el satélite adquiere un cierto momento angular. Así, inicialmente se determina que dirección es la más adecuada para soltar el satélite. Al hacer rotar el satélite en esa dirección, se mantendrá fija.

Segway. Definido como "el primer transporte de personas autopropulsado" cuando, por ejemplo, la persona montada en él se inclina hacia delante imprime un movimiento rotacional que es detectado por un conjunto de giroscopios de alta precisión y emiten una señal al sistema de control interno. A continuación, se activan los motores que dan a las ruedas el impulso adecuado para que la persona pueda mantener el equilibrio.

Balas. Si al ánima del cañón se le realizan una canaladuras para que la bala empiece a rotar al ser disparada, conseguiremos lo mismos que con el balón de rugby: mayor distancia y mayor precisión.

El efecto giroscópico puede producir efectos muy curiosos. Durante el vuelo de la nave espacial Voyager 2, la nave transportaba una grabadora de cinta cuyos carretes giraban a elevada velocidad. Cada vez que la grabadora se ponía en movimiento, los carretes actuaban a modo de giroscopios y la nave empezaba a realizar un giro no deseado en la dirección opuesta. Desde en centro de control de la Tierra tuvieron que encender los cohetes laterales de la nave para contrarrestar el efecto y detener el giro.

Siguiendo con la introducción al estudio del giroscopio, la velocidad angular de precesión del mismo, viene dada por la siguiente ecuación física (para una deducción de la misma se recomienda ir a la bibliografía final):

ω_p = MgD / I_sω_s

_{M = Masa del giroscopio}

_{g = Aceleración de la gravedad}

_{D = Distancia al punto de pivote}

I_s = Momento de inercia respecto de su eje de espín

ω_s = Velocidad angular respecto de su eje de espín

En el siguiente vídeo vemos de forma experimental la relación entre la masa del giroscopio y su velocidad angular de precesión y la distancia al punto de pivote y la velocidad angular de precesión. Al ser dos magnitudes directamente proporcionales al la velocidad angular de precesión es de esperar que al aumentar estas magnitudes también lo haga su velocidad angular, ¿será cierto?...

Aquí dejo otro vídeo del gran Walter Lewin. Sin palabras...

Por último, si tienes la oportunidad, hazte con un giroscopio. Hazlo girar y cógelo con la mano sin que se detenga... ¿qué notas?...

Bibliografía de referencia:
"Fisica para la Ciencia y la Tecnología". Autores: Paul A. Tipler y Gene Mosca. Editorial Reverté.
"Física para Ciencias e Ingeniería". Autores: W. Edward Gettys, Frederick J. Keller y Malcolm Skove. Editorial McGraw Hill
"Física". Autores: Raymond A. Serway y John W. Jewett, Jr. Editorial: Thomson

CIENCIA Y POESÍA

Hace años utilizo este poema en la clase de Física y Química de 4º ESO. Se titula CIENCIAS y es de María Eloy-García (Málaga, 1972). Primero disfrútalo y luego te cuento mis impresiones...

No sé calcular el trabajo que realiza una fuerza,

me importa una mierda la ley de Lavoisier:

la energía la destruyo yo sin trabajo siquiera.

Es una idiotez ver un julio con la fuerza de un newton

en la distancia de un metro

y, además, no quiero cambiar las cosas de sitio.

La vagoneta que me jodió en 7º

de 150 Kg. de masa a 2m/s

y su energía cinética no me sirvieron de nada.

La vagoneta me importaba un pepino,

me gustaba la mina, la explotación,

el dinero en cuarzo. Aunque supiera

que energía cinética era todo lo que correría

la estúpida vagoneta hasta estrellarse,

en realidad me interesaba más

quién coño la empujaba y por qué se dedicaría

a mover vagonetas cinéticas con cierta fuerza de julios.

Inicialmente, utilizo este poema para introducir el estudio de la Física por primera vez entre el alumnado. Eso sí, hay que vencer el jaleo inicial por meter en la clase de Física y Química algo tan supuestamente diferente a la Ciencia como es la Poesía, y encima, salpicado de mierda, joder y coño... Luego, lo dejo reposar... Cuando hemos realizado la introducción del estudio de Dinámica y Energía vuelvo a él, y entonces, les pido que detecten los errores que existen. Definición incorrecta de julio, expresión incorrecta de unidades o relación errónea entre fuerza y julios son algunos de los errores presentes.

Anne-Marie y Lavoisier por Jacques Louis David.
Museo Metropolitano de New York

Con los años, este poema me ha servido de algo más. A más de uno de los que forman y han formado parte de mi alumnado le importaba una mierda la Ley de la Conservación de la Masa, le había jodido algún que otro cuerpo cayendo por un plano inclinado y se había enfrentando a alguna que otra estúpida vagoneta haciendo cosas realmente estúpidas. Creo que este poema habla para mi del efecto de la descontextualización a la hora de enseñar. Tal vez si conocieran la figura del Antoine Lavoisier y el tiempo que le tocó vivir no les importara una mierda su ley (que es también la de Anne-Marie Pierrete Paulze, por cierto). Si conocieran la importancia que tiene esta ley en nuestra vida diaria con el funcionamiento de los coches o la fabricación de medicamentos, tal vez les importara un poco más.  Si los ejercicios numéricos no hablaran de objetos como planos inclinados y cajas (¿alguna vez viste una caja cayendo por un plano inclinado?) y describieran en general  situaciones poco comunes para ellos, tal vez todo tomara un poco más de sentido y de interés. Empecé a pensar que hablar del quién y del por qué (quién coño la empujaba y por qué se dedicaría / a mover vagonetas cinéticas...) desde una perspectiva más cercana podría ser más productivo para todos, incluido yo mismo. Aunque ese poema sigue haciendo saltar algunas carcajadas en clase y le corregimos todos los errores que tiene, ha terminado por salpicar todas mis clases de una forma indirecta.

Este curso, 2016-17, con los cambios legislativos (hablando de falta de contextualización...) lo emplearé en 3º ESO durante el último trimestre cuando realice la introducción del estudio de la Dinámica y la Energía. 

Más información sobre María Eloy-García: http://mariaeloy.blogspot.com.es/