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