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jueves, 15 de julio de 2010

Palomitas de maíz y física


Conocidas a lo largo de América Latina por diferentes nombres: rosetas, maíz pira, canchita, cangulles, pochoclos, cotufas, poporopos entre otros, las palomitas de maíz, aquellas que compramos cuando vamos al cine o que hacemos en casa para ver una peli, han estado presente en nuestra vida cotidiana tal vez más tiempo del que creemos. Diferentes hallazgos arqueológicos demuestran que el maíz tostado era conocido por diversos grupos que poblaron la América Pre-Colombina, tanto en el Norte como en el Sur del Continente. Se habla por ejemplo de palomitas de maíz encontradas en cavernas en Nuevo México  datadas en el año 3600 a.C, restos de maíz reventado en el Antiguo Perú con más de mil años de antigüedad para mencionar algunos de ellos (lea más aquí). Las rosetas obtenidas al exponer los granos de maíz al calor se usaban no solo como alimento, sino  como decoración y para crear amuletos. En este enlace puede leer un poco más sobre la historia de las palomitas de maíz.
Sin embargo, no son todas las variedades de maíz las que se pueden usar para estos fines. La que se acostumbra usar es la Zea mays everata Sturt, conocida como maíz reventón. Incluso usando el maíz adecuado, como muchas veces lo habrás notado, no todos los granos logran convertirse en rosetas, por más calor que le pongamos!
Veamos primero las características de los granos de maíz usados para las palomitas. En la figura de la izquierda (tomada de este enlace) vemos un esquema de sus partes: el pericarpio o piel, el germen (permite que germine, contiene la información genética) y el endosperma. Este último está hecho de almidón, como el que se usa para cocinar. No olvidemos tampoco que un buen porcentaje del grano de maíz está constituido por agua. Al calentar el grano, el agua en su interior se evapora. Como el pericarpio es resistente al agua, el gas no puede salir. El vapor de agua se mezcla con el almidón, produciendo un gel que tiende a expandirse. Sin embargo, el pericarpio en estas variedades  es también muy resistente, y la mezcla vapor - almidón no puede expandirse. La presión y la temperatura dentro del grano pueden llegar a alcanzar valores de 9 veces la presión atmosférica y aproximadamente 175°C. Este es el mismo principio que usan las ollas de presión. En este punto,  el pericarpio no resiste más y se revienta. El gel de  almidón  sale en forma de burbujas que se enfrían y solidifican rápidamente, dando origen a la forma de la palomita de maíz.  Ahora sí estamos list@s para entender porqué algunos granos no revientan: si el grano no contiene suficiente agua, la presión del vapor en el interior de la misma no llega a ser la necesaria  para reventar el grano a menos que se eleve mucho más la temperatura. Es decir, el grano se quema antes de explotar. Valores óptimos de contenido de agua oscilan entre el 11% y el 14 % de la masa del grano. Otra hipótesis al respecto sería considerar la posibilidad de que el pericarpio tuviera un agujero, y por este motivo no se podría elevar la presión en su exterior.
Pero la física no acaba ahí. Hay también mucha física en la manera de preparar las palomitas de maíz. El método tradicional implica colocar los granos en una sartén u olla con aceite. El aceite actúa como medio conductor de calor y el calentamiento se da por contacto directo de los granos con la superficie caliente. Este proceso se llama conducción.  En las ollas especiales para hacer palomitas de maíz, la transferencia de calor se da por medio de la circulación de aire caliente. Este proceso se conoce como convección y es característico de fluidos (gases y líquidos). Por último, y probablemente el más popular hoy en día, es usar el horno de microondas. Como expliqué en una publicación anterior, al usar microondas estamos incitando el movimiento de las moléculas de agua dentro de los alimentos, y como consecuencia se eleva la temperatura. En principio no es necesario nada muy sofisticado  para lograr hacer palomitas de maíz en el microondas. Sin embargo, los paquetes que disponibles comercialmente tienen la peculiaridad de poseer una fina capa de metal en su envoltura. Ayuda a mantener una temperatura uniforme dentro de la bolsa y facilita su calentamiento (NOTA: en general, introducir metales dentro del microondas es PELIGROSO por la forma en que estos interactuan con las ondas, NO LO HAGA en casa; estas envolturas están especialmente diseñadas para no causar daños).
¡Y todavía hay más física! Quienes se dedican a comercializar palomitas de maíz se benefician de factores como el tamaño de la roseta: entre más grande, mayor volumen ocupa, lo que significa que se necesitan menos granos para llenar por ejemplo del cubo que compramos al ir al cine. Y justamente el problema de como obtener optimizar la producción de palomitas de maíz ha mantenido ocupados a algunos científicos, quienes proponen métodos que van desde encontrar la mezcla ideal de aceite, mantequilla y sal hasta implementar sistemas de vacío en los hornos. Este último tópico es abordado por P. Quinn, D. Hong, y. J.A. Both . Ellos  utilizaron la termodinámica, que es la rama física que se encarga de estudiar procesos relacionados a transferencia de energía, e hicieron un modelo simplificado de como el interior de la palomita se expande, rápidamente. Obtuvieron un resultado que podemos entender intuitivamente sin saber de los detalles de su modelo: el tamaño final de la palomita va a depender de que tan rápido puede expandirse antes de enfriarse y solidificarse, y esto a su vez depende de la diferencia de presiones entre el interior del grano y su exterior. De esta manera, al aumentar esta  diferencia de presión el gel de almidón logra expandirse más rápidamente antes de enfriarse. Para aquellas personas interesadas en más detalles, pueden leer el trabajo completo aquí (en inglés) ¡Al implementar un sistema de vacío en los hornos que se usan para reventar granos de maíz para disminuir la presión dentro de los mismos, se puede lograr duplicar el tamaño de las palomitas!
En lo personal, la próxima vez que disfrute de  este bocadillo ¡pensaré en algo más que su sabor!

sábado, 10 de abril de 2010

Para las tardes de bochorno...

Sí, yo se que ya se están viniendo las primeras lluvias, pero los que habitamos en tiquicia sabemos que los días de calor todavía se quedan con nosotros una temporada más.

Imagínense una de esas tardes bochornosas, en las que además esta lloviendo y no abundan las ganas de salir pero uno está absolutamente aburrido, inventado que hacer... Les propongo una opción: ¡hagan helados! y cómanselos de una vez, ¿cómo? ¡si cuando hacía helados con mi abuelita tardaban horas congelándose!


ok... aquí está el secreto

Necesitan:

  • la mezcla que van a congelar, háganla del sabor que quieran, chocolate, o frutas, puede ser en agua solamente o con leche, recuerden que pueden agregar cosas como vainilla, miel y canela, dense un gusto inventado, que será parte de gastar la tarde lluviosa
  • un bolsita pequeña, como de sándwich (las tipo ziplock funcionan perfecto)

  • una hielera, no tiene que ser de las grandes necesariamente

  • una bolsa de hielo, de esas que son como de 2 kg

  • un paquete de sal (de aproximadamente 500 g)

  • dos tazas de agua

  • un cucharón grande para revolver

¡Manos al helado!

Pongan parte del hielo en la hielera, viertan las dos tazas de agua y la mitad del paquete de sal, con el cucharón revuelvan un poco, lo suficiente para que la sal llegue a todos lo puntos del recipiente, después pongan el hielo y la sal restantes, revuelvan todo otra vez.

Tomen la mezcla que van a congelar y vacíenla en la bolsa de sándwich, sellen bien la bolsa, este paso es importante, si no está bien cerrada se le meterá agua con sal, con resultado desastroso para nuestro heladito. ¡De más está decir que esta bolsita debe estar limpia! ya que será el contenedor en que se congelará el helado que nos vamos a comer.

Una vez sellada la bolsa, fabríquele un "nido" en la hielera haciendo un hueco en me dio de los cubos de hielo, esto es para que la mezcle tenga el máximo contacto con los cubos de hielo, el agua y la sal.

Cierren la hielera y agítenla vigorosamente durante poco más de 10 minutos, este puede ser un trabajo ligeramente cansado, pueden turnarse entre los comensales. Si son muy curiosos cada tanto (3 o 4 minutos) pueden sacar la bolsita y ver como poco a poco se va congelando la mezcla y haciéndose sabroso helado.

Una vez pasado el tiempo de agitación de la hielera sacarán una mezcla completamente congelada, ¡listo, ya tienen su helado!

Ahora siéntese cerca de una ventana y cómanlo viendo llover, ojala que lo disfruten mucho, que les ayude a pasar un rato divertido y a espantar el húmedo bochorno de la tarde

Mmm... pero ¿como logramos hacer helado tan pronto? Si lo piensa, el proceso de congelación toma menos de 15 minutos, piénsenlo un rato, tal vez mientras se lo comen :-p

Se los explico en los próximo días, mientras tanto, propongan teorías, cuéntenos como les salieron los helados, y si conocen una receta buenísima para la mezcla de helado, o si descubren alguna ¡nos la pasan también!


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...

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


viernes, 18 de septiembre de 2009

El pajarito que toma agua (juguetes de la física I) (física en los Simpson I)

Este juguete se volvió objeto de culto para los fans de los Simpsons, dentro de los que me cuento, de hecho sabemos que Homero sufrió un encantamiento a primera vista con él, que sirvió de inspiración al hermano perdido de Homero y exmillonario Herb Powell para generar una idea exitosa y volver a tener dinero o que fue “responsable” de que Sprinfield casi desapareciera por un desastre nuclear, para los verdaderos “fiebres” el pajarito sale en tres capítulos “Brother, Can You Spare Two Dimes”, “King-Size Homer” y “Das Bus”, este último además con una memorable aparición de Bill Gates.

Para los que son más “grandecitos” y gozan de buena memoria esta no fue la primera fábula en que apareció, ya las célebres Merry Melodies lo habían retratado junto con Tweety en 1951 en Putty Tat Trouble. (entre el minuto 2:57 y el 3:53, la fábula está completa, pero por asuntos de derechos de autor le quitaron el sonido, igual, disfruté mucho de verla)

Ha salido, sin tanto protagonismo, en algunas otras fábulas, en videojuegos e inclusive en películas como la primer “Alien”.

Todas estas referencias nos sirven para darnos cuenta de cómo el pajarito ha llamado la atención de mucha gente a lo largo del tiempo y de que Herb Powell tenía razón de llamarlo invento ingenioso ya que su aparente simpleza resulta encantadora.

Y digo aparente simpleza no porque su funcionamiento sea complicado, si no por los muchos principios físicos que pueden ser explicados al jugar con el pajarito que toma agua. (Los que no lo han visto funcionando pueden entrar a este link).

Lo primero que hay que saber es que el líquido que tiene adentro no es agua si no cloruro de metileno coloreado, y es sellado al vacío de manera que adentro no hay aire, y el espacio que nos parece desocupado tiene vapor de cloruro de metileno. El material que cubre la cabeza es un tipo de fieltro. Todo el pajarito se encuentra equilibrado (pivotado, decimos los físicos) en un punto a lo largo del tubo que forma su cuello.

Lo que hay que hacer para iniciar su movimiento es mojar la cabeza del pajarito, es suficiente con sumergir su pico en el agua subirá por el fieltro por capilaridad. Después se suelta.

El agua que está en el fieltro se empieza a evaporar (esto ejemplifica la distribución de Maxwell-Boltzmann), la evaporación es un proceso endotérmico, lo que significa que el agua toma energía de su entorno por lo que disminuye la temperatura en la cabeza del pajarito, esta baja en la temperatura hace que el vapor de cloruro de metileno que está allí se condense, esto hace que disminuya la presión en la cabeza del pajarito (Ley de los Gases Ideales), así, la mayor presión de gas que hay en la parte de abajo, el abdomen, empuja el líquido y la hace subir por el cuello.

El líquido que sube llega hasta la cabeza del pajarito lo que genera una nueva distribución de masa, ahora la cabeza, llena de líquido se hace más pesada por lo que se inclina hacia delante y vuelve a sumergir el pico en el agua.

Cuando, al inclinarse, su posición se vuelve horizontal la parte de abajo del tubo que forma el cuello ya no está sumergida en el cloruro de metileno por lo que sube una burbuja que drena el líquido de la cabeza desplazado por el vapor.

El líquido vuelve al abdomen del pajarito haciendo la parte de abajo pesada por lo que se vuelve a levantar y así se inicia el ciclo nuevamente que se repetirá siempre que su cabeza se mantenga mojada.

Mucha gente lo confunde con una máquina de movimiento perpetuo pero no lo es, necesita de una diferencia de temperatura entre sus extremos para funcionar por lo que se le llama “motor de calor”.