Archivo de la categoría: Física

Respuestas (LXXVII): ¿Puede un recipiente vacío flotar en el aire?

Hoy toca responder a una de las cinco preguntas seguidas que me mandó un lector anónimo por correo electrónico a jordipereyra@cienciadesofa.com: si los globos se elevan en la atmósfera cuando los llenas de un gas menos denso que el aire, ¿un globo vacío (y, por tanto, aún más ligero) no debería flotar aún mejor?

Empecemos por lo básico: ¿por qué algunos objetos flotan?

Pues porque son menos densos que la sustancia en la que flotan, obviamente.

Ya, bueno, pero profundicemos un poco más en la causa.

Un objeto flotará en una sustancia determinada si la masa que desplaza a su alrededor es mayor que la suya propia. Cuando esto ocurre, la fuerza de reacción ejercida sobre él por la sustancia sobre la que se encuentra iguala su peso y, por tanto, no se hundirá. Por ejemplo, los barcos flotan porque desplazan un gran volumen de agua que, a su vez, tiene una masa mayor que el propio barco (recordemos que los barcos están llenos de aire).

O, lo que es lo mismo, los barcos flotan porque que su densidad media es menor que la del agua, precisamente porque están llenos de aire.

Bueno, sí, voz cursiva, pero ese enfoque no nos ayudaría a entender la respuesta a la pregunta de hoy. Sigamos hablando de masa desplazada.

Por otro lado, si se sigue añadiendo más masa al barco, su armazón se hundirá cada vez más y desplazará más agua a su alrededor hasta que las dos cifras se equilibren. De ahí en adelante, el peso del barco será mayor que la fuerza que puede ejercer el agua sobre él y, por tanto, el barco se hundirá.
Seguir leyendo Respuestas (LXXVII): ¿Puede un recipiente vacío flotar en el aire?

Respuestas (LXXVI): ¿Cómo sabemos si las leyes de la física han cambiado con el tiempo?

He pensado que para la entrada de hoy sería una buena idea responder a una pregunta bastante interesante que me habéis enviado varias veces por correo electrónico (a jordipereyra@cienciadesofa.com): ¿las leyes de la física cambian con el tiempo o han sido (y serán) siempre las mismas?

Hoy no has mareado mucho la perdiz con la introducción, ¿eh?

No te preocupes, voz cursiva, que ya la marearé durante el resto del artículo. De hecho, antes de empezar, veamos primero qué nos referimos cuando hablamos de las leyes físicas.

Las leyes de la física no son unas ideas arbitrarias que han inventado los científicos para hacerse los interesantes, sino que surgen de la observación de fenómenos que se repiten una y otra vez de una manera muy concreta.

Por ejemplo, la intensidad del campo gravitatorio de un objeto varía con el cuadrado de la distancia, lo que significa que si doblas la distancia entre tú y él, el objeto tirará de ti con una fuerza cuatro veces menor (hablaba con más detalle del asunto en esta otra entrada). Además, hasta donde sabemos, un planeta o una estrella nunca tirará de ti con menos fuerza cuanto más te acerques a su superficie ni tampoco lo hará siguiendo una progresión lineal o cúbica con la distancia, sino que siempre será cuadrática. Y de estos hechos surge la llamada ley de gravitación universal.. Que expresa toda esta información de una manera mucho más simple con una fórmula matemática:

(Fuente)

La lista de fenómenos que se repiten una y otra vez es larga. Una de las leyes de la física más famosas es el hecho de que la energía se se convierte de unas formas en otras (química, térmica, cinética, etc), pero nunca se crea ni se destruye. Pero, por supuesto, hay muchas más: los planetas dan vueltas alrededor de las estrellas siguiendo órbitas elípticas, los fotones rebotan sobre las superficies reflectantes en el mismo ángulo en el que inciden sobre ellas y los objetos que reciben un empujón en el vacío seguirán moviéndose en línea recta hasta que una fuerza externa actúe sobre ellos, por citar algunos ejemplos.
Seguir leyendo Respuestas (LXXVI): ¿Cómo sabemos si las leyes de la física han cambiado con el tiempo?

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

¿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.
Seguir leyendo ¿Por qué el agua se evapora aunque no hierva?

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.
Seguir leyendo Respuestas (LXX): ¿Existe la antigravedad?

¿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.
Seguir leyendo ¿Es posible que existan galaxias hechas de antimateria?

¿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.
Seguir leyendo ¿Giran todas las galaxias en el mismo sentido?

¿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.