Hechos científicos, logicos y matematicos que quizás no conocías

La ciencia es humana, se torna inhumana cuando se usa para fines malvados. Las ciencias buscan descubrir verdades objetivas y verificables. Verdades que no tienen por qué ser fijas, que pueden cambiar a lo largo del tiempo con la llegada de nuevos descubrimientos que conduzcan a mejores explicaciones. El medio para lograr tales descubrimientos se conoce como método científico, el cual consiste de una serie de pasos: Observación, planteamiento del problema, investigación, hipótesis, comprobación de la hipótesis, análisis de los resultados y tesis.

Dejo esta frase para la reflexión:

“Quien sueñe con una fuente de energía a partir de las transformaciones de los núcleos atómicos está delirando” dicha nada más y nada menos que por Lord Rutherford, en 1934, o mejor conocido como el padre de la física nuclear.

hoy en día se logra transformar la energía producida a través de la fisión nuclear (separación del núcleo atómico) en energía eléctrica, y aún más, la aguja del futuro apunta hacia la fusión nuclear (unión de átomos ligeros), aquel proceso que ocurre en el núcleo de nuestro Sol, a temperaturas y presiones enormes, así que poéticamente y literalmente estaríamos, en un futuro no muy lejano (siendo optimista), extrayendo energía de una “estrella” construida por nosotros mismos.

¿De dónde sale 9,81 m/sde la gravedad?

Gravedad divertida
ME ENCANTA LA GRAVEDAD. tomada de tumblr

Esta es la conocidísima aceleración de la gravedad en la Tierra, que varía con la altura desde la superficie de la Tierra, haciéndose menor a mayores altitudes. Pues se deduce:

Donde G  es la constante de gravitación universal, m1, m2, dos masas, r la distancia entre ellas y la flechita es el vector que apunta desde una masa a la otra que describe la atracción entre cualesquiera dos cuerpos en el Universo.

Así que la próxima vez que lo rechacen diga que muchos cuerpos se sienten atraídos hacia usted. 😛

Imagínese que desaparece el Sol, en ese caso la luz NO desaparecería al instante, ya que el Sol se encuentra a 149.6 millones de kilómetros de la Tierra, y por supuesto esta distancia varía, porque la órbita de la Tierra no es circular, sino que es muy ligeramente elíptica. Pero la luz viaja en el vacio a una velocidad finita 299.792.458 m/s  y es una constante en el vacío. Esta velocidad cambia al cambiar el medio por el cual se transmite. Por lo que tarda 8 minutos 19 segundos en llegar a nuestros ojos (y en realidad muchísimo más). F=m a Que es la segunda Ley de Newton (La sumatoria de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es igual a la masa por la aceleración del mismo).

Consideremos que la aceleración es igual a g (a=g), la aceleración de la gravedad. EntoncesFormula de aceleración de la gravedad

Dividiendo por m que es la masa de la particula x, siempre que esta sea mucho menor que la masa que está creando lo que se conoce como el campo gravitatorio, ya que si no es así entonces esta afecta a la masa que está creando el campo (la Tierra), como por ejemplo la Luna que tiene una masa considerable. Formula para sacar la masa de gravitación universal Ahora si suponemos que M es la masa de la Tierra y r radio de la misma tenemos. Formula pata hallar la gravedad se introducen los valores en una calculadora y como resultado se obtiene:formula completa de la ley de gravitacion universal Donde se simplificaron las unidades y se usó que [Newton ]=[ masa][ aceleración ]=kgm ya que usualmente se usan las unidades del Sistema Internacional (metros, kilogramos y segundos). La aceleración de la gravedad en la Luna es aproximadamente un sexto de la de la Tierra (gl=1,635 ms2 )

Bastante fácil, ¿no?

¿De dónde proviene la corriente eléctrica?

¿Qué es la conservación de la energía?

“La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma”

Frase de Antoine Lavoisier, creador de los alquimistas modernos, y quien murió en la guillotina.

Piensa por un momento

  • ¿De dónde proviene esa energía que ahora mismo te permite leer esto?.
  • ¿Por qué se usan cables para transmitirla? y ¿Por qué son de cobre?
  • ¿Por qué el cobre y no otro?

    Como se transmite la energía
    conservación de la energía

El cable de cobre se usa porque tiene la resistencia eléctrica más baja, por lo cual la intensidad de la corriente aumenta según la Ley de Ohm I =VR, así a menor denominador mayor es la fracción (1/2 es mayor que 1/3), y también el costo. Esto permite mayor conductividad (capacidad de una sustancia para dejar pasar la corriente eléctrica). Pero a dónde se conectan esos cables. Pues después de un largo recorrido en la red de suministro eléctrico (torres de alta tensión, transformadores, postes, etc) llegamos a la central generadora. Hay de distintos tipos, como la hidroeléctrica, la termoeléctrica y aquellas de las llamadas energías limpias o renovables, como la eólica, la solar, etc. Miremos más de cerca la hidroeléctrica. Como su nombre lo indica se trata de aprovechar la “energía del agua” para transformarla en energía eléctrica. La energía que tiene el agua es la potencial gravitacional. Y qué es eso. Cuando sueltas una pelota esta cae y gana energía cinética (un medio de la masa por la rapidez al cuadrado), pero como la energía se conserva tiene que ser que se pierde algún otro tipo de energía. En este caso se pierde la energía potencial gravitacional (que es en su forma simplificada masa por g (9,81) por altura). Pero lo mismo que pierde en energía potencial gravitacional lo gana en energía cinética.

Es bastante curioso cuando pelota rebota a una altura menor que aquella a la cual la soltaste. Si la pelota se queda rebotando por toda la eternidad, se dice que la colisión con el suelo es elástica, pero una cosa así, por supuesto, no existe, al igual que el movimiento perpetuo.

Eso ocurre porque la pelota no choca elásticamente, sino que pierde cierta energía cinética, pero se la pasa al medio (las moléculas en el piso, a través del sonido que genera el choque, etc). Bueno, en la central lo que pasa es que aprovechan esta energía potencial del agua para hacerla pasar a través de un canal, donde se transforma en energía cinética (el canal es como un tobogán para el agua), pero todo ese caudal choca contra una turbina que tiene como unas paletas y está amarrada a un eje que le permite rotar (como un ventilador), y gracias a la complejidad de un generador la energía potencial gravitacional se ha transformado en energía eléctrica. Y es más, literalmente podemos decir que viene de la Tierra, ya que esa agua no estaría a esa altura sino hubiese sido por los movimientos de la placas tectónicas. Y si vamos todavía más allá diremos que viene de la explosión misma del Universo, ya que nada estaría aquí sino hubiese sido por un comienzo.

El diamante no es más que la “mariposa del grafito”

Diamante y carbonoEl diamante y el grafito son en esencia lo mismo, carbono. Ambas son formas alotrópicas del carbono. El grafito tiene una estructura como de capas, conocida como estructura laminar. Estas capas se asemejan a las paredes interiores de un panal de abejas (hexágonos), solo que planas. Las fuerzas de interacción entre los átomos de una capa son fuertes, pero las fuerzas entre capas son débiles, por lo cual es usado como lubricante industrial. Mientras que los átomos de carbono en el diamante se ordenan en lo que se conoce como una red cúbica. El diamante destaca por su dureza, por lo cual lidera la escala de Mohs, que mide la dureza de los minerales. Sometido a muy altas presiones y temperaturas el grafito se transforma en diamante.

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El átomo: ¿Cómo se constituye?

Todos los átomos están formados por pequeñas partículas. Muchos habrán escuchado de los electrones, protones y neutrones. Los neutrones no presentan carga eléctrica como su nombre lo indica, mientras que el electrón (negativa) y el protón (positiva) presentan cargas de igual magnitud pero opuestas en su signo. El neutrón es apenas un poquito más macizo que el protón, pero el protón es aproximadamente 1836 veces más macizo que el electrón. Los electrones se organizan en conchas alrededor del núcleo, y este último contiene a los neutrones y protones. Esas conchas se conocen como niveles de energía, y su número varía de átomo a átomo.

Modelo atómico del carbono

El modelo atómico

El modelo de Rutherford del átomo no era correcto porque los electrones al girar alrededor del núcleo tendrían que perder energía y finalmente eso los llevaría a colapsar con el núcleo. Fue Niels Bohr quien sugirió que los electrones al girar en una misma “órbita” no perderían ni ganarían energía. Pero según la Ley de Coulomb a menor distancia entre las cargas eléctricas puntuales mayor es la fuerza entre ellas donde q1 y q2 son las cargas y r es la distancia entre ellas. La k es la constante de Coulomb), y como en el núcleo están muy cercanos entre sí los protones, tendría que haber una fuerza que evitara que se alejaran unos de otros. Aquí entra Yukawa (japonés) y dice que se debe a la Fuerza Nuclear Fuerte, que actúa en partículas subatómicas y a corta distancia, la que mantiene al núcleo en su lugar.

¿Qué son los quarks?

Los protones y electrones están constituidos a su vez por partículas más pequeñas llamadas quarks. El protón está constituido por dos quarks u y un quark d. Los quarks u tiene carga de + 2/3 donde e es la magnitud de la carga del electrón ( 1,602 x 10−19   ) y  el quark de una carga de -1/3 e si sumamos la carga de los quark nos da la e la carga del proton.

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 ¿Cómo se constituye la materia?

 

Leptones Quarks
Electrón

Neutrino Electronico

Arriba Abajo
Muón  Neutrino Muónico Encantado Extraño
Tauón  Neutrino Tauónico   Cima Fondo

Los bosones intermedios son: el fotón, el gluón, el gravitón y los vectoriales. Responsables de las fuerzas electromagnética, fuerza nuclear fuerte, la gravedad y la fuerza nuclear débil, respectivamente.

El número atómico (Z) determina el número de protones que tiene un átomo. Un átomo que tiene el mismo Z que otro pero diferente número de neutrones

se le conoce como isótopo. Por ejemplo el carbono-14 es un isótopo del carbono, ya que presenta dos neutrones más que este (8).

¿De dónde viene el carbono?

El carbono o el átomo de la vida, se formó gracias a un proceso conocido como proceso triple alfa ( ααα ). Una vieja estrella que ha quemado casi todo su hidrógeno y lo ha transformado en helio a través de la fusión nuclear, casi toda la estrella ahora es helio. Este proceso tiene lugar en el núcleo o corazón de una estrella. Cada núcleo de helio tiene dos protones (Z=2) y dos neutrones, pero a la inmensa temperatura de la estrella, superior al millón de grados Celsius, los núcleos de helio se fusionan y se vuelven berilio (Z=4), cuando hay suficiente berilio este se comienza a combinar con el helio, dando como resultado carbono (Z=6). Bueno y en la explosión de la estrella (supernova) se esparce este carbono por el Universo.

Lo de triple alfa viene de que una partícula alfa es una de helio (2 protones y dos neutrones).

Para que se usa la datación por carbono-14

  El carbono-14 se encuentra de forma natural en nuestra atmósfera. Las plantas lo respiran, luego pasa a los vegetarianos a través de su dieta y así a lo largo de la cadena alimenticia. Este isótopo tiene una vida media de 5730 años, lo que significa que después de transcurrido ese período de tiempo la mitad del carbono catorce en una muestra decae (se reduce a la mitad). Como los animales dejan de tomar carbono-14 al morir los arqueólogos lo pueden usar el atrapado como una especie de reloj para saber por cuanto ha estado muerto el animal. Dicho método se conoce como datación por carbono-14 y fue propuesto por Williard Libby en 1949. Los científicos lo que hacen es determinar la cantidad de carbono-14 que había en ciertas épocas en la atmósfera terrestre para poder compararlas con la de la muestra, esto lo logran a través de otros métodos.datacion por carbono 14

¿Son posible los viajes en el tiempo?

¿Qué hay con la radioactividad?

Este símbolo es llamado el “trébol radioactivo” y representa los tres tipos de radiación que salen del interior de un átomo (alfa, beta y gamma).

Consiste en un fenómeno natural en el cual surgen partículas del núcleo de muchos elementos. Hoy sabemos que existe gracias a Pierre Curie, Marie Curie, Henri Becquerel, entre otros grandes científicos.La radioactividad y marie curie

La desintegración alfa: consiste en que de un núcleo atómico padre se libera una partícula alfa (ya mencionada) formada en el mismo, pero para salir debe superar la fuerza nuclear fuerte, que es muy intensa. Esto lo hace por efecto túnel (casi magia).

En la desintegración beta a un neutrón le da por librarse de un electrón y un antineutrino para convertirse en un protón. Pero también puede ocurrir que al protón le dé por ser neutrón, y para hacerlo “se quita” un positrón y un neutrino. Haga las analogías sexuales correspondientes. 😳 En este proceso no interviene la fuerza nuclear fuerte, sino la fuerza nuclear débil. Esta fuerza actúa a una distancia aún más corta, pero como su nombre lo indica es casi mil veces más débil.

La radiactividad gamma es la otra forma de radiación. Llamada así porque es una onda que se encuentra en el espectro de la radiación electromagnética donde están los rayos gamma (con longitud de onda de 10−14 )

Las partículas alfa logran penetrar unos pocos milímetros en la materia y arranca electrones de los átomos y moléculas de la materia que atraviesa. En caso extremo puede causar cáncer si la intensidad es la adecuada. Los electrones (positrones) que se liberan de la radiación beta penetran mucho más. Pero no son muy dañinos, aunque si logran llegar al material genético pueden ocasionar mutaciones. Por otro lado también la radioactividad ha encontrado atacar ciertos tipos de cáncer, detectar varias enfermedades, entre muchas otras aplicaciones.

“El cosmos en la palma de la mano” de Manuel Lozano Leyva.

¿Qué ocurre si dejas caer una hoja de papel en la Luna?

lanzar 2 objeto en la luna

El 2 de agosto de 1971 en la Luna David Scott dejó caer simultáneamente un martillo y una pluma. ¿Cuál llegó a tocar la tierra lunar antes? Pues lo que ocurrió es que llegaron al mismo tiempo. Y esto se debe a que en la ausencia de la resistencia del aire todos los cuerpos que se encuentren en un mismo lugar caen con la misma aceleración. Imagínese un árbol en la Luna, sus hojas caerían como manzanas.

Visto matemáticamente:

La ecuación que describe la posición de una partícula en una dimensión con aceleración constante, supongamos el eje y para la partícula, es: yf = yi +V i t + ½ atdonde los subíndices f e i hacen referencia a final e inicial, y a la posición en el eje y, V a velocidad, a a aceleración y t al tiempo transcurrido desde el comienzo del movimiento. Por lo que la variación de la altura es Δy=V i t + 1 atdonde el triangulito (delta) hace referencia a la altura final menos la altura inicial. En nuestra situación los dos cuerpos se dejan caer desde una misma altura, por lo cual Vi es cero. Así que ∆ y½ at2  Y como mencionamos la aceleración (a) es constante, por lo cual es igual para ambos cuerpos. Como delta y es la altura a la cual se encuentran los cuerpos, desde el suelo hasta donde David los subió, es la misma para la pluma y el martillo, despejamos de la ecuación el tiempo y claramente es igual para ambos cuerpos.

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¿Einstein versus Newton?

Eintein Vs Newton

Como dijimos al comienzo, todo en la ciencia está sujeto al cambio. Por ejemplo, cómo no, vamos a nombrar al más célebre científico del siglo XX, Albert Einstein. Aquel de la fórmula que parecen conocer la mayoría de las personas ( E=mc2 ). Newton no explicaba por qué esta fuerza entre los planetas era de largo alcance, se decía que era una fuerza a distancia e instantánea, pero no dijimos casi al comienzo que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz en el vacío. Es así. Entonces ¿qué causa esa fuerza?. Pues es lo que se conoce actualmente como deformación del espacio-tiempo, ya que Einstein se imaginó que tenía que ser así, de forma que la Tierra órbita alrededor del Sol por causa de la deformación en el espacio-tiempo causada por este. Si el Sol desaparece también desaparece la fuerza, pero como nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz en el vacío pues este jalón tampoco podrá hacerlo, así que tardaríamos en darnos cuenta los mismos 8 minutos y 19 segundos dichos. Y lo que es más, la deformación de una estrella desvía la luz que pasa por esta, pero la luz se dice está constituida por fotones, partículas raras sin masa, o sea que no necesariamente hace falta la masa para que sienta el jalón provocado por estrella. Einstein derrocó a Isaac Newton con su Teoría de la Relatividad General. Ambos fueron genios, pero uno lo vio de una forma distinta al otro.

Por Alejandro Guevara

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Hechos científicos, logicos y matematicos que quizás no conocías
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Estudiante de medicina de la Universidad de Los Andes. Apasionado por la ciencia y el marketing digital. Fundador de Procrastina Fácil.

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