Archivo de la categoría: Física

¿Se puede destruir un agujero negro?

Como comenté en esta otra entrada, caer en un agujero negro no sería experiencia muy agradable, así que no es de extrañar que la idea de que un agujero negro engulla la Tierra nos ponga los pelos de punta. Pero imaginemos por un momento que se descubre que un agujero negro errante se está acercando hacia nuestro planeta y que, debido a su tremenda masa, es imposible desviarlo con alguna triquiñuela gravitatoria. En este escenario, ¿habría alguna manera de destruir el agujero negro y salvar la Tierra?

Espera, espera. ¿Por qué te ha pegado por hablar de este tema así, sin más? ¿Sabes algo que yo no sé? Porque si de verdad hay algún agujero negro dirigiéndose hacia nosotros, dímelo para que empiece a romper escaparates.

Deja los escaparates tranquilos, voz cursiva, que el escenario del agujero negro hipotético dirigiéndose hacia la Tierra es sólo una excusa para hablar sobre las curiosas propiedades de estos objetos.

Ah, vale, vale. En ese caso, la respuesta es fácil: los agujeros negros están llenos de materia, así que basta con disparar un chorro de antimateria contra él para que se desintegre y nos deje en paz.

Bueno, vamos a ver si esa opción tendría algún efecto.

Un agujero negro no es más que una región del espacio en la que la fuerza gravitatoria es tan intensa que nada puede escapar de ella, ni siquiera aunque se mueva a la velocidad de la luz. Estos objetos extremos se forman cuando una estrella muy masiva agota su combustible y, de repente, sin una explosión termonuclear que la contrarreste, toda la masa de la estrella se precipita hacia el núcleo, compactándolo más allá de cualquier límite imaginable.

¿Por qué unos materiales conducen mejor el calor que otros?

Esta semana tocaba vídeo nuevo y hoy he querido explicar cuál es la causa de que unos materiales conduzcan el calor mejor que otros y, de paso, por qué podemos caminar sobre ascuas incandescentes sin hacernos daño, pero no sobre una plancha de acero que se encuentre a la misma temperatura.

¡Espero que os guste!

Respuestas (LXXII): ¿Por qué casi todos los metales son grises?

Un señor que se hace llamar Pepe dejó escrita la pregunta de hoy en la entrada del vídeo en el que extraía hierro de unas rocas. Os dejo aquí su comentario, para que Pepe pueda comunicaros los matices de su duda en sus propias palabras:

Aprovecho para recordar que podéis enviarme vuestras preguntas a jordipereyra@cienciadesofa.com (este es un caso extraordinario).

Tienes toda la razón, Pepe, quitando el oro, el cobre y el cesio, los elementos metálicos (señalados en verde en esta imagen) tienen un color más bien grisáceo que dificulta mucho la tarea de distinguirlos a simple vista.

¡Bah! Chorradas, podría distinguir claramente cualquier metal a ojo.

¿Ah, sí? ¿Entonces qué es esto?

Eeeeh… Pues… Claramente…

Es iridio, voz cursiva, IRIDIO.

Antes de empezar, como ha comentado Pepe, los metales se pueden unir con otros elementos químicos que no son metálicos para dar lugar a algunas sustancias coloridas. Por ejemplo, tres átomos de plomo se pueden combinar con cuatro átomos de oxígeno para producir una sustancia roja llamada tetraóxido de plomo (Pb3O4), aunque los átomos de plomo también pueden formar un compuesto amarillo cuando se unen con uno de cromo y cuatro de oxígeno, generando cromato de plomo (II) (PbCrO4).
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¿Por qué el agua se evapora aunque no hierva?

Tras un mes de inactividad virtual absoluta, la primera fase del proyecto súpersecreto en el que estaba trabajando está terminada y vuelvo a tener tiempo para el blog (que ya tenía ganas).  Para retomar el ritmo perdido, responderé a una cuestión que me habéis planteado por e-mail (a jordipereyra@cienciadesofa.com) de dos maneras:

1) ¿Cómo se produce exactamente el vapor que forma las nubes, si el agua de los océanos y los lagos no está hirviendo?

2) ¿Por qué los charcos (o el suelo fregado) se secan, incluso aunque haga frío? 

Antes de empezar, cuelo una foto de unas nubes curiosas para que la cabecera de la entrada quede bonita en la página principal:

(Fuente)

Mira, no hace falta que te molestes en escribir la entrada. La respuesta a estas preguntas es obvia: el agua se evapora.

Bueno, ya, voz cursiva, pero los lectores que me han enviado la pregunta no quieren una respuesta tan genérica, sino saber qué mecanismo permite que el agua se evapore sin que haya alcanzado su temperatura de ebullición, así que empecemos por recordar qué es la temperatura.
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Respuestas (LXX): ¿Existe la antigravedad?

Ya he vuelto oficialmente a mi hogar de internet y hoy he querido hablar sobre otro tema que me sugirió un lector vía jordipereyra@cienciadesofa.com.

Resulta que alguien que supuestamente se llama Alan Harris estuvo leyendo información en internet sobre el desarrollo de una supuesta tecnología antigravitatoria y me quiso preguntar dos cosas: si la antigravedad es un fenómeno real y, de ser así, si estamos remotamente cerca de conseguir aprovechar su potencial.

Tengo malas noticias para ti, Alan Harris.

Antes de empezar a hablar sobre los avances en el campo de la antigravedad, aclaremos qué NO es la antigravedad: no es lo que permite a los astronautas “flotar” en el espacio (como comentaba en esta entrada) ni tiene nada que ver con el magnetismo que mantiene la peonza del siguiente vídeo suspendida en el aire:

En estos casos, los objetos involucrados no están experimentando ninguna “fuerza antigravitatoria. Los dos parecen inmunes al efecto de la gravedad a causa de fenómenos completamente distintos (la velocidad y el magnetismo) que contrarrestan la magnitud de la atracción gravitatoria que tira de ellos hacia abajo. Quería matizar este detalle porque hay empresas que utilizan el término “antigravedad” muy a la ligera con tal de hacer atractivos en sus productos.

¿Entonces no puedo referirme a mis torneados gemelos como “generadores de impulsos antigravitatorios de corta duración”?

Mientras no intentes vender tus piernas en eBay no te voy a poner ninguna pega, voz cursiva.

Pero, bueno, para entender el fenómeno de la antigravedad, hagamos primero un breve repaso sobre la naturaleza de la gravedad.

Como había comentado en otros artículos en los que hablaba sobre la teoría de la relatividad (por ejemplo, este sobre la película Interstellar), la gravedad no es una fuerza, aunque casi siempre nos referimos a ella como tal.
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¿Es posible que existan galaxias hechas de antimateria?

En este blog he tratado varias veces el tema de la antimateria, como en esta entrada en la que explicaba qué es, en esta otra donde hablaba de los materiales más caros y esta otra en la que mencionaba cuáles son los materiales más mortíferos. Como podréis comprobar si leéis los artículos (guiño, guiño), la antimateria es un material bastante extremo y, por tanto, interesante.

En resumidas cuentas, la antimateria es la versión de la materia ordinaria que tiene propiedades opuestas.

Por ejemplo, los protones que contienen los núcleos de los átomos que componen nuestro cuerpo tienen carga positiva, pero los anti-protones tienen carga negativa. Los electrones tienen carga negativa pero su versión en antimateria, los positrones, tienen carga positiva. También hay antineutrones que, pese a que no tienen carga eléctrica, difieren de los neutrones ordinarios porque su número bariónico es -1 en lugar de +1 (lo sé, lo sé, tengo pendiente hablar de partículas subatómicas).

O sea, que un átomo de antimateria tendría esta pinta:

Y… Bueno, no hay muchas más diferencias. Aunque pueda parecer extraño para un material que parece sacado de una novela de ciencia-ficción, la antimateria en sí no tiene ninguna otra propiedad emocionante. Como explico en mi libro “El universo en una taza de café” (disponible en España y México en librerías y a través de internet, tanto en formato físico como electrónico, guiño, guiño), en su día se pensó que la antimateria podía poseer propiedades antigravitatorias y que tal vez formaba parte de la cola de los cometas. Por supuesto, hoy sabemos que no es así.
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¿Giran todas las galaxias en el mismo sentido?

Mike, de la Agrupación Astronómica de Ibiza (aquí su Facebook, que recomiendo seguir por su labor divulgativa), me preguntó hace poco si las galaxias giran todas en el mismo sentido. Aunque parezca mentira, la respuesta a esta pregunta, tan inocente a primera vista, nos puede proporcionar información muy interesante sobre el origen del universo. Más concretamente, saber si la mayoría de las galaxias gira en una dirección concreta nos permitiría deducir si el universo está rotando o no.

Xro k m dise d k l huniberso sta rotando lokoh? k tas fumao jaja

Quédate conmigo hasta el final de la entrada y lo descubrirás, voz cursiva. Empecemos hablando del momento angular.

El momento angular es una magnitud que nos dice la “cantidad” de movimiento rotacional de un objeto o un sistema que… Bueno, que está girando sobre su propio eje o en el que hay algo dando vueltas alrededor de otra cosa. Esta cantidad depende de la velocidad de los objetos implicados y de cómo está distribuida su masa alrededor del eje de rotación (su inercia, que trataré en un momento). Cuanto más rápida y masiva sea una cosa y más lejos se encuentre del eje de rotación, más momento angular tendrá. O poseerá una mayor “cantidad de movimiento rotacional“, que es una expresión más fácil de entender.

E, igual que la energía ni se crea ni se destruye, el momento angular de un sistema se conserva con el tiempo.

A vuestro paso por las clases de física del instituto habréis escuchado/visto unas doscientas mil veces el ejemplo de la patinadora sobre hielo que da vueltas a una velocidad concreta con los brazos estirados y que, en el momento en que acerca los brazos hacia su cuerpo, sin necesidad de hacer ningún otro esfuerzo por su parte, empieza a girar más deprisa.

En este vídeo podréis apreciarlo mucho mejor, si hasta ahora sólo habíais visto este fenómeno en diagramas:

El principal causante de este efecto es la inercia, que viene del latín “inertis“, “falta de vida o de reacción“. Esta propiedad es el equivalente a la “resistencia” que ofrece un objeto al movimiento y depende de su forma y su masa.
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¿Qué aspecto tiene un átomo? (3/3) (Parte 1)

Por fin os traigo la (primera parte de la) última entrega de la serie de vídeos que empecé en diciembre “¿Qué aspecto tiene un átomo?“. Grabando este último vídeo me he dado cuenta de que la cosa se estaba alargando mucho, así que he preferido separarlo en dos para hacerlo más llevadero (tanto para vosotros como para mi portátil).

En el capítulo de hoy hablaré del estudio de la luz y cómo empezó a influir en los modelos atómicos… Y servirá de introducción para el último vídeo (que intentaré tener terminado para el día 28, como tarde), en el que tocará tratar la mecánica cuántica.

Os dejo con mi versión miniaturizada bidimensional.

¿Qué pasaría si la Tierra fuera plana? (2ª Parte)

Es posible que estas últimas semanas os hayáis topado con la “polémica” absurda del rapero que dice que la Tierra es plana y la respuesta del astrofísico Neil DeGrasse Tyson. Además, hace poco colgué este vídeo en el que enseñaba cómo podéis ver la puesta de sol dos veces y cómo este hecho demuestra que la Tierra no es plana. Así que, aprovechando el tirón de la Tierra plana, he pensado que ya va siendo hora de escribir la continuación de la primera parte de una entrada que escribí el 18 de febrero del año pasado llamada “¿qué pasaría si la Tierra fuera plana? (1ª Parte)”.

En resumidas cuentas, en esa entrada hablaba sobre cómo notaríamos la gravedad producida por un planeta plano y por qué, en realidad, la fuerza de la gravedad obliga a los planetas a adoptar formas esféricas (o, como mínimo, de patata). En esta segunda parte hablaré sobre qué pinta tendría la superficie de un planeta plano a grandes rasgos. Por ejemplo, ¿qué pasaría con los océanos?

Bueno, pues que se derramarían por los bordes, obviamente.

Pues, no. Curiosamente, ocurriría lo contrario.

Esto no le pasaría nunca a nadie, ni en una Tierra esférica ni en una plana. (Fuente)

Como habíamos visto en la primera parte, caminar desde el centro de la Tierra plana hacia uno de sus extremos sería como intentar escalar una pendiente cada vez más empinada, aunque el terreno sobre el que nos moviéramos fuera completamente horizontal. Y esto se debe a que cada vez tendríamos más masa por detrás de nosotros, así que la fuerza gravitatoria no sólo tiraría de nuestro cuerpo en un ángulo cada vez más cerrado, sino que lo haría con una fuerza cada vez mayor.

Por eso, si pusiéramos una pelota cerca del borde de la Tierra plana, entonces ésta empezaría a rodar hacia el interior del disco hasta llegar a la zona central… Aunque su superficie fuera completamente lisa y horizontal. Una vez allí, rodeada por la misma cantidad de material en todas las direcciones, no sería estirada en ninguna dirección más que en otra y terminaría por quedar en reposo.

Y, como podéis imaginar, lo mismo pasaría con el agua, que tiende a fluir hacia la posición donde tiene la menor energía potencial.

La energía potencial gravitatoria de un objeto depende de su masa, de la altura a la que se encuentre y de la intensidad del campo gravitatorio a la que esté sometido. En nuestra Tierra esférica, con un campo gravitatorio que es prácticamente constante por toda su superficie, las cosas que se encuentran a una altura mayor tienen una mayor energía potencial y, si no tienen nada sobre lo que apoyarse, caerán hacia lugares donde su energía potencial sea menor. En cambio, sobre la superficie de un planeta completamente plano, aunque un objeto se encontrara siempre sobre la superficie y, por tanto, siempre a la misma altura, la intensidad del campo gravitatorio es mayor en las zonas cercanas al borde del disco y mínima en su centro. Así que todo tenderá a moverse hacia el centro del disco, donde la energía potencial de un objeto será menor… Incluidos los fluidos como el agua o el aire.

O sea que, en un planeta plano, lejos de derramarse por los bordes, toda el agua fluiría hacia el centro del disco, acumulándose allí y formando un “océano” con forma lenticular alrededor de la zona central.

Los habitantes de este planeta plano verían un escenario curioso, desde luego, porque desde cualquier punto del planeta se podría ver el gigantesco bulto de agua asomando en la lejanía… Bueno, asumiendo que no hubiera aire entre sus ojos y el “océano”, claro.

Para que sobre la superficie del planeta plano hubiera habitantes, primero debería existir con una atmósfera. Pero, pese a que no existiría un horizonte propiamente dicho en el mundo plano, el campo de visión de sus habitantes estaría limitado a unos 296 kilómetros porque el aire no es completamente transparente. Así que, por desgracia, el océano lenticular no se podría ver desde cualquier rincón de la Tierra plana.

Al tratarse de un fluido, la atmósfera estaría distribuida de la misma manera que el agua, aunque formaría una “cúpula” más grande debido a su mayor volumen. Probablemente, la densidad del aire sería máxima alrededor del centro del disco y disminuiría en las zonas más cercanas a los bordes.

Por supuesto, en los dos casos la altura y la extensión de las cúpulas de agua o aire dependerán tanto del grosor de la Tierra plana como de la cantidad de agua o aire que haya sobre ella. Pero, eso sí, para que el agua se desparramara más allá de los bordes del disco como en la imagen del principio, habría que añadir suficiente agua sobre la Tierra plana como para que el océano cubriera toda la superficie por completo. O sea, que el planeta entero tendría que estar cubierto por una gigantesca cúpula de agua antes de que ésta empezara a desbordarse hacia los bordes. Curiosamente, lejos de formar una catarata que se vaciara en el espacio, seguramente el agua quedaría retenida sobre el canto del disco hasta cierto punto, donde la gravedad tira de las cosas hacia la superficie del canto, como explicaba en la primera parte. Una vez cruzara el disco, el agua empezaría a caer en la otra cara del planeta plano y a fluir hasta su centro, formando otra cúpula de agua gigantesca.

Las montañas también se comportarían de manera distinta en un planeta plano. En nuestra Tierra redonda, la gravedad tira de todo hacia abajo de manera perpendicular al suelo, así que un montón de materia cualquier no tiene ningún lado preferido hacia el que caer y, con el tiempo, las montañas tienden a adoptar perfiles más o menos simétricos, con laderas parecidas en todos sus lados.

Podéis hacer un experimento vosotros mismos para simular este efecto: coged un puñado de sal y dejadla caer sobre una superficie plana. Os quedará un montículo de este estilo:

Pero, en un planeta plano, la gravedad tira de las cosas que están sobre su superficie en ángulo. Y no sólo eso, sino que el ángulo es mayor cuanto más te alejas del centro. Podéis comprobar vosotros mismos las consecuencias que esto tendría para las montañas haciendo montones de sal sobre superficies con distintas inclinaciones. Al fin y al cabo, un planeta plano donde la gravedad actúa en ángulo y una superficie inclinada donde la gravedad tira hacia abajo son dos situaciones equivalentes.

Haciendo este experimento con sal y una libreta (y luego poniendo la libreta horizontal de nuevo), podéis ver cómo iría cambiando la forma de las montañas cuanto más cerca se encontraran del borde de un planeta plano.

Bueno, en las zonas más cercanas de los bordes directamente no podrían existir montañas, ya que allí la dirección de la gravedad es casi paralela al suelo. Ya veréis que, si inclináis vuestra superficie lo suficiente, entonces la sal simplemente se desparrama y resbala hasta el suelo (o el escritorio lleno de cosas, si os ha pasado a mí, que es más molesto de limpiar).

Y, como podéis imaginar, los edificios también sufrirían las consecuencias de la fuerza gravitatoria inclinada. Los edificios aguantan muy bien los esfuerzos de compresión que resultan de que actúe sobre ellos una fuerza gravitatoria en vertical, pero que no manejan tan bien los esfuerzos tangenciales.

O sea que, si queremos montar una inmobiliaria en un planeta plano, sólo nos quedan dos opciones:

Y creo que hasta aquí llega lo que que puedo afirmar con cierta seguridad sobre los efectos de la gravedad de un planeta plano “sobre la vida diaria”. Si se os ocurren otros fenómenos interesantes que creéis que ocurrirían en un mundo plano (como el clima), no dudéis en dejar vuestras ideas en los comentarios. Quién sabe, tal vez al final reunamos suficientes ideas para una tercera parte. Aunque no prometeré ninguna fecha, por si acaso.

Bonus track: como ha mencionado Petyr Andreu Baelish en los comentarios, los defensores de la teoría de la Tierra plana solucionan el problema de que la gravedad no hace que aparezca una gigantesca burbuja de aire en el centro del planeta diciendo que la Tierra está acelerando constantemente hacia arriba a 9,8 metros por segundo cada segundo, lo que crearía una “falsa gravedad” en dirección vertical idéntica a la que notamos.

Esto no tiene ningún sentido porque, suponiendo que partiéramos de una Tierra plana en reposo, tardaría sólo 354 días en alcanzar la velocidad de la luz… Algo que obviamente no ocurre, porque entonces estaríamos muertos.

Ningún objeto con masa puede alcanzar la velocidad de la luz. Y, aunque la Tierra se desplazara a esa velocidad en algún mundo fantasioso donde nada es imposible, cualquier trocito de polvo espacial que se encontrara en nuestro camino impactaría contra el planeta con una energía tremenda. Si el impacto de un micrometeoroide que se mueve a “sólo” unos pocos kilómetros por segundo puede llegar a hacer esto en el fuselaje de una nave espacial, imaginad qué haría estrellándose contra la Tierra a casi 300.000 km/s. De la misma manera, los átomos de hidrógeno que hay sueltos por el espacio lloverían sobre la superficie de la Tierra de manera constante en forma de mortífera radiación altamente energética.

Y eso por no decir que esta excusa no explica por qué otros planetas, como Júpiter, tienen satélites dando vueltas a su alrededor.

 

¡Pero no os vayáis, que aquí llega vuestra parte preferida de la entrada!

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Respuestas (XLVII): ¿Cuál es el material más letal conocido, en términos de masa?

Rubén García-Valcárcel me planteó por correo electrónico (jordipereyra@cienciadesofa.com) el tipo de pregunta que más me gusta responder: algo que nunca me había planteado y que me resulta desconcertante a primera vista. ¿Cual es la cantidad mínima de materia necesaria para matar a un ser humano?

Quería aclarar que me ha parecido otra manera de enfocar la pregunta “¿cual es el material más mortífero?” y he preferido poner eso como título, ya que el objetivo de la entrada es hablar un poco de las peculiaridades de las sustancias que trataré y su efecto sobre el cuerpo humano, no de la idea de matar.

La cuestión es que, en el e-mail, Rubén también especifica que la forma en la que se encuentre la sustancia y el mecanismo a través del cual conduzca a la muerte son indiferentes. Puede ser un compuesto venenoso, un explosivo o cualquier cosa que se me ocurra, lo único que importa es que se trate de la menor cantidad de material posible.

Si las reglas han quedado claras, podemos empezar por los venenos.

Cualquier sustancia puede matarnos si nos exponemos a ella en cantidades suficientes. De hecho, la mayoría de cosas que nos metemos en el cuerpo en nuestro día a día son potencialmente letales en este sentido. Paracelso ya lo transmitió en el siglo XVI: “Todo es veneno, nada es sin veneno. Sólo la dosis hace el veneno“.

Para evaluar la toxicidad de compuesto químico se utiliza la dosis letal mediana (DL50), que es la masa de una sustancia que provoca la muerte al 50% de los sujetos expuestos a ella. Por ejemplo, el agua, la misma sustancia que nos mantiene vivos (aclaración innecesaria), es tóxica en grandes cantidades: su DL50 es de alrededor de 90 ml/kg, o 90 mililitros de agua  ingerida por cada kilogramo de masa corporal de la persona que la toma. Esto significa que alguien que pese 83 kilos, como el autor de Ciencia de Sofá, tendrá un 50% de probabilidades de morir si bebe 7,5 litros de agua en poco tiempo.

¿Pero qué dices? ¿Cómo va a matarte el agua?

Pues sí, voz cursiva, deshidratarte no es agradable, pero tampoco lo es hidratarte en exceso porque las células se hinchan a medida que absorben el agua que al cuerpo no le da tiempo a excretar a través de la orina. Las células del cerebro son especialmente vulnerables a este efecto porque, a medida que el cerebro se hincha mientras absorbe agua, puede llegar a ejercer suficiente presión contra las paredes del cráneo como para provocar daños cerebrales y la muerte.

Pero, bueno, 7,2 litros de agua es una cantidad enorme de materia. Hay otras cosas a nuestro alrededor que nos matarán en dosis menores, como por ejemplo el azúcar. Con una DL50 de unos 29,7 g/kg, me tendría que tomar casi 2,46 kilos de azúcar antes de tener un 50% de probabilidades de la gula me matara (eso son 4,1 kilos de Nutella, por si os lo preguntabais).
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