Link para mis alumnos de Física/Química de 1º de Bachillerato

Como os dije, pinchad aquí y accederéis a la página que vimos en clase. Muy útil.

Jugando a polarizar la luz con unas gafas 3D y una pantalla de ordenador

                                                 Espero que os parezca curioso!

Los misteriosos neutrinos (y ahora también famosos)

Normalmente cuando uno piensa en partículas enseguida nos vienen a la cabeza los  electrones, neutrones y protones. Sin embargo los físicos hace más de medio siglo que saben de la existencia de otros muchos tipos de partículas, y entre ellas se encuentran los recientemente famosos  neutrinos. Como veréis, ¡tienen muchos motivos para ser célebres!

El  neutrino es una partícula realmente diminuta, de hecho no se conoce su masa aunque sabemos que debe    ser distinta de cero. Y además no interactua prácticamente con la materia, de manera que un neutrino proveniente del Sol  y que llegue a la Tierra la atravesará de punta a punta ¡sin chocar con un solo átomo del planeta!. 

 Super-kamikande (detector de neutrinos)  en Japón. Si os fijáis en el centro de la foto, se pueden ver unos científicos en una balsa previamente al llenado de la "megapiscina". Realmente difícil detectar neutrinos!

También sabemos que hay 3 familias de neutrinos (electrónicos, muónicos y tauónicos) y lo más sorprendente es que se producen oscilaciones entre ellos, de manera que podemos tener un neutrino electrónico y un instante después uno muónico. ¿Es o no es un comportamiento verdaderamente extraño?

las 3 familias de neutrinos oscilan entre sí

El Sol es la mayor fuente de neutrinos que llegan a nuestro planeta, y se producen  debido a las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en su núcleo. La verdad es que se produce una cantidad ingente de neutrinos en este proceso, y se calcula que a nuestro planeta llegan tantos que, por centímetro cuadrado y por segundo, circularían unos 6.500.000.000. Así que, aproximadamente, cada segundo podría deducir el atento lector que le atraviesan   ¡¡¡ 65.000.000.000.000 neutrinos !!! y  posiblemente ni uno solo llegará a interactuar con las partículas de su cuerpo. 

supernova 1987A

La última sorpresa de los neutrinos tiene que ver con su velocidad, ya que se ha realizado un experimento en el CERN que parece indicar que podrían superar la velocidad de la luz. En principio hay que ver dicho 

resultado con mucha prudencia, ya que en 1987 estalló una supernova (supernova 1987A) y los neutrinos y la luz  procedente de dicha explosión estelar llegaron al mismo tiempo, por lo que no parece que los neutrinos superen la velocidad de la luz.  En cualquier caso, habrá que analizar los resultados y hacer otros experimentos similares; pero si finalmente se confirmaran, la Física dejaría de ser lo que es hoy, se resquebrajarían las Teorías Relativistas de Einstein y se abrirían las puertas a los viajes al pasado y otras cosas increíbles. Y todo ello, por unos diminutos neutrinos de nada...

Los exámenes PAU de Física de los últimos 10 años

Para mis alumnos de 2º Bachillerato: ahí va  el fichero con los exámenes PAU de Zaragoza ( Junio y Septiembre ) desde el año 2002 hasta el año 2011. Para que los bajéis y trabajéis con ellos.

Relatividad: la sorprendente paradoja de los gemelos

Uno de los grandes logros de Albert Einstein fue el descubrimiento de que el tiempo es relativo: el tiempo se ralentiza o se acelera dependiendo de la velocidad relativa respecto a otro observador según la siguiente fórmula:

En dicha fórmula "to"  es el tiempo de un observador que está en reposo relativo frente a otro observador que se mueve  a una velocidad "v" y que mide un tiempo "t".  Respecto a "c", es la velocidad de la luz (300000 Km/s). Pero no nos perdamos en la fórmula. Lo que quiere decirnos Einstein es que el ritmo a que pasa el tiempo depende de la velocidad que llevamos: conforme vamos aumentando la velocidad, el tiempo pasa más despacio !!!!!!!!

Siempre que comento el tema a los "no iniciados", la reacción inmediata es de absoluto rechazo, algo así como esto:

-"¡eso es imposible! un reloj siempre marca lo mismo, y le da igual la velocidad a la que vayamos"

 o a veces como esto:

-"bueno, no sé qué dice el reloj, pero una cosa es que un reloj adelante y atrase, y otra cosa que no me puedo creer es que, por ejemplo,  una persona pueda envejecer más rápido o más lento dependiendo de la velocidad que lleva...¡ridículo!"

Pues bien, no solo no es ridículo sino que se ha demostrado de manera muy precisa en infinidad de ocasiones. Lo que ocurre es que no tenemos intuición de ello, porque para apreciar dicho efecto tenemos que movernos realmente rápido respecto a algo. Y claro, las velocidades relativas  a las que nos movemos normalmente a escala terrestre (incluso cuando vas en un Fórmula 1 o viajas en un avión supersónico) son muy pequeñas frrente a la velocidad de la luz (300000 Km/s),  y al sustituir en la fórmula tenemos que "t" y "to" son aproximadamente iguales. Pero si comenzamos a acercarnos a la velocidad de la luz....la cosa cambia mucho. Os propongo un ejemplo:

Supongamos 2 hermanos gemelos, con una edad de 20 años cada uno: El primero, Juan Intrépido, va a empezar un viaje espacial en un cohete rapidísimo, tan rápido que es capaz de ir a 0,999 c (es decir 0,999 veces la velocidad de la luz). El viaje será de dos años, uno para ir a visitar un bonito planeta extrasolar y otro para volver.  Su hermano gemelo Sergio es mucho más tranquilo,  y decide quedarse en La Tierra esperando. Por fin se realiza el viaje, pasa el tiempo y finalmente  Juan vuelve; cuando  por fin aterriza  sale de su nave espacial,  y muy emocionado se abraza con su querido hermano:  pero...automáticamente se dan cuenta de que algo realmente extraño ha pasado;  su hermano Sergio está muy envejecido, es casi un anciano.   En cambio, Juan Intrépido está hecho un chaval. ¿la explicación? Al ir Juan a 0,999 c, su reloj avanzaba mucho más despacio, de manera que cuando para él habían pasado 2 años, para su hermano Sergio habían pasado ¡44 años!. Es decir, que Sergio tenía ya 64 años (se había casado por cierto, y  tenía ya 2 hijos y 3 nietas guapísimas).

A continuación, un vídeo muy bueno sobre este tema que he visto en YouTube:

Quizás por eso quizás  Einstein dijo en una ocasión: "quien tiene un reloj sabe qué hora es, pero quien tiene dos ya no   está tan seguro"   ¡Espero que os haga pensar!

Extraordinarias llamaradas solares

Este pasado 7 de Junio el Sol emitió una llamarada muy espectacular, noticia de la cual se ha hablado en todos los medios digitales, periódicos, telediarios...dichas llamaradas son fenómenos muy vigilados y estudiados desde nuestros observatorios, y como consecuencia de las mismas se producen las llamadas "tormentas solares" especialmente importantes en las ocasiones en que apuntan hacia La Tierra: se emiten partículas de alta energía que se propagan a velocidades cercanas a la luz y que son responsables en nuestro planeta de fallos en satélites de telecomunicaciones, interferencias en radio y TV, etc. Pero no todo es malo:    las partículas cargadas eléctricamente interactúan con el campo magnético de nuestro planeta, quedan atrapadas y sólo al llegar a la zona cercana a los polos magnéticos pueden escapar hasta nuestra atmósfera, formando las hermosas auroras boreales y australes. A continuación os muestro un vídeo de una espectacular llamarada que se produjo el pasado 24 de Febrero de 2011: el vídeo recoge la emisión de luz en el Ultravioleta pero mostrado con tonalidades  naranja para una mejor visualización:

La emisión de energía es descomunal, del orden de 10e25 Julios (aproximadamente 10000000000000 bombas atómicas) Y para que os hagáis una idea del  tamaño de la llamarada comparada con el tamaño de nuestro planeta  podéis ver la siguiente foto (cortesía de la NASA Goddard Photo and Video): 

En el futuro me gustaría hablaros más del tema solar, por ejemplo de los campos magnéticos del Sol o de las manchas solares, pero de momento ¿no os parece que somos realmente muy poquita cosa? Para pensar.

¿podemos estar en dos sitios a la vez...? ¿... y podría un gato estar vivo y muerto a la vez?

En principio parece una pregunta un tanto absurda: ¡por supuesto  que no! ¡nada puede estar en 2 sitios a la vez! sin embargo, según la Física Cuántica, un objeto está simultáneamente en varios sitios a la vez, y sólo define su posición concreta cuando lo observamos.  ¿y qué tiene que ver que lo observemos o no? ¿no es absurdo? pues parece que no, porque por increíble o raro que parezca, este hecho se cumple y se ha comprobado ya en partículas de pequeño tamaño, como por ejemplo los electrones (véase por ejemplo el experimento de la doble rendija, del cual ya he hablado en otra entrada del blog). Así, un electrón está  en muchos sitios a la vez hasta el momento en que lo observamos (!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!) De hecho, esta característica tan peculiar no es exclusiva de la posición de un objeto, sino en general de cualquier magnitud que podamos medir.  Es lo que en el Mundo Cuántico se conoce como "Principio de Superposición de Estados", que lleva a cosas muy curiosas como por ejemplo a "La paradoja del gato de Schrödinger",  que consiste en lo siguiente: Se encierra un gato en una caja con una poción venenosa que tiene un 50% de posibilidades de romperse y por tanto de ser bebida por el gato y morir. Así, el gato puede estar vivo y puede estar muerto. Pero la física cuántica va definitivamente más allá, y predice que el gato está vivo y muerto a la vez, y solamente se definirá por una de las 2 opciones cuando observemos dentro de la caja. ¡Así de simple y así de complicado! 

¿son lo mismo "masa" y "peso"?

Un error muy común en general es confundir el concepto de masa y peso. Expresiones como "mi peso es de 70 Kg" en realidad están mal dichas, porque la masa se refiere a la cantidad de materia que tiene un cuerpo y el peso es la fuerza con que la Tierra atrae a dicha masa. Para los que sepan más de matemáticas, la masa es una magnitud escalar y el peso es una magnitud vectorial, y  la relación entre peso y masa es la siguiente:

                                   Peso = masa*g

donde "g" es la aceleración de la gravedad en el caso de nuestro planeta, 9,8 m/s2. Así, deberíamos decir: "mi masa es de 70 Kg y mi peso es de 686 Newtons". ¡En las viñetas a continuación el Sr. Cloud está realmente indignado con la confusión!

Relatividad: ¿medimos todos lo mismo con nuestros relojes?

Para los alumnos de 2º de Bachillerato: si leéis este chiste y os produce una sonrisa, significará que habréis entendido las explicaciones de Relatividad  de vuestro profesor.  ¡BIEN!

Según la Relatividad Especial de Einstein, no todos los sujetos miden lo mismo en sus relojes, sino que el tiempo que marca el  reloj  de la liebre depende de la velocidad  que  lleva respecto a las tortugas que están tomándose un refresco tranquilamente sentadas. (!!!!!!!) Este efecto es tanto mayor  cuanto más rápido se mueve  la liebre respecto a las relajadísimas tortugas, y  además sólo es realmente apreciable a velocidades relativas próximas a la  de la luz (300000 Km/s). Por tanto, la liebre resulta un poco "chulita" ya que cree poder correr cerca de dicha velocidad y poder por tanto ralentizar apreciablemente el paso del tiempo en su reloj respecto a los relojes de  las tortugas.

Relatividad: ¿nos puede "explotar" una pelota de tenis?

Según la Relatividad de Einstein, la energía y la materia están relacionadas siguiendo la siguiente ley:

donde "E" es la energía, "m" es la masa de un determinado cuerpo, y "c"  es la velocidad de la luz (300000000 m/s).  Esta ley establece la equivalencia entre Energía y Masa, de manera que  si tengo un objeto cualquiera, pongamos una pelota de tenis,  al menos teóricamente  podríamos convertirla en Energía pura. 

Puede que os preguntéis si eso se puede hacer realmente, y si esa energía que tiene la pelota de tenis es mucha o poca. Empecemos por la segunda pregunta: Una pelota de tenis pesa unos 50 gramos, que si se convirtieran en Energía pura podrían suministrar a 50 millones de personas  electricidad durante 2 días aproximadamente. Y  una mesa plegable de unos 10 Kg podría suministrarles  energía a todos ellos   durante un año completo. ¿no es increíble? ¡la masa tiene realmente muchísima energía!

Y la segunda pregunta: ¿se puede sacar la energía de la pelota de tenis? ¿y de una mesa plegable o cualquier otra cosa? ¡a ver si ahora va a ser peligroso tener una pelota en casa! la respuesta es que quizás no sepamos cómo sacar de manera eficiente la Energía de una pelota, pero sí que conocemos  materiales de los cuales es más fácil su extracción, como por ejemplo el Uranio o el Plutonio: es el principio que hace funcionar las centrales nucleares, y desgraciadamente es la causa de la existencia de las bombas atómicas: pensad que la bomba que cayó en Nagashaki tenía una potencia equivalente a 20.000 toneladas de explosivo, y eso que sólo se convirtió en Energía una masa inferior a 1 gramo de material. La bomba nuclear más letal jamás explotada, "Tsar bomb", liberó una potencia equivalente a  50.000.000 de toneladas de explosivo.  Se alcanzaron temperaturas de más de 1000000 de grados, y se pudo ver el resplandor a una distancia de 1000 kilómetros. A cien kilómetros de distancia pudo producir quemaduras de 3er grado.

Por otra parte, la equivalencia masa-energía es nuestra mayor esperanza para conseguir una fuente de energía limpia e inagotable, llamada fusión nuclear. Y  también es la causa del funcionamiento de  las estrellas, en particular de  nuestro Sol, que nos proporcina la luz y el calor que necesitamos para vivir.

¿Cuántas dimensiones tiene nuestro Universo?

Cuando pensamos en cualquier objeto, está en principio muy claro que para describirlo tenemos que hablar de lo largo, ancho y alto que es. En el mundo de las Matemáticas se diría por tanto que necesitamos 3 Dimensiones para describir el objeto. (3-D). Pero si además consideramos el tiempo como una dimensión adicional, entonces nuestro Universo sería 4-D o 4-dimensional.

Hasta aquí, todo parece más o menos normal y coincidente con nuestro sentido común...hasta que llegaron algunos físicos y empezaron a hablar de una teoría física muy compleja conocida como Teoría de Cuerdas. Se trata de una Teoría que intenta explicar el Universo tal y como lo conocemos, y parece que de manera bastante exitosa. Pero si esa Teoría es cierta, entonces...nuestro universo debería tener 11 DIMENSIONES. (!!!!!!!!!) ¿11 dimensiones? ¿pero nosotros sólo podemos "notar" 4 de ellas, no? ¿qué hay en las 7 dimensiones que no vemos? ¿cómo nos podemos imaginar algo que viva en más de 4 dimensiones?

Os propongo un ejemplo para tratar de intuir cómo funciona: imaginad una civilización que viviera en Planilandia, es decir, un país muy lejano y exótico en el que todo es plano, y por tanto las cosas tienen largo y ancho pero no altura. ¿qué pasaría si cualquiera de nosotros llegara a Planilandia? ¿cómo nos verían sus habitantes?¿cómo los veríamos a ellos? En este vídeo del Dr. Quantum se describe semejante país. Cuando lo hayáis visto, pensad lo siguiente: ¿no podría ser que nosotros viviéramos en nuestras 4 dimensiones conocidas, en nuestra "Planilandia" particular, y que mientras tanto hubiera un ser de 5 o más dimensiones que nos estuviera viendo tranquilamente? ¿es esto posible? Pues nada, ¡a pensar en ello!

También os propongo un vídeo maravilloso de Carl Sagan en el que también se describe una manera muy sencilla y entretenida lo que ocurre más allá de la 3ª dimensión espacial.  En fin, espero que os guste  y os haga pensar sobre lo diferente que podría ser la realidad respecto a lo que creíamos conocer.

NOTA: la Teoría de Cuerdas no está demostrada, quizás todo esto sea una ilusión...¿o no?

Física cuántica: experimento de la doble rendija

Hemos visto en clase de 2º de Bachillerato que  la luz (y también cualquier tipo de materia)   se comporta dualmente.  Esto quiere decir que,  por extraño que parezca,  unas veces  la luz se comporta como si estuviera compuesta de  partículas  y otras veces se comporta como una  onda:  entramos en el poco intuitivo, sorprendente y maravilloso  mundo de la Física Cuántica, el Reino de lo Muy Pequeño.

Uno de los experimentos clave de esta rama de la Física es el experimento de la doble rendija (double-slit experiment). Lo mejor que he visto nunca para entenderlo  es el siguiente vídeo  que he encontrado en youtube. La descripción del fenómeno que nos proporciona  el "Dr. Quantum" es realmente buena... aunque creo que es posible que no haya NADIE  en todo nuestro planeta que pueda explicar hoy por hoy cómo ocurre semejante hecho, o que es realmente lo que pasa. Increíble.

Heisenberg tenía razón

Según la Física Cuántica, no es posible conocer al mismo tiempo la posición y la velocidad de un objeto con una certeza absoluta: cuanto más sé de la posición, más imprecisa es la velocidad y cuanto más conozco la velocidad menos sé de la posición del objeto. Así, un electrón se mueve dentro del núcleo atómico al cual pertenece  a una velocidad cercana a 1/3 de la velocidad de la luz, simplemente por el hecho de estar dentro de un átomo de un tamaño medio de 0,0000000001 m. Como véis, nada es lo que parece ser. Si eso ocurriera así en nuestro mundo de objetos de gran tamaño, sería como si una  bola de billar empezara a moverse por el mero hecho de ponerla  dentro del triángulo que se usa para posicionar las bolas...increíble pero cierto!

¿Cuántas estrellas hay en el cielo?

Para hacernos la idea, vamos a intentar pensar primero en el número de granitos de arena que existen en todo el planteta Tierra. Aunque no os lo creáis, hay científicos que han realizado cálculos aproximados  que estarían rondando los 10000000000000000000000 granitos. Es decir, un 1 seguido de 22 ceros, lo que en matemáticas se escribe como  10e22.  Pues bien, los astrónomos calculan que el número de estrellas de nuestro universo oscilaría entre 10e22 y 10e24, por lo que muy posiblemente existen más estrellas en el Universo que granos de arena en toda la Tierra.

Estoy en casa leyendo, así que estoy quieto...¿o no?

A quién no le gusta la agradable sensación de estar en casa tranquilos, cómodamente sentados en el sofá, leyendo o viendo la tele. Sin movernos. Quietos...¿o no tan quietos?

En realidad, estamos en la Tierra, que cada día da una vuelta en torno a su eje; así que, aproximadamente a nuestra latitud nos movemos a unos 1000 Km/h. Además, nuestro pequeño planeta completa anualmente una vuelta en torno al Sol, lo cual hace que nos movamos a una velocidad de unos 107000 Km/h en torno al Astro Rey. Pero, ¿acaba aquí la cosa? Pues no, porque nuestro Sol se mueve dentro del grupo de estrellas vecinas a unos 70000 Km/h, y además nuestro Sistema Solar está situado en un brazo de nuestra Galaxia que rota en torno al centro de la misma a una velocidad de unos 800000 Km/h. Y nuestra Galaxia, por métodos bastante sofisticados, se sabe que se mueve en la dirección de una zona del Universo que se conoce como "Gran Atractor" (cuyo nombre no suena tranquilizador precisamente) a una velocidad de más de 2 millones de Km/h, unas 7000 veces la velocidad del coche F1 de Fernando Alonso. Y todo ello, sin movernos del sofá.

Para saber más, podéis seguir este link (eso sí, en inglés)

¡No somos nada!

Si un día estás preocupado por un tema que te parece muy importante, te recomiendo ver estos vídeos. Ayuda a ver las cosas con perspectiva, y tomar consciencia de lo pequeños que somos.

El primero nos compara con otros planetas y conocidas estrellas, la mayoría de las cuales las podríamos ver esta misma noche como puntitos...realmente, ¡no somos nada!

...y el segundo...simplemente te deja sin habla (aunque alguno no entienda inglés merece mucho la pena)

Pero, ¿durará el Sol para siempre?

Siento deciros que no, y que todo dependerá de cuándo se acabe su combustible, el Hidrógeno. Teniendo en cuenta que cada segundo nuestro Sol gasta 667 millones de toneladas de dicho gas... casi entran ganas de echarse a correr!!! pero afortunadamente una estrella como la nuestra es tan grande que se calcula que tiene cuerda para unos 5000 millones de años más.

Hablando un poco más del Sol: Cada segundo convierte esos 667 millones de toneladas de Hidrógeno de los que os hablé antes en 663 millones de toneladas de Helio, y en dicho proceso se liberan 4,5 millones de Toneladas de energía en forma de luz y calor...lo cual permite que, por ejemplo, exista la vida en la Tierra.