Google

Web El Patíbulo

lunes, febrero 21, 2005

Ciencia casera, deshielo y playas inundadas

Hace días, con motivo de la entrada en vigor del protocolo de Kioto, pudimos ver en las noticias como apuntaban que dentro de unos años, la subida del nivel del mar como consecuencia del llamado “calentamiento global” iba a afectar a las costas españolas (las costas españolas están afectadas por otros problemas, no solo debidos al calentamiento global, pero desde el punto de vista mediático parece no importar demasiado).
Eso me hizó recordar un viejo experimento de física casera.

El deshielo de los “casquetes glaciares” del vaso

El experimento de sencillo es entretenido y muy didáctico. Sirve para ilustrar muchas cosas sobre la naturaleza del agua y además, es realizable por cualquier persona (independientemente de su raza, sexo y religión; ya que están de moda los temas sobre constituciones y derechos, jeje, aprovecho para decirlo).
Cojamos un frasco, si puede ser graduado mejor (si no, no pasa nada) y llenémoslo con una cierta cantidad de agua. Si el frasco está graduado, fijémonos en la altura de la columna de agua y anotémoslo en un papel. Si no, hagamos una marca en el frasco.
Una vez hecho esto, cojamos una cierta cantidad del agua del frasco (no toda) y congelémosla. El resto del agua la conservaremos en el mismo frasco.
Al igual que en los programas de cocina, nos saltaremos el paso de describir la espera a que el agua se congele, pues en ese paso hay mucha libertad: cada uno puede entretenerse como quiera esperando a que el agua se enfrie.
Una vez el agua esté congelada, cojamos los cubitos y echémoslos en el frasco, y anotemos hasta donde llegue el nivel del agua.
Con este experimento, podremos ver que el nivel del agua en el vaso cuando solo tenemos agua nunca supera al nivel del agua del sistema doble agua-hielo (para la misma masa, claro está).
¿Y por qué pasa esto? Por lo que sabemos desde niños: el agua líquida es más densa que su fase sólida, el hielo. Ello implica que para la misma masa de agua, el hielo ocupará más que el agua líquida. Esto está relacionado con la estructura cristalina del hielo (sería más exacto decir hielo I, que es la estructura cristalina del hielo en la naturaleza, pero se conocen más formas en las que el hielo puede cristalizar) que es de tal manera que los espaciados entre moléculas de agua son mayores que cuando está líquido.

Una vez hecho el experimento, podemos calentar el hielo, y veremos lo facil (en términos de tiempo y energía) que es derretir el hielo y lo que nos lleva y cuesta enfriar el agua y congelarlo, pero eso ya es otro cantar que no nos importa ahora.

Del vaso a la Tierra. El deshielo del Ártico

El círculo polar Ártico, ese círculo geográfico limitado por Siberia, Groenlandia y Canadá, es un inmenso bloque de hielo flotando sobre el agua. Como lo definió hace días en “Al filo de lo imposible” el geógrafo físico Eduardo Martínez de Pisón, es un “Mediterráneo de hielo”. Una magnífica forma de describirlo pues, a diferencia de la Antártida (donde tenemos una masa continental recubierta por hielo) representa un auténtico mar, que en lugar de ser de agua, es de hielo. Un gran cubito flotando en un gran vaso.
Ahora podemos darnos cuenta de las implicaciones que tiene el, tan solo aparentemente, inocente experimento de física casera que contemplamos más arriba. El deshielo del Ártico, en principio, no tiene implicaciones sobre el aumento del nivel del mar; en todo caso, implicaría un descenso, pues el agua pasaría a ocupar menos volúmen.
Lo que realmente tiene importancia, desde la perspectiva del aumento del nivel del mar, es el deshielo de los grandes glaciares continentales de la Antártida, y de los glaciares, hoy en recesión, asociados a los grandes sistemas montañosos (Andes, Alpes, Himalaya,…). Esos son lo que tienen implicaciones sobre el nivel del mar, pues no hay que olvidar que representan el 1,5 % del agua de la Tierra (parece poco, pero si excluimos el agua del mar, que es el 97%, nos empezamos a percatar de lo que realmente representan en términos de cantidad, pues el agua de los ríos es el 0,0001 y el vapor de agua atmosférico, el 0,001).
Otra cosa a comentar, es el hecho siguiente: los cuerpos al calentarse se dilatan. Y el agua no es una excepción. Aunque esta expansión térmica en el caso del agua no es muy patente, dada la enorme cantidad de agua de los océanos, una subida de la temperatura de unos pocos grados centígrados implica una subida del nivel del agua de mar de bastantes centímetros.

Por último me gustaría destacar otra cosa: el que el deshielo Ártico sea irrelevante, no quiere decir que me ponga de acuerdo con su derretimiento. El que no tenga implicaciones en el nivel del mar, no quiere decir que tenga otros males: el deshielo del Ártico supone una entrada ingente de agua dulce al mar, lo que supone modificaciones importantes en sus parámetros físicos, como salinidad, temperatura, punto de congelación,… lo que tiene importantes repercusiones ecológicas, meteorológicas, e incluso es posible, en las corrientes oceánicas.
A este respecto, un geólogo paleoclimatólogo de la Universidad de Columbia señaló que, aunque parezca paradójico, un deshielo importante del Ártico causado por un incremento de las temperaturas fue el causante de un episodio de glaciación muy intenso y repentino, conocido como “Joven Dryas” hace 12.000 años.Pero como decía el narrador al final de Conan: “Eso ya es otra historia”.

miércoles, febrero 16, 2005

Obviedades obvias

Me imagino que todos hemos visto las imágenes por televisión del incendio del rascacielo de Madrid, el hotel “Windsor”.
Afortunadamente, no hubo víctimas humanas. Por este motivo, me atrevo a abrir un tema en tono de chiste sobre este desatre, económico (menos mal que solo eso).
Y es que al ver las noticias por televisión sobre este incidente no pude evitar reirme en más de una ocasión ante las obviedades que se decían.
Por poner un primer ejemplo. En una de las noticias que se dio se comentaba que los expertos decían que era mejor que el “edificio cayera sobre si mismo”. Creo que no hace falta ser experto: no va a ser mejor que se desplome sobre los edificios de alrededor, soltando cantidades de escombros y destrozando construcciones cercanes.
Pero más extraño fue lo que se pudo ver en una entrevista que hizo una periodista a un catedrático de estructuras, al que le preguntó algo asi como (no son palabras del todo textuales): “¿Cómo es posible que un edificio de oficinas arda, si en un edificio de oficinas no hay productos inflamables que puedan arder?” A lo que el catedrático replico diciéndole que en las oficinas hay mucho papel y que eso arde pero bien. Mereció la pena ver la cara de la periodista al darse cuenta del gambazo que había cometido con la pregunta.
También, en uno de estos programas de tertulias (si, estos donde se reune un grupo de gente que creyendose humanistas renancentistas, piensan que tienen derecho a opinar gratuitamente sobre todo), uno de los contertulios dijo: “Es evidente que los sistemas de prevención de incendios no han funcionado correctamente…” Si, no lo discuto. Es evidente. Sobre todo a la vista de las multiples imágenes que llevaban emitiendo todo el finde semana, donde se podía ver el edificio ardiendo, y el edificio sin fachada… Fijense, que si no lo llega a decir, siempre hubiese pensado que había funcionado.
En otra noticia, un corresponsal decía: “Parece ser que el edificio tendrán que demolerlo de arriba abajo”. Me parece que es obvio: no irán a demolerlo desde abajo para que se les caiga encima.
Para el final ya dejo la mayor de todas las obviedades que pude oir en relación a este tema. Para terminar, voy a reproducir una salida de la boca del alcalde de Madrid. En una rueda de prensa le oi afirmar: “La demolición es irreversible”. Creo que por definición de demolición en nuestro universo, todas las demoliciones son irreversibles. Desconozco si el señor Gallardón conoce otros universos donde impere la segunda antiley de la termodinámica, y la entropía disminuya en lugar de aumentar. O quizás pensó que como el incendio parecía un infierno, el demonio de Maxwell igual andaría haciendo de las suyas. Pero yo pienso que lo que debería haber dicho es “La demolición es inevitable”, más que irreversible.
Y bien si dije que dejaba para el final esta, es OBVIO que quería decir que con ella se acababa el post.

viernes, febrero 11, 2005

La caída de graves, el "Apollo 15" y la velocidad de los ríos

Antes del siglo XVI, antes de que la ciencia moderna naciera de la mano de genios irrepetibles como Galileo o Newton (por decir unos nombres), la ciencia (y la fisica en particular) era una actividad en gran parte reflexiva. La física era una física alejada de la experimentación (ello no quiere decir que anteriormente al siglo XV no hubiera habido grandes observadores o experimentadores; un ejemplo, Arquímedes). Durante la edad Media, el pensamiento imperante era el Aristotélico; era la última palabra del conocimiento.
La física aristotélica (fue Aristóteles quien acuñó el nombre de física) tenía algunas ideas bastante curiosas en relación al movimiento de los astros, y al movimiento de los cuerpos.
Una idea particular era la caída libre de los cuerpos (la caída vertical de un cuerpo desde una altura). Para la física aristotélica, esta caída era más rápida cuanta más masa tuviese un cuerpo. Esta idea era errónea. Pero se asumió, en parte (dejando de lado el peso que tenía aristóteles) por la ausencia de experimentación.
Sin embargo, para fortuna de la humanidad, en el siglo XVI vino el genial Galileo para auxiliarnos, e introdujo de lleno la experimentación en la ciencia.
En realidad, hoy sabemos, gracias a Galileo, que si dejamos caer dos objetos de distinta masa desde la misma altura en un espacio que no hay aire (para evitar el rozamiento con el aire) los dos llegan a la vez al suelo. La caída libre de un cuerpo no depende de su masa.
Se cuenta que para demostrar este hecho, Galileo dejó caer distintos objetos desde la torre inclinada de Pisa. Pero como caían muy rápido, se las ingenió para ralentizar la caída modificando radicalmente el diseño del experimento, y es entonces cuando realizó sus famosas experiencias del plano inclinado.

La física casera del programa “Apollo”

Durante la misión del Apollo 15, el comandante de la misión, Dave R. Scott, aprovechó el casi absoluto vacío de la “atmósfera” lunar para emular a Galileo. Para ello dejó caer desde la misma altura un martillo y una pluma: efectivamente, los dos llegaron a la vez (ésto demustra dos cosas: que Galileo tenía razón, y que los conspiaranoicos se equivocan cuando dicen que el hombre no pisó la luna). Ante las cámaras de la misión, se pudo comprobar una vez más que Galileo tenía razón. Eppur si muove.
Conceptos básicos sobre la energía

¿Qué es la energía? Desde un punto de vista mecánico, la energía se puede definir como una magnitud que cuantifica la capacidad de un cuerpo de desarrollar una fuerza, o de desarrollar un movimiento.
Teniendo esta definición presente, será fácil entender que un cuerpo en movimiento, por el simple hecho de estar moviéndose, va a tener una energía asociada a su estado de movimiento. Efectivamente: ésto es lo que se llama energía cinética. Y esta energía está vinculada a la velocidad del cuerpo.
Sin embargo, ello no quiere decir que un cuerpo en reposo no tenga energía. Si recordamos la definición, dice la “capacidad de un cuerpo de desarrollar un movimiento”. El que un cuerpo esté en reposo, ello no quiere decir que no sea capaz de moverse o de mover a otro cuerpo. ¡Hasta los más fuertes necesitan descansar!
Así, los cuerpos van a tener, a parte de la energía cinética, una energía vinculada a su capacidad de dejar de descansar. A esto es a lo que se llama energía potencial (paradójico, el que estos términos de la física moderna tengan su razón de ser en la diferencia que hacía Aristóteles entre potencia y acto).
Ejemplo de energía potencial: supongamos el martillo que dejó caer el astronauta. En el momento que el martillo está en la mano del astronauta, sin moverse, el martillo tiene una energía potencial, que depende de la distancia que le separa del suelo. En el momento que lo suelta, y cae, llega al suelo con una velocidad: en ese momento solo tiene energía cinética. Toda la energía potencial se convierte en cinética. El cuerpo ha desarrollado un movimiento, y la energía potencia en cierto modo, nos estaba midiendo cuanto movimiento iba a poder efectuar.
Esto nos sirve para introducir otro concepto básico en energía: el principio de conservación de la energía. La energía no se puede ni crear ni destruír. Solo se puede convertir en otras formas de energía. Si seguimos con el ejemplo del martillo: inicialmente el martillo tenía una energía potencial; al llegar al suelo, toda esa energía potencial la había convertido en cinética. Y tras el impacto, toda esta energía cinética se convirtió en calor, la forma más degradada de energía.
Con esto ya podemos pasar al último hilo de este artículo.

¿Dónde es más rápido un río?

Un río representa un sistema natural que se puede considerar dividido en 3 partes:
- El curso alto, su nacimiento. Ahí es donde el río alcanza sus máximas pendientes, donde se nos forman cascadas y rápidos, donde hay turbulencias, donde hay mayor incidencia de la erosión…
- El curso medio: donde hay un equilibrio entre erosión y sedimentación. La pendiente es un menor que en el caso anterior, y ya no hay fenómenos tan violentos como cascadas.
- El curso bajo, la desembocadura. Aquí el río está prácticamente horizontal, y va a haber un predominio de procesos de sedimentación.

Ahora le propongo un acertijo a un eventual lector, en el que no pretendo que gasten mucho tiempo. A la vista de todo lo anterior, de esas 3 partes, ¿dónde irá más rápido el río?

En principio, la observación y la intuición parece indicar que donde el río va más rápido es en el curso alto: ahí hay mayor pendiente; vemos rápidos, hay cascadas,…Y en la desembocadura ha de ir más despacio: el río va horizontal, y además, ahí podemos ver que deposita material.
Sin embargo, todo lo contrario: las mayores velocidades del río se alcanzan en el curso bajo, y en el curso alto las más bajas.
Supongamos una molecula de agua en el nacimiento del río: ahí tendrá una cierta velocidad (y con ello una energía cinética), pero también tendrá una energía potencial asociada a su altura en relación al nivel del mar (que recordemos, nos mide la capacidad que tiene la molécula de caer y moverse hasta el suelo). Cuando esa molécula llega al curso bajo toda la energía potencial que tenía en el curso alto se habrá convertido en cinética; en consecuencia, por definición de energía cinética, el río habrá aumentado de velocidad.

Realmente al hecho de que la velocidad sea mayor en el curso bajo no contribuye solo el tema de la energía (de hecho, realmente no influye, pues el lecho fluvial varía de una zona del río a otra, varía la sección del canal, varía el caudal,…): en el curso alto el agua sigue trayectorias turbulentas, erráticas, y aunque la velocidad de un hilo de agua pueda ser muy alta, los distintos hilos de agua siguen trayectorias distintas, algunas veces, incluso algunos hilos van contracorriente, aguas arriba. En el curso bajo, por el contrario, el flujo es laminar: todos los hilos de agua siguen la misma dirección. En consecuencia, la velocidad media del flujo en el curso bajo será mayor que en el curso alto.
En fín, no todas las ideas en Ciencias de la Tierra son intuitivas.

sábado, febrero 05, 2005

Empezando de cero: la araña toca... paredes

Buenas a todos. Han pasado ya muchos días desde mi último post. En concreto cerca de un mes, pero es que he andado ajetreado. Si este blog tenía algún visitante asiduo, creo que lo he perdido. Así que esto es como una vuelta a empezar.
El otro día tuve una larga conversación con un buen amigo mio, al que le encanta la ciencia y la ingenieria, y sobre todo, comerse la cabeza, y me planteo un acertijo que realmente me ha llamado la atención. Por eso, les emplazco a que compartan conmigo esta curiosidad.

La cosa es como sigue. Imagínense una arañita (por si acaso hay algún biólogo exigente, le daré una especie para contentarle: Tegenaria domestica, o lo que es lo mismo, la araña doméstica, por poner un ejemplo). La arañita en cuestión esta en una habitación que tiene la forma de un cubo perfecto. Y se encuentra en el centro mismo de la pared (si hay algún enamorado de la decoración, para que no sea menos que el biólogo, le contentaré: la habitación esta sin amueblar, y está empapelada de color blanco; el suelo, un azulejado también blanco). Ahora la arañita quiere ir al centro justo de la pared opuesta, y quiere hacerlo por el camino más corto. Por algún motivo extraño, la arañita no quiere ni saltar, ni hacer cosas raras. ¿Qué camino ha de seguir? Pues bien, ha de bajar en linea recta, seguir caminando en linea recta por el suelo, y subir por la pared opuesta hasta el centro. Dicho de manera más fina: la arañita se desplazará en todo momento en un plano perpendicular a la recta vertical que pasa por su posición. ¡!Ala, tostón de frase que me ha quedado!!
Hasta aquí facil. Ahora la segunda parte. Ahora la arañita, en lugar de estar en la posición anterior, esta una distancia “d” por encima del centro. Y en lugar de querer ir al centro de la pared opuesta, quiere ir a un punto de la otra pared que está una distancia “d” por debajo del centro de la pared de enfrente. ¿Qué trayecto ha de seguir? Lo más lógico (por lo menos, lo que yo contesté, pero no se si mi sistema de procesamiento de la información –lease cerebro, es que hoy estoy un poco petulante- funciona con mucha lógica) es un camino análogo al anteriot. Pues no, la respuesta que me dio mi amigo (desde aqui te mando un saludo) es la siguiente: la arañita sube en linea recta, camina por el techo, baja al suelo, camina por el suelo y llega a la pared. O algo así. Porque inmediatamente mi amigo me ametrello con la pregunta más desconcertante de la cuestión: ¿cómo se puede deducir matemáticamente el camino más corto?
Como responder a la pregunta se escapa de mis posibilidades, propongo el reto a cualquier eventual lector de este post a, que si el tiempo le sobra y le gusta eso de las matemáticas, trate de resolverlo.

Cuando le plantee el acertijo a mi hermana pequeña (el acertijo en si, no la parte de la demostración matemática, obviamente), me dio la respuesta más inteligente que se puede hacer: no hay ninguna araña que piense. Cuanto tiempo de escribir me hubiese ahorrado de haber pensado como ella.
Un saludo.