por Ixai Salvo Borda | Dic 2, 2016 | Artículos, ReCiencia |
Llevemos nuestras miradas de vuelta al norte del mundo. Pasemos una vez más el paralelo 69 y permitámonos volver a soñar con Auroras Boreales, expediciones de conquistas y descubrimientos, glaciares, osos polares y… que nadie diga pingüinos. Así como en la Antártida no hay osos polares, en el ártico no hay pingüinos. Pasemos sobre Oslo mientras sobrevolamos los bosques noruegos y encaminemos nuestro destino, siguiendo esa eterna y sinuosa costa, hasta llegar, como una vez al mes, a nuestra tan querida ciudad boreal, la París ártica. Una vez allí, fijémonos en esos intrépidos investigadores que ya navegan por las aguas del fiordo rumbo a mar abierto. Como breve inciso, decir que la sensación de surcar un fiordo es bastante curiosa. La primera impresión es la de ir navegando por un río muy ancho. Esta se debe, y tarda mucho en desaparecer, a las montañas, que cual talud, rodean el fiordo a ambos lados. Una vez salvada esta impresión, uno se tiene que hacerse a la idea de que ya estamos en el mar, y que aunque sea pequeño, el oleaje hace que el barco se mueva. Más de un marinero de agua dulce (también conocido como turista cuñao) se ha mareado a pesar de haber jurado minutos antes “pues yo he navegado mucho y nunca me mareo”. (más…)
por Marc Nadal Ferret | Nov 17, 2016 | Artículos, ReCiencia |
Es común escuchar que el calor seco es más llevadero porque no se suda. Nada como Twitter para tomar el pulso a la sociedad y comprobar hasta qué punto es una idea extendida. Con la búsqueda del texto seco + “no sudas” se obtiene un titipuchal de resultados, algunos de los cuales mostramos a continuación:
Si yo fuera un buen divulgador, debería promulgar la reflexión entre los lectores y lectoras, y hacer desarrollar su razonamiento e intuición para ver hasta qué punto vuestras ideas preconcebidas chocan con la realidad y se aprehende un nuevo concepto. Pero como yo soy un divulgador muy de andar por casa, hago el spoiler y os doy ya la respuesta Trivial Pursuit, así acabamos antes: no es verdad aquello de que con el calor seco no se suda. Sí que se suda, ¡ya lo creo! Os doy mi palabra. Si os lo preguntan u os dicen que no se lo creen, podéis justificarlo diciendo que lo habéis leído por ahí, en un estudio. Si citáis a Cultural Resuena, mejor. Ahora ya podéis dejar el artículo y hacer cosas más provechosas como ver fotos de gatos o participar en discusiones sobre la termorregulación y el sudor en Forocoches (en el hilo Cómo es la vida en Murcia hay usuarios que afirman sin rubor alguno que con el calor seco no sudas). Pero por si alguien quiere saber un poco más del tema, vamos a intentar explicarlo.
La primera respuesta a la pregunta por qué sudamos es: porque tenemos glándulas sudoríparas. Puede parecer una perogrullada, pero conviene recordarlo para no dar una causa final o teleológica, algo a lo que la ciencia, empírica como es, no debería recurrir mucho. Lo que sí podemos sostener con suficiente seguridad es que el filtrado de la evolución ha premiado la sudoración de las personas como mecanismo termorregulador. ¿Qué significa esto? Nuestro cuerpo está siempre a unos 36ºC más o menos. Afuera podemos estar a bajo cero o a 45 grados, pero nuestra temperatura corporal apenas cambia. Esto sucede porque nuestro cuerpo reacciona ante las diferencias de temperatura con el exterior generando calor o liberándolo.
Vayamos por partes. No sé si todo el mundo tiene clara la diferencia entre calor y temperatura, por ello vamos a hacer una explicación sucinta. La temperatura está relacionada con la energía cinética (de movimiento) media de las moléculas de un sistema (así, no tiene sentido hablar de la temperatura de una sola molécula), tal como se ilustra en la Figura 1.
Figura 1: Simulación de los movimientos de las moléculas de un gas en dos recipientes cerrados. Ambos contienen la misma cantidad de moléculas del mismo gas, pero a temperaturas diferentes. Algunas moléculas se han coloreado para facilitar su seguimiento. El promedio de velocidades es mayor en el recipiente de la derecha, y por lo tanto el gas está a mayor temperatura.
Cuando cuerpos de diferente temperatura entran en contacto se produce una transferencia de energía que denominamos calor (ver Figura 2). El calor es extensivo, es decir, depende del tamaño del sistema, mientras que la temperatura no: es intensiva. Una olla de 5 litros a 90ºC estará a la misma temperatura que una olla de 1 litro a 90ºC, pero la primera necesitará absorber más calor para llegar a la misma temperatura. Los intercambios de calor repercuten en los sistemas provocando cambios de temperatura. Una de las consecuencias que puede experimentar un sistema cuando se le aplica calor es que aumente su temperatura, y si pierde calor, que baje.
Figura 2: Proceso de transferencia de calor entre dos cuerpos a diferentes temperaturas. Al principio (izquierda), el objeto A está a más temperatura que el objeto B, y por lo tanto sus moléculas se agitarán más rápidamente. Al entrar en contacto (centro), los choques entre las moléculas de ambos cuerpos producen una redistribución de la energía: las moléculas de A empujan las moléculas de B, que empiezan a moverse más rápido a costa de las de A, que pierden velocidad. El proceso llega a un equilibrio cuando el promedio de velocidades es el mismo en ambos cuerpos (derecha). En ese momento las temperaturas son iguales, y decimos que se ha producido una transferencia de calor del cuerpo más caliente al más frío.
Las personas, mediante el metabolismo, convertimos la energía química de los alimentos en energía calorífica, lo cuál nos hace subir la temperatura. La intuición ya nos dice que en invierno necesitamos comer más que en verano. Ahora bien, ¿cómo bajamos la temperatura? Necesitamos perder calor pero, ¿cómo lo conseguimos?
Hemos dicho que los cambios de calor repercuten en cambios de temperatura. ¿Siempre? Bien, eso es cierto en un mismo estado de la materia. En el hielo, aplicamos calor y aumenta la temperatura: eso es válido también para el agua y para el vapor. Pero cuando cambiamos de estado de la materia, hay un intercambio de calor en el cambio de fase. Si tenemos un cubito de hielo a -5ºC y lo calentamos, su temperatura subirá. Cuando llegue a 0ºC, empezará a fundirse y ahí su temperatura no variará. Es decir, todo el calor que apliquemos no se destinará a aumentar la temperatura, sino a romper la estructura del hielo para formar agua. Tendremos una combinación de hielo y agua, todo en equilibrio a 0ºC, combinación que cambiará a favor del agua o el hielo según si el sistema gana o pierde calor. El calor necesario para fundir el hielo (o para cambiar de estado en general) se llama calor latente. De igual modo, si tenemos agua líquida a 0ºC y le quitamos calor, su estructura cambiará y se congelará. Una vez se haya congelado el agua, si sigue perdiendo calor su temperatura empezará a bajar.
Si calentamos agua líquida, su temperatura subirá hasta los 100ºC, y entonces el calor se destinará a evaporar el agua. De igual modo, si el vapor pierde calor, se condensará antes de enfriarse. Ahora situémonos en un lugar cálido y seco. Lérida, un mediodía de agosto. La temperatura exterior es superior a los 36ºC, y nuestro cuerpo tiene que estar a 36ºC. Nuestro cuerpo emite sudor (agua líquida). Para que el sudor se convierta en vapor, necesitará robar calor a nuestro cuerpo (el calor latente). Este calor que perdemos con la evaporación del sudor permite mantener nuestro cuerpo a 36ºC, aun cuando al exterior estamos a más temperatura. Si salimos de la piscina notamos más frío por eso: porque se está evaporando el agua de nuestra piel, y ello nos roba calor.
Pero el aire es una solución con varios gases, y llega un punto en el que no admite más gases. Si echamos azúcar a un vaso de agua y agitamos, el azúcar se disolverá. Pero llegará un punto en el que la solución se saturará y no admitirá más azúcar: entonces el azúcar precipitará al fondo del vaso. Análogamente, el aire admite un máximo de vapor de agua disuelto, a partir del cual ya no se puede evaporar más agua. Si la humedad es alta, sudamos porque necesitamos perder calor, pero el sudor no se evapora, con lo cual nuestro mecanismo de enfriamiento pierde eficacia. De ahí que se diga, con razón, que las temperaturas altas se sufren peor con humedad. No porque sudemos, sino porque sudamos y no conseguimos que se evapore el sudor.
Podemos intentar mejorar la eficiencia de la regulación térmica del cuerpo con un simple aparato. Venga, que lo sabéis. Se llama ventilador. A medida que el sudor se evapora, aumenta la humedad en las capas de aire que nos envuelven, reduciendo así la eficacia del mecanismo de enfriamiento. El ventilador no modifica la temperatura del aire, pero sí permite dispersar rápidamente la humedad que nos envuelve. Eso permite que el sudor se evapore más rápidamente y notamos frescor: es el calor latente que perdemos. Si no, prueben de encender un ventilador en Lérida, o en Los Monegros, donde el aire ya es seco. No sirve para mucho, ya que el aire admite suficiente vapor de agua sin necesidad de renovar las capas de aire de nuestro alrededor.
Si esta explicación os ha convencido, mala señal. Porque hay algo que no cuadra: si la temperatura de ebullición del agua son 100ºC, ¿por qué hay evaporación a temperatuaras inferiores a esa? Me gustaría que, si alguien me sabe dar una explicación, la proponga en los comentarios. Si no, queda pendiente para el siguiente artículo.
por Álvaro González García | Nov 3, 2016 | Artículos, ReCiencia |
La segunda ley de la termodinámica penaliza el incremento de energía mientras favorece un incremento de entropía. El fascinante concepto de entropía ha sido largamente ligado al desorden, pero ambos términos no necesariamente van cogidos de la mano. De la definición de entropía y de cómo ésta se maximiza (de forma a veces contra-intuitiva), hablaremos en otra ocasión.
El estado de mínima energía determina en muchas ocasiones nuestro entorno. El agua fluye de las montañas al mar, el polvo sedimenta en nuestros muebles, la materia se descomponen. De la misma manera, la geometría que el agua adquiere en contacto con distintas superficies responde al principio de energía mínima.
Cuando llueve, las gotas de agua adquieren su forma tan particular sobre las hojas dado que tienden minimizar su energía. Las hojas de las plantas tienden a repeler el agua (decimos que son “hidrofóbicas”): las raíces son las encargadas de absorber el gua del suelo, y las hojas realizan otras funciones. Por esta razón, las gotas minimizan su contacto con las hojas formando quasi-esferas de agua. La forma de media-luna que podemos ver en la línea de contacto del agua en el vaso responde, asimismo, al principio de mínima energía.
De manera similar, cuando creamos una pompa de jabón, la forma esférica responde al principio de mínima energía. Contrario al agua de lluvia, el agua en este caso contiene “surfactantes”, palabra que proviene del inglés surfactant, que a su vez proviene de “Surface Active Agent”. No es más que una palabra bonita para denotar, en este caso, a las moléculas que forman el jabón. En español, estas moléculas también son denotadas como tensioactivos, y les dan a las pompas las tonalidades rosadas que las gotas de agua exhiben. Una de estas “moléculas de jabón” tiene una masa 20 veces superior a la de una molécula de agua.
Izquierda: Un componente típico del jabón (esterato de sodio) comparado con una molécula de agua. Derecha: Modelo simplificado de surfactante (i.e., cómo un físico ve una molécula), con la parte hidrofóbica en blanco y la hidrofílica en rojo.
Estos surfactantes contienen una parte que es atraída por el agua y otra que se siente repelida por ella (llamadas, respectivamente, parte hidrofílica y parte hidrofóbica). Por esta razón, tan pronto como creamos un pompa de jabón, los surfactantes se agrupan en la superficie de la burbuja, de forma que se puedan agrupar cuantas más, mejor. En esta agrupación, la parte hidrofílica de las moléculas apunta hacia afuera de la superficie de la burbuja. La forma que permite más surfactantes en la superficie en contacto con el aire es la esfera, por tanto es la forma en la que la burbuja adopta para que la parte hidrofóbica los tensioactivos minimice el contacto con el agua. Debido una diferencia de concentración entre las moléculas en la superficie y dentro de la burbuja (tanto de agua como de jabón), se crea una fuerza sobre la superficie de la burbuja, que actúa en contra de cualquier deformación que intente modelar la forma esférica. Esta fuerza se denomina tensión superficial.
¿Es esta toda la físico-química detrás de las pompas de jabón? ¿Dónde ha quedado la coquetería burbujil prometida en el titulo?
Pese a su relativamente gran tamaño (comparado al menos con las moléculas constituyentes del agua), los surfactantes no están completamente fijos en la superficie de la burbuja. Como toda molécula, se mueven debido simplemente a la existencia de la temperatura. Esto es lo que se conoce como agitación térmica: cuanta más alta es la temperatura, más se mueven las moléculas. Es por esto que el agua se evapora cuando la calentamos: las moléculas están suficientemente agitadas para escapar a la atmósfera. De esta forma, aunque estrechamente encajados en la superficie que separa el aire del agua, los surfactantes se mueven.
Tres burbujas coquetas, exhibiendo sus llamativos tonos rosas debido a la presencia de surfactantes.
Lo que apreciamos en nuestra escala como un objeto de forma definida, es realmente un objeto cuya forma a nivel microscópico depende del preciso instante en el que se observe. Nuestra limitada percepción es suficiente para entender la causa macroscópica del equilibrio. Sin embargo, para un liliputiense de tamaño molecular, el suelo que pisa sobre la superficie de la burbuja es en absoluto estable.
Captura de pantalla de una simulación de las fluctuaciones térmicas de una interface agua-aire con surfactantes. La parte roja de las moléculas tiene afinidad por el compuesto azul, mientras que la parte blanca la tiene por el compuesto rojo. Imagen editada desde el vídeo Interfacial thermal fluctuations in presence of surfactants.
En promedio temporal, la burbuja es relativamente estable. En nuestra escala, también. Para un observador con un tiempo de vida más corto y mucho más pequeño, la estabilidad de la burbuja resulta algo difícil de creer.
La burbuja coqueta transmite en sus diferentes escalas de tiempo y longitud un mensaje aterrador para el cosmofanático: el equilibrio dependen de la vara temporal y longitudinal usada. La burbuja nos invita así a reflexionar sobre el tamaño del ser humano en el universo y su estabilidad tal y como la entendemos. En términos cosmológicos, la formación de la Tierra ocurrió hace poco, muy poco tiempo. Una montaña no es más que una gota que emerge y desaparece del suelo, vista en escala geológica.
Sabemos que los planetas giran alrededor del Sol en una danza de equilibrio y armonía. Sin embargo, esta danza está sujeta a la danza mucho mayor de las galaxias entre sí. Un observador con un tiempo de vida inimaginable para el ser humano verá cómo Andrómeda y la Vía Láctea danzan entre sí, percibiendo que la armonía planetaria de la que creemos formar parte nos es más que un estado de transición, llamado a desparecer tal y como las pompas de jabón desaparecen al (poco) tiempo de ser formadas (para tener un idea de cómo esta colisión entre galaxias podría ser, ver vídeo aquí).
Puestas fuera de contexto, las palabras del sabio Evaristo establecen la posición del ser humano en el universo a la que la burbuja nos ha llevado: “No somos nada”.
por Ixai Salvo Borda | Oct 27, 2016 | Artículos, ReCiencia |
¡Izad las velas! ¡Tensad las gavias! ¡Cuidado con el cabrestante! ¡Fijad ese cabo! ¡Elevar la mesana! Viento al corte y…. no, nada de eso se escucha en puerto cuando estamos listos para zarpar. No obstante la emoción es la misma que sentían los bravos exploradores árticos cuando partían en sus expediciones. Sí se escucha cómo se sueltan los largos cabos, “grosor nivel Bilbao” (esto es, como puños) me señala Svein, el jefe de arrastre (que una vez estuvo en la capital del mundo y ahora es un experto en el tema). Uno podría pensar que alguien gritaría “Izad el ancla” pero estos barcos modernos no la usan en puerto (no tiene sentido si te fijan a tierra los cabos como puños). Además, no tiene sentido gritar nada, todo se hace mediante mímica y… radios, ya que el tamaño de la nave, los ruidos de los diferentes motores y la salud vocal de los marineros no compensan elevar la voz. Hay que tener en cuenta también que para el tamaño que tiene, 63 metros de eslora (de largo) por 13 metros de manga (de ancho), la tripulación es bastante reducida, hacen muchas cosas a la vez y en el momento de zarpar cada uno tiene una tarea concreta. Además, el capitán, el segundo de a bordo y el ingeniero jefe, las 3 autoridades del barco, se encuentran el puente, a 12 metros sobre el nivel del mar, protegidos por sendas mamparas. El resto de los 8 tripulantes de guardia, ya que hay 5 de descanso (los turnos duran 6 horas y si toca descansar, se descansa, aún en puerto), tienen sus tareas asignadas y con precisión preparan todo lo necesario. (más…)
por Álvaro González García | Oct 20, 2016 | Artículos, Libros, Literatura, ReCiencia |
“Dije al almendro: «Hermano, háblame de Dios».
Y el almendro floreció.”
-Nikos Kazantzakis*, en “Informe al greco”.
El controvertido autor heleno de la afamada novela Zorbas el griego (adaptada al cine por Michael Cacoyannis en 1964) transmite su experiencia existencial-espiritual en su testamento literario, Informe al Greco. Veterano de vivir, embarrado de emociones y sucio de realidades, este soldado nos deja en su autobiografía más de una lección que el hombre de ciencias, lamentablemente muchas veces alejado de la estética, debería apreciar. (más…)
