Etiqueta: Curiosidades Científicas

EL PRINCIPIO DE EQUIVALENCIA

EL PRINCIPIO DE EQUIVALENCIA

By |
EL PRINCIPIO DE EQUIVALENCIA

Supongamos que tenemos una barra horizontal suspendida de un hilo muy fino. En un extremo de la barra ponemos una bola de 2 kilogramos, y en el otro extremo otra bola de 1 kilogramo.

 

El Sol atraerá ambas bolas y ejercerá una aceleración en cada una de ellas, de forma que la de 2 kg será atraída con una fuerza doble que la otra bola. En otras palabras, podemos decir que la bola mayor tiene una masa «gravitatoria» el doble de grande que la de la bola pequeña. Pero, por otro lado, una masa de 2 kg posee el doble de inercia que una masa de 1 kg y presenta el doble de resistencia a moverse. Por esta razón la masa «inerte» de la bola grande se acelera sólo la mitad por kilogramo y acaba por acelerarse con la misma fuerza que la bola pequeña.

 

Si ambas masas, gravitatoria e inerte, fuesen exactamente iguales, las dos bolas serán atraídas y aceleradas por el Sol con la misma intensidad, por lo que la barra de la que suspenden no girará. Si ambas masas no fuesen exactamente iguales, una bola se acelerará un poco más que la otra y la barra girará un poco. Esto retorcerá el hilo del que cuelga, y el grado de dicha torsión puede medirse para calcular la diferencia entre las masas. En 1909 el físico húngaro Von Eotvos llevó a cabo el experimento descrito usando una balanza de torsión sumamente precisa, con la que pudo afirmar que ambas masas son exactamente iguales hasta un grado de precisión de 1 parte en 200 millones. Posteriormente se han efectuado mediciones aún más delicadas que confirman que masa inerte y masa gravitatoria son idénticas al menos en 1 parte por billón.

 

Albert Einstein, al elaborar la relatividad general, supuso que masa inerte y masa gravitatoria eran exactamente iguales porque, en esencia, son la misma cosa. A esto se le denomina el «Principio de Equivalencia» y desempeña un papel fundamental en la teoría de la relatividad general.
EL PROBLEMA DÉLICO

EL PROBLEMA DÉLICO

By |

     En el siglo V a.C. una epidemia azotó la ciudad de Atenas. Desesperados, un grupo de atenienses decidió consultar al oráculo de Delos en busca de consejo sobre como detener la enfermedad. En Atenas existía un altar de forma cúbica dedicado al dios Apolo y la respuesta del oráculo fue -según la leyenda- que debían construir un nuevo altar, también cúbico, pero cuyo volumen fuese exactamente el doble del existente.

       Esta leyenda constituye el famoso problema de la duplicación del cubo, también conocido como «problema de Delos» o «problema délico». Los atenienses se pusieron a la tarea contentos pensando que sería cosa fácil. Pero pronto se dieron cuenta de que no era tal, pues no consistía en, simplemente, duplicar la longitud de los lados del altar como ingenuamente pensaron en un primer momento. Con ello el volumen no se duplicaba, si no que se octuplicaba.

       Los griegos solucionaban este tipo de problemas geométricos recurriendo a la regla y el compás, en parte por tradición y en parte porque lo consideraban el procedimiento más elegante. Y también porque entonces el álgebra estaba poco desarrollada. Lo cierto es que el problema es irresoluble, tanto usando regla y compás como usando álgebra, pues está implicada la raíz cúbica de 2 que es un número trascendente.

       Este es uno de los tres problema clásicos de geometría a resolver usando regla y compás. Los otros son: la trisección de un ángulo (es decir, dividirlo en 3 ángulos iguales) y, el mucho más conocido de la cuadratura del círculo.  Los griegos lo intentaron y, después de ellos, muchos matemáticos durante siglos. Finalmente pudo demostrarse que son irresolubles, lo que no impide que aún  hoy día haya quien lo siga intentando y que de tanto en tanto aparezca alguien afirmando que lo ha conseguido.

ALIMENTARSE DEL AIRE

ALIMENTARSE DEL AIRE

By |

   

Desde siempre se había aceptado que los árboles extraían sus alimentos del suelo donde crecían, y cualquier intento de poner en cuestión este credo se resolvía citando a Aristóteles. En 1630 Johann van Helmont plantó un sauce que pesaba 2’5 kg  en 91 kg de tierra. Cinco años después el sauce había ganado 75 kg y el suelo había perdido 60 gramos. Este experimento probaba que el suelo no era la fuente a partir de la cual se formaba la materia vegetal.

     Sin duda el agua era esencial para la planta, pero, incluso hoy día, hay quien le cuesta comprender de dónde sacan las plantas el material de que se componen, si éste no procede del suelo.

     Que procede del aire, es una respuesta que parece difícil de aceptar, sin embargo de ahí proceden los materiales que las plantas necesitan para formar su propia sustancia. Dicho material es el dióxido de carbono. El agua aporta a ello átomos de hidrógeno y también parte del peso total de la planta. Así se entiende cómo el sauce de Van Helmont pudo crecer de forma tan exuberante tomando tan poco del suelo.
LA CICLOIDE, UNA CURVA MUY ESPECIAL

LA CICLOIDE, UNA CURVA MUY ESPECIAL

By |

Supongamos que tenemos una bola y queremos que baje rodando por una rampa desde un punto elevado a otro más bajo. La cuestión a resolver es: ¿qué forma ha de tener esa rampa para que la bola tarde el menor tiempo posible en llegar del punto elevado al bajo?

Es muy posible que nuestra primera intuición nos diga que la rampa ha de ser recta, dado que es el camino más corto. O, de no ser así, posiblemente la rampa debería tener forma circular o quizá parabólica. Pues todas esas opciones son incorrectas. La curva que permite un deslizamiento en el menor tiempo posible es la cicloide, también denominada por ello como braquistócrona (del griego braquistos, “el más corto”, y cronos, “tiempo”).

La cicloide es la curva descrita por un punto de una circunferencia que rueda -sin resbalar- por una recta, según se puede apreciar en la primera imagen.

Otra relevante propiedad de la cicloide es que es tautócrona (del griego tauto, “lo mismo”, y cronos, “tiempo”). Dicho de otra forma, esto quiere decir lo siguiente: imaginemos que situamos diversas bolas en diferentes puntos del interior de un cuenco con forma de cicloide. Al soltarlas y permitir que rueden observaremos que, indiferentemente al punto desde el que hayan partido, todas llegarán al mismo tiempo al fondo. 

Todas las bolas llegarán abajo al mismo tiempo

   

Osea que, en el caso de la segunda imagen, las bolas azul, roja, verde y amarilla, tardarán el mismo tiempo en rodar hasta el final y llegarán todas juntas.
GIORDANO BRUNO

GIORDANO BRUNO

By |

     La figura de Giordano Bruno es un claro ejemplo de la fascinación que ejercen las personas adelantadas a su tiempo y que defienden sus convicciones hasta el final, que en su caso fue un final trágico.

     Giordano Bruno  (1548-1600), fue un astrónomo, filósofo, teólogo, matemático y poeta napolitano. En 1572 es ordenado sacerdote y en 1575 recibió el título de doctor en teología, pero pronto empezó a generar controversias y a tener problemas por sus opiniones poco ortodoxas, lo que le llevó a abandonar el monasterio y tener una vida errante. Residió en varias ciudades italianas, Lyon y Ginebra, donde permaneció un tiempo hasta que tuvo enfrentamientos con las autoridades por criticar algunos aspectos del credo calvinista. También estuvo unos años en Inglaterra y diversas localidades de Alemania. Siempre polémico, fue excomulgado por los luteranos de la ciudad alemana de Helmstedt. Finalmente regresa a Italia, bajo la protección de un noble veneciano quien, sin embargo, acabó denunciándolo a la Inquisición por sus enseñanzas heréticas. Toda su trayectoria le llevaba inexorablemente a un serio enfrentamiento con la Iglesia. Encarcelado en 1592, estuvo preso durante ocho años mientras se preparaba y realizaba el juicio contra él. Fue «invitado» a renegar de sus ideas y enseñanzas, pero se negó a ello, por lo que acabó siendo considerado culpable de herejía y murió quemado vivo  en una hoguera en el Campo di Fiori de Roma.

     Al igual que Galileo (contemporáneo suyo y que, como es habitualmente sabido, también fue juzgado como hereje por la Iglesia -curiosamente por el cardenal Belarmino, el mismo que condenó a Bruno-, aunque con un final más feliz, puesto que solo fue condenado a arresto domiciliario los últimos años de su vida), Giordano Bruno era partidario de la teoría de Copérnico que había quitado a la Tierra del centro del Universo, situando en su lugar al Sol, con la Tierra y demás planetas orbitando a su alrededor. Sin embargo Bruno dio un paso más, pues afirmaba que el Universo era infinito, en el espacio y el tiempo, y que por tanto tampoco el Sol ocupaba un lugar central privilegiado. No contento con ello, también afirmó que las estrellas eran soles, muchos de los cuales podían tener planetas como la Tierra orbitándoles y habitados por seres inteligentes.

     Con esta visión de un universo infinito, quizá poblado por infinitas Humanidades, estaba poniendo en cuestión delicados temas teológicos, ya que de ser las cosas como afirmaba Bruno, habría otras Humanidades, supuestamente también hijas de Dios, que disputarían la primacía que hasta entonces había tenido la nuestra, y en cada una de ellas se plantearía la espinosa cuestión del pecado y la redención por Jesucristo. Por otro lado en un universo infinito en el tiempo, sin principio ni fin, no habría lugar para dogmas tales como la Creación y el Juicio Final. En el proceso fue acusado también por motivos puramente teológicos, como su negación de la divinidad de Jesús, en los que no vamos a entrar, pero ya vemos que no es de extrañar que acabara chocando con la Inquisición que, en aquellos tiempos, tenía métodos expeditivos de solucionar estos problemas, como el ajusticiamiento en la hoguera.        
«GALENO DIXIT»

«GALENO DIXIT»

By |

La medicina medieval prácticamente se basaba en la autoridad de Galeno e Hipócrates. Ante cualquier duda se recurría a la autoridad de los sabios griegos. Por ejemplo, en el tema de la circulación de la sangre, Galeno creía que la sangre era bombeada por el corazón a las distintas partes del cuerpo donde se consumía,  mientras era continuamente repuesta por sangre nueva en el hígado. «Galeno dixit»,  lo que éste hubiese afirmado se aceptaba sin más y no precisaba comprobación.  Otro motivo del estancamiento de la medicina medieval, fue la prohibición por motivos religiosos por parte de la Iglesia de la disección de cadáveres. 

El Renacimiento y el Humanismo que desde Italia se extendieron al resto de Europa aportaron una nueva forma entender el mundo, rompiendo con la visión religiosa medieval basada en el credo bíblico y en el principio de autoridad de los antiguos filósofos griegos, particularmente Aristóteles.  Estas nuevas formas de pensamiento transformaron toda la sociedad europea desde la política al arte, la filosofía, la literatura, la economía y también la ciencia donde destacan Copérnico y Galileo, que revolucionaron la astronomía y la física cambiando la forma de percibir la posición de la Humanidad en el Universo. Pero los cambios se produjeron en todos los campos del conocimiento, también en medicina.

El pensamiento renacentista afirmaba que todo se debía someter a la observación y la experimentación. El papa Sixto IV (1471-1484) dictó una bula que autorizaba la disección anatómica de cadáveres. En Bolonia, Padua y otras ciudades se habilitaron anfiteatros especiales donde los profesores impartían sus clases de anatomía. En 1543 Vesalio publicó «De humani corporis fabrica», manual que sería básico en anatomía hasta el siglo XX. Y poco después Miguel Servet proclamó su gran descubrimiento de la circulación menor de la sangre. Servet murió en Ginebra en 1553 ajusticiado en la hoguera. Aunque los motivos del ajusticiamiento eran más teológicos y personales por su oposición a Calvino, sus afirmaciones sobre la circulación de la sangre contribuyeron no poco a llevarle a la hoguera. Los tiempos estaban cambiando, pero para Servet no fueron lo suficientemente rápidos.
EL DESTINO DEL SOL

EL DESTINO DEL SOL

By |

El Sol existe desde hace más de 4.500 millones de años, y pese a que cada segundo consume 700 millones de toneladas de combustible de hidrógeno transformándolo en helio, aún le queda el suficiente para durar varios miles de millones de años más.

El destino y final de cada estrella depende básicamente de la cantidad de masa que originariamente la conforma. El Sol, como estrella de masa media, seguirá varios miles de millones de años estable como lo vemos actualmente, hasta que llegue el día en que habrá consumido todo el hidrógeno en su región central, entonces no producirá suficiente presión de radiación para contrarrestar la gravedad de las capas exteriores por lo que se contraerá y aumentará la temperatura del centro. Las capas exteriores se expandirán y el Sol aumentará enormemente de volumen, al tiempo que se enfría su superficie. Se habrá convertido en una gigante roja.

Pasará un par de veces por estas fases de contracción y expansión, a medida que el helio del centro pase a fusionarse también y convertirse en carbono y oxígeno. En su fase de gigante roja, El Sol absorberá a Mercurio y Venus. No es seguro si la Tierra será también absorbida, varía según el modelo teórico empleado. Pero en cualquier caso, sea o no absorbida la Tierra, lo seguro es que mucho antes la temperatura habrá subido tanto que los océanos se evaporarán, la atmósfera será expulsada al espacio y la vida desaparecerá de nuestro planeta.

El Sol no tiene masa suficiente para estallar como supernova  pero acabará por expulsar una gran parte de su masa exterior en la forma de una nebulosa planetaria, quedando únicamente el núcleo solar que se transformará en una enana blanca y, mucho más tarde, al enfriarse totalmente, en una enana negra.
QUEMAR DIAMANTES

QUEMAR DIAMANTES

By |

Es comúnmente sabido que tanto el grafito como el diamante están formados por el mismo tipo de substancia: carbono cristalizado, y que las diferentes propiedades que presentan se deben a la diferente forma en que se produce dicha cristalización. Pero, en una primera impresión, no deja de ser sorprendente que una disposición diferente en la forma de ordenar los átomos, que por lo demás son intrínsecamente idénticos, produzcan unas diferencias de propiedades tan acusadas. Veámoslo con un poco más de detalle.

 

Los diamantes son conocidos desde la antigüedad. Eran piedras extremadamente duras que no podían ser rayadas por nada, ni por el metal más agudo. Estas piedras, por su parte, podían rayar cualquier cosa. Los griegos las llamaban adamantos, término derivado de una palabra que significa “indomable”.

 

En los siglos XVII y XVIII, en los inicios de la química, los químicos sentían el deseo de conocer la composición de todas las cosas, diamantes incluidos. Estos, sin embargo, eran difíciles de analizar; primero porque no sólo no podían rayarse, sino que no los afectaba casi ningún producto químico y ni siquiera un calor considerable hacía mella en ellos. Y segundo, porque su elevado precio era un freno a la hora de someterlos a experimentos que eventualmente podían destruirlos. En 1771 el químico francés Pierre Joseph Macquer sometió uno a temperaturas cercanas a 1.000º C. En menos de una hora el diamante desapareció.

 

La cuestión era ¿se disipaba sin más el diamante de un modo misterioso, o ardía realmente como las demás cosas? En el segundo supuesto lógicamente necesitaría un suministro de aire. Se sometió a otro diamante a altas temperaturas, pero sin aire, y esta vez el diamante no desapareció. La conclusión fue que los diamantes arden en el aire como tantas cosas, con tal de calentarlos suficientemente. Por la misma época, Lavoisier demostró que la combustión ordinaria en el aire equivalía a la combinación de la substancia quemada con el oxígeno. La combustión la convertía en óxido, y si aparentaba desaparecer era porque el óxido era un vapor. Así pues, el óxido de diamante era un vapor.

 

Lavoisier, Macquer y otros quemaron un diamante bajo una campana de cristal. El diamante desapareció, pero el vapor de óxido de diamante estaba atrapado en la campana. Al estudiarlo resultó tener las mismas propiedades que el dióxido de carbono obtenido en la quema de carbón común. Era algo sorprendente dadas las dispares propiedades del grafito y el diamante, y durante algunos años se mantuvo la duda y la controversia. Pero finalmente fue evidente que, aunque pudiera ser sorprendente, carbón, grafito y diamante estaban hechos de la misma cosa: carbono.

 

Calentando fuertemente un diamante, en ausencia de aire para que no ardiese, se vio que se transformaba efectivamente en grafito. Y, lógicamente, de inmediato surgió el interés en si era posible la transformación inversa: de grafito a diamante. Hubo varios intentos, pera tal cosa no pudo realizarse. Hoy sabemos que era completamente imposible conseguirlo con la técnica disponible en el siglo XIX, pues se requiere no sólo muy altas temperaturas sino también muy altas presiones.

EL «MODUS OPERANDI» DE LA CIENCIA

EL «MODUS OPERANDI» DE LA CIENCIA

By |

     La diferencia principal entre la Ciencia y lo que genéricamente podríamos llamar paraciencias no está en lo que cada una afirma, sino en el rigor y la solidez de los razonamientos y las pruebas en que se basan para hacer sus afirmaciones.  Lo que sigue es sólo un ejemplo de los muchos que podríamos elegir para evidenciar el «modus operandi» de la Ciencia.

A principios de la década de los 70 del siglo pasado los astrónomos iniciaron la búsqueda de emisión de rayos X en estrellas binarias con compañeros invisibles, utilizando satélites de telescopios de rayos X. Pronto apareció un candidato: el sistema conocido como Cygnus X-1.

Estudiando el espectro de luz de una estrella es posible deducir que está girando alrededor de un compañero invisible. Se llega a esta conclusión debido a que la estrella a veces se mueve hacia nosotros y a veces se aleja. Esto se sabe por la modificación del espectro de colores a consecuencia del efecto Doppler. En el caso de Cygnus X-1 se pudo deducir que da una vuelta cada 5 días alrededor de una compañera invisible. Estas observaciones hicieron que pareciera que la compañera invisible era un agujero negro o una estrella de neutrones. La única forma de distinguir entre una cosa u otra era pesándolas.

Pero, ¿cómo puede pesarse una estrella?  Con las leyes del movimiento de los cuerpos en órbita, descubiertas por Kepler y explicadas por Newton. Los datos que se necesitan para efectuar el cálculo son la velocidad orbital de la estrella visible y el tamaño de la misma. La velocidad orbital la proporciona el estudio de su espectro de luz: cuanto más rápidamente se mueva la estrella, mayor será la variación del color. Su radio se puede deducir conociendo su temperatura y su luminosidad, ya que podemos calcular cuánto brilla una determinada área de material a una temperatura dada. Sabiendo lo que brilla toda la estrella podremos calcular entonces su superficie y a partir de ahí su radio. La temperatura se deduce directamente de su color y su luminosidad se puede obtener midiendo lo brillante que es la estrella y teniendo en cuenta a que distancia de nosotros se encuentra.  Evidentemente, cuanto más lejos esté más débil parecerá. Se puede medir la distancia por estimación de la cantidad de polvo interestelar que se interpone entre la Tierra y Cignus X-1. Esto, a su vez, se calcula a partir del grado enrojecimiento de la luz de la estrella debido a la absorción por el polvo, comparándolo con el color calculado para esta temperatura y tipo de estrella. El resultado dio al compañero oscuro de Cignus X-1 entre 8 y 18 masas solares, lo cual lo sitúa por encima de la las estrellas de neutrones y perfectamente dentro de la familia de los agujeros negros.

 

   Esta compleja cadena de razonamientos surge de unas deducciones lógicas basadas en teorías e hipótesis que, aunque pueden no estar demostradas, no se expresan alegremente sino que se sustentan en sólidos fundamentos matemáticos, que deben ajustarse a las pruebas observacionales y a las leyes físicas conocidas. Frecuentemente, para explicar una teoría confluyen varias disciplinas (física, química, geología, biología, matemáticas…) que no deben contradecirse entre sí. Diferentes equipos de científicos pueden repetir los experimentos y contrastar los resultados. Además se usan diversos instrumentos como telescopios, satélites, espectrómetros, ordenadores, interferómetros,  etc. el funcionamiento de todos los cuales también están basados en leyes y principios físicos con una justificación matemática y experimental que han sido repetidamente verificados y contrastados. Vemos pues una notable diferencia en la metodología usada para afirmar que existe un agujero negro a la usada para afirmar que existe, por ejemplo, un espíritu.

     Las religiones tienen una consideración diferente, pues muchas de ellas se basan en creencias y dogmas de fe. Y fe es creer en algo sin pruebas o, incluso, con pruebas en contra. Cualquier razonamiento lógico es vano frente a eso.

TESLA vs EDISON, O LA GUERRA DE LAS CORRIENTES

TESLA vs EDISON, O LA GUERRA DE LAS CORRIENTES

By |

Se conoce como «guerra de las corrientes» a la lucha tecnológica, comercial y propagandística que se produjo en Estados Unidos aproximadamente entre 1880 y 1890 por el control del nuevo y prometedor mercado de la transmisión de la energía eléctrica. Un bando lo lideraba el famoso y poderoso Thomas Alva Edison, defensor de la idoneidad de la corriente continua. El otro bando, el de la corriente alterna, lo lideraba Nikola Tesla, con la colaboración del empresario y millonario George Westinghouse.

 

Pese a que Edison se empeñara en defender a la corriente continua por ser menos peligrosa, lo cierto es que este tipo de electricidad no era adecuado para su uso a gran escala debido a varios motivos técnicos, pero principalmente por las grandes pérdidas de energía que se disipaban en forma de calor durante su transporte a largas distancias desde el lugar de producción y el de consumo. La corriente alterna era mucho mejor porque permitía minimizar las pérdidas disminuyendo la intensidad de la corriente, a cambio de elevar su voltaje mediante un transformador. Tesla, con el apoyo de Westinghouse, diseño varios inventos y mecanismos que facilitaban un transporte más eficiente y rentable de la corriente alterna.

 

Pero Edison era una persona muy popular y que había sabido relacionarse bien con los medios de comunicación. Inició una guerra de propaganda en la que convirtió en defecto peligroso lo que era la principal ventaja de la corriente alterna: el que para su transporte hubiera que elevarla a miles de voltios, silenciando el hecho de que el voltaje volvía a bajarse al llegar a las casas. En su laboratorio de Nueva Jersey, su empleados llevaron a cabo pruebas de electrocución de numerosos perros y gatos a fin de verificar como actuaba la corriente alterna. Posteriormente efectuaron electrocuciones públicas, a las que invitaban a la prensa, de animales mayores como caballos y, en lo que fue la demostración estrella, ejecutaron con 6.600 voltios a una elefanta que había matado a tres cuidadores.

 

 

Como se ha dicho, Tesla y otros ingenieros, desarrollaron diversos dispositivos que mejoraron la eficacia y la seguridad de la corriente alterna, por lo que las ventajas técnicas y económicas de ésta acabaron imponiéndose finalmente.