viernes, 26 de febrero de 2010

¿Por qué se usan cuchillas para patinar sobre hielo?

Mucha gente cree que los patinadores sobre hielo usan cuchillas porque, al ser muy delgadas, reducen el rozamiento, pudiendo así deslizarse por el hielo. La verdad es que el rozamiento que sufren los patinadores sólo depende de su peso y de un numerito llamado coeficiente de rozamiento, que depende únicamente del hielo y el tipo de metal. Por este motivo daría igual que patinaran sobre una cuchilla o sobre una plancha de metal, el rozamiento sería el mismo.

La explicación que se suele dar está basada en la fórmula de Clausius-Clapeyron. Según esta fórmula, la temperatura a la que el hielo se funde depende de la presión que sufre, de forma que cuanta más presión tenga el hielo, menor es su temperatura de fusión y antes se funde. Y ¿Cómo se conseguiría aumentar la presión? Pues reduciendo el área, sobre la que actúa nuestro peso. De esta manera, apoyándonos sólo sobre la fina hoja de la cuchilla, se aumenta la presión y el hielo se funde. Al fundirse, nos deslizamos sobre agua, no sobre hielo, cosa que es mucho más fácil. Por esta razón es por la que se usan raquetas para andar por la nieve: de modo inverso se aumenta el área para que la presión sea menor y no nos hundamos en ella.

Podéis hacer un pequeño experimento en casa para comprobar este efecto. Coged un hilo, tensadlo y haced fuerza contra un cubito de hielo durante unos segundos. El hielo se fundirá debido a la presión. Después dejadlo posado sobre el cubito, pero sin hacer fuerza. Ahora el agua formada previamente comenzará a solidificarse alrededor del hilo. Tras unos segundos, el hilo quedará insertado en el cubito y lo podréis levantar sujetándolo por el hilo. No he encontrado el vídeo exacto, pero os dejo uno en el que se ve este efecto (no hagáis caso a la explicación final).




Sin embargo Clapeyron, sin dejar de ser cierto, no es suficiente para justificar la fusión y el deslizamiento. Si hacemos números, saldría que para conseguir que se fundiera el hielo debajo de nosotros tendríamos que pesar más de 120kg!! Lo que en realidad ocurre es que el hielo se funde por fricción (por el calor desprendido de la fricción) y no por el efecto de la presión. Además, según he podido saber, el uso de cuchillas está indicado para facilitar los giros (del mismo modo que se usan patines en línea).

lunes, 22 de febrero de 2010

¿Por qué hace calor en verano?

Seguro que mucha gente respondería diciendo que como la órbita de la Tierra alrededor del Sol no es circular sino elíptica, hay meses en los que ésta está más cerca del Sol (verano) y otros en los que está más lejos (invierno).

Pues bien, sí que es cierto que la órbita de la Tierra sea elíptica, pero la verdad es que este efecto es despreciable. De hecho, la órbita de la Tierra es casi circular, su excentricidad sólo vale 0,017 (una circunferencia tiene excentricidad 0 y las elipses entre 0 y 1). Entonces... ¿por qué en verano hace calor y en invierno frío?















La respuesta es porque los rayos del Sol inciden con distinto ángulo. Mientras que en verano los rayos caen más perpendiculares sobre nuestro hemisferio, en invierno caerían más de "refilón". Al incidir más perpendiculares son reflejados y filtrados en menor medida por la atmósfera, calentando mucho más. Y esto, ¿por qué pasa?


Esto se debe a que el eje de giro de la Tierra está inclinado unos 23º sobre el plano que forma la Tierra al girar alrededor del Sol, llamado eclíptica. Por este motivo hay meses en los que los rayos inciden más perpendicularmente sobre el hemisferio Norte y otros sobre el Sur. Como curiosidad que sepáis que debido a esta inclinación en los polos los días y las noches duran 6 meses cada uno!!

Para terminar, os dejo un video, que estas cosas siempre se quedan mejor si uno lo ve en movimiento:


¿Por qué no se puede superar la velocidad de la luz?

En esta entrada voy a intentar explicar un poco qué es la velocidad luz y porqué no se puede superar en el vacío. Vaya por delante que no voy a entrar en detalle ni complicar mucho el tema profundizando en las diversas teorías que hay. Como siempre, mi intención es divulgar y dar unas sencillas pinceladas para que todo el mundo tenga unas nociones básicas del tema.


Para empezar, vamos a ver qué es la velocidad de la luz y cómo se comporta. Imaginemos que un tren va a 100 km/h y hay dos personas encima de él, una en la cabeza y otra en cola. En esto, la persona de cola le tira una pelota al que va delante con una velocidad de 20 km/h. Si preguntáramos a un viandante qué velocidad tiene cada cuerpo te dirá que mientras que las personas van a 100 km/h, la pelota va a 120k/h (100+20). Hasta aquí todo correcto.

Pero imaginemos que ahora el tren viaja muy rápido, cercano a la velocidad de la luz (que por cierto se denomina “c”), por ejemplo a 0.9c (90% de la velocidad de la luz) y el de cola lanza la pelota muy rápido, tanto que la pelota casi alcanza la velocidad de la luz, 0.9c también por ejemplo. Si os preguntara qué velocidad tiene la pelota respecto al suelo, seguro que me diríais 1.8c (0.9+0.9). La gracia está en que con velocidades cercanas a la luz eso no funciona. De hecho, si en vez de una pelota “lanzara” luz (iluminando con una linterna, por ejemplo), la velocidad de la luz medida por el viandante y por el que está subido en el tren será siempre la misma, aunque uno se esté moviendo. ¡La velocidad de la luz es constante! ¿Cómo puede ser?

Si la velocidad es espacio recorrido entre tiempo tardado, para que la velocidad de la luz sea constante independientemente de donde estemos situados, el espacio y el tiempo deberán “adaptarse”, “deformarse”, para que la relación entre ellos siempre valga lo mismo. El tiempo no está separado del espacio, sino que se combina con él. ¿Cómo se sabe que la velocidad de la luz es constante? Pues por experimentos, concretamente el más famoso e importante fue el de Michelson y Morley (para muchos, el experimento más importante de la historia de la ciencia).

¿A qué velocidad viaja la luz? Pues a casi 300.000 km/s en el vacío (luego lo comentaremos). Para que os hagáis una idea, en un avión solemos ir a tan sólo unos 0,3 km/s!! ¡¡Un millón de veces más lento!! ¿Y qué es eso de los años luz? Pues a diferencia de lo que muchos piensan, es una medida de distancia y no de tiempo. Es la distancia que recorreríamos si viajáramos a la velocidad de la luz durante un año. Haciendo unos cálculos, unos 9.460.000.000.000 km. Como curiosidad, la estrella más cercana se encuentra a 4,3 años luz.

¿Por qué no se puede superar la velocidad de la luz en el vacío? Permitidme que ponga la famosa ecuación de Einstein E=mc^2. Esta ecuación establece una relación entre la energía y la masa, por lo que la energía que un objeto adquiere al acelerarse, se añade a su masa, incrementándola. Así que cuanto más rápido vaya un objeto, más difícil será acelerarlo (tiene más masa). Al llegar a la velocidad de la luz, la masa crecería tanto tanto que se haría infinita y, por la ecuación anterior, habría hecho falta una cantidad infinita de energía. Lo cual no tenemos.

Para terminar algunas curiosidades:
-La velocidad de la luz es constante en el vacío, pero en el aire, agua y otros medios, se frena, pudiéndose llegar a ir más rápido que ella.
-Si una nave viajara a velocidades cercanas a la luz, el tiempo dentro de ella va muchísimo más lento que lo que iría en la Tierra.
-El tiempo va más lento cuanta más gravedad haya. Por lo tanto, irá más lento en la superficie solar que en la Tierra y más rápido cuanto más alto estemos (la gravedad es menor).
-La teoría de la relatividad no dice que no se pueda ir más rápido que la luz, sino que no se puede cruzar la barrera de la luz, ni por arriba ni por abajo. Es decir, si algo fuera más rápido que la luz, por ejemplo un taquión (partícula hipotética de “masa imaginaria”), jamás podrá ir más lento que ella.

martes, 16 de febrero de 2010

¿Por qué flotan los astronautas?


Seguro que mucha gente respondería a esta pregunta diciendo: "Pues porque no hay gravedad". A lo cual les respondería que es falso. En el espacio existe la misma gravedad, o casi, que en la Tierra. En esta entrada voy a intentar explicar un poco la ingravidez, gravedad cero y microgravedad. Como muchos sabréis, la gravedad en la superficie de la Tierra es de 9,81 m/s2. Éste, es un valor medio, ya que la gravedad disminuye con el cuadrado de la distancia al centro de la Tierra, por lo que la gravedad no es la misma en el ecuador que en los polos. Llegados a este punto uno podría aventurarse y concluir: "¡Ya está! Como el espacio esta muy lejos, allí la gravedad vale casi cero". Bien, el espacio está lejos, pero no tanto. Es más, no sólo la gravedad terrestre llega hasta el espacio, sino hasta la Luna y más allá!

Desde hace años. los únicos viajes realizados por los astronautas han sido a la Estación Espacial Internacional, que como mucho llega a estar a una altura de 425 km sobre la Tierra. Bien, pues si calculamos la gravedad que existe a esa altura resulta de 8,68 m/s2. ¡¡No ha variado casi nada!! Entonces... ¿por qué flotan?


La respuesta es porque siempre están cayendo. Seguro que alguna vez os habéis tirado por una de esas atracciones que te dejan caer desde muy alto, y por unos segundos flotas en el aire. Algo parecido es lo que ocurre con los astronautas. La figura de arriba es de los famosos "Principia" de Newton de 1687. Imaginemos que estamos en lo alto de una montaña y tiramos una piedra. Ésta llega por ejemplo hasta el punto D. Si la tiramos más y más fuerte llegará hasta el E, F y G. Pero habrá un momento en el que la tiraremos tan tan fuerte (rápido) que la piedra dará una vuelta a la Tierra e incluso se quedará dando vueltas indefinidamente. Eso es lo que pasa con los astronautas, están en unas condiciones de velocidad y altura que están continuamente cayendo hacia el "borde de la Tierra".

No es que no sufran la gravedad, sino que están cayendo continuamente. De hecho, si así fuera, se escaparían y alejarían de la Tierra. Por ese motivo se suele hablar de microgravedad y no de gravedad cero. Espero haberos aclarado un poco qué es lo que en realidad ocurre allá arriba.

jueves, 11 de febrero de 2010

¿Por qué flotan los barcos?

Siempre me asombra ver cómo barcos gigantescos de toneladas y toneladas, son capaces de flotar, mientras que un simple trozo de metal se hunde hasta el fondo del mar.

Al igual que pasaba con los aviones, los barcos flotan porque existe una fuerza (llamada Empuje) que les "empuja" hacia arriba evitando que se hundan.
El Empuje fue descubierto por Arquímedes, y viene a decir que un cuerpo sumergido en un fluido, sufre una fuerza en sentido ascendente igual al peso de la masa de fluido desplazada. Es decir, que el empuje es proporcional a cuanta agua desplacemos, o lo que es lo mismo, al volumen de agua que ha sido ocupado por nuestro barco.

Por este motivo, al poner un barco en el mar, al principio se hunde, pero a medida que se va sumergiendo, desplaza más agua y el empuje aumenta. Llegará un momento, que el empuje habrá equilibrado el peso del barco y éste deje de hundirse.

¿Eso quiere decir que un barco pesa lo mismo que el agua que ha sido desplazada debajo de él? En efecto, por mucho que el barco esté hecho de acero, por dentro está lleno de aire, y su peso es el mismo que la masa de agua que había antes en el mar y ahora ha sido ocupada por el barco.


Blog de ciencia

He decidido crear una sección de ciencia, en la que de una manera sencilla y sin entrar en muchos tecnicismos, resolver algunas de las curiosidades que le pueden surgir a uno durante su vida. Por supuesto, cualquier comentario o petición será bien recibida.

Con él sólo espero aclarar algunos hechos, compartir curiosidades e intentar animar a la gente a adentrarse en este fabuloso mundo.