Bitácora de Física y Química

 La imagen situada encima de esta línea es algo más que eso. Es un pequeña aplicación Flash en la que es posible arrastrar los elctrones situados a la derecha hacia las “habitaciones” (niveles de energía) de un hotel muy particular: el Quantum Hotel.

La distribución del Quantum Hotel es bastante singular. Su primera planta sólo tiene una habitación, que su dueño (un tipo bastante excéntrico) ha decidido identificar como “s”. La habitación (de reducidas dimensiones) admite como máximo dos huéspedes (electrones). Los niveles siguientes tienen habitaciones “p”, que admiten un número máximo de seis huéspedes o electrones ; las ”d” un máximo de diez electrones y las f un máximo de catorce electrones.

El  orden de llenado de las habitaciones tampoco es muy lógico, como corresponde a la personalidad del dueño. Para recordarlo el director del hotel ha elaborado un diagrama (diagrama de Möeller) que se puede ver en la imagen.

El juego consiste en ir “alojando” electrones siguiendo las normas que se dan.

Una vez alojados los electrones se puede resumir la distribución escribiendo algo tal como: 1s² 2s² p³,  lo que indica que en la habitación “s” de la primera planta hay dos electrones y en la segunda planta hay dos electrones en la habitación “s” y tres en la “p”.

Como se puede ver lo que se pretende es introducir la estructura electrónica de los átomos de forma amena. Puede ser útil en 3º de ESO. La experiencia demuestra que tiene éxito, así que si alguien quiere probar puede encontrar la aplicación (a tamaño natural) en FisQuiWeb

http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/atomo/hotel.htm

El libro, cuya portada puede verse más arriba, acaba de salir. Su autor, Miguel Ángel Queiruga, es docente, y eso se nota, ya que si algo tiene de sobresaliente ¡Física sí! es su lenguaje didáctico, la manera sencilla, aunque no exenta de rigor, en la que se presentan las cosas.

Yo creo que no es un libro dirigido a profesores. El propio autor confiesa en el prólogo que va dirigido a sus alumnos y a “todas aquellas personas que deseen iniciarse en la física”. Los conceptos expuestos son elementales, básicos, desprovistos de cualquier tratamiento matemático, pero imprescindibles.

Leer el libro es hacer un rápido paseo por los contenidos fundamentales de la física: el método científico y el proceso de medida, el movimiento, las fuerzas, presión y fuerzas en fluidos, la energía, ondas… etc. No obstante, el  paseo es la mar de agradable ya que el enfoque y la discusión de los conceptos está desprovista de ese tono tan típico de los libros de texto empeñados en definir y pontificar sobre las cosas. Va al corazón, a lo que interesa; los conceptos parecen surgir de la observación del mundo y de las cosas y sirven para explicar los fenómenos que podemos ver a diario. ¿No es esto Física?

Plenamente de acuerdo con el planteamiento y la filosofía de fondo. Desde mi punto de vista ese es el camino: meter a los estudiantes en el laboratorio y sacar la asignatura del aula. O lo que es lo mismo: enseñemos Física y Química (para lo cual la experimentación y el trabajo práctico es algo esencial, irrenunciable) a la vez que demostramos que la ciencia tiene mucho que ver con lo cotidiano.

Es bastante complicado contestar a la pregunta que se plantea en el encabezamiento. Y es que el 10 de octubre de 1582 para algunas personas ¡nunca existió!

Gregorio XIII publicó el 24 de febrero de 1582 la bula Inter Gravissimas en la que se establecía que al jueves 4 de octubre de 1582, le sucedería el viernes 15 de octubre de 1582. A  partir de entonces el mundo adoptaría un nuevo calendario (que tomó el nombre del pontífice: calendario gregoriano) en sustitución del vigente hasta entonces, instaurado por Julio César en el año 46 a. C (calendario juliano). Y es que el asunto de contar con cierta exactitud el tiempo era importante para la Iglesia Católica, ya que la fiesta de Pascua se había establecido que debería tener lugar el primer domingo, después de la primera luna llena, tras el equinocio de primavera (el equinocio tiene lugar cuando el Sol está en determinado punto de su órbita llamado “primer punto de Aries”) . La determinación de la fecha en que tiene lugar dicho equinocio es, por tanto, fundamental. Pues bien, en el año 325 el equinocio había tenido lugar el 21 de marzo. En los 1257 años transcurridos desde entonces se había visto que el equinocio había ido atrasándose paulatinamente y en ese año debería celebrarse el 11 de marzo, con diez días de retraso. La razón estaba en que el Sol no invierte 365,25 días en recorrer su órbita sino casi doce minutos menos (exactamente 365,242189074 días).

El calendario gregoriano fijo la duración del año en 365,2425 días y, para corregir el atraso acumulado, suprimió los diez días comprendidos entre el 4 y el 15 de octubre.

Aun con la corrección introducida seguiremos acumulando un retraso de unos 26 segundos por año lo que obligará (dentro de 33.000 años) a suprimir un día (una solución sería dejar en 365 días el siguiente bisiesto)

La implantación del calendario gregoriano no se hizo en toda Europa de forma inmediata. En Inglaterra, por ejemplo, no se adoptó hasta 1752, de ahí que exista cierta ambigüedad en la fecha del nacimiento de Isacc Newton: el 25 de diciembre de 1642, según el calendario juliano vigente entonces en Inglaterra, o el 4 de enero de 1643 según el calendario gregoriano.

El señor que aparece a la izquierda es Carl Sagan uno de los mejores en el mundo de la divulgación científica. Su serie para televisión, Cosmos, emocionó a muchas personas (incluido quien esto escribe) hace ya bastantes años.

La foto de la derecha fue tomada por la sonda Voyager  desde 6 000 millones de kilómetros de la Tierra, y nuestro planeta es el diminuto punto que aparece en el centro del círculo. Las franjas son debidas al reflejo de la tenue luz solar en la propia sonda. Somos un punto azul pálido en la inmensidad del cosmos, pero dejemos que sea el propio Carl Sagan quien nos comente la foto,  todo un regalo:

“Dentro de un milenio nuestra época se recordará como el tiempo en que nos alejamos por primera vez de la Tierra y la contemplamos desde más allá del último de los planetas, como un punto azul pálido casi perdido en un inmenso mar de estrellas.”

Carl Sagan

Dedicado a los participantes en la cumbre de Copenhague 

Estamos a las puertas de las vacaciones de Navidad, y a muy pocos días de cerrar el Año Internacional de la Astronomía. Pues bien, el último número de la colección Temas (el nº 58) de Investigación y Ciencia, está dedicado a Galileo. Es un excelente número dividido en tres bloques:

Una nueva concepción del mundo, dedicado a comentar la importancia que Galileo y su obra tuvieron en la transformación de la ciencia medieval en la ciencia moderna.

El firmamento y el telescopio, centrado en la historia del telescopio, las observaciones realizadas con el cannocchiale, y la descripción del sector, intrumento inventado por Galileo.

Galileo y sus jueces, donde se comenta el famoso juicio de Galileo, sus implicaciones, los motivos que desencadenaron su condena y un artículo dedicado a comparar los procesos de Galileo y Giordano Bruno.

Una buena lectura para estas vacaciones, no cabe duda.

 NOTA: en la web oficial del Año Internacional de la Astronomía se puede leer un excelente noticia: ¡es posible consultar vía web toda la obra de Galileo Galilei!

Más información

2009, el año dedicado a la Astronomía, se nos va. ¿Qué quedará dentro de unos años? ¿Se habrá logrado que cuando miremos al cielo veamos algo más que puntos luminosos?

Además de los astros este año de recordatorio ha tenido una estrella incuestionable: Galileo Galilei… y es que el pisano da para mucho: catalejo, lunas girando alrededor de Jupiter, amores con Marina Gamba, peleas con los jesuítas y, sobre todo, el ominoso juicio y la increíble condena: “Eres sospechoso de haber mantenido y creído que el Sol es el centro del mundo y que no se mueve de oriente a occidente y que la Tierra se mueve y no es el centro del mundo…”

Kepler, sin embargo, ha tenido una atención bastante escasa. El Año Internacional de la Astronomía se extinguirá y casi todo el mundo sabrá que 2009 fue elegido como tal porque 400 años antes, en 1609, Galileo realizó sus famosas observaciones con su no menos famoso telescopio, pero pocos sabrán que ese mismo año Johannes Kepler, entonces matemático del Sacro Imperio Romano Germánico, publicó un libro (Astronomía Nova) en el que se recogían dos de las tres leyes (leyes de Kepler) que aún hoy día se siguen estudiando y gracias a las cuales se calculan las órbitas de los planetas, se ponen en órbita satélites o se predice la aparición de los cometas.

Kepler tuvo una infancia desgraciada, se crió en el seno de una familia que hoy día calificaríamos de desestructurada, casi no asistió a la escuela hasta los once años y padeció todas las enfermedades imaginables: miopía, visión doble, fiebres, viruela, llagas que se infectaban constantemente, sarna, problemas de estómago y vesícula…

Paradójicamente él consideraba que el gran descubrimiento de su vida fue el atisbar el patrón seguido por el Creador para construir el Universo: no era casual ni el número de planetas (entonces sólo se conocían seis) ni sus distancias al Sol. Sus órbitas estaban contenidas en esferas circunscritas a los cinco sólidos perfectos (cubo, tetraedro, octaedro, dodecaedro e icosaedro) que se disponían unos encajados dentro de los otros.

De Kepler tal vez podríamos decir que es el último de los astrónomos medievales (sus obras están repletas de conceptos de astrología, numerología, consideraciones sobre la armonía de las esferas y conclusiones místico-religiosas), pero su genio le llevó a sustituir los círculos perfectos (admitidos unánimemente durante 2000 años) por elipses recorridas con velocidad desigual por los planetas. Fue el golpe de gracia a la astronomía medieval, aunque sería Newton quien “subido a hombros de gigantes” (Copérnico, Galileo, Kepler…) podría ver lo suficientemente lejos y claro como para abandonar unas tinieblas que Kepler contribuyó a disipar. Rindámosle, pues, un merecido homenaje, aunque sea a finales del Año de la Astronomía.

NOTA: La web oficial del Año Internacional de la Astronomía rinde homenaje a  Kepler y su obra esta semana.

Más información:

Biografía de Kepler en FisQuiWeb

El jueves, 10 de diciembre, se entregan en Estocolmo (Suecia) los Premios Nobel del año 2009.

El Premio Nobel de Química ha sido concedido en esta edición a Ada E. Yonath, Thomas A. Steitz y Venkatraman Ramakrishnan (de izquierda a derecha en la foto) “por la detallada descripción de los ribosomas, los orgánulos en los que se sintetizan las proteínas”. Los ribosomas leen la información del ARN mensajero y, en función de esa información, fabrican proteínas. Los científicos se refieren a este proceso como la traducción. Es durante este proceso de traducción cuando la información ADN/ARN se convierte en proteínas, cuando la vida alcanza toda su complejidad.

Ada Yonath, al final de la década de 1970, intentó generar estructuras cristalográficas de rayos X de los ribosomas. En este momento la mayoría de las personas consideraban que esto era imposible. En la cristalografía de rayos X, los científicos hacen incidir rayos X en un cristal de, por ejemplo, una proteína. Cuando los rayos golpean los átomos del cristal son dispersados registrándose el resultado de esa dispersión. Anteriormente esto se lograba mediante una película fotográfica que era impresionada por los rayos X. Hoy en día se utilizan detectores CCD, los mismos que pueden encontrarse en las cámaras digitales (y que han sido objeto del Nobel de Física 2009). Analizando el patrón de dispersión obtenido los científicos pueden determinar cómo están colocados los átomos en una proteína.

Para que esto funcione el cristal tiene que ser casi perfecto, las moléculas deben de formar un patrón preciso que se repita una y otra vez. Obtener cristales de alta calidad de una proteína puede ser una tarea complicada, y cuanto más compleja sea la proteína, más difícil es la tarea.

A principios de la década de 1990 los cristales producidos por Ada Yonath tenían ya la calidad suficiente. El patrón de puntos negros tenía el detalle suficiente para poder determinar la ubicación de los átomos en el cristal. Sin embargo, aún había que salvar un obstáculo considerable. El “problema de la fase”, común en la cristalografía de rayos X.

Fue Thomas Steitz, quien finalmente resolvió el problema.

Las estructuras cristalinas de la subunidad pequeña de los ribosomas obtenidas por Venkatraman Ramakrishnan han sido cruciales para la comprensión de cómo los ribosomas logran realizar la traduccion sin apenas errorres. Venkatraman identificó algo que podría ser descrito como un “comprobador molecular”. Usando el comprobador dos veces, el ribosoma realiza un doble chequeo de que todo es correcto. De este modo se garantiza que los errores se producen sólo una vez por cada 100 000 aminoácidos.

Los laureados con el Premio Nobel de Química 2009 han hecho posible la comprensión de cómo a nivel atómico la naturaleza puede transformar algo tan simple como un código de cuatro letras en algo tan complicado como la vida misma, justamente lo que James Watson predijo en 1964. Y la investigación, impulsada por la curiosidad, puede también, como tantas veces se ha demostrado, tener aplicaciones prácticas. Esta vez resulta útil en la búsqueda de nuevos antibióticos.

Más información:

Fundación Nobel

FisQuiWeb

El Premio Nobel de Física 2009 ha sido concedido a Charles Kuen Kao (1933. China) por un lado y a Willard Sterling Boyle (1924. Canadá) y George Elwood Smith (1930. USA) por otro (de izquierda a derecha en la foto).

Kao está considerado como el padre de la fibra óptica ya que fue él quien resolvió los principales problemas planteados para que un rayo de luz, introducido en el interior de una fibra de vidrio, pudiera ser utilizado para la transmisión de datos a largas distancias.

En la segunda mitad de los años sesenta se sabía que, debido al fenómeno de la reflexión total, un rayo de luz podía quedar “atrapado” en el interior de un cable de vidrio, pero después de sólo veinte metros de recorrido sólo un 1% de la luz permanecía en el interior de la fibra. Las pérdidas eran enormes.

Kao estudió el fenómeno y llegó a la conclusión de que las imperfecciones del vidrio eran la causa principal. Era necesario obtener vidrio de una pureza y transperencia desconocida hasta entonces para lograr que la transmisión mediante rayos de luz fuera posible. Se utilizó sílice como materia prima (en lugar de cuarzo) y se rediseñaron los procedimientos químicos. El resultado fue la obtención de un nuevo vidrio: fuerte, ligero y flexible en el cual la luz se propaga con pocas pérdidas. Hoy en día innumerables datos fluyen a través de una red de fibra de vidrio cuya longitud se estima en más de mil millones de kilómetros, longitud suficiente para rodear nuestro planeta más de 25 000 veces, aunque esto es sólo el principio.

 Willard Boyle y George Smith son los inventores del sensor digital de imágenes conocido con las siglas CCD (Charge Coupled Device) que ha permitido el desarrollo de la fotografía digital arrinconando las películas fotográficas como medio para almacener las imágenes.

El CCD es, a grandes rasgos, una simple placa de silicio que contiene millones de fotocélulas sensibles a la luz. Cuando sobre estas fotocélulas incide la luz se produce la emisión de electrones (efecto fotoeléctrico) que se acumulan en las propias fotocélulas. A mayor cantidad de luz, más electrones son liberados.  A continuación los electrones contenidos en la matriz formada por las fotocélulas pueden ser extraídos y leídos ordenadamente para ser convertidos en una sucesión de ceros y unos que reconvertidos en píxeles recomponen nuevamente la imagen

La sensibilidad del CCD ha hecho posible la obtención de las espectaculares imágenes que el Hubble envía a la Tierra. También en el mundo de lo muy pequeño es útil: la obtención de las imágenes de los ribosomas (las “fábricas” de proteínas de los organismos vivos) obtenidas mediante dispersión de rayos X (que han sido galardonadas con el Premio Nobel de Química de este año) se han podido obtener mediante el empleo de sensores CCD.

Mas información:

Fundación Nobel

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(Foto: La Nueva España)

Amador Menéndez Velázquez (Amador para nosotros) está de plena actualidad. La semana pasada supimos que había ganado el Premio Europeo de Divulgación Científica por su obra Una revolución en miniatura. Nanotecnología y disciplinas convergentes, que habrá  que leer con atención, porque si hay alguien con capacidad sobrada para explicar las cosas más complicadas de manera sencilla y atractiva es él. De eso sabemos bastante en el Suanzes, ya que pudimos disfrutar de un par de conferencias suyas, precisamente sobre este mismo tema. Hoy mismo Amador vuelve a los periódicos, y es que en el suplemento Siglo XXI de La Nueva España le dedican un par de páginas completas (ver referencia al final del post) en las que pasa revista a los últimos avances en nanotecnología. Además nos cuenta de qué van sus investigaciones (¡nada menos que en el MIT!): está tras una pintura fotovoltaica capaz de captar la radiación infrarroja de la luz solar. Dicha pintura aplicada a los cristales de las ventanas convertiría a éstas en paneles solares integrados en la estructura del edificio, baratos y no dependientes de que el día sea soleado o no, de que sea de noche o de día. La radiación infrarroja (que no es captada por el ojo humano) llega a la Tierra también en los día nublados o por la noche. ¡Fantástico!

Como estamos seguros del éxito, desde esta bitácora le mandamos un afectuoso saludo y los mejores ánimos para seguir adelante.

Artículo de La Nueva España

No es que sean unos objetivos muy ortodoxos (ningún inspector los daría de paso) pero, en mi opinión, es algo que hay que intentar en nuestras clases:

• No aburrir, como premisa. Si aburrimos a nuestros alumnos/as no lograremos que nos presten atención, condición indispensable para que nosotros podamos enseñar y ellos/as aprender, aunque con esto sólo no basta.
• Despertar interés. Si logramos que lo que hacemos despierte el interés tendremos una gran parte del camino andado. Si te interesa algo, procuras saber más de ello. De eso se trata.
• Sorprender. Aunque no siempre sea posible el aderezar de vez en cuando nuestras clases con alguna cosa sorprendente no viene mal. Tampoco se trata de hacer grandes cosas.

Conseguiremos ésto siguiendo rígidamente un libro (”para mañana los ejercicios 4,5,6 y 7″) o enseñando Física o Química en un encerado. Seguro que no. ¿Por qué no ensayar otros métodos?