Que se dilate el tiempo... ¡O la barca!

Una de las películas de ciencia ficción que, a mi gusto, me resulta de las más entretenidas que he visto, ha sido la de “Piratas del Caribe: la perla negra”. Esta película es la primera de una trilogía, repleta de éxito en todas las carteleras.
Supongo que sea bien conocida por todo el mundo, pues tuvo mucho eco, tanto por la trama como por el excelente reparto del que dispone.
Para los que no la hayan visto, la introduciré de manera breve y a continuación intentaré sacarle todo el jugo físico que pueda a una de las escenas que ha captado de manera especial mi atención.
Al principio de la película, se ve como la niña Elizabeth Swann (Keira Knightley) navega junto a su padre, Weatherby Swann (Jonathan Price) y el Comodoro Norrington (Jack Davenport) rumbo a Port Royal. En el trayecto, descubren una serie de barcos destrozados, como si una terrible batalla hubiera sucedido. La niña descubre a un chico en el agua y hace que lo suban a bordo, éste lleva consigo un collar propio de los piratas. Pasan los años y el chico, llamado Will Turner (Orlando Bloom) trabaja para el padre de Elizabeth, el gobernador, como herrero. Está claro que entre Will y Elizabeth existe atracción.
Todo transcurre apaciblemente, hasta que aparece en Port Royal un pirata llamado Jack Sparrow (Johnny Deep), el cual se hace llamar “Capitán Jack Sparrow”.
En un momento dado, Elizabeth cae desde las alturas al agua, Jack se tira al agua para salvarla, y a partir de este momento Jack se convierte en su salvador. Sin embargo, es un pirata, y los generales intentan atraparlo, pero éste huye. Se produce una reyerta, en la cual Sparrow es “cogido” por el herrero.
Durante esa noche, en la cual Jack permanece en el calabozo, llegaba al puerto el navío “La Perla Negra” tripulada por el Capitán Barbosa (Geoffrey Rush). Éste junto a su tripulación, se lleva a la señorita Elizabeth.
Will Turner, indignado porque nadie hace nada por buscarla, pide ayuda a Jack, y he aquí donde entra mi especial interés por la siguiente escena.
Jack es sacado del calabozo por el herrero, y decide hacerse con un enorme navío, llegando hasta él a través de una barca (es una pena no haber encontrado un vídeo donde poder observarlo directamente, si algún día lo encuentro, lo expondré aquí mismo), el procedimiento es el siguiente.

Escondidos, para que nadie pueda alertarse por su presencia, se meten dentro de una pequeña barca de tamaño medio puesta boca abajo, la cual está en la orilla del mar. Se puede apreciar claramente, que el alto de la misma supera escasamente las rodillas de los tripulantes que pasan por delante de ella, por lo que no medirá de alto más de 1 m. aproximadamente. Entonces, como si del hombre goma se tratara, levantan la barca unos 15 cm. y comienzan a caminar con pasos muy cortos hacia la dirección del mar. Imposible que esto suceda, al no ser que, como bien hemos dicho, sean tan elásticos como para considerarlos de goma, porque realmente no comprendo cómo y en qué disposición pueden encontrarse sus cuerpos en el interior de la barca.
A continuación, con la barca en esa disposición, y con las cabezas, evidentemente, dentro del volumen que alberga la barca, se introducen en el fondo del mar hasta llegar al navío. ¡Caminan por el fondo del mar como si tal cosa! Lo primero que os preguntaréis será: ¿Cómo es posible que dicho volumen de barca albergue aire, en vez de llenarse de agua? La respuesta es sencilla. Imaginemos un caldero dado la vuelta, es decir, con el “culo” mirando hacia arriba y el resto hacia abajo. Si nosotros introducimos este caldero en esta disposición y de manera vertical en el agua, veremos que se forma una especie de burbuja de aire, la cual alberga todo el volumen del caldero. Esto ocurre debido a que el aire contenido en el mismo antes de sumergirlo en agua, tiende a ascender al introducirlo en el líquido, debido a que su densidad es menor. Y como el “culo” del caldero le impide salir, pues se queda ahí retenido, ocupando el máximo espacio posible.
Sin embargo, a esto le añadimos otro problema, será por problemas. ¿Cómo es posible que la barca permanezca hundida en el agua y no tienda a flotar, tanto por el material del que se compone, como por la burbuja de aire formada en su interior?
Sabemos, que según el “Principio de Arquímedes”, todo cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza ascensional igual al peso del fluido desplazado.
Así pues, las fuerzas que actúan sobre un cuerpo sumergido total o parcialmente en el seno de un líquido, son:

E = ρl Vld g = mld g --> Empuje
F = mb g --> Peso de la barca

donde:
ρl: densidad del líquido(agua) = 1kg/l
Vld: Volumen del líquido desalojado
mld: Masa del volumen del líquido desalojado
mb: masa de la barca
g: aceleración de la gravedad

A estas dos podemos añadirle la fuerza viscosa:
Fv=-kηv, donde Fv=0 debido a que consideramos que la velocidad vertical con la que se mueve la barca es v=0. Por tanto, desechamos esta fuerza.

Para que no haya movimiento vertical, es decir, que el cuerpo, la barca en este caso, se mantenga sumergido en el agua, ha de ocurrir lo siguiente:

E – F = 0

Para que esto ocurra, evidentemente, la fuerza del peso de la barca ha de ser mayor o igual a la ejercida por el empuje.
Hagamos unos cuantos cálculos para comprobar cuál ha de ser el empuje para que sucede lo que ocurre en la película.
Supongamos que dentro del volumen de aire caben unas 4 personas de unos 85 kg. Cada uno. A esta cantidad, le podemos añadir, unos 20 kg. en tanto que entran otras cuantas cosas más. La masa total sería de unos 360 kg. aproximadamente.
Así pues, nuestro empuje sería de unos 360g N

E1= mld g = 360g N

Si el empuje es tal cantidad, el peso ha de ser el mismo o superior para que la barca no flote, es decir:

F = E = 360g N

Pero, ¿Cómo es esto posible?
Lo único que se me ocurre, es que lleven consigo una especie de contrapesos, de tal manera que no les sea permitido ascender. Sin embargo, en la película se puede apreciar, que se meten en el agua sin ningún tipo de contrapeso, sólo con sus propias vestimentas y la barca, nada más, así pues, queda descartada esta opción. Empezamos a violar las leyes de la física...

Si suponemos que el volumen albergado en el interior de la barca, donde son capaces de respirar, es igual al producto de la densidad del agua por la masa del volumen del líquido desalojado, es decir que:

V= ρl mld
V1= 1kg/l 360 kg = 360 l aire

Determinaremos el tiempo que podría aguantar respirando 1 persona en esta situación, sabiendo que la velocidad de inspiración de una persona es de 17 x 0,5 l/s.

t1= V/v1 = 360 l /(17 x 0,5 l/s) = 42,3 s

Si lo hacemos para 2 personas, la velocidad de inspiración, será el doble, por lo que el tiempo se reducirá a la mitad:

t2= V/v2 = 360 l/(2x17x0,5 l/s)= 20,6 s

Como podemos observar, se trata de tiempos muy pequeños, demasiado pequeños con el tiempo que debería transcurrir de manera lógica.

Haciendo una aproximación de lo que ocurriría en la realidad, pongamos que han de recorrer una distancia d = 150 m para llegar al navío, y que la velocidad a la que van es de v = 0,15 m/s. Echando cuentas el tiempo que tardarían en llegar a su destino sería de unos 1000 s, o lo que es lo mismo, 16 min.

Si ahora calculamos el valor real del volumen ocupado por el aire, veremos que el resultado nos sale muy superior al calculado anteriormente. Hagámoslo para 2 personas:

V2 = v x t = 2 x 17 x 0,5 l/s x 1000 s = 17000 l

Indudablemente, para que esto se cumpliera, la capacidad de la barca habría de ser mucho mayor, es decir, la barca tendría que tener unas dimensiones mucho más grandes que la observada en la película.

Para observar la diferencia, también podemos hacerlo a través de los empujes.

E1 = 360 g N
E2 = mld g = ρl g V2 = 17000 g N

E2/E1 = 48

Efectivamente, el empuje habría de ser mucho mayor para que nuestros protagonistas fueran capaces a andar por el fondo del mar como si nada. Tanto es así que la cifra asciende a casi 50.

A todo esto habría que añadirle la modificación en la velocidad de inspiración, pues en el trayecto, se ponen a hablar entre ellos, lo que la aumenta considerablemente, por lo que el tiempo aún sería menor.
Conclusión: Como no se hagan con otra barca mayor o cambien de plan, difícil lo van a tener para llegar al navío.

Y como bien os imaginaréis, o para los que ya la hayan visto, ya lo sabrán, acaban recuperando a la chica sana y salva.

Bibliografía:

http://www.cineatp.com/peliculas-de-aventura/piratas-del-caribe-la-maldicion-de-la-perla-negra.php
http://docencianacional.tripod.com/primeros_auxilios/anato6.htm
“TIPLER MOSCA” VOLUMEN 1. Mecánica. Oscilaciones y ondas. Termodinámica. Editorial Reverté.
Apuntes de física de 1º

¿Ciencia ficción o realidad?

De la que se estrenó la película “Minority Report”, basada en un relato de unos de los autores más prestigiosos del género “ciencia ficción”, Phillip K. Dick, la tecnología en ella utilizada nos parecía a todos impresionante, imposible, totalmente futurista, vamos, en un presente, de locos. Sin embargo, el gran Steven Spielberg, nos dio a conocer una tecnología no tan futurista como nosotros creíamos, y que, de hecho, poco a poco se va estudiando sobre ello. Hoy en día, únicamente se trata de un prototipo en fase de estudio, no obstante, llegará para quedarse, dicen los más expertos.
Uno de los dispositivos más importantes, que se utiliza en la mencionada película, es la pantalla táctil. Hoy por hoy, mucho sistemas electrónicos utilizan este mecanismo.
Si recordamos la película, el protagonista John Anderton (Tom Cruise), jefe y policía principal de Precime, utiliza a tres “precogs” (Ágatha y sus dos hermanos), los cuales adivinan el futuro, plasmando las imágenes y sonidos que perciben en una serie de pantallas que nuestro protagonista puede manejar. Se pone unos guantes y como si de una pantalla táctil se tratara, distribuye, mueve y analiza las imágenes de manera múltiple. Hoy en día, un sistema de pantalla táctil múltiple no está en el mercado, sin embargo, varios investigadores han desarrollado lo que podrían ser en un futuro, las pantallas táctiles multipunto.
En el siguiente vídeo, podemos observar cómo esta tecnología no nos queda tan lejana, donde la ficción se puede convertir en realidad.



En la película, como bien hemos dicho, John Anderton es el jefe y policía principal de Precrime. Hasta entonces, nada raro ocurre en la película, sin embargo, la trama se desarrolla cuando llega un día a su trabajo y se ve a sí mismo asesinando. Conocía muy bien el procedimiento. Se analizaban las imágenes, se descubría quién era el asesinado y asesinado y se procedía a su retención antes de cometer el crimen, de ahí la palabra Precrime. Pero cuando observa que es él el asesino de un tal L. Crow, no da crédito a lo que ve, y se lo oculta al resto del departamento policial. Este L. Crow, había secuestrado hace unos años a su hijo, y el objetivo del que le había puesto la trampa, “Lamar”, socio y amigo suyo, era el de desatar su ira y hacer que lo matara. ¿Y cuál fue la razón última de que su amigo y socio le tendiera esa trampa? Pues quitárselo del medio, debido a que Ágata había premeditado un asesinato, el de su madre concretamente, y no había sido resuelto, debido a fallos técnicos, por lo que Precime fallaba y se volvería todo al traste.

A continuación, podemos observar en el siguiente vídeo, cómo John se ve envuelto en un asesinato, donde él es el asesino.



Ahora bien, parémonos en este punto. Un observador desde el presente, es capaz de observar su futuro. Como bien sabemos, se trata de una trampa, es decir, en su futuro no alterado, el asesinato no ocurriría. Sin embargo, su presente es alterado al ver su futuro, y al contrario su futuro es alterado desde un presente. Nuestro protagonista ve lo que va a suceder, si lo ve es porque sucede, y como va a suceder es estimulado para que suceda, por lo que el presente se ve modificado por el futuro. También ocurre a la inversa, pues sucede y por ello lo ve. Entonces, ¿Presente, futuro y también podemos añadir a ellos pasado, están vinculados directamente entre ellos? ¿Cómo discernir uno del otro? ¿Cómo es posible que el presente condicione al futuro? Si el presente es la causa y el futuro el efecto, y viceversa. ¿Queda desechado el “Principio de Causalidad”? Nuestro futuro está marcado dentro de una línea del tiempo, donde ocupa un determinado lugar. No es posible que desde el presente modifiquemos el futuro, pues estaríamos introduciéndonos en lo que los científicos denominan “líneas paralelas del tiempo”, un doble yo en distintos puntos de la línea del tiempo pero a la vez en un mismo punto. ¿Algo difícil de explicar, verdad?
Resulta que al observar el futuro, éste es modificado desde un presente, así como su alrededor. Esta modificación depende de la región que observes, no es lo mismo observar una que otra.
Para explicar todo esto, tal vez exista una posibilidad de clarificar un poco nuestras ideas, y nuestro clarificador es el físico John S. Bell.
Bell, postuló el Teorema de Bell, el cual prueba la conexión-correlación entre sistemas no relacionados causalmente. Bell aduce que mientras la separación en el tiempo o en el espacio son "reales" en ciertos contextos, dicha separación es "irreal" o carece de importancia en la mecánica cuántica.
El aspecto no local de la naturaleza puesto al descubierto por el Teorema de Bell, se acomoda a la teoría cuántica por medio del colapso de la función de onda, que es un cambio repentino y global de la función de onda como sistema. Se produce cuando alguna parte del sistema es observada, la función de onda varía instantáneamente, y no sólo en esa región sino en otra muy distante. Este comportamiento es completamente natural en una función que describe probabilidades, puesto que las probabilidades dependen de lo que se conoce como el sistema. He aquí donde no podemos hablar de la física clásica, pues esta se basa en certezas. Si el conocimiento que se tiene del sistema cambia como consecuencia del resultado de una observación, en ese caso la función de probabilidad (la amplitud de la función ondulatoria elevada al cuadrado) deberá cambiar. Refleja el hecho de que las partes del sistema están correlacionadas entre sí y, por lo tanto, un incremento de la información aquí está acompañado por un incremento de la función del sistema en cualquier otra parte.
Por tanto, según esto, puede ser posible que al observar un punto determinado del futuro, éste se modificado en el momento de ser observado y así nuestro protagonista sea capaz de cambiar su propio futuro.
No obstante, vayamos más allá. En la teoría Newtoniana, es decir, en la física clásica, tanto las posiciones, como los tiempos, como las velocidades son absolutos. Sin embargo, hoy en día sabemos que todos estos datos son relativos al sistema de referencia utilizado por el observador. La diferencia de la teoría de Einstein con las leyes del movimiento de Newton está determinada por la velocidad. La masa de un cuerpo es relativa pues es función de la velocidad. Cuando la velocidad de los cuerpos se aproxima a la velocidad de la luz, velocidad límite para Einstein, la masa (relativista) y la energía (cinética) se vuelven cantidades muy grandes, tienden a infinito, mientras que la masa (en reposo) es pequeña, tiende a cero.
En los experimentos donde se ha demostrado la veracidad del Teorema de Bell, paradoja para el grandísimo Einstein, eran emitidos desde una fuente dos corrientes de fotones a velocidades próximas a la de la luz, es decir, v = c = 299.792.458 m/s. En el momento en el que se estudiaba la información referente a una de las dos corrientes, se conocía automáticamente la información de la otra corriente, pues coincidían en posición, velocidad, tiempo. Así pues, únicamente bastante con estudiar una de las emisiones, pues se producía de manera instantánea una transmisión de información.
Einstein pensó durante toda su vida que debían existir variables locales ocultas que explicaran racionalmente la aparente paradoja, sin embargo, como bien hemos dicho, Bell demostró que no se trataba de ninguna variable oculta, sino que mediante la mecánica cuántica era posible transmitir información de un punto a otro de manera instantánea.
Si esta transmisión de información, es energía, la teoría de la relatividad de Einstein, no funciona, pues según la famosa ecuación de Einstein E=mc2, en un punto a una velocidad próxima a la de la luz (v=c), éste valor es constante a pesar de que la masa pueda aumentar. En el otro punto sucederá lo mismo, y ambas energías estarán “separadas” entre sí, cada una con su valor “idéntico”. Si existiera transmisión de información, la energía entre ambos puntos variaría ya que información = energía, y no se cumpliría la Teoría de la relatividad de Einstein. Aunque pueda parecer que cierta energía es la causante de la correlación simultánea del conocimiento, hoy por hoy, en la física, no se conoce una energía que pueda moverse tan rápidamente. Es tal el desconocimiento que hasta algunos científicos hablan de “energía virtual”.
Así pues, ¿Qué es la información? ¿Cómo es posible que se sigan cumpliendo los postulados dictados por Einstein a velocidades cercanas, iguales o incluso superiores a la de la luz? ¿Habrá sido subestimada la física clásica al creer todo tan relativista?

Desde luego, “Minority Report” envuelve una analogía con la física, a través del Teorema de Bell, y da más juego de lo que a simple vista pueda parecer. Está claro que la física nunca va a dejar de sorprendernos, y aquí tenemos un ejemplo.





Bibliografía:
http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid/Rc-42/RC-42.htm
http://www.redcientifica.com/doc/doc200407110600.html
http://www.nodo50.org/ciencia_popular/articulos/Einstein4.htm
http://www.gadgetoweb.com/minority-report-ha-llegado-para-todos/

¡Transpórtame a Hawaii!

¿Verdad que es apasionante pensar que puedes ser transportado de un lugar a otro de manera instantánea? ¿No te gustaría estar ahora mismo en una playa en Hawai, en vez de estar estudiando o recorriendo los centros comerciales como un loco? La verdad, es que sería genial, pero hoy en día, desgraciadamente, físicamente es una cosa imposible, ¡Qué le vamos a hacer¡
Los transportadores, son habitualmente, muy utilizados en las películas de ficción, como por ejemplo en “Star Trek”, donde violan las leyes de la física.

Un transportador, ha de estar formado por un emisor y un receptor. La información que queramos enviar hacia el otro lado, ha de ser analizado y codificado, para que al enviarlo hacia el receptor, éste lo descodifique y reconstruya como materia. Es decir, sería transformar, la materia en energía, y de nuevo en materia. Si pensamos en un átomo, parece sencilla la cuestión, sin embargo, si pensamos en miles y miles de átomos, ya estamos hablando de miles y millones de cosas que habría que analizar, tales como la carga eléctrica, el momento angular, el spin, etc... Todo esto es imposible, o por lo menos, hasta hoy en día, debido principalmente al principio de incertidumbre de Heisenberg, el cual nos dice que es imposible especificar exactamente y en forma simultánea, la posición del electrón y el vector de su momento lineal. Esto se debe a que la simetría azimutal del patrón de ondas estacionarias indica que, para un tiempo dado, el electrón puede encontrarse en cualquier punto de la órbita. En la película “Star Trek”, para salvar este obstáculo, introducen los denominados “compensadores de Heisenberg”, y lo mejor de todo es que para transportarse de un lugar a otro, no necesitan un receptor, se supone que el emisor está programado para poder enviar cualquier tipo de materia hacia cualquier rincón de la galaxia, algo increíble desde luego.
Otro impedimento, sería el error en la descodificación, lo cual podría ser un caos. ¿Qué ocurriría si una persona al ser transportada careciese de un brazo o tuviera un ojo de más? Menuda gracia le iba a hacer al sujeto en cuestión...

A parte del principio de incertidumbre, también se ha de tener en cuenta, las enormes cantidades de energía que harían falta para transformar la materia en energía, y la energía en materia. La respuesta nos la da nuestro amigo Einstein, con su famosa fórmula E=mc2. La fórmula de Einstein nos dice la cantidad equivalente de energí­a de esta masa si se convirtiera repentinamente en energí­a. Para encontrar la energí­a, multiplica la masa por el cuadrado de la velocidad de la luz, este número que es 300.000.000 metros por el segundo (un número muy grande). Nunca se nos ha de olvidar que la energía ni se crea ni se destruye, únicamente se transforma, por lo tanto no podemos obtener energía a partir de “la nada”.

En la película “Charlie y la fábrica de chocolate”, el protagonista Willy Wonka, pretende transportar una enorme tableta de chocolate desde un emisor, hasta un receptor, como si de una televisión se tratara. Una vez que la tableta es transportada, ésta se hace más pequeña, como sucede al transmitir imágenes a través del televisor. Si consideramos que la tableta tiene una masa de unos 1000 kg., la energía que haría falta para transformar la materia en energía, sería de 3 x 1014 J, una cifra que pone los pelos de punta, ¿Verdad?

En el supuesto de que esto sucediese, haría falta transformar la energía en materia, lo cual ha sido demostrado experimentalmente haciendo chocar fotones de luz con electrones superenergéticos. Esto es lo que se supone que ocurrió en el big-bang. Como podemos intuir, la cantidad de energía necesaria para producir materia, ha de ser enorme, ya que los electrones se mueven a una velocidad fraccionaria de la luz, y aún más si son superenergéticos. De hecho, el niño que pone impedimentos a todo, dice, muy acertadamente, que para transportar la tableta de chocolate, harían falta al menos 9 bombas atómicas, ya que a partir del choque de partículas atómicas y subatómicas, generarían grandes cantidades de energía.

Sin embargo, bautiza a su invento como “El televisor de chocolate”, por lo tanto el mecanismo para “transportar” un objeto de un lugar a otro sería como el utilizado normalmente por las televisiones. Si suponemos que la televisión es de carácter analógico, entonces el elemento imprescindible para la formación de imágenes, es el tubo de rayos catódicos.

Los rayos catódicos son corrientes de electrones observados en tubos de vacío, es decir los tubos de cristal que se equipan por lo menos con dos electrodos, un cátodo(electrodo negativo) y un ánodo (electrodo positivo) en una configuración conocida como diodo. Cuando se calienta el cátodo, emite una cierta radiación que viaja hacia el ánodo. Si las paredes internas de vidrio detrás del ánodo están cubiertas con un material fosforescente, brillan intensamente. Una capa de metal colocada entre los electrodos proyecta una sombra en la capa fosforescente. Esto significa que la causa de la emisión de luz son los rayos emitidos por el cátodo al golpear la capa fosforescente. Los rayos viajan hacia el ánodo en línea recta, y continúan más allá de él durante una cierta distancia.
He aquí un dibujo de un tubo de rayos catódicos monocromos:

El primer paso para transmitir imágenes en movimiento a través del televisor, es evidentemente, la captación de las mismas con una cámara. En este proceso, la luz captada por la cámara, es descompuesta en tres colores: rojo, verde y azul.

Estas radiaciones luminosas han de ser transformadas en señales eléctricas, mediante algún tipo de modulación. En este proceso, cada uno de los colores, va a su correspondiente cañón, y mediante el funcionamiento del tubo de rayos catódicos, se produce la imagen.

Los haces de electrones procedentes del cañón electrónico, activan sustancias fosforescentes sobre la pantalla del televisor, dando lugar a puntos brillantes cuyos colores dependen de la intensidad relativa de cada haz. Los campos eléctricos establecidos entre las placas deflectoras del cañón desvían los haces. Estos barren la pantalla siguiendo una línea horizontal, se desvían hacia abajo y barren otra línea. La pantalla entera es barrida cada 1/30 s.

A la vez que se produce este barrido horizontal, se produce uno vertical con una frecuencia de 50 ciclos por segundo. Este proceso, es el causante de que vayan produciéndose unas imágenes tras otras, dejando atrás la anterior.
En la película, existe una imagen en movimiento en el televisor, consistente en un panorama salvaje donde habitan criaturas, aparentemente gorilas. Al “transportar” la tableta de chocolate, la imagen transmitida al televisor es montada sobre la ya existente, lo cual es imposible, debido a que la televisión sólo admite una señal de entrada, ninguna mezcla, la mezcla tendría que ser desde la emisora de televisión.

¿Cómo es posible que la imagen de la tableta aparezca sobre la imagen ya existente? ¿Cómo puede la tableta ser “real” dentro del mecanismo de una televisión, donde el funcionamiento está basado en el flujo de electrones en un tubo de rayos catódicos? ¿Y cómo puede el niño atravesar literalmente la pantalla para obtener la tableta? Desde luego esta última pregunta no tiene explicación, pues si suponemos una televisión analógica, igual da que fuera de otra naturaleza conocida hoy en día por nosotros, no somos capaces de atravesarla, pues está formada por materia. Cuando el niño atraviesa la pantalla, ¿Qué está transformando la materia de su mano en energía, y cuando la saca en materia nuevamente? Nos volveríamos a encontrar con el problema descrito anteriormente. Y si la mano conserva su estado de materia, como hace la tableta de chocolate, ¿Cómo es esto posible? Desconozco si habríamos de meternos en cuestiones de la mecánica cuántica, sin embargo hoy en día, el traspaso de materia a través de materia es físicamente imposible.





Bibliografía:
http://refugioantiaereo.com/2006/08/emc2-la-teoria-de-einstein-explicada
http://www.ciencia-ficcion.com/glosario/t/teletran.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Incertidumbre
http://www.redcientifica.com/doc/doc200105210002.html
http://www.angelfire.com/al2/Comunicaciones/Sistemas/tv22.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_cat%C3%B3dicos

El apasionante mundo de los ferrofluidos

He aquí algunos vídeos de unos materiales tan curiosos como son los ferrofluidos :

¿Verdad que parece cuestión de magia? Pues parece mentira, pero está todo basado en la física. En próximos artículos intentaremos entender de qué se trata y el por qué de su comportamiento tan peculiar.

Indagando sobre el hierro celeste

Es de saber por todas las personas que tengan un ínfimo conocimiento o curiosidad acerca del universo, que éste se conforma en su mayoría de hierro.
Todos los hallazgos científicos, han descubierto que todo el hierro encontrado en nuestro planeta, proviene del espacio exterior, concretamente de estrellas gigantescas.
No solamente el hierro de la Tierra procede del espacio exterior, sino que el que se encuentra en el sistema solar tambíén procede del espacio exterior, porque la temperatura del Sol es insuficiente para la formación de este elemento, siendo ésta solamente de unos cientos millones de grados.
Cuando las estrellas tienen exceso de hierro, estas producen una gran explosión, a raíz de fusionar sus núcleos ligeros en otros más pesados y estables. Como resultado se forman las novas o supernovas. Los meteoros que tienen hierro se esparcen por todo el universo, se esparcen por el vacío y finalmente acaban siendo atraídos por un cuerpo celeste. He aquí el origen del hierro, si es que existe algún origen, pero ésta ya es otra cuestión donde los quebraderos de cabeza podrían ser abismales.
Pues bien, tras haber intentado aclarar un poco de donde viene el hierro, le daremos una denominación más “universal” y llamaremos a este elemento como “hierro celeste”.
Me ha interesado especialmente esta denominación tras haber leído en el libro titulado “Luces del Norte” , cuya adaptación al cine es “La Brújula Dorada”, lo siguiente:

-Yo...-aunque no quería ser cotilla, no podía evitar la curiosidad, por lo que continuó-, yo había pensado que no entiendo pro qué no te haces una armadura con tantos metales como tienes aquí, Iorek Byrnison.
-Porque no me serviría de nada. Mira –indicó, levantando la tapadera del motor con una pata, asomando una zarpa por la otra y cortando la tapadera como si utilizara un abrelatas-. Mi coraza está hecha de hierro celeste, yo mismo la hice. La coraza de un oso es su alma, de la misma manera que tu daimonion es la tuya. ¿Podrías desprenderte de él...-dijo señalando a Pantalaimon- y sustituirlo por una muñeca llena de serrín? En esto estriba la diferencia.
.
Sobraría decir para el que no conozca este libro, que su género es el de la ficción, pues se ve claramente que muchos de los términos a utilizar no existen en la realidad, tales como el de “daimonion”, donde en el libro se trata del compañero fiel que todo ser humano tiene, sin excepción, pues es algo inherente a su persona, tal como para nosotros el comer o beber.

Todas las sustancias metálicas, llevan asociado un campo magnético, pues se trata de sustancias magnéticas o al fin y al cabo de imanes. Si por un instante consideramos que nuestro hierro celeste estuviera recubierto, “desgraciadamente”, de una sustancia denominada magnetita, la cual constituye un imán natural (Fe3O4), el hierro celeste se podrían convertir en un potente imán natural.

A continuación se me ocurre una descabellada idea, intentando formar una analogía con el fantástico descubrimiento del levitrón.
Si todos los osos guerreros, provistos de esta coraza, estuvieran sobre una superficie la cual produjera un intenso campo magnético y de alguna manera, una fuerza externa produjera un movimiento rotatorio sobre las corazas al detectar sobre las mismas exceso de magnetita, los osos estarían suspendidos sobre la superficie y seguramente acabasen con la cabeza mareada y el estómago revuelto. Claro está que la magnetita debería estar en una disposición tal que las líneas del campo magnético tuviera una disposición vertical hacia el norte, claro está. Si suponemos esto, parece evidente que cuidarían muy bien su coraza de oxidaciones y hasta podría verse como algo deshonroso el tener la coraza en precarias condiciones.
Pero claro, ¿De dónde saldría esa fuerza que hiciera girar a los susodichos en cuestión? ¿Afectaría el campo magnético a los protagonistas sin llevar asociado un giro? ¿Cuánto tiempo estarían suspendidos o cómo podrían evitar la suspensión, en caso de poder? Como estas preguntas podríamos hacernos miles y miles de ellas, sin embargo hemos de dejar paso a la ficción, pues parece que carecen de sentido, por lo menos físico.

Para finalizar, me da por pensar en el campo magnético terrestre, el cual tiene una función clave en nuestro día a día.
Para todos interrogantes que nos hemos hecho, supongo que el campo magnético no influyera en él debido a su baja intensidad. No obstante me viene a la cabeza una similitud con nuestro amigo el levitrón.
Es de saber que la expansión del universo viene regida por la famosa Ley de Hubble, la cual establece que todo se aleja de todo en todas direcciones en proporción al cociente entre la distancia y la velocidad de recesión. También dice que esta velocidad de recesión es mayor cuanto mayor es la distancia, basándose en el corrimiento hacia el rojo debido al efecto Doppler.
Después de mencionar todo esto, planteo la siguiente cuestión:
¿No podría tratarse nuestro planeta, así como el resto de cuerpos que girasen sobre sí mismos, una especie de levitrón, donde el campo magnético que actuara sobre ellos procediera de fuentes externas tales como el Sol? Esto al fin y al cabo contribuiría a la expansión, ¿No?
Os invito a pensar sobre ello, aunque a saber dónde se encuentra la respuesta...

Bibliografía:

PHILIP PULLMAN. "Luces del Norte.La Materia Oscura". Círculo de lectores.

http://www.alertatierra.com/TierCamposMagnet.htm

http://www.astromia.com/universo/expansion.htm

Tunel a través de la Tierra

Uno de los temas que, a mi juicio, más juego darán en un futuro, por desgracia, bastante alejado, serán los túneles a través del interior de la Tierra.
Hoy por hoy, parece ser que una partícula puntual que viaje a través de este túnel tendría un movimiento armónico simple, tal como un oscilador armónico. Sin embargo, esta afirmación está bajo el supuesto de que la tierra sea una esfera perfecta, que su densidad sea constante en todo su volumen, que no exista ningún tipo de fuerza de rozamiento en el interior del túnel, que el túnel sea lo suficientemente pequeño como para que la partícula se desplace sin este tipo de fricción, que g sólo varía con r, etc... Como podemos observar, únicamente se trata de un caso ideal, sin embargo, estoy segura de que en un futuro conseguirán hacer algo parecido e incluso cosas que ni somos capaces a imaginarnos.
A continuación, demostraremos que en este caso ideal la partícula, efectivamente se comporta con un m.a.s.
Mediante el teorema de Gauss, calculamos cual es el valor del campo gravitatorio en el interior de la Tierra, es decir:

Φ=g4πr2
Φ= [σ (4/3) πr3]/ε0 =[M (4/3) πr3]/[(4/3) πR3 ε0] = (Mr3)/( ε0R3)

Igualamos ambos términos:

g4πr2 = (Mr3)/( ε0R3) à g=-GMr/R3

siendo r la distancia al centro de la tierra
R el radio de la Tierra
g la intensidad del campo gravitatorio
G la constante gravitatoria à 1/(4π ε0 ) = G
σ la densidad por unidad de volumen à σ = M/[(4/3) πR3]
ε0 una constante de tipo eléctrico
M la masa de la Tierra

Como podemos observar en la expresión de la intensidad de campo gravitatorio, a medida que aumenta r, g aumenta con su signo negativo, y lo contrario ocurre al disminuir la distancia al centro de la Tierra. En el momento en el que r=0, estaremos hablando de ingravidez.
La única fuerza que actuaría sobre la partícula, será la fuerza gravitatoria:

F=mg=G(Mm/R3)r

Así pues, en su movimiento, únicamente horizontal, actuaría sobre ella la componente x de la fuerza citada(Fx). Esta fuerza, la cual se opone al movimiento sería de la siguiente forma:

Fx=-F(x/r)=-G(Mm/R3)x

siendo r la distancia de la partícula al centro de la Tierra
x la componente horizontal de la posición de la partícula
A continuación nos encontramos con la siguiente ecuación diferencial:

m(d2x/dt2)=-GMmx/R3
d2x/dt2+w2x=0

Teniendo en cuenta las siguientes expresiones:

x(t)=Asin(wt+ ø)
v(t)=wAcos(wt+ ø)
a(t)=-w2Asin(wt+ ø)

Nos quedan unas expresiones tal que así:

v(t)= (GMA/R^3w)[cos(wt+ø0)-1] + v0

x(t)= (GMA/R^3w^2)[sin(wt+ø0) + v0t

Sabiendo que T = 2π/w y que GM/R^3= w^2;

T=2π √(R^3/GM) = 2π√(r/g) ≈ 1,4 h.

Como podemos observar la expresión del período de la oscilación va a depender de g. Nosotros hemos supuesto que g dependería únicamente de la posición de la partícula con respecto al centro de la Tierra, sin embargo, si queremos aproximarnos más a lo que es la realidad, esto no es cierto. La cuestión emana de que la densidad en el interior de la Tierra no es constante, puesto que ésta está formada por dos estructuras básicamente, las cuales son, el manto y la corteza terrestre.

La densidad de la corteza es ρc=11.0 g/cm^3 y la del manto ρm=4.437 g/cm^3.
A continuación utilizando nuevamente el teorema de Gauss, pero esta vez integrando a lo largo de r debido a que las densidades no son constantes, llegamos a los siguientes resultados:

Para r menor que rc:

g=19.577 (r/R) m/s2

Para r entre rc y R:

g=1.920(R/r)2+7.898(r/R) m/s2

Observando las expresiones anteriores, podemos deducir que en el manto g aumenta linealmente con el radio, sin embargo en la corteza g tiene un comportamiento distinto. A medida que aumenta r, g va disminuyendo al principio y aumentando al final.

Así pues, vimos en el caso ideal que la partícula se movería con un m.a.s., sin embargo, su período vendría afectado por el valor de g, el cual variaría en función de r. Más adelante, vimos que otro gran impedimento era el haber considerado la densidad constante en todo su volumen, lo cual era erróneo y variaba en función de la estructura interna de la Tierra. Con todos estos datos, podemos deducir que según la posición del túnel en el interior de la Tierra, su período va a ser uno u otro. Así pues, el mito de que una partícula introducida en el interior de la Tierra volvería a su posición inicial pasadas 1,4 horas queda desechado.

Otra cosa bastante curiosa es que si el túnel atraviesa la Tierra, pasando por el centro de la misma, sabiendo que en este punto g=0, el período sería igual a infinito, por lo que la partícula nunca volvería a su posición de origen.

Puesto que la distancia más corta entre dos puntos es la línea recta, o eso se piensa, este mecanismo sería muy útil para moverse entre dos puntos en el mínimo espacio de tiempo. ¿Os imagináis un tren magnético a través de este tipo de túneles?¿Pero qué ocurriría si pasara justo por el centro de la Tierra? ¿Sería posible? Mucho tiempo pasará hasta que estas preguntas puedan ser contestadas. Pero el simple hecho de pensarlo ya pone a uno los pelos de punta...

Bibliografía:
http://bohr.fcu.um.es/miembros/rgm/s+mf/83s+mf.pdf
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/celeste/gravedad1/gravedad1.htm
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/celeste/tunel/tunel.htm

Intentando descifrar al increíble Hombre Antorcha

En la película “Los 4 fantásticos y Silver Surfer” me ha fascinado especialmente uno de los personajes, y como el título bien indica, se trata del Hombre Antorcha.
Lo primero que me llama la atención es el simple de hecho de que posea, dos poderes, aparentemente no relacionados entre ellos. La mujer invisible posee dos poderes al igual que la cosa, no obstante son dos poderes que se pueden compaginar. Sin embargo, el Hombre Antorcha vuela y además controla el fuego, que yo sepa no tiene mucho ver, una cosa es encender fuego y otra que te quemes y vueles. Después, hay un momento de la película en el que se juntan todos para pasar sus poderes el Hombre Antorcha, sin embargo, él no carece de su poder original, en vez de ser repartido entre los demás. A mi juicio, aquí se podría violar el principio físico de Conservación de la Energía.

Pero lo realmente fascinante de todo es que prenda en llamas y no se queme. ¿Cómo puede generarse en su propio cuerpo algo tan increíble como es el fuego y no quemarse? Buena pregunta a la cual no encuentro respuesta alguna, por lo que intentaré decir las razones por las cuales esto no podría ocurrir nunca en la vida real.
Para que se produzca un fuego han de existir una serie de factores, los cuales son:
Combustible, comburente, temperatura y la reacción en cadena para mantener el fuego.
En primer lugar, hablemos del combustible. En el caso del Hombre Antorcha, éste ha de tratarse de su propio cuerpo, especificando, si el calor procede del interior de su propio ser consideraríamos todo lo que es el conjunto, sin embargo, si el fuego se produce de manera superficial hemos de considerar únicamente la piel. En cuanto al comburente, el cual se trata del oxígeno del aire, no tenemos problema, otra cosa sería salir de la Tierra, donde en la película vemos, que acertadamente el Hombre Antorcha se apaga.
La gran incógnita es la temperatura, ¿De dónde sale esa energía de activación a partir de la cual el Hombre Antorcha empieza a ser el Hombre Antorcha? Esto resulta desconcertante, porque en la película podemos ver que se envuelve en llamas en el momento en el que él lo decide, sin tener en cuenta ninguna ley física.
Cuando se ha producido el fuego, por lo general, este fuego puede mantenerse por sí solo, hasta que quede reducido a cenizas. Este efecto se denomina reacción en cadena, donde el fuego es suficientemente intenso, aparecen llamas y se libera mucho calor. Si esto es cierto, ¿No debería la piel del Hombre Antorcha volverse cenizas, eliminando así las 7 capas de piel que posee todo ser humano y llegar al límite de no poder envolverse de nuevo en llamas por la inmediata incineración?
Podría entender en cierto modo, que se volviera cenizas parcial o totalmente y que por el aporte de oxígeno al mismo se volviera de nuevo fuego, por el dicho aquel:

“Donde hay cenizas, el fuego se queda”.

Sin embargo, bien es cierto que a medida que le aportas oxígeno, a la vez le estás transmitiendo frío, es decir, disminución de la energía cinética de las partículas que la forman, lo que me lleva a pensar que para que se produzca el fuego ha de haber una cierta proporcionalidad de aporte entre ambos.
A fin de cuentas, si realmente el Hombre Antorcha quedara incinerado y luego se viera envuelto en llamas, ya no quedaría tan “fashion” como Superhéroe y se le privaría de todo encanto.
Otra de las razones por las cuales, el Hombre Antorcha no puede existir es por las distintas sustancias que desprendería.
En primer lugar desprendería C02, gas incombustible e inoloro, el cual resulta impropio para la respiración, produciendo muerte por asfixia.
A continuación tendríamos el óxido de carbono, el cual encontramos cuando la combustión es incompleta. Es altamente tóxico y muy asfixiante, lo que imposibilitaría el movimiento de la persona. Así pues, el simple hecho de volar o de moverse hacia cualquier lado, mientras la combustión es incompleta sería imposible, al no ser que la combustión fuera completa de manera instantánea.
Otros gases serían desprendidos, altamente tóxicos, lo que sigue imposibilitándonos la existencia de este extraño ser; y por último estaría el humo, de nuevo causa de asfixia.

Otra cosa que me llama realmente la atención es la capacidad que tiene el Hombre Antorcha de volar envuelto en llamas a tan altas velocidades y manteniéndose íntegro. Ni se desintegra, ni se altera su sistema orgánico, ni se ve modificado su metabolismo, ni se apaga debido al enfriamiento que produce la fuerza resistente oponente al movimiento. Es más, ni a medida que se aleja de la Tierra, es decir, cuando más cerca está de la atmósfera, se apaga a pesar de ir a tan altas velocidades, ni se enfría debido a lo citado anteriormente y tampoco disminuyen las llamas debido a la disminución de oxígeno. Para mí, esto realmente es un misterio, que alguien me lo explique si tiene una respuesta argumentativa.

Como curiosidad adicional, también se me pasa por la cabeza qué ocurriría en la película si el pleno vuelo, empezara a llover, hacer fuerte viento o incluso a nevar. Seguramente el Hombre Antorcha seguiría envuelto en llamas, lo cual ya sería un gran enigma que violaría de manera indudable las leyes de la física.

Estas razones y seguramente muchas más, dejan claro el por qué de la no existencia de Superhéroes tales como este, y a fin de cuentas de cualquier Superhéroe, ya que será muy fácil que siempre captemos alguna incoherencia física por la cual no pueden existir, al menos en nuestro mundo.

Bibliografía:
http://www.miliarium.com/monografias/Incendios_Forestales/Inicio_Fuego.asp
http://es.wikipedia.org/wiki/Fuego
http://www.monografias.com/trabajos5/prevfuegos/prevfuegos.shtml