El nuevo latín

El dominio mundial del inglés, no es algo nuevo y parece totalmente aceptado.

Saber inglés es importante y es signo de cultura se propaga por doquier. ¿Qué hay de verdad en esto? ¿Es el idioma ingles un idioma importante para la cultura mundial?. Realmente si lo es, aunque no es seguro que sea el más importante ni mucho menos, pero no es el único. La realidad de esta afirmación es que es el sistema capitalista, que tantas alegría nos da últimamente, ha elegido un país y su idioma como el idioma por excelencia.

Este tema no es lo que más me importa. Como científico que me quiero considerar, lo que me aterra un poco es que volvamos al oscurantismo de la edad media, donde el conocimiento estaba reservado a un lenguaje culto. 

El latín, aquellos que no lo dominaban no tenían acceso a ese tipo de información. Esto está pasando con la ciencia y el ingles. Cuando intentamos profundizar en ciencia, niveles superiores a la divulgación y la secundaria, nos encontramos que la literatura está en inglés incluso aunque el autor no sea nativo de esa lengua.

Los artículos científicos se escriben en ese idioma y los científicos están contentos porque tienen una lengua internacional para comunicarse y no necesitan conocer ninguna otra para acceder a los conocimientos científicos. Tal es su entusiasmo, que se ha parado la traducción a otras lenguas de esta información tan importante, dejando fuera del alcance a los que le interesen las ciencias y no conozcan el idioma inglés.

Si eres prodigioso en matemáticas y razonamiento puro pero tienes problemas en la adquisición de nuevos idiomas tendrán amplios problemas para formarte.

Esto me parece algo que hay que intentar combatir. No es valido decir que el ingles va antes que nada y después ya puedes seguir. No creo que sea la solución. No pretendo abogar porque no se estudie el  ingles, es de gran importancia que en ciencias exista  una lengua común, pero no debemos dejar de traducir a otros idiomas,  la información científica aunque sea de alto nivel. Pensamos que no es posible que un científico de este nivel no sepa ingles, pero aunque esto sea cierto, cerramos la puerta a gente interesada y no metida en el campo científico y a la que no debemos marginar.

Problema del iglú

Queremos calcular el ángulo a partir del cual la bola deja de deslizarse por el iglú y se separa de él para realizar una caída libre.

En este problema despreciaremos las fuerzas de rozamiento.

La posición 1 es el momento en que la bola está en la cima del iglú y no tiene velocidad ninguna. La posición 2 es el momento en que la bola empieza a despegarse del iglú y comienza su caída parabólica.

Para realizar el problema usaremos la conservación de la energía mecánica:

En la posición 2, ya no existe fuerza normal del iglú hacia la bola, ya que esta despegándose de él. Por lo tanto la componente radial del peso deberemos igualarla a la fuerza centrípeta de la bola en ese punto.

Las ecuaciones de movimiento radial y tangencial a la curva son:

La ecuación (3) no la usaremos para nuestro propósito.

De (2) podemos despejar:

Sustituimos este resultado en la ecuación (1):

Lo interesante de este problema es que el resultado no depende de R, es decir , el resultado es el mismo sin importar el tamaño del iglu.

No importa el tamaño del iglú

Además al no depender de g, quiere decir, que no depende de en que planeta realicemos el experimento en todos saldrá el mismo resultado.

Tierra

Luna

Experimento de Rutherford

El experimento de Rutherford es uno de los más importantes del siglo XX.

En él se dispersan partículas alfa en una lámina delgada de oro, llegando a la conclusión de que el espacio entre núcleos atómicos es muy grande comparado con el radio nuclear.

En vez de explicar el consabido experimento, que podemos encontrar en multitud de páginas webs, me voy a centrar en entender precisamente el hecho de esa gran extensión vacía que hay entre núcleos de oro.

Sabemos que el oro es muy denso y que sus átomos están muy juntos. Por lo que esa distancia entre núcleos es debido a que el átomo es casi todo espacio vacío.

 Átomos de oro al microscopio electrónico

El núcleo atómico del oro es de un radio de 1,35 x 10^-8 m y el radio nuclear del átomo del oro es aproximadamente de: 
7,6 x 10^-15 m.

Imagen de un átomo, como veremos el núcleo está dibujado desproporcionadamente grande

Supongamos que agrandamos el núcleo atómico hasta un centímetro de radio. ¿Qué tamaño tendría el átomo completo?

La proporción buscada es:

0,01/7,6 x 10^-15 =1,3 x 10¹²

Aplicando esta proporción al radio atómico:

1,35 x 10^-8 m x 1,3 x 10¹² = 17550 m =17,55 Km

Es decir el núcleo es de 2 cm de diámetro mientras que el átomo total ocupa 35,1 Km de diámetro. Suponiendo que los átomos están muy compactos la distancia entre núcleos coincidirá con el diámetro del núcleo de oro. Por tanto el núcleo tiene un diámetro de 2cm y hasta no pasar 35,1 Km no encontraremos otro núcleo de oro.

 ¡El átomo de oro es casi todo vacio!

Los dibujos de los átomos, que estamos acostumbrados a ver (como el de la figura) están desproporcionados, ponen un núcleo atómico demasiado grande.

Lo grande y lo pequeño

Las cosas muy grandes o muy pequeñas nos dejan indiferentes porque no podemos hacernos una idea. Intentaré remediar esto.

Distancias pequeñas

Pensemos en un átomo y una canica de cristal. Sus radios son:

r_canica= 7 mm = 7 x 10^-3 m  (una de las medidas existentes)

r_átomo = 1,25 x 10^-10 m (un átomo de Aluminio)

Supongamos que ampliamos el átomo de aluminio hasta que tenga las dimensiones de una canica. ¿Cuál sería la dimensión de la canica si la hubiéramos aumentado en la misma proporción?

7 x 10^-3/1,25 x 10^-10=56000000

Es decir r_átomo x 56000000 =  7 x 10^-3 m (radio de una canica) y

7 x 10^-3 m x56000000  = 392000 m = 392 Km. 

y su diámetro 784 Km

Que es casi la distancia desde la parte mas sur de España hasta el límite norte.

Veamos ahora distancias astronómicas

La distancia  Tierra- Sol es: 149 597 870 km =1,5 x 10¹¹ m

Distancia Sol – Próxima Centauri (estrella más cercana al Sol) =4,22 años luz = 3,99 x 10¹⁶ m

Comparándola con un la cancha de un campo de futbol de 120 m tenemos que si suponemos que el Sol está en una portería y Próxima Centauri está en la otra portería.

La proporción sería:

120/3,99 x 10¹⁶= 3 x 10^-15

Entonces la Tierra estaría situada en: 1,5 x 10¹¹ x 3 x 10^-15 =0,00045 m = 0,45 mm de la portería.

¿Cuanto ocupa un mol de granos de arena?

Queremos hacer comprender lo grande que es el Número de Avogadro y para ello intentaremos calcular si en el planeta Tierra hay suficientes granos de arena para llegar a ese número. O dicho de otro modo: si hay un mol de granos de arena en la suma de todas las playas de la Tierra

En primer lugar debemos tomar un valor medio para el tamaño de un grano de arena.

Sabemos que: La arena es un conjunto de partículas de rocas disgregadas. En geología se denomina arena al material compuesto de partículas cuyo tamaño varía entre 0,063 y 2 milímetros (mm).

Tomaremos como tamaño medio 0,5 mm (arena muy fina pero no excesivamente fina).

Imagen ampliada de granos de arena

Suponemos para nuestro calculo que la arena es esférica y que se apilan de forma compacta, es decir máximo empaquetamiento (esto es en si una exageración, pero queremos que la arena ocupe lo mínimo para que no pequemos de agrandar los datos).

Empaquetamiento compacto de esferas. No hay resquicios

Podemos pues suponer que el volumen medio que ocupa un grano de arena es 0,5³ mm³  , que pasandolo a metros cúbicos queda: 1,25 x 10^-10 m³ . Suponiendo que la arena está empaquetada de forma compacta, para hallar el volumen de un mol de granos de arena bastara multiplicar el volumen medio de un grano de arena por el número de partículas de un mol, que es: 6,022 x 10²³ partículas. Por lo tanto el volumen de un mol de arena compacta ocuparía: 1,25 x 10^-10 x 6,022 x 10²³ m³ = 7,53 x 10¹³ m³.

Para hacer la comparación usaremos el dato de superficie de la Tierra no sumergida (o emergida):

1,49 x 10¹⁴ m².

Si dividimos el volumen de un mol de arena entre la superficie de tierra emergida, obtendremos la profundidad de arena que recubrirá la tierra emergida:7,53 x 10¹³ : 1,49 x 10¹⁴  = 0,51 m. Por tanto un mol de arena, compactada, recubriría toda la  superficie de la Tierra emergida con una profundidad de medio metro.

De todo esto podemos concluir que toda la arena de las playas de la Tierra no podría, ni por asomo, acercarse a un mol de granos de arena.

Experimentos interesantes

•  Flujo laminar

http://www.jpimentel.com/ciencias_experimentales/pagwebciencias/pagweb/la_ciencia_a_tu_alcance_II/fisica/Exp_fis_vasos_vino_y_agua.htm

• Difusión de tinta en agua y teoría cinética

http://www.youtube.com/watch?v=7Mv4bRgY3t0

• La presión atmosférica

http://www.youtube.com/watch?v=N_p7_QyK1hA&feature=fvwrel

• Principio de Arquímedes

http://www.youtube.com/watch?v=sqOxzOskGWk&feature=results_main&playnext=1&list=PL1BA5F773DEEA13CF

http://www.youtube.com/watch?v=VzjnoJoUoyg

• Fluido no Newtoniano con Maicena

http://www.youtube.com/watch?v=k4HPQ-KDvsE

¿Que es exactamente un agujero negro?

El concepto de Agujero Negro (aunque no con este nombre) es ya muy antiguo, de la época de Laplace.

La idea es que para escapar a la atracción gravitatoria, cualquier cuerpo que quiera escapar de la atrcción gravitatoria , por ejemplo un cohete interestelar, debe tener una velocidad superior a la llamada velocidad de escape. Esta velocidad depende de la masa del objeto estelar y de lo cerca que estemos de él.

La pregunta es: Si la masa de la estrella es tan grande que la velocidad de escape es superior a la velocidad de la luz ¿Que sucede?

La respuesta es que la luz que la propia estrella emite no puede escapar de su campo gravitatorio ya que su velocidad es inferior a la velocidad de escape. Por lo tanto no podrá ser observada desde el exterior.

Pero el agujero negro ha cobrado un interés mayor en la actualidad. Con la teoría de la relatividad general de Einstein, los agujeros negros tienen otras particularidades:

• Aparece un llamado horizonte de sucesos, del cual nadie puede volver.
• Se han comprobado, de forma indirecta, su existencia.
• Los agujeros negros crean una gravedad que hace que las órbitas planetarias o de otras estrellas sean muy diferentes a elipses.
• Aparece la posibilidad de órbitas de caída en el agujero negro.

EL experimento de Michelson y Morley

Sin entrar en detalles, el experimento de Michelson y Morley y otros (experimento de Fizeau) nos llevaron a un debate sobre la luz y su velocidad.
Estos experimentos demostraban, a grandes rasgos, que la luz viaja a una velocidad constate e independientemente de la velocidad del observador.
Dicho de este modo quizás no os sorprenda, pero voy a intentar haceros ver lo sorprendente de este hecho.
Supongamos que yo estoy en el arcén de una autopista y observo como un coche se aleja. Calculo la velocidad del coche (usare los aparatos que necesite) y compruebo que se aleja de mi a 120 Km/h.
En este momento arranco mi coche y lo persigo a 100 Km/h (evidentemente se irá alejando) y vuelvo a medir la velocidad del vehículo que se aleja. Como cabría esperar mido 20 Km/h. Este hecho es conocido por los físicos desde muy antiguo y lo usamos en la escuela con toda naturalidad.
Sin embargo si estuviéramos persiguiendo a un rayo de luz (para poder hacer esto lo que se hace es usar el planeta Tierra como vehículo que viaja a 30 Km/s) la cosa cambia:
Un observador estático observa la luz alejarse a 300000Km/s.
Un observador que en un cohete espacial a 15000Km/s persigue al rayo de luz, observaría que la luz se aleja también a 300000Km/s.
Este hecho sorprendente, nos hace pensar que la luz se da cuenta que la perseguimos y aumenta su velocidad, pero esto no tiene sentido ninguno:

1.- ¿Como se da cuenta la luz que la perseguimos?
2.- Otro observador en reposo sigue observando a la luz alejarse a 30000Km/s.

Esto fue un quebradero de cabeza durante el principio del siglo 20.

Fue Einstein quien dio una solución sorprendente, pero que resolvía el problema.
El espacio y el tiempo no son absolutos, varían según la velocidad del observador. Cuando nos movemos, el espacio en la dirección del movimiento se contrae y por lo tanto la luz puede tener la misma velocidad.
Pero el problema es más complejo, tanto el espacio como el tiempo dependen de la velocidad del observador y por tanto el tiempo es diferente para un observador en reposo o en movimiento.

Esquema del experimento

Experimento Original

Porque flotan los astronautas

Todos hemos vistos videos de los astronautas en la estación espacial. La estación es una nave que orbita alrededor de la Tierra a unos 360 Km de altura.
Si a esa altura la gravedad aún puede sentirse (la Luna que está más lejos la siente y es por ello que girar alrededor de la Tierra), ¿cómo es posible que los astronautas floten como si no sintiesen gravedad ninguna?
Para que los astronautas crean estar ingrávidos debe suceder que todos los objetos caigan a la misma velocidad y la sensación relativa es de ingravidez, aunque están todos cayendo. Ya Galileo Galilei, desde la torre de Pisa, se dio cuenta que todos los cuerpos, independientemente de su masa, caen con la misma aceleración.
Si estuviéramos en un ascensor en el piso 55 y por causas desconocidas el ascensor empezara a caer en caída libre. ¿Qué sucedería?
Pues que como dijo Galileo todos los cuerpos caerían con la misma velocidad.
Por lo tanto si yo saco mi monedero y lo suelto lo vería flotar. ¡Podría disfrutar unos segundos de la falta de gravedad!
Esto nos parece terrorífico e ilusorio, pero existen aviones comerciales, cobran por ello, que suben a gran altura y caen en caída libre para que los pasajeros, que pagan un alto precio, experimenten la ingravidez.

Imagen de pasajeros en un avión en caída libre

¿PODEMOS VER EL PASADO?

Aunque parezca mentira todo lo que vemos es el pasado. Cuando miramos un objeto lo vemos justo cuando salió la luz de él.

El tiempo que tarda en llegar a nuestra retina es casi instantáneo, por lo que pensamos que vemos el presente.

Pero qué pasa si observamos objetos muy distantes como estrella o galaxias.

Pues algunas estrellas que están a 20 años luz, las vemos como eran hace 20 años y otras hace 1000 y alguna galaxia la vemos como era hace 1 millón de años.

No solo vemos el pasado sino que vemos diferentes estados del mismo. Por lo que cuando miramos al cielo estamos viendo el firmamento en diferentes estados temporales y no podemos tener una instantánea de él de ningún momento.
La Luna la vemos como era hace un segundo, el Sol como era hace 8 minutos, Júpiter a 35 -40 minutos (varía según la posición relativa), Próxima Centauri está a 4,2 años luz (es la estrella mas cercana) y la Galaxia de Andromeda (o M31 la galaxia, no satélite de otra galaxia, más cercana) a 2,56 millones de años luz.

La galaxia más lejana Observada por el telescopio espacial Hubble

(13200 millnoes de años luz, el Universo tiene 13700 millones de años)