Physics Dawn

Efectos magnéticos en el agua

2004-12-15T20:33:00.000+01:00

El agua es una molécula diamagnética, lo cual significa que al aplicársele un campo magnético se ve afectada mínimamente y cuando el campo desaparece, desaparece esa mínima imanación. Por eso, extraña un reciente descubrimiento realizado por un grupo de Físicos de Japón, que han descubierto que un campo magnético intenso cambia sensiblemente el punto de fusión del agua. Concretamente, el cambio es proporcional al cuadrado del campo magnético incidente. Claro que, esta variación es muy pequeña (del orden de una centésima de kelvin) pero una cosa es que algo sea muy pequeño y otra que sea nulo.

Ahora se proponen investigar si sucede lo mismo con otros materiales diamagnéticos como el Galio. Esperaremos ansiosos las noticias...

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La causalidad sigue imbatible

2004-11-28T21:07:00.000+01:00

Un grupo de físicos en Suiza han confirmado el segundo postulado de la relatividad especial: la velocidad máxima de transmisión de la información es la velocidad de la luz en el vacío. Estos científicos han demostrado que aunque la velocidad de grupo del pulso de luz pueda ser mayor, la velocidad a la que viaja la información es siempre menor que la de la luz.

En un medio dispersivo, se utilizan dos tipos de velocidades para definir la propagación de una onda. Cuando tenemos una única onda monocromática (una sóla frecuencia), la velocidad de propagación de la onda se denomina velocidad de fase mientras que si se trata de un paquete de ondas como cada una se mueve a una velocidad distinta, se define la velocidad de grupo, como la velocidad a la que el pulso se mueve. Es por eso por lo que la energía promedio se mueve a la velocidad de grupo.

En los últimos años, muchos físicos han demostrado que ambas velocidades pueden exceder la velocidad de la luz sin que esto suponga una violación de la Relatividad Especial. Esto quiere decir que ninguna de las dos magnitudes pueden ser utilizadas para medir la velocidad de transmisión de la información en un paquete de ondas. Para ello, debemos definir una velocidad llamada velocidad de señal, definida como la velocidad a la que el frente del pulso viaja. De acuerdo con la relatividad especial, esta velocidad nunca puede exceder la velocidad de la luz en el vacío ya que de hacerse se retrocedería en el tiempo violando el principio de causalidad.

En el experimento realizado, los científicos enviaron un pulso de fotones polarizados en una fibra óptica birrefringente (esto quiere decir que el pulso se divide en dos pulsos cuya polarización difiere en pi/2). Escogiendo cautelosamente la polarización de entrada y la de salida se puede crear interferencia constructiva para los fotones en el frente del pulso y destructiva para los que se encuentran detrás, de esta forma es posible medir la velocidad de señal.

La velocidad de grupo calculada fue de 1.76 veces la de la luz. Pero lo más importante y novedoso es que se logró medir la velocidad de señal por primera vez y demostraron que el incremento en la velocidad de grupo no se traduce en el incremento de la velocidad de señal.

Esto es una grata noticia para la Relatividad, la Causalidad y demuestra que los principios más arraigados en Física no lo son por dogmatismo ;)

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Ecuación de continuidad.

2004-11-16T19:50:00.000+01:00

Escribo las siguientes líneas para hacer mención a una ecuación que aparece en la Física por doquier, relativa a la conservación de una magnitud que caracteriza a un objeto (masa, carga eléctrica) y su correspondiente densidad: la ecuación de continuidad.

Esta ecuación domina tanto los circuitos de corriente continua como el estudio de los fluidos en régimen laminar (sin turbulencias). Esto hace que sea posible establecer una analogía entre electricidad e hidráulica, puesto que ambas están regidas por la misma ecuación diferencial, la ecuación de continuidad.

La expresión de la ecuación de continuidad es la siguiente:

El primer término es la variación temporal de la densidad, representada por la derivada parcial de rho con respecto al tiempo.

El segundo término es la divergencia de la densidad de corriente, que nos da el balance de flujo que entra o que sale del volumen que consideramos.

En conjunto, nos está diciendo que la variación de la densidad con el tiempo es igual al balance entre la incorporación y el abandono de masa (o carga eléctrica, etc) del sistema por el hecho de llevar una determinada velocidad.

Si la densidad del fluido permanece constante, el primer término no varía con el tiempo y por tanto se anula. Nos queda que la divergencia de la densidad de corriente vale cero, es decir la masa que entra por un lado es igual a la masa que sale por otro lado. Esto es lógico, ya que si no toda la masa saliera, la densidad se incrementaría y eso sería una variación.

Sin entretenernos más de la cuenta en las matemáticas, físicamente la ecuación de continuidad nos habla de la conservación de la magnitud asociada a la densidad (masa por unidad de volumen, carga por unidad de volumen, etc). Si un sistema no tiene ni pérdidas ni ganancias de materia, la densidad del mismo será constante.

Pensemos en un circuito hidráulico cerrado. Si no hay grifos ni alcantarillas que incorporen fluido, el total de fluido es siempre igual, luego la masa permanece constante. Si en cambio hay un grifo en un lado y una alcantarilla en otro, la ecuacion de continuidad nos dice que no importa cuanta agua entre o salga, el fluido que se queda dentro siempre va a ser el balance entre lo que entra y lo que sale.

Por contradictorio que parezca, es más sencillo el análisis de circuitos eléctricos ya que la conservación de la carga es una de las leyes más fundamentales y conocidas del universo. La carga ni se crea ni se destruye.

Esto se ve muy fácilmente en el siguiente ejemplo:

Supongamos que vamos un día al centro comercial, calzados con zapatos de goma y cogemos un carro de la compra. Es muy común que la persona que lleva el carro vaya dando calambrazos a los que van con él cada poco. Esto se debe a que el carro va cogiendo la carga del suelo de forma paulatina, ya que al ser el carro de metal se transmite con facilidad a nuestro cuerpo que se va cargando.

Nosotros vamos sobre un material aislante y por eso no cerramos el circuito, vamos acumulando carga hasta que nos tocamos con otra persona que como no está cargada, está a un potencial inferior y la corriente va del potencial más alto al más bajo, luego ahí aparece el vector j en dirección a nuestro amigo, que sufrirá una breve descarga cuyo objeto es compensar la nuestra con la suya.

Al final, los dos quedamos cargados pero de tal modo que la carga neta es la misma siempre, esté en el suelo, esté sobre mí o esté sobre el suelo, sobre mí y sobre otra persona.

Ya para terminar, decir que el hecho de que podamos imaginarnos los circuitos eléctricos como circuitos hidráulicos ayuda mucho a visualizarlo, pero no es casualidad, se debe precisamente a esta ecuación diferencial, la ecuación de continuidad.

Relatividad, año 100

2004-11-15T20:26:00.000+01:00

Como he dicho en anteriores ocasiones, el próximo año se celebra la publicación de tres importantísimos trabajos de Einstein en la revista alemana Annalen der Physik. Uno de ellos se titulaba "Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento" donde Einstein presentó por vez primera la Relatividad Especial. Hace unos días publiqué un artículo en mi web:

Breves notas sobre Relatividad Especial.

El objeto de este artículo es introducir los conceptos básicos de la TRS sin acudir a expresiones matemáticas. He de decir que el esfuerzo en hacerlo es considerable, ya que con matemáticas todo se ve mejor :)

Las ecuaciones más importantes jamás creadas

2004-10-25T18:28:00.000+02:00

PhysicsWorld ha realizado una encuesta entre sus lectores, para que eligieran cual era a su juicio la ecuación más importante de todos los tiempos. Las ecuaciones que encabezan la lista son: las cuatro ecuaciones de Maxwell, la ecuación de Euler (e^iπ + 1 = 0), la segunda ley de Newton (F = ma), el teorema de Pitágoras (a² = b² + c²), la ecuación de Schrödinger. La relación masa-energía de Einstein (E = mc²), ocupa el sexto lugar.

En mi opinión, ha sido una escala muy bien realizada, pero dado que se ha tratado con un número muy pequeño de personas (poco más de 100) puedo aventurar que los resultados serian abismalmente diferentes si se realizase entre, por ejemplo, 10000 personas. Casi con total seguridad, la ecuación más votada sería la de Einstein, que sin embargo adquiere poca relevancia en su importancia física, en cuanto a conclusiones se refiere, ya que es un resultado más que un punto de partida.

Me ha gustado que además, las dos primeras tengan exactamente los mismos votos (16.67%) y que por tanto compartan la cabeza de la clasificación, ya que ambas son sumamente importantes en sus disciplinas.

Del lado de la Física, las ecuaciones de Maxwell serían las más importantes, puesto que expresan el funcionamiento del universo en su faceta electromagnética. Pese a su relativa simplicidad, son de una profundidad conceptual inmensamente grande.

En el lado de las Matemáticas, sería la de Euler por su abrumadora sencillez en expresar todas las operaciones básicas, los elementos neutros de dichas operaciones, dos números irracionales sumamente importantes (e y π) y la unidad imaginaria i.

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Confirmaciones de la Relatividad General.

2004-10-21T20:27:00.000+02:00

La Relatividad General es una gran teoría que ocupa una gran parte de los esfuerzos investigadores en Física. Hoy ha salido la noticia de que se ha confirmado experimentalmente el arrastre del espaciotiempo producido por la gravedad, el llamado efecto Lense-Thiring.

Se me viene a la mente un ejemplo culinario para ilustrar este efecto. Imaginemos que tenemos una olla bastante grande con chocolate fundido, muy espeso. Si tomamos un cucharón y lo arrastramos nos costará mucho hacerlo, pero en su movimiento éste arrastrará parte del chocolate de sus alrededores. De esta forma un tanto tosca podemos imaginar cómo la Tierra, el Sol y los grandes astros perturban el espacio tiempo con su movimiento.

El experimento llevado a cabo por dos científicos, ha utilizado las órbitas de dos satélites situados a 5900 km de la Tierra provistos de espejos que pudieran reflejar láseres con el objeto de medir el arrastre gravitacional que provoca la Tierra en ellos al moverse por el espacio, con un error del 10% (se espera que la Gravity Probe B arroje un 1% de error a lo sumo). Se han utilizado datos recogidos durante más de una década y los resultados confirman la teoría, aunque en este caso se trata de un arrastre muy pequeño, unos pocos metros al año.

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Para que luego digan, que la Física es aburrida

2004-10-17T18:03:00.000+02:00

Navegando navegando, me he encontrado con una web que recoge, entre otras muchas cosas, las frases más impactantes que sus profesores dijeron a lo largo de la carrera. Esta práctica no es extraña, en mis años de colegial hacíamos lo propio. Como el texto original formaba parte de un documento muy extenso, me he tomado la libertad de recogerlo en un fichero de texto al que podéis acceder haciendo clic aquí

Saludos

Ondas de telefonía

2004-10-16T13:35:00.001+02:00

Hay una palabra especialmente maldita por el público en general, que en Física utilizamos sin darle la menor importancia y esta es RADIACIÓN.

Por radiación se entiende la transmisión (espontánea o inducida) de energía por parte de un cuerpo, por sí mismo o influído por el exterior. Por ejemplo, la radiación térmica es la energía que emiten los cuerpos por el hecho de estar a una temperatura determinada.

Se obvia un adjetivo fundamental para hablar sobre radiaciones nocivas y radiaciones inofensibles para los seres humanos, y este término es IONIZANTE. Se refiere a que este tipo de radiaciones, por sus características físicas, son capaces de arrancar electrones de las capas más externas de los átomos e ionizarlos. Las radiaciones ionizantes son las que todo el mundo se imagina como un aura verde resplandeciente que hace ruiditos especiales. Las películas ayudan mucho, desde luego. No falta razón, en este grupo se encuentran las radiaciones alfa, beta y las radiaciones electromagnéticas constituídas por los rayos gamma, X, y ultravioletas.

Las radiaciones de este tipo no son peligrosas de por sí, puesto que llevamos millones de años siendo radiados por todo tipo de radiaciones procedentes del Sol y de la propia Tierra y aquí estamos. El problema puede ser la exposición a elevadas dosis de radiaciones. Los rayos gamma y X tienen aplicaciones importantísimas en la medicina y se cuida mucho la exposición que los pacientes puedan soportar sin complicaciones. El cuidado es extremo.

Ahora convendría detenernos un poco en las radiaciones electromagnéticas. Este nombre es equivalente al de ondas electromagnéticas, y puesto que se tratan de ondas están caracterizadas por una frecuencia y una longitud de onda determinada. El término de frecuencia nos indica el número de veces que la onda tiene la misma forma en un intervalo de tiempo determinado, y la longitud de onda nos viene a indicar el tamaño de la onda. Ambas están relacionadas por la ecuación:

Velocidad de propagación = longitud de onda × frecuencia

En el caso de las ondas electromagnéticas, la velocidad de propagación es la de la luz, que en el vacío es una constante.

Esta relación es muy importante por que nos dice que una onda muy grande, debe tener una frecuencia muy pequeña y al revés, una onda muy pequeña debe tener una frecuencia muy grande. Por ejemplo, la longitud de onda de la luz es del orden de los 600 nanómetros, es decir 0,000000600 metros. Cualquier objeto más pequeño que eso, no puede reflejar la luz y por lo tanto es invisible.

Después de esta introducción teórica, volvamos al tema que nos interesa. ¿Pueden dañar los tejidos humanos las ondas electromagnéticas? El argumento que esgrimen los que están en contra de las antenas de telefonía es el principio de funcionamiento de un aparato de microondas. La explicación es sencilla. Por la forma de la molécula de agua, ésta tiene un lado más positivo que otro lo que se conoce como molécula polar.

Cuando una molécula polar es influída por un campo electromagnético, ésta tiende a orientarse igual que lo hace una brújula. Si conseguimos que la molécula gire muy rápido (unos tres mil millones de veces por segundo), por efecto del rozamiento (por supuesto, es una analogía) se calentarán. Así, las microondas son capaces de que las moléculas de agua giren muy rápido y por eso se calientan muy rápido. Pero esto sólo afecta a las moléculas de agua. Si ponemos un vaso de vidrio no se calentará a menos que contenga agua.

La energía que poseen las ondas de telefonía es varios millones de veces inferior a la de las radiaciones ionizantes. No tiene energía suficiente para calentar como lo haría un microondas, ni de lejos. Es decir, las ondas de telefonía no son perjudiciales para la salud, al menos no como quieren hacernos creer.

Si deseas saber más, os recomiendo un trabajo realizado para la universidad de valencia. El link actual está roto, pero el caché de Google lo tiene todavía: clic aquí

Año Mundial de la Física

2004-10-15T21:28:00.000+02:00

Aprovechando el momento, conviene mencionar que 2005 ha sido elegido el Año Mundial de la Física. No en vano, se cumplirá un siglo de los tres trabajos que hicieron famoso a Einstein: sobre el efecto fotoeléctrico (por el que recibió el premio Nobel), sobre la relatividad especial, y sobre el movimiento browniano.

Gracias a la iniciativa (http://www.physics2005.org/) podemos estar seguros de que el año que se avecina será para todos un año especial.

Esperemos que la iniciativa tenga un gran éxito, y no quede en saco roto.

Génesis

2004-10-15T21:26:00.000+02:00

Mucho ha crecido internet en los últimos años. Ahora es tan grande, que cualquier mensaje puede llegar a pasar desapercibido y perderse en los millones de gigabytes de información que circulan por internet. Puede parecer algo irrisorio, este blog y en cierto modo, así es.

Sin embargo, en medio de tan vasto océano uno puede encontrar un pequeño rinconcito (aunque éste sea un rinconcito diferencial), para aprender y enseñar lo que la Ciencia nos depara. No cabe duda de que la Ciencia es la síntesis palpable de la inteligencia humana, y por ello me veo en la obligación de participar en la noble tarea de la divulgación.

Con la dificultad añadida de la enemistad entre los editores de texto y la ciencia, se hará lo que se pueda para salvar este pequeño obstáculo.

Este BLOG se dedicará a la divulgación de la Física, y su título es el Amanecer de la Física, lo he puesto en inglés por cuestiones de marketing, ya saben, proyección internacional y algún que otro post lo pondré (por qué no) bilingüe.

Bienvenidos al amanecer.