Hoy, día de Navidad, es un buen día para recordar a Isaac Newton.
Lo primero que llama la atención es que en unas biografías se asegura que nació el 25 de diciembre de 1642, mientras que en otras se afirma que la fecha de nacimiento fue el 4 de enero de 1643. La confusión proviene de que en aquella época convivían dos calendarios: uno el calendario juliano, instaurado el 46 aJC por Julio Cesar y otro el calendario gregoriano, instaurado por el papa Gregorio XIII en 1582. Este último no fue aplicado en Inglaterra hasta 1752. Entre ambos calendarios había una diferencia de diez días.
La revista Investigación y Cienciadedica el número 50 de sus temas a Isacc Newton y su obra. Una cuidada y documentada publicación que no es conveniente que se pierda nadie que tenga algún interés por el genio inglés. Un buen regalo para los Reyes Magos.
El tema, inevitablemente, surgió en la clase de 1º de bachillerato al estudiar la dinámica de sistemas no inerciales (aquellos que tienen aceleración). ¿Qué ocurre en el interior de un ascensor que acelera hacia arriba o hacia abajo?. Echemos un vistazo al dibujo. En él aparece una mujer de pie sobre una balanza y el ascensor tiene una aceleración “a” hacia arriba. Las fuerzas que actúan sobre la mujer son dos: la fuerza de gravedad o peso (P = mg) y la fuerza que la balanza ejerce sobre ella (N). Ésta, según el principio de acción y reaccíón, será exactamente igual a la que la chica ejerce sobre la balanza. Por tanto, la balanza indicará el valor de N. Aplicando la segunda ley llegamos a la ecuación N-P= ma y despejando: N = m (g+a)
Si analizamos esta ecuación podemos explicarnos las sensaciones que tenemos en el interior de un ascensor:
Cuando acelera hacia arriba la fuerza que ejercemos sobre la balanza,N, será mayor que el peso, ya que la aceleración del ascensor se suma a la de la gravedad. O lo que es lo mismo, el efecto de la aceleración hacia arriba ¡equivale a un aumento del campo gravitatorio!
Cuando se mueva con v =cte (a =0) la acción ejercida sobre la balanza es igual al peso (mg). Esta es la situación “normal”. La balanza marca nuestro peso. Observar que esto sucede tanto si el escensor está parado como si se mueve con v=cte (reposo y mivimiento rectilíneo y uniforme son físicamente indistinguibles).
Cuando acelera hacia abajo (”a” es ahora negativa) el valor de la fuerza que marca la balanza es menor que el peso. El efecto de la aceleración equivale ahora a ¡una disminución del campo gravitatorio!
Profundicemos en este último supuesto. ¿Qué ocurrirá si el ascensor acelera hacia abajo con una aceleración igual a “g”?. En este caso la fuerza que ejerceríamos sobre la balanza sería N = m(g-g). Es decir nula. Estamos en estado de ingravidez. Por tanto, un objeto situado en el interior de un sistema lanzado al aire (sometido únicamente a la acción de la gravedad), estará en restado de ingravidez. Las fotos muestran una nuez en el interior de un recipiente de plástico que ha sido lanzado al aire. Las fotos se consiguieron (después de múltiples intentos) usando la opción de “disparo a ráfaga” que tiene la cámara.
¿Poco emocionante?. Desde luego una opción con bastante más adrenalina es participar en uno de los vuelos parabólicos de la ESA (Agencia Espacial Europea).
Esquema adaptado del realizado por Pablo Gutiérrez para El Mundo (ver enlaces)
Tres veces al año (marzo, junio y octubre) un airbús A-300, especialmente equipado, despega del aeropuerto Bordeaux-Mérignac en Burdeos (Francia). No es un vuelo cualquiera. Los pasajeros van a vivir una experiencia única: “sentir” cómo es la vida en ausencia de gravedad.
El airbús asciende hasta los 6.000 m. De repente, comienza a “picar” hacia arriba. En pocos segundos el avión adquiere un ángulo de casi 500 y pone sus motores a la máxima potencia. Debido a la aceleración hacia arriba (ver ejemplo del ascensor) los pasajeros ven incrementado su peso hasta casi el doble (1,8 g, zona rosa del esquema) “te cuesta levantar un brazo y notas como las mejillas se te escurren hacia abajo”. Cuando el aparato alcanza los 7.600 m los motores cesan su empuje. El avión y sus pasajeros quedan entonces sometidos únicamente a la acción de la fuerza de gravedad (ascensor en caída libre). Comienza un periodo de ingravidez (zona verde) que dura unos 20 s hasta que hacia la mitad de la rama descendente de la parábola los motores vuelven a conectarse a su máxima potencia para frenar la caída (aceleración hacia arriba). Bruscamente se pasa a aceleración 1,8 g hasta que el avión recupera la horizontalidad y vuelve a describir una nueva parábola. Así hasta 31 en cada vuelo. Durante los cortos intervalos de ingravidez los equipos de estudiantes que viajan en su interior pueden realizar experimentos en ausencia de gravedad
Reportaje de Olalla Cernuda para El Mundo. Olalla (periodista) participó en uno de estos vuelos y describe sus impresiones en un excelente reportaje acompañado de vídeos, fotografías y una magnífica infografía (animación en Flash)
En el post anterior (¡Atrévete!, 1-12-2007) se preguntaba qué marcaría un termómetro si se intruduce en una campana de vacío y se extrae el aire. La pregunta no es ninguna tontería y dar con la solución correcta no es nada fácil. Victor, arriesgando, ha dejado un comentario bastante lógico: el termómetro se volvería loco, ya que al no haber aire (materia) no marcaría nada. A mi juicio el razonamiento es muy lógico ya que a todos nos han contado que la temperatura no es más que el nivel medio de energía cinética que tienen las moléculas. Esto es: temperatura alta, velocidad (media) alta de la moléculas. Por tanto si no hay moléculas que se muevan, no hay temperatura.
Revisemos con calma el experimento. ¿No hay moléculas?. Yo diría que sí. El vacío logrado con la bomba no va a ser perfecto (he calculado que podría llegar a unos 65 mm de mercurio), pero aun en el caso de que fuera perfecto ¿no hay moléculas que puedan vibrar en el interior de la campana?. Pues sí, el termómetro está hecho de materia y no olvidemos que en realidad lo que marca el termómetro es su propia temperatura (que se iguala con la del medio).
Dicho lo anterior pasemos a los hechos. Como cabecera se ha colocado una secuencia de fotografías de lo que se ha observado: al principio la temperatura del termómetro baja de forma rápida, pero llega sólo hasta unos 16,5 0C. A partir de ahí, sorprendentemente, la temperatura comienza a subir hasta que se iguala a la temperatura ambiente (18,7 0C).
La explicación puede ser esta: al principio al extraer el aire, desciende la temperatura (menos moléculas golpearán el termómetro), pero llega un momento en que la temperatura del interior comienza a ascender ya que sigue llegando calor desde el exterior y ahora el flujo de aire extraído es mucho más débil. Esto favorece que se alcance el equilibrio térmico.
El calor llegaría al termómetro aunque no hubiera nada de aire en el interior de la campana, pues el calor (que no es más que una forma de radiación) se transmite aunque no haya materia. Así llega hasta nosotros el calor y la luz del sol atravesando el vacío interestelar. Recordemos que “luz” y “calor” son palabras con las que denominamos a las ondas electromagnéticas de determinada longitud de onda (entre 400 y 700 nm para la luz visible y más de 700 nm para las radiaciones infrarrojas). El termómetro situado en el interior de la campana debe, por tanto, estar en equilibrio térmico con el exterior. Eso es lo que se observa.
El experimento es bien sencillo: se mete un termómetro (para evitar el contacto con el suelo se suspende pegándolo con cinta adhesiva a la parte superior de la campana) en una campana de vacío y se comienza a extraer el aire (ver foto).
¿Qué sucederá? ¿Qué marcará el termómetro?
Se admiten sugerencias, proposiciones, teorías y explicaciones varias.
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