Acabo de volver de Barcelona tras 48 horas realmente intensas. Este miércoles tuve la oportunidad de entrevistar al profesor Walter Lewin y compartir con él algunos momentos divertidísimos. Sus demostraciones de Física en el MIT se han hecho mundialmente famosas y ahora las resume en su libro, "Por amor a la física". Creo que el vídeo que hemos montado David Tesouro y yo resume a la perfección la genialidad de este hombre. Espero que os guste.
Nuestro truco de física de hoy nos lo trae mi buen amigo Javier Fernández Panadero y es de esos que se pueden poner en práctica de manera muy sencilla y con niños. Lo primero que necesitamos es una piscina con el agua muy tranquila y un plato:
Cuando movemos el plato liso sobre la superficie provocamos la formación de dos vórtices que avanzan paralelamente y proyectarán su sombra sobre el fondo de la piscina. Algo parecido a esto:
Este efecto aparentemente sencillo contiene una lección de física maravillosa, explicado estupendamente hace un par de años por Physics Girlen un vídeo de su canal de YouTube. Lo que está sucediendo es más complejo de lo que parece. Aparentemente se forman un par de vórtices, pero ¿por qué avanzan paralelamente sin separarse? Porque en realidad se trata de un solo vórtice que se conecta a la superficie en forma de semicírculo, como medio anillo de humo que se mueve bajo el agua. ¿No te lo crees? Mira lo que pasa cuando Physics girl echa tinte en el agua:
El fenómeno es muy curioso y se puede hacer con muy pocos medios. Tenéis la explicación detallada en el vídeo de Physics Girl, que os recomiendo seguir, igual que al gran Fernández Panadero, que ya lo ha probado ;)
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Con la Física no solo se puede explicar el vuelo de Michael Jordan, sino los saltitos de cualquiera de nosotros. Como explica Aatish Bhatia en un estupendo artículo en Wired sobre la Física del baloncesto, cuando saltamos pasamos un 71% del tiempo en la parte alta y un 29% descendiendo. El motivo es muy sencillo: ascendemos mucho más despacio que descendemos, así que cuando el salto es especialmente largo, y en horizontal, se produce la ilusión de la que la persona flota.
Mayor fuerza y menos peso significan más tiempo de ascenso, y esto es lo que diferencia a los grandes atletas. En el descenso, en cambio, la fuerza de la gravedad nos iguala a todos: caemos con la misma aceleración y el tiempo que tardamos en caer depende de la distancia. En el caso de Jordan, no solo saltaba más alto, sino que producía una especie de ilusión visual: durante la trayectoria encogía las piernas y dejaba el balón dentro de la canasta en el descenso, incrementando la sensación de vuelo. Pero estaba en el aire poco menos de un segundo. Pero, ¡qué segundo, amigos! .-)
"Estudiamos Física porque ocurren un montón de cosas inesperadas". El físico Rod Cross, de la universidad de Sídney, se ha convertido en una pequeña celebridad en Youtube gracias al vídeo divulgativo en el que explica qué sucede cuando soltamos un "slinky" y lo dejamos caer al suelo. ¿Qué es un "slinky"? Se trata de un popular juguete en forma de muelle que seguro que reconocéis y que se estira y se encoge como una especie de yo-yo. ¿Y qué sucede cuando lo soltamos? Para eso es mejor que veamos la caída a cámara lenta y que os fijéis bien en el primer vídeo.
Como habéis podido observar, la forma de caer del "slinky" resulta contraintuitiva y desconcertante. Mientras la parte superior empieza a contraerse y caer, la parte inferior parece quedar suspendida durante unos instantes en el aire hasta que el juguete se recoge del todo y cae al suelo.
¿A qué se debe esto? La explicación física la vamos a hacer por partes, pero comencemos diciendo que la solución tiene que ver con las dos fuerzas que actúan en este experimento: por un lado tenemos la gravedad y por otro la tensión del propio muelle al contraerse. La gravedad tira del "slinky" hacia abajo mientras que la tensión del muelle actúa hacia arriba y hacia abajo desde el extremo superior y el inferior.
Como vemos en el vídeo, la parte superior del muelle comienza inmediatamente a descender, pero la parte inferior se mantiene estática un instante. "La parte inferior no se mueve", afirma el profesor Cross, "hasta que no obtiene la información de que la tensión ha cambiado". Por otro lado, la tensión del muelle hacia arriba y la situación del centro de masa del objeto contribuyen a mantener ese momento de suspensión en el aire.(Seguir leyendo)
Instintivamente, pensamos que la parte inferior del slinky no empieza a bajar antes porque no tiene masa suficiente y el empuje del "muelle" hacia arriba lo "sostiene". Así que vamos a ver qué sucede si ponemos un peso mayor en la parte inferior del "slinky", en este caso una pelota de tenis. ¿Será suficiente el empuje hacia arriba de la tensión del propio "muelle" para que la parte inferior y la pelota no empiecen a bajar inmediatamente? La respuesta, a continuación:
Como veis, la situación se repite exactamente igual que en el caso anterior, a pesar de que existe un peso mayor en la parte inferior del "slinky". No es una cuestión de masas. "La fuerza que actúa sobre la pelota de tenis", asegura Cross, "es contenida por la tensión que actúa hacia arriba, hasta que la información viaja hacia la parte inferior del "slinky" y comunica que la tensión ha cambiado". Pero como veo que aún no lo tenemos claro, lo mejor es que hagamos otra prueba.
Tal vez, puede pesar alguno, esto funciona por el tamaño del "slinky", si fuera mucho más grande y pesado caería a plomo sin extraños efectos. Bien, veamos que sucede con un "slinky" de tamaño familiar:
Parece que el profesor Cross ha vuelto a dejar nuestros cerebros haciendo chiribitas. Las pruebas muestran que no importa el tamaño del juguete para que la situación se repita. Pero, después de todo lo que hemos visto, ¿cuál es la explicación definitiva del fenómeno?
Centros de masa
En la explicación que ofreció el físico Rhett Allain en Wired hace unos días, se fijó sobre todo en los centros de masa, ya que la afirmación de Cross sobre la información que viaja hasta la parte inferior del muelle no le convencía. Así pues, Allain hizo varias simulaciones y llegó a la conclusión de que el centro de masa de "slinky" se va desplazando en los primeros instantes y eso influye en cómo se comporta. Estamos acostumbrados a pensar que cuando arrojamos algo, lo que desciende a 9,8 m/s2 es el objeto, pero en realidad es su centro de masa lo que desciende con esa aceleración. Por muy contraintuitivo que parezca, cuando soltamos el muelle su centro de masa comienza a descender mientras que la parte inferior está empujando hacia arriba para encontrarse con el centro de masa. El resultado: permanece estática hasta que la tensión cambia y los dos extremos, el objeto entero (su centro de masa) se precipita al suelo.
Un lector de Wired, que da clases de Física, considera que el principal problema que tenemos para entender lo que sucede es que en los vídeos no visualizamos el centro de masa del "slinky", de modo que él empleó uno de estos muelles con la parte central marcada en distinto color y repitió el experimento con sus alumnos. A continuación cogió con otra mano un trozo de tiza y lo situó a la misma altura de la parte marcada del "slinky" y dejo caer ambos objetos. Las caídas de tiza y centro de masa del "slinky" fueron idénticas y algunos alumnos lo entendieron al instante.
Ondas e información
La explicación de Cross es ligeramente distinta e insiste en ella al final del último vídeo, donde reproduce la situación quitando de escena la fuerza de gravedad. Cross coloca el "slinky" sobre una mesa y golpea un extremo con un martillo. Efectivamente, la parte no golpeada no se mueve hasta que la onda de tensión no le llega a través de las ondulaciones del juguete.
La solución
Como no acababa de entender cuál es la explicación definitiva, me he puesto en contacto con el profesor de la UPV, Juan M. Aguirregabiria, quien publicaba hace unos años en American Journal of Physics un trabajo en el que analizaba precisamente el comportamiento de este tipo de resortes cuando se dejan caer. Para mi sorpresa, Aguirregabiria añade una tercera fuerza y me explica lo siguiente:
"Inicialmente cada elemento (digamos una vuelta) del slinky está en equilibrio bajo la acción de tres fuerzas: su peso y la fuerzas (debidas a la tensión) ejercidas sobre él por los elementos colocados justo debajo y encima. El elemento que se sujeta con la mano no tiene otro encima y la tercera fuerza es la ejercida por la mano. Al abrir ésta y desaparecer esa fuerza, el elemento más alto rompe su equilibrio, se acelera (más que en caída libre, ya que además del peso soporta la atracción del elemento de abajo), con lo que cambia la fuerza que hace sobre el elemento debajo suyo, iniciándose así un cambio de la tensión que se propaga, con velocidad finita, a lo largo del muelle en forma de onda elástica. Inicialmente esa onda no ha llegado a la mayor parte de los puntos del muelle, por lo que éstos “no se han enterado”: su estado de equilibrio no cambiará hasta que llegue la onda de tensión o elementos de más arriba les caigan encima".
Como veis, la explicación se parece más a la de Cross que a la de los centros de masa de Rhett Allain. En resumidas cuentas, cuando sueltas la parte superior del slinky, éste se acelera por encima de 9,8m/s2 porque acumula dos fuerzas (gravedad + tensión) y la parte inferior permanece en equilibrio hasta que la onda de tensión le alcanza desde arriba. De hecho, en los experimentos de Aguirregabiria y su equipo soltaban un objeto junto a la parte superior del muelle y ésta descendía a más velocidad a pesar de que cualquier estudiante habría predicho lo contrario (ver aquí su trabajo).
Así pues, queda demostrado que la Física está llena de fenómenos inesperados y de muelles que nos pueden tener horas sumidos en cálculos y conjeturas apasionantes. Si al final he terminado por liaros más de lo que estabais, tendremos que comprar nuestros propio “slinky” para seguir practicando ;-)
Cada vez que un atleta consigue una medalla de oro en algún deporte, por minoritario que sea, las autoridades políticas se pelean por hacerse una foto con él. No es el caso de Alejandro Epelde, quien consiguió la primera medalla de oro en la Olimpiada Internacional de Física (IPhO 2018) celebrada hace unos días en Lisboa. Sus compañeros consiguieron también dos Medallas de Bronce y una Mención de Honor, el mejor resultado jamás obtenido por el equipo de España en estas competiciones. En la ceremonia de entrega sí estuvo el ministro de Educación portugués y envió unas palabras el propio Presidente de la República de Portugal, pero no había ningún representante del Gobierno español para felicitarles. Como tampoco hubo apoyo para quienes participaban en ninguna de las anteriores fases de las Olimpiadas científicas que se celebraron este año, a pesar de ser uno de los grandes caladeros de futuros talentos.
Por cierto, en abril tuve el honor de dar un charla a los finalistas de la Fase nacional de la Olimpiada de Física en Valladolid. Se titula "¿Qué ha hecho por nosotros la Física?" y podéis verla aquí:
Los grandes cambios comienzan a menudo con pequeños esfuerzos. En un instituto de Pozoblanco (Córdoba), un grupo de profesores y alumnos lleva varios años luchando por un objetivo admirable: acabar con el “analfabetismo en Ciencias”. El propósito parece ambicioso, pero ellos ponen su granito de arena con los experimentos y demostraciones que luego suben a la red para que otros alumnos puedan aprender con ellos. (Seguir leyendo)
El canal de Youtube (Departamento de Física y Química) se ha hecho bastante popular y el protagonista de los vídeos es casi siempre Antonio J. Tamajón, profesor de Física y Química del IES “Antonio Mª Calero” y coordinador del proyecto. En las grabaciones, el profesor aparece junto a los chicos tratando de desafiar su entendimiento con alguna sorprendente reacción y enseñándoles de modo práctico cómo funciona la gravedad, la inercia o la presión hidrostática.
En el grupo de trabajo hay otros seis profesores que coordinan esfuerzos para enseñar ciencia a los chicos de forma divertida. Los vídeos los graban con una cámara digital que ganaron en un concurso y luego los suben al blog para compartirlos. Ahora, como explican en el vídeo-resumen que publicaron hace unos días, están realizando trabajos sobre Stephen Hawking, Hipatia de Alejandría o el desastre de Chernobil, entre otros temas.
“Cualquier profesor sabe que para enseñar hace falta que el alumno quiera aprender”, me explica Antonio J. Tamajón por correo electrónico. El método de Antonio consiste en crear un “conflicto cognitivo”, es decir, “una contradicción entre lo que el alumno piensa y lo que ve”. “El proceso natural es sorprender para motivar y enseñar. Presentamos una experiencia sencilla; sobre ella preguntamos qué va a pasar; el alumno responde, y al hacerlo, ocurre todo lo contrario de lo que él piensa. En este momento de sorpresa, el alumno está en disposición de aprender”.
Como ejemplo, me gustaría que viérais esta sencilla explicación de cómo funciona el "efecto Venturi" y de cómo a veces las cosas no suceden como creemos que van a suceder:
Y si os queréis hacer fans de Antonio, echad un ojo a esta demostración de cómo interactúan los imanes con un material no ferromagnético como el aluminio, y el curioso efecto que se produce al tratar de desplazarlo por un plano inclinado. Abajo tienes el planteamiento del problema y, si te pica la curiosidad, puedes ver aquí la solución.
Sobre los medios de que disponen, Antonio hace una confesión reveladora: "intentamos sacar el máximo provecho de los medios con que contamos", dice. Y añade: "y no utilizamos la falta de medios como excusa para no hacer nada". Pues eso. :-)
* Esta entrada pertenece al proyecto "Acercar la Ciencia", de Fogonazos. Si alguno de vosotros participa en alguna iniciativa parecida en su colegio o instituto, Fogonazos estará encantado de serviros de plataforma. Solo tenéis que escribirme a fogonazos[arroba]gmail.com y contarme vuestra historia. También buscamos un patrocinador para premiar al mejor proyecto.
Gerard ’t Hooft, premio Nobel de Física en 1999, está considerado uno de los físicos teóricos más brillantes de las últimas décadas y estuvo ayer en Madrid para dar una conferencia en la Fundación BBVA. Por la mañana tuve ocasión de entrevistarle y me dejó algunas reflexiones como ésta: "Es muy probable que la comprensión que tenemos hoy día parezca más compleja de lo que debería parecer. Las cosas encajan en un patrón hermoso, pero demasiado complejo, el modelo estándar es demasiado complejo para ser la última verdad. Seguramente nos pasa como a los astrónomos griegos, que no lo hemos comprendido todo. Tenemos cuatro tipos diferentes de fuerzas y muchas descripciones de la misma cosa".
La primera vez que vi esta escena yo también tuve la extraña sensación de que el tipo estaba mostrando el interior de una bodega de vinos. "Desde esta línea hasta aquí, hay cuatro pacientes de Alcor", explicaba el gerente de la empresa. "Y si me acompaña un momento, le enseñaré cómo están colocados". (Seguir leyendo)
Las imágenes pertenecen al documental "Descongelar la muerte", emitido por Documentos TV en 2004, en el que se mostraba por primera vez al mundo las instalaciones de Alcor, la empresa estadounidense que se dedica a la conservación de personas en tanques de nitrógeno líquido con la esperanza de resucitarlas cuando la tecnología del futuro lo permita.
"Están metidos en estos recipientes especialmente creados para los pacientes", continuaba el gerente. "Por cierto, los colocamos con la cabeza hacia abajo. La razón es que si hubiera una fuga de gas o un corte eléctrico importante y el nivel del nitrógeno líquido bajara, los dedos de los pies serían la primera parte del cuerpo que quedaría expuesta, y la cabeza, que alberga el cerebro, sería la última.”
El documental, al que podéis acceder ahora en Youtube, explica de manera pormenorizada cómo funciona esta "Fundación para la extensión de la vida" y el mundillo que se mueve alrededor de ella. Para inscribirse, uno tiene la opción de conservar el cuerpo entero o únicamente la cabeza, lo que resulta un poco más económico aunque tiene el inconveniente de requerir un cuerpo ajeno.
Física de la Ciencia Ficción da muchos más detalles sobre la historia de la criogenización en un magnífico post, que es el que me ha vuelto a traer a la mente este documental. Si tenéis un poco de tiempo, os recomiendo echarle un vistazo porque abre muchas incógnitas y plantea algunos dilemas morales. ¿Desearíais despertar en un futuro lejano, lejos de vuestros seres queridos y sin tener ni idea de lo que ha pasado hasta entonces? Os invito a reflexionar sobre ello.
