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martes, 27 de octubre de 2009

Stephen Hawking y la Cátedra Lucasiana de Matemáticas de la Universidad de Cambridge


El  reconocido astrofísico Stephen Hawking,  autor de libros como "Una breve historia del tiempo" y "De agujeros negros y universos bebés", dejó el pasado 30 de setiembre su posición en la Cátedra Lucasiana de Matemáticas de la Universidad de Cambridge. Ver noticia aquí.
La Cátedra Lucasiana de Matemáticas de la Universidad de Cambridge fue creada en 1664 debido a una donación deHenry Lucas, M.P. quien al morir heredó su biblioteca de 4000 volumenes a la universidad con el propósito de que se fundase una cátedra. El profesor encargado de la cátedra debería dar por lo menos una clase de matemática por semana y estar disponible 2 horas por semana para atender dudas de los estudiantes. Este es el enlace de la página oficial de la cátedra.
Esta cátedra es una de las más prestigiosas del mundo y desde su creación ha sido ocupada por 17 profesores que han hecho contribuciones valiosas a la ciencia. Entre estas personas se destacan Sir Isaac Newton entre 1669 y 1702 (razón por la cual a veces se refiere a esta cátedra como la cátedra de Newton) y Paul Dirac entre 1932 y 1969.
La Cátedra Lucasiana se considera el pilar de fundación de la ciencia y la ingeniería modernas. Su fama es tan grande, que  abarca la también la ciencia ficción: en el último episodio de la serie Viaje a las Estrellas: la Nueva Generación, el androide Data, es  Profesor Lucasiano. Incluso en un episodio anterior sobre viajes en el tiempo, Data aparece jugando poker con Stephen Hawking, Sir Isaac Newton y Albert Einstein.
Y es que no es la primera vez que Stephen Hawking aparece en televisión. En la popular serie animada Los Simpsons, hay un episidio titulado "Ellos salvaron el cerebro de Lisa" (9 de Mayo de 1999), en el cual Hawking es el invitado protagonista. En la escena final de este capítulo, Hawking y Homero discuten sobre la topología del universo:


Hawking:       Your theory of a donut-shaped universe is
               intriguing, Homer.  I may have to steal it.
Homer:         Wow, I can't believe someone I never heard of is
               hanging out with a guy like me.
 (diálogo tomado de http://www.snpp.com/episodes/AABF18 )
Según la tradición, los profesores deben dejar la cátedra al cumplir 67 años, edad ya alcanzada por Hawking.  El renombrado astrofísico continuará trabajando como director de investigación del departamento de Matemática Aplicada y Física Teórica de Cambridge. Su  suscesor en la Cátedra Lucasiana, quien ocupará el cargo a partir del 1 de noviembre,  es el físico británico Michael Green, pionero de la teoría de supercuerdas.

domingo, 18 de octubre de 2009

Los colores de las burbujas de jabón

Las burbujas existen debido a la tensión superficial del agua, la misma propiedad que permite a los zancudos caminar sobre ella, la tensión superficial causa que una capa delgada de agua se comporte como si fuera elástica, aunque, la experiencia nos dice que una burbuja hecha de agua pura se revienta muy rápidamente.

Lo que pasa es que la tensión superficial del agua es muy fuerte y la burbuja no se puede mantener, otro problema del agua pura es que se evapora muy rápido por lo que la superficie de la burbuja se vuelve muy delgada y la bomba se revienta.


¿Por qué existen las burbujas?
Para hacer que la burbuja dure más tiempo le agregamos jabón lo que la estabiliza disminuyendo la tensión superficial del agua (aproximadamente a un tercio de su valor original) haciendo que la elasticidad de la capa de agua aumente. La fina capa de jabón también evita que el agua de la burbuja se evapore y así dure más tiempo.


y... ¿Por qué los colores?


Para entender el porque de los colores en las burbujas es necesario primero aclarar algunas cosas sobre la luz y la manera en que actúa sobre la burbuja:
La luz es una onda, y como las olas del mar, tienen crestas y valles, la distancia entre dos crestas consecutivas se llama longitud de onda. La longitud de onda caracteriza el color de la luz: rojo, naranja, amarillo, etc…



Si se combinan dos (o mas ondas) se tendrá una onda resultante. A esta propiedad se le llama interferencia.



Si al combinarse las crestas de dos o más ondas coinciden en posición (como las ondas amarillo y magenta en la parte superior de la figura) se obtendrá como resultado una onda mas grande, es decir con un efecto mas intenso (onda roja). A este efecto se le llama “interferencia constructiva”.



Si por el contrario, la cresta de una coincide con el valle de la otra (ondas magenta y amarilla en la parte inferior de la figura) se cancelan entre ellas, el resultado cuando dos ondas de luz se cancelan es completa oscuridad, este es el caso de la “interferencia destructiva”.



Si vemos la burbuja, haciéndole un gran aumento, de manera que se pueda apreciar la capa de agua y jabón que la forma es posible ver que de la luz que llega a la burbuja una parte se refleja en la superficie exterior y de la que logra penetrar otra parte se refleja en la superficie interior.


Cuando las dos ondas reflejadas se combinan al salir generan interferencia, constructiva para algunos colores, destructiva para otros, dependiendo del grosor de la capa de agua y jabón que forma la burbuja.


La luz blanca está hecha de todos los colores (de todas las longitudes de onda). Si se sustrae uno de estos colores, por interferencia destructiva por ejemplo, se vería los colores que generan interferencia constructiva.


Esto es lo que sucede en la burbuja, la luz del sol llega a a sus "paredes" y vemos a lucir los colores por la inteferncia.


Se debe tomar en cuenta que el grosor de la pared cambia continuamente porque la gravedad atrae al líquido hacia la parte baja, de manera que normalmente lo que se observan son bandas de color que se mueven hacia abajo.



Al inicio la burbuja tiene las paredes más gruesas que cancelan longitudes de onda roja (más largas), causando una reflexión azul-verde. Conforme pasa el tiempo las paredes se vuelven más finas cancelando el amarillo (dejando luz azul), luego el verde (dejando magenta) y luego el azul (dejando el amarillo).


Finalmente, cuando la pared de la burbuja se hace mucho más fina que la longitud de onda de la luz visible, todas las ondas de la región visible se cancelan unas a otras y vemos la burbuja completamente transparente.


Cuando se observa este estado, la pared es más fina que unos 25 nanómetros, y la burbuja está a punto de estallar.


martes, 13 de octubre de 2009

Seudo-fuerzas y la leyenda de los remolinos de agua (efecto Coriolis)




(imagen tomada de  http://www.sugarshock.net/zeo/card_blanks/clip_backs/coriolis.jpg)
La validad de las Leyes de Newton se restringen a marcos de referencia inerciales. Es decir a marcos de referencia no acelerados. Estrictamente hablando, la Tierra no constituye un marco de referencial inercial, pues posse una aceleración asociada a su órbita alrededor del Sol y a la rotación sobre su propio eje. Sin embargo, para muchas de las situaciones cotidianas esta aceleración puede considerarse despreciable.
Observadores en marcos de referencia no inerciales,  atribuyen fenómenos físicos a fuerzas que solo existen en esos marcos de referencia.Por este motivo esas fuerzas se denominan seudo-fuerzas. Ejemplo de una seudo-fuerza es la fuerza centrífuga. Consideremos un objeto cualquiera en movimiento uniforme circular. Para un observador en el sistema laboratorio, la única fuerza existente es la fuerza centrípeta, radialmente hacia el centro de la trayectoria. Un observador en un marco de referencia que se mueve junto con el objeto, este se encuentra en reposo. Por ejemplo, un observador a bordo de un carrusel sostiene con su mano una pelota sobre el carrusel.  Sin la fuerza ejercida por la mano, la pelota se moverá radialmente hacia afuera. Por lo tanto debe existir una fuerza en esta dirección, a la que se denomina fuerza centrífuga. Para el observador en el carrusel, la pelota se encuentra en reposo, por lo tanto la aceleración es cero. Para el observador inercial, esta pelota no está en reposo pues posee aceleración centrípeta y no es necesario introducir una fuerz centrífuga. Es importante resaltar que el término seudo-fuerzas no implica que la fuerza no sea real. De hecho, la fuerza centrífuga tiene usos que van desde actividades domésticas (secar la ropa en la lavadora), científicos (centrifugación para separación de productos químicos) hasta industriales.  


Otro ejemplo de una seudo-fuerza es la fuerza de Coriolis. Para entenderla supongamos la siguiente situación. Imagínese un carrusel (de aquellos que son comunes en parques para niños. Dos personas colocadas diametralmente opuestas sobre el carrusel juegan a lanzarse una pelota mientras el carrusel gira. Alguien que observa el juego desde fuera del carrusel, observará como la pelota sique una trayectoria parabólica definida por su velocidad inicial a partir del punto en que fue lanzada. Este observador observará como al llegar al otro lado del carrusel, el receptor ya no se encuentra ahí debido al movimiento giratorio de este mientras la pelota estaba en el aire. Pero las personas sobre el carrusel perciben el fenómeno de una forma diferente por estar en reposo con respecto al carrusel. Ellos observan como la pelota es desviada de su dirección original (la dirección del desvío depende de la dirección del giro del carrusel). Vea un video ilustrativo en este enlace. Desde este punto de vista, la única manera de explicar este desvío es si existe una fuerza que lo produzca. Esta es la fuerza de Coriolis, cuyo efecto fue  descrito en 1835 por el científico francés Gaspard-Gustave Coriolis .  Podemos extrapolar del carrusel hacia el movimiento de rotación de la Tierra. Para los habitantes del hemisferio Norte (Sur) el "carrusel" gira en sentido antihorario (horario) , lo que produce desvíos hacia la derecha (izquierda). Este efecto es tomado en cuenta a la hora de trazar rutas para vuelos aéreos y es también responsable por la diferencia en el sentido de giro de los huracanes y tormentas tropicales según el hemisferio en el que se formen. Lo que no es cierto necesariamente, es la conocida leyenda de que los remolinos de desagues presentan este mismo comportamiento en función del hemisferio. En general, para observar el efecto Coriolis en masas de agua es necesario tener ciertas condiciones, como grandes volúmenes.  Las populares demostraciones hechas en las proximidades de la línea del Ecuador como la mostrada en este enlace, pueden explicarse en función de las microcorrientes persistentes bajo la superficie aparentemente tranquila del agua. La acción de  vaciar el agua en el contenedor puede hacerse de manera que estas microcorrientes favorezcan determinada orientación del remolino que se forma al quitar el tapón del desague. Otros factores como la geometría del contenedor también pueden influenciar el sentido de giro del remolino. Esto no quiere decir que no sea posible observar este efecto en remolinos que se forman en lavatorios, pero sí es seguro que se necesitan condiciones experimentales más controladas. Mas información puede encontrarse en este enlace.
(foto de la tormenta tomada de http://eltamiz.com/2007/06/23/falacias-el-agua-gira-en-los-desagues-por-la-fuerza-de-coriolis/)

lunes, 5 de octubre de 2009

Helado horneado, Física en la cocina

Cuando vivía con mis papás creía que odiaba la cocina... ¡¡que equivocada que estaba!!

En cuanto me vi obligada a cocinar descubrí que la cocina tenía el encanto de la experimentacion, puede sonar "nerd", pero, ¿que otro nombre tendría cambiar los condimentos de una receta y ver que tal queda? o mejor aún... inventarla

La cocina es un laboratorio divertidísimo (sí, laboratorio de física y química), sólo que si el experimento sale mal no será comestible... :-)

Para probar lo que digo les dejo este video que tomé en mi cocina, inicialmente lo grabé para la clase termodinámica de mi grupo de física III pero este es buen para compartirlo con los lectores del blog.

¡Ojalá que les guste! ¡Pónganlo en práctica y sorprendan a su familia, amig@s y novi@s con esta receta! Porque aunque no lo crean, la física puede servir para ligar...

video

¿Que les pareció? Pues les explico... pero ¡no hagan trampa! vean primero el experimento


video