la frase del mes

"La física es como el sexo. Seguro que tiene una utilidad práctica, pero no es por eso que lo hacemos" Richard Feynman

Norilsk : El Apocalipsis Medioambiental Ruso

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El estilo de vida moderno demanda una serie de necesidades materiales para el mantenimiento de nuestro nivel de vida, grandes cantidades de recursos que deben ser extraídos en la mayor cantidad posible y a la mayor velocidad, para que luego sean procesados y puestos a nuestra disposición, sin embargo esta necesidad de recursos hace que voraces, las empresas, gobiernos, inversores se lancen sin ningún tipo de reparo a la destrucción del medio ambiente para la obtención de tan preciados tesoros.



Os presentamos uno de estos apocalipsis,
Norilsk, una de las dos ciudades más pobladas del círculo polar ártico, y uno de los diez lugares más contaminados del mundo.Los orígenes de este pequeño infierno helado son de lo más siniestro: en 1935 la pequeña población, fundada en 1920, adquirió el estatus de ciudad cuando Norilsk fue ampliada para formar parte del complejo minero-metalúrgico Norilsk, que a su vez formaba parte del sistema de campos de trabajos forzados GULAG.¿Cúal es la razón de que el gobierno soviético trasladase a miles de esclavos al círculo polar ártico, construyese una ciudad en medio de las estepas heladas, y derrochase miles de millones de rublos en equipamiento especial para operar a temperaturas bajo cero?.¿Por qué 16806 esclavos murieron debido al hambre y al frío durante la existencia del campo de trabajo ?

El mayor depósito de níquel del mundo.

El níquel es uno de los pilares básicos del mundo moderno , si miras a tu alrededor lo verás en cualquier lugar, forma parte del acero inoxidable y otras aleaciones incluídos bronces y oro.

Y en Norislk, la ciudad-fundición donde todo el mundo trabaja para la industria metalúrgica el níquel es el pilar.


Norislk donde la nieve es negra , el aire huele a azufre, y la esperanza de vida es 10 años menor que en el resto de Rusia ,lanza a la atmósfera cada año unas 4 millones de toneladas de cobre , plomo , níquel , arsénico , selenio.

Y quién es el mayor culpable de todo este atentado , La Norislk Nickel Co. una compañía que posee el mayor complejo de extración y refinado de metales del mundo (La propia ciudad es un parásito de la fundición de Norislk), además de controlar un tercio de todas las reservas mundiales de níquel , y ser la empresa más contaminante de Rusia.






Sabemos que sería idiota pensar que con nuestras necesidades actuales podemos volver a los tiempos de la forja medieval de la esponja de hierro , o de que somos capaces de prescindir de las técnicas extractivas de minerales, pero cuando la tierra , la vulgar tierra que pisas,la que puedes encontrar en un jardín, o en el patio del colegio,o en el campo de futbol puede ser procesada para obtener minerales pesados con provecho económico has traspasado un límite.


Fuentes e información:

The BlackSmith Institute.


Imágenes de la ciudad

Sunshine. Vida y muerte de una estrella.

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El sol se apaga, así que envían a un grupo de científicos para que se internen en él y lo reactiven. Este argumento se me ocurrió a mí a los siete años para pasar la tarde tirado en el suelo jugando a los playmóbiles hasta que se me quedasen las posaderas como témpanos. Pero da igual. Acción, efectos especiales, tías buenas en apuros... seguro que merece la pena... ahora bien, ¿qué es eso de que el sol se apague?...

Las estrellas, aunque nos lo parezca, no son eternas. Nacen, envejecen y mueren. En ocasiones lenta y plácidamente; en otras, su extinción es de una violencia espectacular y puede concluir en la presencia siniestra de un fantasma. Todo depende de la materia prima. La vida de las estrellas es un continuo tira y afloja. Una vez formada, su existencia depende del equilibrio entre dos fuerzas opuestas. Una de ellas tiende a aplastarla, la otra la contrarresta, pero esta última requiere un combustible.

El hidrógeno y el helio no sólo son los elementos más abunantes en el universo sino que además son los progenitores del resto de elementos conocidos, como el hierro o el plomo, que en proporción suman una cantidad insignificante. Así que no es de extrañar que una estrella, al poco de nacer, esté compuesta en su totalidad de estos dos elementos. Como arriba hemos señalado, la vida de una estrella depende de un equilibrio. Por una parte, por efecto de su propia gravedad, su masa tiende a aplastarla. Para evitarlo, la estrella hace uso de su combustible natural para emitir la energía necesaria mediante el proceso de fusión, que consiste en la formación de nuevos elementos a partir de otros más ligeros, menos pesados, que los producidos. El problema es que estos nuevos elementos son energéticamente menos eficientes o, como se dice, más estables que los originales, lo cual, a la larga pone en un serio aprieto a la estrella.

Por ejemplo, analicemos la fusión de hidrógeno. Si fusionamos dos átomos de hidrógeno obtenemos uno de helio; pero si tabla periódica delante sumamos la masa de los dos hidrógenos, no obtenemos la del helio formado. Esto es porque el defecto másico se ha convertido en energía, en otras palabras, la reacción es exotérmica y, a escala estelar, lo suficientemente macroscópica como para mantener a raya la presión gravitatoria ejercida por la propia estrella. Por tanto, las reservas de hidrógeno garantizan la pervivencia de la estrella. El primer problema, pues, llega cuando el hidrógeno se agota.

Estos ocho cerebritos han planeado viajar al sol de noche para no quemarse

Solución a la vista: fusionar helio para formar berilio. El problema: que la reacción He+He => Be es endotérmica. Es decir, no sólo no genera energía, sino que además necesita energía. Paradójicamente, la endotermicidad del proceso es compensada por la compresión gravitacional, que facilita las condiciones de temperatura y presión idóneas para que el proceso pueda seguir adelante. La fusión continúa su cadena. Los Helios disponibles se fusionan, se consumen y pese a la menor efectividad energética de sus productos, la estrella hace uso de ellos cuando el helio deja de ser suficiente y no le queda más opción. Pero manteniéndose activa de este modo, la estrella acelera su extinción. Conforme avanza en la cadena de fusión, los elementos con que ha de contrarrestar la compresión gravitatoria son más estables, aportan menos energía y además, son más másicos, contribuyendo al peso que la aplasta*. Si la estrella prolongara este proceso, la compresión no tardaría en extinguirla. La fusión se detiene. ¿"Muere" en este punto la estrella?

Momento en que discuten quién debe ser el primero en pisar el Sol

Hay vida después de la fusión. El testigo pasa a la presión de degeneración, una fuerza expansiva que ejerce la materia cuando es comprimida. Dicha presión es un resultado de la teoría cuántica**, más concretamente del Principio de Exclusión de Pauli. En pocas palabras, los fermiones -electrones, neutrones y protones- se reservan un espacio, "les gusta que entre ellos corra el aire". Comprimirlos supone aumentar indirectamente su energía y, como todos hemos oído -y puesto en práctica- alguna vez, los sistemas por naturaleza tienden a la mínima energía. Los fermiones, en concreto los electrones, los primeros en percibir la compactación, se resisten al aumento energético ejerciendo una presión opuesta a la compresión.


Entonces presión de degeneración y gravitatoria encuentran un equilibrio. La estrella se mantiene activa sin fusionar. Durante este proceso, la estrella se compacta. Tras la detención de la fusión, el radio de nuestro sol será de unos 10.000 kilómetros, en comparación con los 700 millones de metros -110 radios terrestres- actuales***; después seguirá emitiendo durante millones de años, enana, fría y tenue hasta apagarse lentamente.

En el párrafo anterior acaba la historia de innumerables estrellas como nuestro sol. No obstante, son más abundantes estrellas de mayor masa cuya extinción es de todo menos apacible. Para estos titanes estelares, la presión de degeneración ejercida por los electrones no es capaz de equilibrarse con la inmensa presión gravitatoria de la estrella. Sin embargo, aún es posible alcanzar una nueva situación de equilibrio si en vez de depender de la presión de degeneración ejercida por los electrones se recurre a la que pueden ejercer los neutrones. Se produce lo que se conoce como captura electrónica: los electrones se fusionan con los protones para formar neutrones. La materia se neutroniza de modo que la presión de degeneración ejercida es mayor en virtud del incremento de neutrones a degenerar, a comprimir. Las estrellas de neutrones llegan a alcanzar los 10 km de radio y su densidad es tal que una cucharadita de una pesaría en la Tierra millones de tonaledas. Pero no toda la materia es neutronizada y por tanto no toda la materia contribuye a la presión de degeneración de los neutrones. Las capas no neutronizadas, que contribuirían a la presión de gravitación mermando el éxito de la materia neutronizada, son expulsadas en una bellísima explosión que a todos sonará por el nombre de supernova. Una de las más llamativas es la de la Nebulosa del Cangrejo, observada a simple vista hace unos mil años y registrada por astrónomos chinos, y que hoy día continúa presentando el espectacular aspecto de la imagen.


La Nebulosa del Cangrejo sigue siendo hoy día una de las más hermosas explosiones de Supernova


La presión de degeneración de los electrones suple la ineficacia de la fusión nuclear; la presión de degeneración de los neutrones suple la ineficacia de la presión de degeneración de los electrones...pero, ¿qué sucede si la estrella es tan inefablemente másica que ni siquiera la presión de los neutrones es capaz de soportar su propio peso? Nada detiene el colapso gravitacional. El avance de la masa es imparable. La estrella se desploma sobre sí misma y la compresión inexorable de tan inabarcable cantidad de materia origina el objeto estelar más inquietante observado por el hombre hasta el momento. Predicho por la teoría de Einstein, deducible de la matemática de la geometría diferencial y de variedades, un resultado aceptado y constatado dentro del cual no se atisba nada. A pesar de que los grandes teóricos modernos podrían llenar decenas con lo que se ha descubierto sobre ellos, lo que sigue a las expresiones físco-matemáticas que conducen al agujero negro continúa siendo prácticamente un hueco en la pizarra, explorado más bien por la imaginación de guionistas y escritores de ciencia-ficción que sueñan, como Marlow cuando señalaba un vacío geográfico en El Corazón de las Tinieblas, con la posibilidad de llegar allí algún día.


Desazonadora reconstrucción de un agujero negro errante

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*Es en consecuencia en el seno de las estrellas donde se forman los materiales pesados. Los que abundan en nuestro planeta, de los que estamos hechos nosotros mismos. Algo de razón hay en la frase "somos hijos de las estrellas", que a bote pronto suena a máxima esotérica.
**Se deduce de la ecuación de Schröedinger independiente del tiempo en ciertas condiciones que conducen a estados degenerados equienergéticos.
***Alcanza la fase de "enana blanca" después de la de "gigante roja": el sol se expande engullendo gran parte del sistema solar.

pH

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El otro día hablamos de ambientes extremos y se mencionó un lago en el que su pH era igual que el de la lejía. Hoy en día es bastante utilizado esto del pH, pero sin embargo muchos podemos asociar el 5.5 con el valor "neutro". Esta información no es correcta, vamos a intentar explicar muy por encima el motivo de esta publicidad engañosa.

El agua experimenta de forma natural una autoprotólisis:


El pH o potencial de hidrógeno es una escala logarítmica que mide la actividad de los iones hidrógeno.

\mbox{pH} = -\log_{10} \left[ \mbox{a}_{H^+} \right]

Aunque parezca raro, las interacciones existentes en una disolución provoca que algunas concentraciones no se comporten como teóricamente deberían. Es por ello que existe el término de actividad la cual correspondería con la concentración teórica que sí responde al comportamiento real.

En cualquier caso, para disoluciones muy diluidas las interacciones son bajas y entonces se puede aproximar que:
pH= -\log a_{H^+} \approx -\log [H^+]\,

Por tanto para disoluciones acuosas (a 25º C) el pH neutro correspondería a 7, punto en el que la concentración de protones es igual a la de iones hidroxilo.

El famoso jabón tiene un pH 5.5 ácido pero éste corresponde con el de nuestra piel, es por ello que lo publicitan como neutro.

En la vida cotidana nos enfrentamos a disoluciones con pH lejanos a la neutralidad, comunmente los ácidos son las sustancias más temidas pero en realidad las soportamos mejor que las disoluciones de naturaleza básica.
Basta con mirar la siguiente tabla de valores comunes del pH para darnos cuenta de ellos, por cierto, la tabla la hemos copiado deliberadamente de la Wikipedia.

En un futuro hablaremos mejor del concepto ácido-base así como de la importancia del disolvente en el que nos encontremos.

Ambientes Extremos

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En la Tierra existen lugares que serían considerados infernales, hostiles a toda forma de vida, ambientes extremadamente salinos, nubes de azufre, ríos rojos como la sangre, éstos son los Ambientes Extremos. En anteriores post hablé del Lago Rosa de Senegal y en los comentarios Juan Matus nos dejó unas fotos sobre un lago de similares características en Bolivia , según he podido investigar se trata del Lago Coipasa, situado en la parte suroeste de Bolivia a unos 3650 metros sobre el nivel del mar y cubre una extensión de 12 mil km cuadrados aproximadamente, del que se cree que tiene una reserva de unos 10 billones de toneladas de sal fina.(Si no se trata de este lago, nos dejas un comentario y hacemos otro post)



Otro ejemplo de Ambientes Extremos son el Lago Mono, en la sierra Este de California es un lago alcalino e hipersalino, con un pH en el agua similar a la Lejía, se trata del lago más antiguo de Norte América, este lago es famoso por poseer una especie de crustáceos autóctonos, adaptados a este ambiente, y que es imposible encontralos en otro lugar.




Río Tinto , se trata de un río situado en de sur de España, que tras 5000 años de intensa actividad minera se ha transformado en un lugar hostil a toda vida, salvo a las más básicas, la peculiaridad de este sitio se trata del color rojo profundo de las aguas, fruto de una contaminación por parte de metales pesados tales como el mercurio o el cromo, esto hace que el agua del río tenga un pH de entre 1.7 y 2.4 (el ácido clorhídrico tiene un pH de 1), aunque se sospecha que los verdaderos culpables de esta situación son los organismos quimiolitotróficos, como las bacterias oxidantes de hierro y azufre



Física...qué

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Deliquios le debía a su mascota un artículo. Éste es. Y con él no sólo saldamos nuestra deuda sino que por añadidura inauguramos una nueva sección dedicada a la Física Cuántica.

La Cuántica resulta algo marciano que asoma medio agazapado en algún tema de Química de Bachiller entre los modelos atómicos y el mejunje de los orbitales: justo en el momento en que el alumno acaba de digerir la física corpuscular y la ondulatoria como dos platos distintos... ¡zas! el camarero le sirve un puré de ambos no muy bien triturado en el que se distinguen como grumos la relación de De Broglie, el Principio de Incertidumbre de Heisenberg y una ecuación diferencial en derivadas parciales -la de Schröedinger- que atraganta sin siquiera tener que llevársela a la boca.

La Cuántica, como toda gran teoría, es una teoría de unificación. No desmiente lo anterior, lo engloba. Antes de su irrupción, cuanto sucedía en el mundo era susceptible de ser taxativamente catalogado como corpuscular o como ondulatorio. Por ejemplo, que dos bolas de billar alcancen a la vez un mismo lugar del espacio y colisionen es un fenómeno corpuscular; que las crestas de dos olas hagan lo propio y de resultas generen una cresta de altura superior, inferior o simplemente diferente a la suma de la de ambas por separado -es decir, que interfieran- es ondulatorio. La interferencia parecía ser la prueba del algodón, el criterio a seguir a la hora de discernir entre qué es corpuscular y qué es ondulatorio. Sin embargo, diversos experimentos dieron al traste con el método y nos demostraron que quizá no tenía sentido establecer diferencias tan tajantes entre corpúsculos y ondas. Todo aquel desconcertante boom de experiencias extravagantes que sugerían un nuevo horizonte por explorar en el mundo de la física, a finales del XIX y principios del XX, constituyen hoy lo que se conoce como Física Pre-Cuántica o Teoría Cuántica Antigua. Fueron, entre otros, Schröedinger y Heisenberg en la década de los veinte quienes desarrollaron el soporte matemático y conceptual de lo que sigue conociéndose y estudiándose hoy como Física Cuántica.

Uno de los experimentos más famosos es el de la Doble Rendija -para cuya explicación hemos recurrido a un educativo vídeo traducido una vez más por nuestro traductor personal Silthion. Evidencia el comportamiento ondulatorio de los electrones*. No os lo saltéis, merece la pena, en serio.







Aunque existen muchas más experiencias interesantes que comentaremos en otros artículos, merece la pena mencionar aquí el extendido experimento mental del Gato de Schröedinger, que ilustra el alcance macroscópico de la física, en principio, de lo microscópico. Simplificamos un poco la experiencia original.


Supóngase un gato encerrado en una caja dentro de la cual un dispositivo libera un gas venenoso si detecta en sus proximidades la presencia de una partícula. Digamos, por ejemplo, que el detector abarca sólo la mitad de la caja: si la partícula por lo que fuera se encontrara en su mitad de la caja, el gas se liberaría y el gato moriría. Ahora bien, dónde se encuentra la partícula es algo que no podemos saber. Sencillamente sabemos que hay un 50% de probabilidad de que se halle en la zona abarcada por el detector y otro 50% de que no; en otras palabras, hay un 50% de probabilidad de que el gato esté muerto y un 50% de que esté vivo.



A caja cerrada, no podemos afirmar "el gato está vivo", ni tampoco "el gato está muerto". A caja cerrada, el gato está las dos cosas a la vez, vivo y muerto. Se dice que su estado es una superposición de los dos estados. Al escribir en negro sobre la superficie interior de la caja esa suma de funciones de onda, nuestra mascota se está describiendo a sí misma. Una de esas funciones de onda es portadora de la información "gato vivo", la otra, de la información "gato muerto" (la tercera que el gatito dibuja sobra). Si abriéramos la caja para saber cómo se encuentra el gato, la incertidumbre en su estado desparecería. Diríamos "pues mira, sigue vivo" o tal vez "ha palmado". Esto es colapsar la función de onda. Esto es lo que también sucede en el vídeo de la doble rendija: por el simple hecho de mirar, los resultados varían.



Incapaz de soportar semejante incertidumbre existencial, hace tiempo que el Gato decidió abandonarse a una vida vacua y anodina


Ahora bien, para que los resultados varíen, y hablo del experimento de la doble rendija ¿sobre qué actúa el observador? Sobre la función de onda. ¿Y qué es eso de la función de onda? La expresión que describe la amplitud de probabilidad de que la partícula se halle en un determinado lugar del espacio**. ¿Pero es algo puramente físico? No. Interviniendo en algo que no es físico, se modifica algo que sí lo es. Si hubiésemos dispuesto un detector en la rendija por la que el electrón no pasa, el hecho de no medir su paso habría modificado también la experiencia.


Puesto que este artículo pretende ser una introducción-adelanto no nos extendemos en el desarrollo de estas ideas de función de onda de probabilidad, colapso, superposición de estados... las expondremos una a una en sucesivos artículos sobre el tema.


Pero la idea que debemos conservar de este primer contacto es el la del doble comportamiento de la materia, no la de su doble naturaleza. En el vídeo de la doble rendija, el anciano comprueba la dualidad para el caso del electrón. Desde luego, si reproducimos el experimento en nuestras casas con canicas, no obtendremos ningún patrón de interferencias. Resulta tan obvio... ¡cómo se va a comportar como una onda una canica, o un melón si lo hiciéramos con melones! Una canica es corpuscular, al igual que un melón o cualquier otra cosa de nuestro entorno cuya naturaleza corpuscular no dé lugar a duda.


Con la luz tampoco parece haber duda sobre su naturaleza ondulatoria. De hecho, con luz también se puede realizar el experimento de la doble rendija y los resultados son exactamente los mismos que los mostrados en el vídeo:un patrón de interferencia. Sin embargo, si uno en casa se fabrica una doble rendija con cartulina y echa mano de una linterna para ver las interferencias se lleva un chasco, pues no se observa figura de interferencia alguna... ¿significa esto que la luz no es ondulatoria? ¡Claro que no! Significa que no hemos tenido en cuenta los pormenores, los detalles, las condiciones quisquillosas en que se han de realizar el experimento, como por ejemplo, el tamaño de las rendijas***. Quizá lo tan obviamente corpuscular se comportara como una onda si fuera posible realizar el experimento en las condiciones adecuadas; pero está claro que no podemos disparar seres humanos contra dos rendijas finísimas y esperar que las atraviesen y se forme un patrón de interferencias de seres humanos detrás****.


Hallado en mis apuntes de T.E. En Física Cuántica. Más clarificador imposible.

Entonces, si tanto depende todo de cómo nos las apañemos para mirarlo no tiene sentido pretender saber cuál es la naturaleza de las cosas, conformémonos con entender cómo se comportan.


En realidad, al final, lo que hay es la realidad, inaccesible tal vez, y otra cosa es cómo la interpretamos.

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*Una de esas anécdotas de la ciencia: a J.J. Thomson le concedieron el Nobel por demostrar la existencia corpuscular del electrón; a J.J.Thomson hijo se lo concedieron por demostrar su naturaleza ondulatoria.

**Y eso es la onda a la que uno se refiere con onda asociada a la partícula, una "onda de probabilidad" de posición; no que la partícula se mueva sinusoidalmente, nada de una onda electromagnética que guíe y preceda a la partícula... como dijera el sr. Bernabéu -quien sin saberlo ha bautizado esta página- en una de sus clases de cuántica, eso "son ideas erróneas extendidas por los divulgadores de baja condición".

***o la monocromaticidad de la luz, etc.


****o si fueran lo suficientemente grandes no se formaría tampoco porque el tamaño de las rendijas habría de ser del orden de la longitud de onda asociada al objeto macroscópico. Es una condición que se ha de dar.















Alerta mundial: Supervolcán.

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En los últimos días, hemos sido bombardeados desde todos los medios de comunicación con información sobre el informe de la ONU respecto a las consecuencias que está provocando y provocará a corto y medio plazo el cambio climático.

Pero es probable que el cambio climático provocado por la acción humana llegue a ser un problema menor en comparación con el apenas conocido riesgo natural.

Gabriel (muchas gracias) me pasa este artículo en el que nos habla sobre el supervolcán que se encuentra en el Parque Nacional de Yellowstone ( Wyoming, Estados Unidos). Conocido en todo el mundo, como una espectacular reserva natural, por la diversidad y belleza de sus paisajes; en el 2002 hubo una preocupación apocalíptica gracias, en parte, al sensacionalismo y amarillismo al que nos tienen acostumbrados los medios de comunicación.

El término “supervolcán” implica una erupción de tal magnitud, que el magma erupcionado (más de 1 000 kilómetros cúbicos) tendría un efecto cataclísmico para la vida, similar al que pudiera tener un invierno nuclear.


Yellowstone es uno de los sistemas hidrotermales más grandes del mundo y la Cuenca de Norris Géiser es el área más caliente y la más activa en el parque. Aunque no haya pruebas contundentes de que el fluido (o el magma) llegará a la superficie, éstas incursiones en la profundidad pueden causar, y de hecho causan, perturbaciones sobre la superficie como "abultamientos" de tierra y la descarga aumentada de vapor de agua.

En el 2005 un docudrama de dos partes titulado Supervolcán, fue emitido por la BBC y Discovery Channel.

Históricamente, Yellowstone ha sufrido tres erupciones, respectivamente hace 2,1 millones, 1,3 millones y 640 mil años atrás. La actividad de la caldera es realmente asombrosa, en la parte central se han llegado a registrar 8 cm de elevación durante el pasado año.


Hay una posibilidad, remota pero la hay, de que este supervolcán despierte y arrase consigo gran parte de Norte América, provocando además un deterioro en el clima global con todo lo que ello implica.
Sin embargo, las erupciones menores son mucho más probables, y ninguna parece inminente en una escala temporal preocupante.

Recomendamos encarecidamente este artículo, del que hemos sacado la mayor parte de la información.

El Lago Rosa

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Hundido en las entrañas de Senegal , espera majestuoso el increíble lago Rosa o lago Retba, popularmente conocido por ser la etapa final del Rally París-Dakar, se sitúa a unos 30 kilómetros al noreste de la península de Cap Vert, es una tranquila y majestuosa laguna de unas 400 hectáreas de superficie y con una profundidad máxima de 3 metros, situada a unos escasos metros del mar, rodeada de dunas y de arboles filao ( también llamado casuaria ).



El Lago Rosa recibe su nombre por el color rosa del que hace gala, que se debe a la gran cantidad de sales minerales disueltas (hasta 463 gramos por litro, siendo 380 gramos el valor medio, tened en cuenta que el océano más salino del mundo es el Atlántico tiene una concentración de 37 gramos por litro), que hace que sea especialmente fácil flotar en el agua del lago y que permite la existencia de una pequeña industria de la sal.




Otro culpable del color del agua son los microorganismos, pese a la extrema salinidad del agua , sobreviven una cierta cantidad de microorganismos que se han adaptado a ambientes extremadamente hostiles como por ejemplo, el Salinimus ruber, en el caso de los virus, en el lago rosa se da una de las mayores concentraciones de todo el planeta (investigado) aunque estas concentraciones son normales para ambientes hipersalinos.


La explicación científica no logra ensombrecer, ni restar un ápice del asombro y majestuosidad del Lago Retba



Fuentes:
Publicación Sobre Microorganismos , Bacterias y Virus en Ambientes de Extrema Salinidad(en Inglés)

Fotos:
Flickr

Un charco en la calzada

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Un charco en la calzada se vislumbra. Un fragmento de cielo robado. Pero a estas tierras la lluvia hace tiempo olvidó cómo llegar. El llamado efecto mojado en las carreteras es un fenómeno habitualmente observado y un familiar ejemplo de espejismo, resultado directo de la curiosa tendencia de la luz a modificar su trayectoria en función de las propiedades del medio en el que se propaga. A continuación, trataremos de dar una idea intuitiva de la física del fenómeno apoyándonos sólo lo indispensable en la matemática implicada... Quo vadis, lux?


Una forma sencilla y eficaz de tratar la luz es mediante el modelo de rayo, totalmente válido y equivalente al modelo de frentes de onda. Así pues hablaremos en todo momento de rayo de luz y ello nos permitirá visualizar fácilmente su trayectoria, identificando ambos conceptos a pesar de las sutilezas en que nos podríamos demorar.




Merece la pena recordar un fundamento de la visión: el ojo prolonga los rayos recibidos en la dirección en que inciden, sobre la que proyectan la imagen del emisor. Es lo que sucede, por ejemplo, en un espejo. Como mostramos bajo estas líneas, el rayo procedente del nudo de la corbata incide con un cierto ángulo con respecto a la línea discontinua -llamada normal de la superficie- y se refleja formando el mismo ángulo hasta llegar a los ojos del Señor Pollastre -es una de las leyes básicas de la reflexión-, que lo prolongan en dicha dirección.


Exactamente lo mismo sucede cuando observamos por ejemplo un pez que se halla bajo la superficie de un lago. De éste parte luz hacia la misma formando un ángulo b con la normal. Entra en juego el fenómeno de la refracción: la luz cambia de dirección al cambiar de medio de propagación. Esto se manifiesta en el hecho de que el ángulo a, con el que emerge en el medio aire, es diferente -concretamente mayor- que el ángulo b. Pero a nuestros ojos eso es algo que les trae sin cuidado. Igual que ante un espejo, prolongan la luz en la dirección en que la reciben y sobre ésta forman la imagen del emisor, en este caso del pez; en consecuencia, como mostramos arriba, la posición en la que lo vemos es aparente. La ley que gobierna la relación entre los ángulos a y b se conoce como la Ley de Snell, mostrada a continuación, y se puede deducir de no pocos razonamientos

n sen(a)=N sen(b)

Uno de ellos conduce a una expresión mucho más general, la llamada Relación de Bouguer n sen(x)=K, donde "x" es el ángulo considerado (a,b...); "n", una magnitud llamada índice de refracción y K, una constante. Significa que el producto del índice de refracción característico del medio y el seno del ángulo que forma el rayo de luz con la normal a la superficie -incidiendo o emergiendo- se mantiene constante para un mismo rayo, para una misma trayectoria luminosa. Es la Relación de Bouguer, junto con algún otro detalle que comentaremos en adelante, lo que justifica la formación de espejismos.


Pincelemos antes el significado de la magnitud "n"-o "N"-. El índice de refracción que caracteriza un medio en unas condiciones concretas es la relación entre la velocidad, v, a la que la luz se propaga en él y a la que se propaga en el vacío o en el aire (c=300.000 m/s); es decir, un cociente, una división, algo tan simple como:

n= c/v

Cuyo valor mínimo es la unidad puesto que nada viaja más rápido que la luz*. La velocidad a la que la luz se propaga por un medio depende de sus características, y por tanto el índice de refracción también. Podemos proseguir sin aludir al resto de tendencias manifiestas del índice de refracción. Quedémonos con la naif idea de que el índice de refracción es mayor en medios más densos y apliquémosla al ejemplo de refracción anterior. Quienes hayan olvidado qué es la función matemática seno fíjense simplemente en el cambio de trayectoria de la luz.

El índice de refracción del agua es mayor que el del aire. Siendo esto así, y exigido el cumplimiento de la relación de Bouguer, el seno del ángulo emergente ha de ser mayor que el incidente. Esto es:

n(agua) > n(aire) => n(del agua) sen(b)=n(aire) sen(a) <=> a

La luz se inclina hacia abajo al pasar de un medio de mayor índice a otro de menor índice

Si le damos la vuelta, es decir, si se incide desde un medio de índice de refracción menor sobre otro de índice mayor la luz cambia de trayectoria acercándose a la normal. Resumimos los dos casos en el esquema siguiente.


También podemos imaginar la situación en que el medio de mayor índice de refracción se encuentre encima del de men0r y no al contrario, como hasta ahora hemos representado; incluso podemos imaginar que el rayo atraviesa sucesivamente diferentes medios de índice de refracción decreciente. Aplicando una y otra vez el razonamiento anterior, la relación de Bouguer, dibujaríamos un esquema como éste




donde hemos querido expresar el decaimiento del índice de refracción mediante degradado de color. En el dibujo, el índice de refracción decrece con cada estrato y, por tanto, en cada estrato, la trayectoria de la luz se acerca más a la horizontal. Qué sucede cuando la alcanza es ya algo que depende de características funcionales del índice más complicadas y que requiere un tratamiento matemático más esmerado**. Aquí aceptaremos sin discusión que la luz viaja en el sentido de mayor índice de refracción : después de alcanzar la horizontal, la luz volverá a curvarse para regresar al estrato caracterizado por un mayor índice de refracción. La secuencia siguiente a la anterior sería, pues***:


la luz regresa

Pues bien, esto es exactamente lo que sucede en un espejismo como el de efecto mojado. En días especialmente calurosos y soleados, el asfalto de la carretera se calienta, calienta las capas de aire en contacto y modifica su densidad: cuanto más cercanas a la calzada, más calientes; cuanto más calientes, más dilatadas; cuanto más dilatadas, menos densas; cuanto menos densas, de menor índice de refracción. Al final, el aire reproduce la estratificación plana del dibujo anterior, reproduce la tendencia de incremento de índice con la altura. La luz procedente del cielo incide sobre estas zonas, así estratificadas, y se curva de modo que regresa. Al igual que en un espejo cualquiera, vemos la imagen de la fuente emisora situada allí, de donde a nuestros ojos le parece provenir la luz. Vemos un charco, pero no es un charco de agua, sino una parcela de cielo.

Un fenómeno similar es el de los espejismos marítimos superiores. La superficie del agua enfría las capas adyacentes y como consecuencia el aire adopta una configuración estratificada en la que el índice de refracción decrece con la altura. Los rayos emitidos hacia arriba se curvan hacia abajo, regresan. En resumen, sucede como explica la ilustración.


Justificando fenómenos ópticos tan curiosos como el de la fotografía que nos sirve de punto final.


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*La transmisión de información no puede efectuarse a velocidades mayores; sin embargo, sí se han detectado velocidades mayores a "c"... la cuestión es: ¿velocidades de qué?. En otra ocasión profundizaremos en Óptica Electromagnética y en teoría ondulatoria para explicarlo.

**sobre la ecuación de la trayectoria del rayo mediante desarrollos en serie de Taylor, en los que tienen cabida términos relacionados con la existencia de un mínimo o un máximo en la función definitoria del índice de refracción, los cuales determinan qué puede y no sucederle al rayo una vez alcanza la horizontal.

***a diferencia del caso horizontal, la luz no abandona la verticalidad una vez adoptada -si lo hace es por fluctuaciones impuestas por condiciones externas a la física básica e inherente al fenómeno. Este hecho se puede demostrar a partir de la relación de Bouguer y con la ayuda de un esquema similar a los aquí mostrados. Se le deja al lector como divertimento.
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"Pitágoras tuvo que ser circuncidado para poder estudiar en la Universidad de Alejandria"

La próxima que te sientes delante de un ordenador que no funciona en la biblioteca , acuérdate de esto .

Falsas creencias

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Vamos a responder una de las preguntas que todo hombre o mujer ha llegado a plantearse alguna vez en la vida.
  • ¿Qué pesa más, un 1 kg de paja o 1 kg de plomo?


En junio, hicimos una encuesta en Los Discursos de Pelluch (aún se puede votar) donde la mayoría piensa que ambos pesan igual.

La respuesta viene por parte de David y aunque parecerá una tontería, cuidado, porque podemos caer en el error y decir lo que la mayoría pensaría.

Empecemos con un ejemplo muy fácil, una mochila cargada de piedras tiene mucha masa y por tanto pesa un huevo, pero si alguien te ayuda a llevarla, te parecera que pesa menos aunque la masa de la mochila sea la misma.

La masa se define como cantidad de materia de un cuerpo y su unidad son los kilogramos, el peso que mide una báscula es realmente, la resultante de todas las fuerzas que se están dando en un cuerpo, la unidad de la fuerza son los newtons.

Coloquialmente no se disitingue entre peso o masa, pero aquí esta la clave de la pregunta, alrededor de la paja o el hierro hay un aire que lo envuelve, es decir, estan sumergidos en un fluido.

En este punto hay que recordar el principio de Arquímedes, todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

FTOT = Fpeso - Fempuje = mcuerpo · g - Vcuerpo · densidad fluido · g

El peso aparente o final del cuerpo, lo determina tanto su masa como su volumen. Esta diferencia de densidades aparentes (masa/volumen total que ocupa) explica porqué un clavo se hunde y un barco, que tiene mucha mas hierro que el clavo, flota.

La paja al ser más voluminosa que el plomo desaloja más aire y experimenta mas empuje, en la práctica, "pesaría" 175 gramos menos que el kg de plomo.

Para obtener la masa real simplemente habrá que pesar las cosas al vacío, sin aire alrededor.

De todas formas, si no te ha quedado muy claro imagina que fueras a pesar la paja y el plomo bajo el auga, directamente no podrías. Aquí la paja flotaría ya que el empuje sería mucho mayor debido a que la densidad del agua es superior a la del aire.