Diez Teorías Física

Función de la Ingeniería en General Importancia y Objetivos

Función de la Ingeniería en General
Importancia y Objetivos en la Sociedad

QUÉ ES LA INGENIERÍA: Las palabras “ingeniero” e “ingeniería” derivan del latín “íngenium”, que significa “capacidad, ingenio, obra, facultad de invención”, etc. De este término, en el Medioevo, derivaron “ingeniador” y, finalmente, “ingeniero”. La ingeniería, por lo tanto, es la ciencia de proyectar y calcular edificios, puentes, carreteras, canales, máquinas, motores, etc.; en suma, todo aquello que requiera el cálculo y la aplicación de leyes matemáticas, físicas y químicas. No sin motivo la ingeniería y las matemáticas son hermanas gemelas; el ingeniero debe ser ante todo un óptimo calculista.

http://historiaybiografias.com/archivos_varios5/planos_ingenieria.jpg

Imagen en una PC de un encuentro de varias vigas de una estructura civil.
Hoy esta herramienta electrónica reemplaza al antiguo y clásico tablero de dibujo y cálculo.

IMAGINEMOS un resorte (muelle) de acero. Supongamos que  el diámetro de las espirales (anillos) es de 4 centímetros, y el número de espirales 10. Si se le cuelga un peso de 20 kilogramos, el muelle debe alargarse, por ejemplo, exactamente un centímetro. ¿Qué diámetro debe tener el alambre con el que está fabricado para que el muelle se alargue exactamente un centímetro con un peso de 20 kilogramos?.

No, no se trata de una pregunta ridicula, ni mucho menos de ningún acertijo para alguna reunión de amigos. Es una pregunta seria, lógica, y tiene una respuesta exacta. Hay una persona que, lápiz en mano, puede establecer con la mayor exactitud el diámetro de dicho alambre de acero. Esta persona es el ingeniero.

resorte de acero

http://historiaybiografias.com/archivos_varios5/resorteypeso.jpg

Miremos a nuestro alrededor: las vigas que sostienen la habitación en que estamos han sido calculadas por un ingeniero; lo mismo las dimensiones y la estructura de las pilastras que sostienen la casa, así como los soportes de los balcones y las instalaciones del edificio. Los ingenieros han proyectado y calculado el aparato de radio, el televisor, el teléfono, la enceradora eléctrica,, el lavarropas y la heladera.

Otros ingenieros han estudiado la instalación del ascensor, la bomba de agua, la instalación de la calefacción. Y si nos asomamos a la ventana, veremos correr por la calle coches proyectados por ingenieros, puentes, grúas, etc., construcciones todas calculadas por ingenieros.

Podríamos continuar, pero ¿es necesario?.Ya hemos comprendido hasta qué punto tiene importancia la ingeniería.

¿PARA QUÉ SIRVE LA INGENIERÍA?
Pongamos un ejemplo práctico, que sirva para todoi. Supongamos que hay que construir un puente carretero y ferroviario que pase sobre un río. Los elementos da partida que tiene el constructor de puentes son dos: la resistencia del terreno, sobre el que el puente ha de apoyarse y la longitud de la zona sobre la que el puente ha de ser tendido, es decir la “luz” del puente.

Teniendo presente estos dos elementos, el constructor deberá construir una estructura aérea (o sea suspendida), la cual deberá reunir los dos siguientes requisitos:

Primero: descargar sobre pocos apoyos sólidos todos los esfuerzos a los que el puente se verá sometido (cargas), conforme se puede apreciar en estas cuatro ilustraciones:

http://historiaybiografias.com/archivos_varios5/ingenieria.jpg

Segundo: dejar camino libre a todo aquello que deba pasar bajo el puente, o sea el agua del río y las embarcaciones que naveguen sobre él. El puente, por lo tanto, deberá tener una altura mínima.

Podríamos seguir, pero limitémonos a esto. Construir el puente significa resolver todos los difíciles problemas que hemos visto; además habrá que tener en cuenta los gastos destinados a la construcción y al mantenimiento.

http://historiaybiografias.com/archivos_varios5/ingenieria1.jpg

¿Quién resuelve estos problemas? El ingeniero. Él lo calcula todo, con precisión absoluta, hasta en sus menores detalles. Comienza, ayudado por un geólogo, por estudiar el terreno, con sondeos y análisis de muestras, y marca los puntos aptos para soportar los cimientos. Dibuja después el proyecto exacto al milímetro, con todos los requisitos que el mismo debe reunir.

Utilizando todos sus conocimientos de la ciencia de la construcción, prevé la resistencia de las estructuras del puente, cuando sean sometidas a las distintas fuerzas (que en lenguaje técnico se llaman “esfuerzos”). El ingeniero sabe, por haberlo estudiado, que las viguerías, los pilones y las distintas partes del puente estarán sometidos a los famosos “esfuerzos” simples, que constituyen uno de los capítulos fundamentales de la ingeniería.

He aquí reunidos en una tabla:

SOLICITACIÓN    Y DEFORMACIÓN QUE PROVOCA

La tracción   genera alargamiento

La compresión   genera aplastamiento

El corte    genera deslizamiento interno del material

La flexión    genera doblamiento

La torsión    genera retorcimiento

Ejemplo Prácticos:

http://historiaybiografias.com/archivos_varios5/corte.jpg

Ejemplo de corte entre ambos brazos

http://historiaybiografias.com/archivos_varios5/flexion.jpg

Ejemplo de flexión en la viga puente por el peso del tren

http://historiaybiografias.com/archivos_varios5/compresion.jpg

Ejemplo de compresión por el peso del tren sobre la columna de apoyo

Es lógico, por ejemplo, que, cuando sobre el puente pasen las mil toneladas de un tren, las vigas metálicas que deberán soportar el peso serán sometidas a una compresión, a un esfuerzo de flexión, etc. El ingeniero calcula exactamente estos esfuerzos y por ello puede establecer qué material se deberá emplear, las dimensiones de cada viga, la extensión de los arcos, el tipo de unión entre viga y viga, la profundidad de la base de los pilares, las dimensiones de los mismos pilares; en una palabra, todo.

Sólo cuando el ingeniero, concluidos sus cálculos, haya preparado el proyecto, se comenzará a construir el puente. Un puente sobre el que ya se sabe todo: cuánto pesará, cómo será su estructura, cuántos milímetros se doblará ante el empuje del viento o bajo el peso de un tren, cuánto costará su construcción, qué cantidad de pintura se necesitará para recubrirlo. Sobre los papeles llenos de cálculos hechos por el ingeniero, el puente ya ha nacido.

DEL DIQUE A LA HELADERA

Hemos descrito extensamente las distintas fases de la construcción de un puente para responder de forma clara a la pregunta: ¿para qué sirve la ingeniería?.

Respondamos con otra pregunta. Después de lo que hemos visto, ¿sería posible construir un puente si un ingeniero no lo proyectase y lo calculase? No, de ninguna manera. Bien, lo mismo ocurre para todas las construcciones civiles y mecánicas, que van desde el dique hasta la heladera.

El ingeniero proyecta una viga para suspender de ella el montacargas de una mina (tracción), un soporte para balcón (flexión), el árbol de transmisión de un automóvil (pieza mecánica sometida al esfuerzo llamado torsión).

El ingeniero civil calcula toda la tirantería que sostiene el techo de una fábrica; el ingeniero químico realiza experiencias e investigaciones sobre todo tipo de material por utilizarse, desde tejidos hasta metales; ingenieros mecánicos y electromecánicos hacen los cálculos para la construcción de cañones, cascos de navio, válvulas para televisores, estructuras para aparatos de aviación y motores eléctricos.

El trabajo del ingeniero es uno de los más necesarios para la vida del mundo moderno.

CÁLCULOS, MODELOS, EXPERIMENTOS

Llegados a este punto, uno puede preguntarse si todas las construcciones civiles y mecánicas “se calculan”, y si el cálculo da siempre soluciones y si de estas soluciones hay que fiarse siempre a ojos cerrados. A fin de cuentas, son datos… en el papel: ¿y si los materiales no fueran tan “obedientes” como se había calculado?.

La observación está bien hecha. Algunas estructuras, por ejemplo un dique con arcos y pilastras, una llanta curva con agujeros y remaches, pueden ser tan complicados que el cálculo se hace dificilísimo y a menudo poco seguro. Entonces se recurre a los modelos. O sea se reconstruye en dimensiones menores (en escala) la estructura, el objeto para estudiar o proyectar, y sobre él se realizan todos los experimentos y pruebas de resistencia y eficacia.

Un ejemplo clásico de modelo es el de Vicksburgo, en los Estados Unidos, construido para estudios de ingeniería hidráulica. En él se ha reproducido, en escala bastante grande, toda la cuenca del Misisipi, para estudiar la regulación y todas las correspondientes instalaciones hidráulicas (diques, barreras, dársenas, etc.).

Tiene una superficie de aproximadamente un kilómetro cuadrado y los principales ríos están reproducidos en el modelo con un largo total de unos doce kilómetros.

Otra útilísima instalación para estudios de ingeniería sobre modelos es empleada por los proyectistas navales. Es el “estanque para experiencias sobre cascos de buque”. Se trata de un estanque, de unos 300 m. de largo y unos 15 m. de ancho, en el que se hacen navegar, por medio de un aparato mecánico, modelos de cascos de buque. Ingenieros y diseñadores navales pueden así estudiar los efectos de la resistencia del agua sobre las quillas y diseñar, así, las quillas más aptas para las necesidades de la navegación.

En varias partes del mundo pueden verse extrañas construcciones, que desde el exterior se asemejan a gigantescos tubos de acero. Son los “túneles de viento”. En estas galerías se reproducen exactamente las condiciones en que se encuentra un avión que vuela a gran velocidad. En los monstruosos tubos se hace pasar una poderosísima corriente de aire que embiste a modelos pequeños de aviones o, en algunos casos, aviones auténticos.

En lugar de ser el avión el que se se mueve en el aire quieto, es el aire el que se mueve alrededor del avión quieto. Pero los resultados son los mismos y los ingenieros aeronáuticos pueden estudiar el comportamiento del aparato exactamente como si estuviera volando a distintas velocidades.

http://historiaybiografias.com/archivos_varios5/tunel_viento.jpg

Túnel de viento para el  estudio del comportamiento de un avión

La corriente de aire necesaria es originada por un compresor de notables proporciones y movido por motores eléctricos de una potencia total de 150.000 caballos. Las pruebas y las experiencias son a su vez prácticas reales, que los ingenieros realizan directamente sobre el objeto o la estructura que se desea examinar.

Así vemos ingenieros que calculan, con instrumentos muy sensibles, la flexión de un puente de cemento armado cuando pasa un tren; o ingenieros que miden la resistencia a la tracción de un cable destinado a un funicular. ¿De qué manera?. Tiran del cable con una máquina especial, hasta que… se rompe; y aparatos aplicados a la máquina indican hasta qué tracción puede resistir el cable.

http://historiaybiografias.com/archivos_varios5/ensayo1.jpg

Aparato para ensayar la compresión de un material, hasta su rotura.

http://historiaybiografias.com/archivos_varios5/ensayo2.jpg

Ensayo de Flexión de un Material Metálico

http://historiaybiografias.com/archivos_varios5/ensayo3.jpg

Ensayo de Corte de una Material, en este caso el corte entre dos tirantes de madera pegados

Cada día, en los laboratorios de todo el mundo, millones de experiencias son realizadas por ingenieros de todas las especialidades.

Existen asimismo institutos destinados a experimentos e investigaciones de todo tipo. Todos los países industriales asesoran a los empresarios con estos centros de estudio a los que acuden los ingenieros ¡para realizar investigaciones, experimentos y pruebas en todos los campos de la técnica vinculada a la producción industrial.

CÓMO SE LLEGA A INGENIERO

En casi todas las familias, si uno de los hijos demuestra cierta inclinación por las matemáticas o la mecánica, se dice enseguida: “¡De este muchacho haremos un ingeniero!” Esta expresión, ipor cierto, se toma casi siempre en broma, y naturalmente, a menudo con el correr de los años los cosas cambian. Pero en la frase del orgulloso papá hay más fundamento de lo que nos parece.

Para llegar a ingeniero, lo hemos visto, hace falta tener inclinación por las matemáticas: es un requisito absolutamente indispensable, porque el ingeniero, ante todo y cualquiera sea su especialidad, necesita aplicar los cálculos.

Se llega a ingeniero acudiendo a la Universidad; más exactamente a la Facultad de Ingeniería.

LOS ESTUDIOS DE INGENIERÍA

Hemos tenido ocasión, hasta este punto, de decir “ingenieros mecánicos, navales, civiles, electrotécnicos, etc.”. De ello es fácil deducir que las ramas de la ingeniería son varias, según las distintas partes de la técnica y de la ciencia en que habrán de desarrollar su actividad.

El ingeniero es un técnico especializad o en su ramo, exactamente como ocurre en las ciencias médicas. Los estudios de ingeniería, pues, siguen distintas direcciones. Los primeros años tienden a dar una preparación general, especialmente en lo que se refiere a las matemáticas, a la geometría, a la física y a la mecánica, que son las bases de la ingeniería. Posteriormente, cada estudiante elige una especialización.

La carrera de ingeniería, que por naturaleza se halla tan estrechamente vinculada con la creación técnica y científica, no ha podido menos de experimentar fundamentales evoluciones promovidas por la aparición de modernísimas ramas técnicas y de la producción.

En las últimas décadas, los institutos consagrados a la formación de ingenieros han debido implantar numerosas especializaciones para la carrera, acordes con la trascendencia adquirida por ciertos sectores recién aparecidos en el campo de la creación industrial. De esta manera, además de las antiguas especializaciones, tales como las de ingenieros industriales, de minas, mecánicos y electrotécnicos, han surgido otras, entre ellas las de electrónica y aeronáutica, dedicadas específicamente a estas actividades, con vistas a fomentar su desarrollo armónico mediante un asesoramiento constante, en que se concreta su más calificada colaboración profesional.

LAS INGENIERÍAS MAS COMUNES

-CIVIL EN CONSTRUCCIONES  HIDRÁULICA
-CIVIL EN VIAS DE COMUNICACIÓN
-INDUSTRIAL
-MECÁNICA
-ELECTROMECÁNICA 
-ELECTRÓNICA
-ELECTRICISTA
-NAVAL
-QUÍMICA
-AERONÁUTICA
-MILITAR
-METALÚRGICA
-MINAS
-GENÉTICA
-BIOINGENIERÍA

Propiedades Mecánicas de los Materiales

Fuente Consultada:
Enciclopedia Estudiantil Fasc. Nº 99 La Ingeniería – Editorial CODEX –

Conceptos Básicos de Electrostática Cargas Eléctricas

EXPERIMENTO CON CARGA ELÉCTRICAS EN LA ELECTROSTÁTICA

La palabra electricidad, empleada para designar la causa desconocida que daba a los cuerpos frotados la propiedad de atraer a otros, deriva, justamente, de elektron, nombre que en griego significa ámbar. Pero la voz electricidad, no usada por los griegos, fue introducida por Guillermo Gilbert (1540-1603), médico de cámara de la reina Isabel de Inglaterra. La soberana le acordó una pensión permanente para que se dedicara a la investigación científica sin preocupaciones económicas.

Gilbert Guillermo

Gilbert Guillermo, Médico

William Gilbert (1544-1603), físico y médico inglés conocido sobre todo por sus experimentos originales sobre la naturaleza de la electricidad y el magnetismo. Nació en Colchester, Essex, y estudió en el Saint John’s College de la Universidad de Cambridge. Comenzó a practicar la medicina en Londres en 1573 y en 1601 fue nombrado médico de Isabel I.

El doctor Gilbert, que fue el primero en estudiar sistemáticamente los fenómenos eléctricos, descubrió que otras substancias, entre ellas el vidrio, también adquirían por frotamiento la propiedad de atraer trocitos de cuerpos muy livianos. Esto puede comprobarse acercando pedacitos de papel a los dientes de un peine de material resinoso, seco, después de peinarse con él repetidas veces.

Si a una esferita de corcho, de médula de saúco o de girasol, suspendida de un hilo de seda, se acerca una barra de vidrio frotada, la esferita, por ebfenómeno de inducción electrostática, es atraída por la barra y repelida después del contacto. Lo mismo ocurre si se hace el experimento con una barra de ebonita.

Si se carga la esferita de un péndulo eléctrico o electrostático, así se llama el aparatito descripto más arriba, tocándolo con una barra de vidrio electrizada, y otro con una de ebonita en las mismas condiciones, se comnrobará. al acercarlas, aue se atraen; pero si ambas se tocan únicamente con la barra de vidrio, o con la de ebonita, en lugar de atraerse, al acercarlas se repelen.

pendulo electrostático

De estos hechos y otros análogos se sacaron las siguientes conclusiones:

a) Existen dos estados eléctricos opuestos, o como se dice ordinariamente, dos clases de electricidad, que se ha convenido en denominar vitrea o positiva y resinosa o negativa;

b) Electricidades de distinto nombre, o de signo contrario, se atraen; y del mismo nombre, o de igual signo, se rechazan y

c) Un cuerpo que no manifiesta acciones eléctricas se dice que está en estado neutro. La electrización de un cuerpo por frotamiento, vidrio por ejemplo, y los dos estados eléctricos o las dos clases de electricidad se explican así: el vidrio se electriza positivamente cuando se frota con una franela porque pierde electrones que los gana ésta, que se carga por ello negativamente. Como los electrones que pierde un cuerpo los gana el otro, se comprende por qué la carga eléctrica que aparece en ambos es igual; pero de nombre contrario.

Los cuerpos que como el vidrio, la ebonita, el lacre, la porcelana, etc., se electrizan por frotamiento y conservan durante bastante tiempo su estado eléctrico, son malos conductores de la electricidad; los que no se electrizan por frotamiento como, por ejemplo, los metales y el carbono, son buenos conductores de la electricidad. A los malos conductores se les denomina también aisladores.

cargas electricas

cuadro electoestática

En realidad, todos los cuerpos se electrizan por frotamiento, como se comprueba frotando un cuerpo conductor que se sostiene con un mango aislador. Lo que ocurre en ambos casos es lo siguiente: en un cuerpo mal conductor o aislador. el vidrio por ejemplo, las cargas eléctricas quedan localizadas en el lugar frotado; en un buen conductor no, pues deja pasar el estado eléctrico o la electricidad de un modo instantáneo a través del mismo y a otros conductores o lugares vecinos que estén en comunicación con él.

Conviene tener presente que la primera condición que se requiere para que un cuerpo sea mal conductor de la electricidad aislador de la misma, es que esté muy seco. Los electricistas no tienen miedo de tocar los cables que conducen la electricidad si están situados sobre madera bien seca, que es un aislador; en cambio no los tocan si están colocados sobre metales otro material conductor; inclusive la madera húmeda, pues b electricidad pasaría a tierra a rravés del cuerpo humano, que es un buen conductor, produciendo trastornos que pueden ocasionar la muerte.

Existen máquinas eléctricas que producen electricidad por frotamiento, que actualmente sólo tienen interés histórico y didáctico. Ellas se fundan en el hecho, ya explicado, según el cual cuando dos cuerpos se frotan entre sí, uno de ellos se electriza positivamente y el otro negativamente.

La primera máquina electrostática de frotamiento fue inventada por Otto de Guericke. Consistía en una esfera de azufre que giraba alrededor de uno de sus diámetros y se electrizaba frotándola con la mano. En la obscuridad despedía cierta luz acompañada de ruido.

El término electrostática se emplea para designar la parte de la física que estudia la electricidad estática, es decir, la que está en estado de equilibrio sobre los cuerpos —que se ha tratado en este artículo— para diferenciarla de la electricidad en movimiento, es decir, de la corriente eléctrica.

Espectro de la Luz Concepto Básico Espectro de Emisión

CONCEPTO DE ESPECTRO DE LA LUZ Y SU APLICACION EN ASTRONOMIA

Cuando se impregna un hilo muy fino de platino con determinadas sales y se pone sobre la llama del mechero, dicha llama adquiere unas coloraciones que sor características del elemento metálico que forma parte de la sal. Así, todas las sales de sodio dan coloración amarillenta, mientras que las sales de cobre proporcionan a la llama un color azul-verdoso. También cuando hacemos pasar un rayo de luz por un prisma de vidrio podesmo descomponer a dicho rayo en varios colores, que dependerán de que material emite ese rayo de luz.

Llamamos espectro visible de emisión de un elemento, al conjunto de colores característicos que emite dicho elemento cuando se altera por el calor o por una descarga eléctrica.

Espectro de Luz Visible

La luz solar, o la emitida por un arco eléctrico, parecen blancas, pero un examen más detenido de esta luz blanca revelará que, en realidad, se compone de una mezcla de rayos de diferentes colores. A veces, en días de sol radiante, es posible ver un espectro de luces de diferentes colores sobre la pared opuesta a una ventana.

Con cuidado, será posible ubicar la fuente de estas luces de colores y con toda seguridad se encontrará que se debe a que un rayo de luz blanca ha sido descompuesto, por refracción en algún borde de vidrio o cristal —el borde de un espejo, tal vez el de un ornamento  de  cristal.

Un efecto similar puede ser observado en una habitación a oscuras si se dirige un delgado haz de luz blanca hacia un prisma triangular. Si se interpone una pantalla blanca en el camino del haz emergente, se advertirá una serie de bandas de colores. Con un dispositivo tan rudimentario las imágenes de color se superponen.

Se puede obtener un espectro más satisfactorio de la luz blanca dirigiendo hacia el prisma un haz de rayos paralelos y enfocando los haces emergentes sobre la pantalla. Para esto se requieren, por lo menos, dos lentes convexas.

Esquema Básico de Espectrógrafo

El primer químico que hizo uso este fenómeno con fines analíticos fue el alemán. Bunsen, quien, en colaboración con Kirchhoff, ideó un dispositivo para analiza: los colores emitidos por las sales de los elementos. Este aparato recibe el nombre de espectroscopio y consiste básicamente en un prisma en el que la luz, procedente de la llama, se dispersa.

La fuente luminosa se ubica en el foco de la primera lente, de modo  que   el   haz   de   luz   blanca   quede compuesto de rayos paralelos. La pantalla se ubica en el foco de la segunda lente. Mediante este dispositivo perfeccionado, las bandas de luz de color se separan y es posible distinguir los componentes de la luz blanca: violeta, índigo, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo.

El prisma puede separar los componentes de la luz blanca debido a que éstos poseen distintas longitudes de onda. De las formas visibles de movimiento ondulatorio, la luz violeta es la de menor longitud de onda y es la más desviada al pasar por el prisma. La luz roja posee la longitud de onda mayor de todo el espectro visible y es la menos refractada (desviada).

El fenómeno de descomposición de la luz en los siete colores del arco iris recibe el nombre de dispersión de la luz , y el conjunto de colores se denomina espectro visible de la luz blanca. Cada una de las luces que componen la luz blanca recibe el nombre de luz monocromática, pues es luz que no se descompone en otras.

Bien sigamos,a hora calentando una sustancia suficientemente, lo que se pondrá en estado de incandescencia. El color de la luz emitida es siempre característico para cada elemento presente, una especie de huella digital. Ésta es la base del ensayo a la llama que se emplea en química analítica para identificar los constituyentes de una mezcla.

El sodio emite una luz intensamente amarilla (el color de las luces que a veces se utilizan para iluminación urbana), el potasio da un color lila y el calcio, luz color anaranjado. También los gases dan luces de colores característicos si se los encierra en un tubo sellado a muy baja presión y se los conecta a una fuente de alta tensión.

Es conocida la luz roja emitida por el neón, que se utiliza en letreros luminosos y faros. Las luces de color emitidas por sólidos o gases a alta temperatura pueden ser estudiadas más detenidamente por medio de un espectroscopio .

En este aparato la luz es descompuesta en sus componentes y se ve que los diferentes elementos dan espectros constituidos por series de lineas de longitud de onda característica para cada elemento. Tan bien definidas están estas líneas espectrales que sirven para identificar elementos presentes (análisis espectral) en muestras minúsculas o para detectar impurezas infinitesimales.

En todos los casos observados, la luz procedente de la llama está formada po: un conjunto de rayas luminosas cuyo color y disposición son característicos del elemento químico de la sal que se está analizando. Así, por ejemplo, toda.; las sales de sodio, ya sean cloruros, sulfatos, carbonatos, etc., producen dos líneas amarillas muy intensas.

Este tipo de análisis o identificación tambié” puede realizarse con elementos gaseosos encerrados en tubos de descarga eléctrica en los que se ha practicado el vacío. Llamamos espectro visible de emisión de un elemento, al conjunto de colores característicos que emite dicho elemento cuando se altera por el calor o por una descarga eléctrica.

Ejemplo de Algunos espectros de emisión.

(Arriba) Espectro del hidrógeno. (Centro) Espectro del mercurio. (Abajo) Espectro de la luz blanca de la lámpara de arco de carbón.

En general, el espectro emitido por sustancias sólidas o líquidas en estadc incandescente produce un espectro continuo. Por el contrario, el espectro emitido por sustancias gaseosas es un espectro de rayas o discontinuo.

De igual forma que se analiza la luz o energía emitida por una sustancia, también puede analizarse la luz o energía que dicha sustancia absorbe. Al iluminar una sustancia con un conjunto de radiaciones aparecerán en el espectroscopio todas las radiaciones, excepto las absorbidas por la sustancia en cuestión.

El espectro resultante se denomina espectro de absorción. En el espectro de absorción aparecen rayas oscuras en las mismas zonas en que aparecían las rayas luminosas en el espectro de emisión. Esto significa que las sustancias emiten las mismas radiaciones que absorben.

APLICACIONES DE ESTE FENÓMENO EN LA ASTRONOMIA:

La luz procedente de cada estrella es originada por incontable número de átomos; unos producen una determinada .ongitud de onda, y otros otra distinta. Por consiguiente, el istrofísico necesita un instrumento capaz de descomponer la luz con exactitud en sus diferentes longitudes de onda, o sea en colores. Una forma de conseguirlo es haciendo pasar la luz procedente de una estrella a través de un prisma de cristal. Pero, un solo prisma separa muy poco los colores, no siendo en realidad suficiente para suministrarnos todos los resultados que necesitamos.

Debemos descomponer la luz en miles de colores o de longitudes de onda diferentes, y para conseguirlo se precisan instrumentos especiales. Algunos de ellos, incluyendo el espectroscopio y el espectrógrafo, se describen más adelante.
Cuando la luz de una estrella incide en el ocular de un telescopio, pasa a través de una delgada rendija antes de llegar al instrumento que la descompone en los distintos colores. Cada, color aparece como una estrecha raya, pues cada uno de ellos ha sido enmarcado por la delgada rendija. Desde el punto de vista del astrofísico, una de las cuestiones más importantes es que para cada color en particular la raya se proyecta en un lugar determinado y no en otro cualquiera.

El conjunto completo de rayas —denominado espectro de la estrella— puede ser fotografiado y medida la posición exacta de las rayas. De esta manera el astrofísico conoce la clase de átomos que precisamente’contiene una estrella. Por este método ha sabido que el Sol y todas las demás estrellas que vemos brillar en el firmamento están constituidos precisamente por la misma clase de átomos que encontramos en la Tierra.

Pero el astrofísico no se conforma con saber cuáles son las diversas clases de átomos presentes en una estrella; también quiere   conocer  las  proporciones  relativas   de   cada  sustancia.

Por ejemplo, si las rayas espectrales indican que una estrella contiene simultáneamente hidrógeno  y oxígeno, quiere saber cuál es más abundante y en qué proporción. Puede conocerlo midiendo la intensidad de las distintas rayas. Supongamos que hay I o veces más de hidrógeno que de oxígeno en una estrella; deberíamos esperar, por lo tanto, que llegasen más radiaciones de los átomos de hidrógeno que de los de oxígeno, lo cual se traduce en que el hidrógeno debería producir rayas más intensas que el oxigeno.

Y esto es lo que sucede en la realidad. Así, al medir la intensidad de las rayas, el astrofísico puede deducir que el hidrógeno es 10 veces más abundante que el oxígeno, pero no puede asegurar cuántas toneladas de cada gas contiene la estrella en cuestión.

La medición de la> intensidad de las rayas espectrales indica al astrónomo la composición de las capas superficiales del Sol y de otras estrellas. Así se sabe que el Sol contiene 10 veces más hidrógeno que helio. Los científicos saben también que estas dos sustancias son conjuntamente unas mil veces más abundantes que la totalidad de los restantes elementos.

Las capas superficiales de las estrellas varían considerablemente de unas a otras, pero en un gran número de ellas el hidrógeno y el helio son los principales constituyentes.

Fuente Consultada:
Revista N°32 TECNIRAMA Enciclopedia de la Ciencia y La Tecnologia – Los Espectros –
Secretos del Cosmos Colin A. Roman Colecciones Salvat N°2
Físico-Química Secundaria Santillana Escudero-Lauzurica-Pascual-Pastor

Concepto de Fuerza Centrífuga Aplicaciones Prácticas

Si se hace girar con rapidez un balde parcialmente lleno de agua, con los brazos extendidos alrededor del cuerpo, el contenido no se derrama, aun cuando el balde esté volcado sobre un costado. El principio responsable de este fenómeno es conocido por los físicos con el nombre de fuerza centrifuga.

Al mismo tiempo que se hace girar el balde, el agua tiende a permanecer dentro de éste, presionada hacia el fondo (es decir, hacia afuera con respecto a quien hace girar el balde) o al centro de giro por la fuerza centrífuga. Este es un ejemplo bastante directo de como se origina esta fuerza, aunque hay muchas otras aplicaciones más prácticas.

Sabemos, según las leyes de los cuerpos en movimiento, enunciadas por Isaac Newton, que las fuerzas siempre se originan por pares, siendo cada una de las mismas de igual valor y sentido contrario. La fuerza que se necesita para mantener un cuerpo que gira dentro de su trayectoria, evitando que se vaya hacia afuera, se conoce como fuerza centrípeta y es igual pero de sentido contrario a la fuerza centrífuga.

Fuerza centrífuga en un balde girando. El agua no sale del balde porque es empujada hacia el exterior o fondo.

En el caso del ejemplo mencionado, esta fuerza centrípeta se manifiesta como el esfuerzo realizado por el brazo para sostener el balde. Podemos ver, bastante fácilmente, cómo estas fuerzas se relacionan con la velocidad a la cual el objeto se mueve dentro de su órbita. Un ejemplo emocionante lo constituye, en el espec táculo circense, un motociclista que da vueltas dentro de una gran esfera de malla metálica.

Cuando su máquina se mueve lentamente, el motociclista no puede subir muy alto, pero a velocidades mayores la fuerza centrífuga que tiende a lanzarlo hacia afuera es tan grande, que puede trepar verticalmente hasta la cúspide de la esfera y girar sin perder contacto con la “pista”, a pesar de desplazarse “cabeza abajo”.

La inclinación que se observa en las curvas de las vías férreas obedece al mismo principio: la fuerza centrífuga que impulsa hacía afuera al tren cuando éste toma la curva, es contrarrestada por la fuerza centrípeta que se manifiesta cuando el costado de las ruedas presiona sobre los rieles. Este esfuerzo se reduce considerablemente inclinando las vías en un cierto ángulo, de modo que el riel exterior (el más alejado del centro de la curva) esté a mayor altura que el interior.

Otro ejemplo parecido lo constituye aquella famosa primera pista de Avus, en Alemania, donde ya en el año 1937, los promedios de velocidad establecidos por los coches de carrera llegaban a 261 Km./h., con records hasta de 280 Km./h. Esto podía lograrse porque aquella pista tenía curvas construidas con un extraordinario peralte que llegaba a los 45 grados. De esta manera, se conseguía precisamente vencer la gran fuerza centrífuga que esas velocidades provocaban en los giros. Una idea de dicha fuerza la da el cálculo de que, en el momento de paso sobre la curva, los neumáticos debían soportar nada menos que 3 veces el peso de la máquina.

Peralte o Inclinacion de la Carretera

Los llamados trajes de presión, creados por los japoneses durante la segunda guerra mundial y adoptados luego por casi todas las demás fuerzas aéreas, constituyen una solución bastante aceptable al problema de la tremenda fuerza centrífuga a que está sometido el piloto en un combate aéreo. Este traje evita que, en los giros violentos, la sangre se desplace y se agolpe por centrifugación, con el consiguiente desvanecimiento y pérdida momentánea de la visión. Pero no siempre ¡a fuerza centrífuga resulta negativa; muchas veces el hombre se vale de ella para obtener provecho.

Un buen ejemplo de aplicación práctica de este principio lo tenemos en el aparato denominado centrifuga. Si tenemos una suspensión de un sólido en un líquido, o una mezcla de líquidos de diferentes densidades, es decir, que tienen relaciones diferentes de peso a volumen (por ejemplo crema y leche), y que han sido mezclados hasta formar una emulsión, podemos separarla si la dejamos reposar tiempo suficiente.

Una centrifugadora es una máquina que pone en rotación una muestra para –por fuerza centrífuga– acelerar la decantación o la sedimentación de sus componentes o fases (generalmente una sólida y una líquida), según su densidad. Existen diversos tipos, comúnmente para objetivos específicos.

La atracción que ejerce la gravedad sobre la leche es mayor que sobre la crema, menos densa, que va a la superficie. Este proceso se puede acelerar centrifugando la mezcla (estas centrifugadoras tienen la forma de un cuenco que gira rápidamente). De este modo la leche es impulsada más lejos del centro que la crema, la cual, por no ser tan densa, no sufre con tanta intensidad los efectos de la fuerza centrífuga que se origina.

También bombas centrífugas y turbinas centrífugas que trabajan con líquidos y aire, respectivamente, son un acierto mecánico. Debemos recordar que los turborreactores centrífugos reciben este nombre porque su alimentación de aire lo produce una turbina de ese tipo.

Bomba centrifugadora

En la fundición de metales, las inyectaras centrífugas son insustituibles por la precisión, seguridad y calidad de los colados. Este tipo de inyectora recibe el metal fundido por un tragadero central, y mantiene adosada una batería de matrices a su contorno. Girando a gran velocidad, el metal es centrifugado con gran presión, e inyectado al interior de las matrices.

RAZÓN POR LA CUAL LA TIERRA NO ES ATRAÍDA POR EL SOL

Esquema Sistema Tierra-Sol

Esto se debe a que, a pesar de la atracción gravitacional (fuerza de gravedad) la fuerza centrífuga tiende constantemente a empujar a la Tierra hacia afuera. En este caso, las dos fuerzas están equilibradas. La fuerza de gravedad entre el Sol y la Tierra actúa como una fuerza centrípeta, que tiende a atraer al planeta, que gira en su órbita, hacia el Sol. La fuerza centrífuga originada por el movimiento de rotación, tiende a empujar al planeta en sentido contrario, es decir, fuera del Sol., El resultado es que la distancia entre el Sol y la Tierra se mantiene constante, suponiendo que la velocidad del planeta también se mantenga igual (en realidad, la velocidad de la Tierra sufre pequeñas variaciones, con la consiguiente alteración en la distancia al Sol). El mismo principio se aplica a los satélites artificiales que se ponen en órbita para girar alrededor de la Tierra. La atracción de la gravedad equilibra las fuerzas centrífugas, y los satélites pueden moverse a distancia más o menos constante de la Tierra, “suponiendo que su velocidad sea también constante”. De todos modos, la velocidad se reduce gradualmente, a causa del rozamiento con la atmósfera, y los satélites tienden a caer hacia la Tierra.

Formula de la Fuerza Centrípeta:

Diagrama de un cuerpo girando, Fuerza Centrifuga

Ejemplo: si se toma una piedra de 2 Kg. de masa, atada a una cuerda y se la hace girar con un radio de 1,2 m. a razon de 2 vueltas por segundo. Cuanto vale la fuerza centrífuga que debe soportar la cuerda?.

La masa es de 2 Kg., el radio: 1,20 metro, pero nos falta la velocidad tangencial Ve, pues la del problema es la velocidad angular.

Para ello se sabe que dá dos vueltas en un segundo, entonces el recorrido es, dos veces el perímetro de la circunferencia por segundo. Podemos hallarlo asi: 3.14. 1.2. 2=7.53 m. cada vuelta , por dos es: 15,07 m. distancia que la masa recorre en 1 segundo, por lo tanto la velocidad tangencial es: 15,07 m/seg.

Aplicando la formula se tiene que Fc= ( 15,07 )². 2 /1,2² =454/1.44=315,27 Newton

Fuente Consultada:
Revista TECNIRAMA N°21 Enciclopedia de la Ciencia y La Tecnología -La Fuerza Centrífuga-

Uso de Energia Atómica o Explosivos en Obras Civiles

EL PODER EXPLOSIVO Y ATÓMICO PARA MOVIMIENTO DE TIERRA

Muchas personas creen que la dinamita tiene “mayor poder” que la gasolina y se equivocan: la fuerza de ruptura de la dinamita proviene de que su combustión o conversión en gases es súbita, mientras que la de la gasolina es lenta.

Asi si arrojamos contra un vidrio una pelota de algodón y un trozo de hierro de igual peso, es probable que el segundo lo quiebre, y no el primero, debido a la instantaneidad del impacto. En otras palabras, la primera diferencia entre un explosivo y un combustible es que en el primero el proceso es violento y en el segundo es pacífico y controlado.

Si echamos un reguero de pólvora por el suelo y encendemos uno de sus extremos, ésta arderá sin explotar. Para que la pólvora desarrolle su poder explosivo tiene que estar encerrada. Por eso se habla de la “explosión” de la gasolina cuando se convierte en gases dentro de los cilindros del motor. Pero no todo lo que es capaz de arder es capaz de explotar.

En muchos explosivos la detonación es súbita porque ya contienen en su molécula el oxigeno necesario para la combustión y no necesitan esperar que les llegue de afuera. “Explosión” no implica necesariamente “combustión”; lo único que se requiere es un aumento casi instantáneo del volumen, en general la conversión de un sólido o líquido en gases.

Supongamos por ejemplo que tenemos un litro de explosivo, y que pesa un kilogramo. Transformado en gases ocuparía unos 1.000 litros a la misma temperatura; pero si arde o de cualquier manera se calienta, como el volumen de un gas se duplica a cada 273°, basta que llegue a unos 1.200° para que un kilo de explosivos genere más de 4.000 litros de gases.

Este volumen, miles de veces mayor que el origina!, ejerce una presión tan violenta si el explosivo está encerrado que el conjunto estalla. Al aire libre, en cambio, puede observarse sólo  una  combustión  rápida,   es  decir una deflagración.

QUÍMICA DE LOS  EXPLOSIVOS
Se comprende que un explosivo tiene que ser un compuesto bastante inestable para poder descomponerse súbitamente. Por esta razón muchos de ellos contienen nitrógeno, cuyos átomos tienden a unirse entre sí en moléculas estables de gas y a liberar los otros elementos del compuesto. El TNT o trinitrotolueno es un ejemplo característico.

El tolueno se obtiene del carbón, (destilación de la hulla) , y se lo combina con ácido nítrico, cuya fórmula es HNO3 y le suministra el oxígeno necesario. Para llevar a cabo la reacción se añade ácido sulfúrico concentrado que absorbe el agua que se desprende e interrumpiría el ataque del ácido nítrico.

Los esquemas que acompañan esta nota son suficientemente claros para comprender la estructura del trinitrotolueno. Aunque muchos explosivos son compuestos cíclicos, es decir derivados de anillos bencénicos de seis carbonos, existen explosivos como la nitroglicerina cuya estructura es lineal.

Lo que un explosivo requiere es la posibilidad de descomponerse instantáneamente, a menudo por combustión, y que los productos de la reacción sean gases con el fin de que la presión aumente muchísimo. Cuando la molécula contiene oxígeno “encerrado” como es el caso del TNT se quema por sí misma y no necesita el aporte del aire

En los cohetes se ensayan actualmente sustancias muy similares a los explosivos sólidos, llamadas “propergoles”; en efecto, el cohete atraviesa una atmósfera enrarecida y necesita llevar su propia carga de .oxígeno, sea en un tanque separado o bien formando parte de la molécula del propergol. La mayor dificultad es obtener una superficie uniforme de combustión. Los propergoles suelen tener forma de cilindros huecos para que dicha superficie de  deflagración  no   varíe  apreciablemente.

INTENTOS DEL USO DE LA EXPLOSIÓN ATÓMICA
Para la utilización pacífica se pensó exclusivamente en las bombas termonucleares, que casi carecen de residuos radiactivos: una bomba de hidrógeno de 100 kilotones (equivalente a 100.000 toneladas de TNT) que explote a 100 metros de profundidad abre un agujero de 350 metros de diámetro, despedaza 500.000 toneladas de roca, y su radiactividad transitoria ocupa sólo una capa de 10 centímetros de espesor. Los técnicos trabajaron para reducir dicha radiactividad al 1 % de esos valores.

explosion nuclear

Los proyectos de utilización pacífica de la energía de fusión atómica forman una lista bastante larga, porque prometen realizar en forma rápida y económica una serie de proyectos actualmente lentos y costosos. Se habló primero de abrir, mediante explosiones, un puerto artificial en Alaska, ai norte del círculo polar para poder explotar valiosos yacimientos de hulla; el trabajo total sólo llevaría un año. Pero quedó momentáneamente postergado.

En cuanto al canal de Panamá, aunque es económicamente beneficioso resulta insuficiente para el intenso tránsito y se realizan grandes trabajos para ampliarlo en su parte más angosta. Existen dos proyectos para excavar —mediante explosiones termonucleares— otro canal más al sur, esta vez a nivel del mar, es decir, sin esclusas; el más interesante es el trazado en la provincia de Darién, más cerca de Colombia. La utilización de energía atómica reduciría su costo a la mitad.

Mapa de Centro América

Otro aspecto importante es el de la explotación del petróleo, a veces inaccesible a través de capas de rocas que lo mantienen encerrado, o porque está mezclado con arena y los métodos de bombeo actuales resultan improductivos.

Se calcula que bajo las arenas del lago de Atabasca en el Canadá hay más petróleo que en todo el Medio Oriente y que encerrados entre los estratos de ¡titila de los Estados Unidos se encuentran cantidades fantásticas de petróleo.

Explosiones atómicas adecuadas que generaran calor o que desmenuzaran las rocas liberarían esa riqueza potencial. Algo similar ocurre con las aguas subterráneas. A veces se alternan zonas áridas y zonas fértiles simplemente porque el agua no puede llegar a las primeras debido a que una barrera de rocas subterráneas le impide aflorar; se buscaría entonces fragmentar dichas capas rocosas.

Por último se habla de la instalación de centrales eléctricas térmicas. Estas se conocen ya en su forma natural en Nueva Zelandia, donde se explota el agua caliente de los geysers. Pero se ha proyectado crear núcleos artificiales de calor mediante explosiones atómicas y luego bombear agua para extraer vapor. Este último proyecto es muy discutido entre los especialistas.

Usos pacíficos de los explosivos nucleares
Al finalizar la segunda guerra mundial, comenzó a pensarse en la gran utilidad que se podría obtener de los explosivos nucleares, aplicados a la ingeniería civil. La fácil remoción, con dichos medios, de grandes masas de tierra ponía al alcance del hombre la realización de proyectos gigantescos: canales navegables, mares artificiales, nuevas cursos para ríos, etc. Sin embargo, estas metas, teóricamente accesibles, constituían una quimera irrealizable, por la radiactividad que se desprendería.

Los diversos países que poseían explosivos nucleares, especialmente, Estados Unidos y la U.R.S.S., organizaron comisiones especiales para que estudiasen el problema, tanto desde el punto de vista técnico, para obtener los máximos rendimientos, como el de seguridad de la población (bombas nucleares  “esterilizadas”).

La utilización de explosivos a gran escala para el movimiento de tierras se efectúa desde hace bastante tiempo en la U.R.S.S.; se trata, naturalmente, de explosivos químicos convencionales; pero la experiencia que se obtiene de su manejo es totalmente trasladable a procesos de mayor envergadura, como pueden ser los nucleares.

En la década del 60, los técnicos soviéticos han utilizado tales explosivos químicos en la región de Samarkanda, para modificar ligeramente el curso del río Zeravshan. En los países occidentales, los primeros anteproyectos con explosivos nucleares datan de 1956, cuando Egipto nacionalizó el canal de Suez. El peligro que podía correr el comercio inglés hizo pensar al gobierno de Gran Bretaña en abrir un nuevo canal que comunicase el mar Mediterráneo con el mar Rojo, a través de Israel; dicho canal partiría de un punto cercano a la zona de Gaza y desembocaría en el golfo de Aqaba.

En   1957,   la Comisión  Nacional  de   Energía  Atómica  de los   Estados   Unidos   aprobó   un   programa   de   trabajo   con explosivos nucleares, que recibió el significativo nombre de Reja de arado. En la actualidad, dicho programa ha invertido ya 25 millones de dólares en el estudio de proyectos de ingeniería civil, entre los que se destacan un nuevo tendido de vía férrea a través de las montañas de California, y un nuevo canal para unir los océanos Atlántico y Pacífico, que sustituya al de Panamá, de características antiguas e insuficiente para el tráfico actual.

Dicho canal tendría una anchura de 330 metros, en vez de los 200 actuales; todavía no está decidida su ubicación, pues se citan dos rutas posibles; una de ellas, a través de Panamá, por el Sasardi y el Morti, y la otra, por Colombia, partiendo del golfo de Urabá, en el Atlántico, por el río Atrato y su afluente Truandó.

El movimiento de tierras con medios nucleares resultaba mucho más económico que el realizado con los medios mecánicos clásicos. Así, una bomba de dos megatones de potencia costaba unos 600.000 dólares; utilizando explosivos químicos se necesitaban 2.000.000 de toneladas, que importan unos 200 millones de dólares.

Hay que señalar que el costo de una bomba nuclear es bastante independiente de la potencia que libera, es decir, una bomba de 20 kilotones no vale el doble que otra de 10 kilotones; el costo de esta última era en su momento de unos 350.000 dólares, y ya se ha dicho lo que vale una de 2 megatones !no llega al doble!), cuya potencia es 200 veces mayor. De lo anterior, se desprende que un proyecto nuclear es tanto más económico cuanto mayor sea la  obra  a   realizar.

Para dar idea de la potencia de los explosivos nucleares basta saber que una bomba de 100 kilotones libera, al explotar, un billón de calorías, hace subir la temperatura de la zona en 10 millones de grados y da lugar a una onda expansiva de 1.000 megabares de presión. Como se ha dicho al principio, el único factor que limitó, hasta ahora, el uso de estos potentes medios es la radiactividad desprendida en las explosiones. Pero, también en este aspecto, se ha progresado sensiblemente.

La Comisión Internacional de Protección contra las Radiaciones dá como límite máximo de radiactividad permisible 0,5 Roentgen, que es la dosis recibida normalmente por un paciente al que se le hace una radiografía dental. Pues bien, este valor de radiactividad se encontraba ya a 100 kilómetros del centro de explosión de las bombas de 100 kilotones utilizadas en el año 1962.

Mediante explosiones controladas la zona  de  radiactividad  peligrosa  se  ha  reducido,  y  los  0,5 Roentgen aparecen a unos 45 kilómetros del lugar de la explosión. Pero la nube radiactiva (que no abarca un círculo con centro en la explosión, sino que tiene forme de lengua a partir de dicho centro), no sólo se ha reducido en longitud, sino también en anchura, de manera que se logró que el peligro de la radiactividad se reduzca unas 1.000 veces.

En un futuro próximo, se espere conseguir bombas nucleares “esterilizadas”, cuya red actividad peligrosa no supere los 4 kilómetros, a contal desde el centro de la explosión.

Minería: Los explosivos nucleares utilizan la energía nuclear para fragmentar la roca. Dadas las características propias de los elementos nucleares que se emplean como fuente de energía y los riesgos asociados a la implementación de este tipo de tecnología, tanto para las personas como para el medio ambiente, actualmente no se usan en la minería.

El Espacio Curvo Teoría de Relatividad Curvatura Espacial

La teoría general de la relatividad constituye la culminación de los logros de Einstein. Fue el resultado exitoso de un denodado esfuerzo de cuatro años para extender su teoría especial de la relatividad. Esta teoría demuestra que la luz puede quedar atrapada en un hueco negro. Se describen aquí esos extraños objetos y lo que sería un viaje a su interior.

A propósito de objetos extraños, se discute la posible existencia de túneles o huecos de gusano que conducen hacia otro universo. ¿Pueden tales huecos de gusano emplearse para viajar en el tiempo? Se dice lo que las teorías de Einstein afirman al respecto.

Einstein comprendió desde el comienzo que la teoría especial de la relatividad quedaba restringida a una clase particular de movimiento: el movimiento uniforme, es decir, el movimiento sin aceleración. Buscó entonces durante más de una década una teoría más general de la relatividad y finalmente logró su objetivo, en 1917.

Luego de cuatro años de muy intenso trabajo, en los que hubo muchas salidas en falso y callejones sin salida, finalmente salió airoso y desarrolló la Teoría General de la Relatividad. La teoría es muy matemática y sus detalles son difíciles de entender, aún hoy sus implicaciones son revolucionarias.

Publicó su versión final de la teoría a comienzos de 1916, en los Annalen der Physik, la misma prestigiosa revista donde había publicado su teoría especial de la relatividad, su formula E = mc² y sus demás artículos importantes.

El artículo de la relatividad general fue titulado “Formulación de la teoría general de la relatividad”.

El artículo comienza con el enunciado de que todas las leyes de la física deben ser válidas en cualquier marco de referencia animado de cualquier tipo de movimiento. La relatividad no está ya restringida al movimiento uniforme: el movimiento acelerado está incluido.

Con esta proposición, Einstein creó una teoría de la gravedad, un sistema del mundo, con un conjunto de ecuaciones básicas que, cuando se resuelven, proporcionan las leyes que cumple el universo.

En esta teoría los objetos producen una deformación del espacio-tiempo que los rodea, lo cual afecta el movimiento de cualquier cuerpo que entra en esta región del espacio-tiempo. Einstein había pensado ya en esta posibilidad desde 1907, cuando desarrolló su principio de equivalencia. Pero necesitaba las complejas matemáticas de Marcel Grossmann para construir una teoría completa de la gravedad.

Aunque esta distorsión del espacio-tiempo ocurre en cuatro dimensiones, veamos lo que ocurre en dos. Imaginemos una lámina de plástico flexible estirada por los cuatro extremos y sujeta con algunas tachuelas, como la que se muestra en la figura de abajo.

espacio curvo teoria general de la relatividad

Éste es nuestro espacio-tiempo de cuatro dimensiones en dos dimensiones. Ahora ponemos de alguna manera una bola de billar en medio de la lámina. El peso de la bola estira el plástico y produce una hondonada. Si colocamos ahora una canica sobre la lámina de plástico, ésta rueda hacia la bola de billar. Si empujamos la canica hacia los lados, ésta describe una curva alrededor de la hondonada y comienza a moverse en una espiral descendente hasta chocar con la bola de billar.

La bola de billar no atrae a la canica. Ésta rueda hacia la bola de billar a causa de la hondonada que se formó en la lámina de plástico, la distorsión del espacio. De manera similar, el Sol crea una depresión en la estructura del espacio-tiempo. La Tierra, los planetas y cometas se mueven en este espacio-tiempo distorsionado.

El Sol no atrae a la Tierra. La depresión que el Sol crea en el espacio-tiempo hace que la Tierra se mueva a su alrededor. El Sol modifica la geometría del espacio-tiempo. En relatividad general no existe la fuerza gravitacional. La gravedad es producto de la geometría.

Bien entonces en base a lo antedicho,…¿Cual  es la forma del Universo? ¿Es cúbico, esférico o completamente ilimitado, extendiéndose hasta el infinito? Toda la información que poseemos acerca de los confines del Universo proviene de la luz (y ondas de radio) que recibimos de las galaxias distantes. Parece que la luz alcanza la Tierra desde todas las direcciones, lo que hace pensar en la simetría del Universo, sea esférico o infinito.

Pero el Universo no es nada de eso, y no se puede representar totalmente por una figura simétrica de tres dimensiones. Sus fronteras exteriores no se pueden visualizar, debido a que la luz no nos proporciona su información propagándose en líneas rectas. Todo el espacio comprendido entre sus límites es curvo.

El espacio no es tridimensional, como un edificio o una esfera, sino tetradimensíonal, y la cuarta dimensión es el tiempo. El tiempo aparece en las ecuaciones que expresan las propiedades del espacio, pero no se puede representar.

La idea básica del espacio-tiempo de cuatro dimensiones es fácil de visualizar. De hecho, se usa a todas horas. Supongamos que hemos aceptado la invitación a cenar de una amiga, el 29 de julio, viernes, a las 7 p.m., en un restaurante del centro de la ciudad. El restaurante queda en el piso 44 del edificio del Banco Central, situado en la esquina de la Avenida 9 de Julio con Sarmiento.

Para encontrarnos con la amiga en el restaurante, el viernes, necesitamos ponernos de acuerdo sobre cuatro números: tres que describen la ubicación específica del restaurante (Avenida 9 de Julio, Sarmiento, piso 44) y otro que describe el tiempo (7 p.m. del viernes). Si vamos a las 8 p.m. del miércoles al restaurante no nos encontraremos.

El   espacio   es  curvo   y   está   distorsionado, porque contiene materia —todos los billones y billones de estrellas y galaxias del Universo—. La luz sufre los efectos de las fuerzas gravitatorias, ejercidas por la materia del espacio, y, en distancias largas, se propaga según líneas curvas y no rectas.

Aun nuestro propio Sol, que es una estrella sin mucha masa, curva apreciablemente un rayo de luz que, dirigiéndose de una estrella lejana a” la Tierra, pasa a pocos grados de él. La dirección de la curvatura observada iparece sugerir que la luz se dobla hacia dentro. Un rayo de luz que parte de cualquier punto es, en conjunto, atraído siempre Hacia el centro del Universo. Dicho rayo, después de sufrir la acción de toda la materia del Universo, que lo atrae hacia dentro, vuelve, finalmente, al mismo punto de partida.

Es como partir de un punto cualquiera de la Tierra y viajar continuamente en línea recta. La “línea recta” se vá doblando en un camino curvo alrededor de la superficie del planeta. Cada 40.000 kilómetros (circunferencia de la Tierra), el camino termina en su punto de partida, for mando un gran círculo.

La curvatura del espació se puede visualizar por la extraña conducta de la luz; en particular, de la velocidad de la luz: La velocidad es la distancia recorrida dividida por el tiempo. Cualquier  ilustración respecto al comportamiento de la velocidad de la luz incluye también la dimensión del tiempo (que no se puede incluir en un diagrama puramente espacial).

curva espacio

Si la luz no fuera afectada por la materia, y siempre se propagara en línea recta (es.decir, a la misma velocidad), el espacio nó estaría distorsionado ni curvado. Entonces podría representarse como una superficie plana de dos dimensiones (con lo que nos ahorraríamos la tercera dimensión, a pesar de que ella es realmente necesaria).

Si la luz describe un gran círculo alrededor del Universo y vuelve al punto de partida, el diagrama de dos dimensiones se tras-forma en una esfera de tres dimensiones, y los caminos de la luz son círculos alrededor de la esfera. La luz cambia de dirección; luego, su velocidad varía.

curva espacio hacia afuera

Las teorías de la relatividad de Albert Einstein están todas ligadas al comportamiento de la velocidad de la luz. En su teoría general de la relatividad, Einstein (1916)  demostró lo que debía suceder si la luz interaccionaba con la materia. En sus ecuaciones se presentaban tres posibilidades: la luz no era afectada, en cuyo caso el Universo debía ser plano; la luz se doblaba, bien hacia dentro o hacia fuera. Las dos últimas posibilidades conducen a un espacio curvo de cuatro dimensiones.

Pero si la luz se curva hacia fuera en lugar de hacia dentro, el diagrama toma la forma de una silla de montar y las curvas son hipérbolas en lugar dé círculos. Los rayos de luz se saldrían continuamente y nunca retornarían a su punto de partida. La evidencia experimental que se posee parece  indicar una curvatura hacía el interior del espacio.

Fuente Consultada:
Einstein Para Dummie s Carlo I. Calle
Revista Tecnirama Fascículo N°120 Enciclopedia de la Ciencia y la Tecnología
50 Cosas que debe saber sobre el Universo Joanne Bajer
Einstein y su Teoría de la Relatividad Byron Preiss (ANAYA)

El Principio de Equivalencia Teoría de la Relatividad General

EXPLICACIÓN SIMPLE DEL PRINCIPIO DE EQUIVALENCIA EN LA
TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD FORMULADA POR ALBERT EINSTEIN

La teoría general de la relatividad constituye la culminación de los logros de Einstein. Fue el resultado exitoso de un denodado esfuerzo de cuatro años para extender su teoría especial de la relatividad. En esta parte se explica el significado de la teoría y se discute su influencia sobre nuestra concepción del universo. La teoría general demuestra que la luz puede quedar atrapada en un hueco negro. Se describen aquí esos extraños objetos y lo que sería un viaje a su interior.

Cuando estudiamos física, observamos que existen varios tipos de movimientos, normalmente usamos los rectilineos, como por ejemplo cuando viajamos de una ciudad a otra, o cuando caminamos de nuestra casa a la escuela. También están los circulares, es decir que el objeto sigui una trayectoria curva, como cuando “revoleamos” una piedra atada a un hilo. También dentro de estos tipos de trayectorias, tenemos aquellos en donde la velocidad es constante, es decir no varia, por ejemplo cuando viajamos en un tren a 70 Km./h y  siempre esa velocidad es la misma al paso del tiempo, son movimiento de velocidad uniforme.

Y también hay otro movimiento llamado acelerados que es cuando nuestra velocidad va cambiando a traves del tiempo y podríamos decir que es el caso mas normal de nuestra vida. Cuando salimos en nuestro auto, la velocidad pasa de  0 Km/h , cuando está denido a otra velocidad mas alta. Luego cuando llegamos a destino apretamos el freno y la velocidad llega a cero (cuando nos detenomos) en algunos segundos.

Cuánto mas grande sea esa aceleración mas rápido vamos a avanzar o a detenernos, y viceversa, si la aceleración es nula o ceo, la velocidad será siempre uniforme y no aumentará ni disminuirá, podemos decir que el movimiento uniforme es una caso especial del movimiento acelerado, cuando la aceleración es cero.

Albert Einstein comprendió desde el comienzo que la teoría especial de la relatividad quedaba restringida a una clase particular de movimiento: el movimiento uniforme, es decir, el movimiento sin aceleración. Buscó entonces durante más de una década una teoría más general de la relatividad y finalmente logró su objetivo, en 1917.

Einstein  en su principio de relatividad afirma que las leyes de la física son las mismas para todos los observadores que se mueven con movimiento uniforme Como todas las cosas se comportan de la misma manera para un observador en reposo y para otro que se mueve con movimiento uniforme con respecto al primero, es imposible detectar el movimiento uniforme.

Siguiendo con su espíritu investigativo, Einstein comenzó a reflexionar sobre las limitaciones de la relatividad especial, porque la velocidad constante o uniforme es un caso de un movimiento mas general, que como vimos antes, del movimiento acelerado.

Einstein pensaba, y estaba en lo ciento que la aceleración es fácil de detectar. Nunca dudamos cuando viajamos en un automovil, y este acelera, pues no sentimos apretados o “empujados” contra nuestro asiento. Lo mismo cuando frena bruscamente , nos vamos hacia adelnate y sentimos el efecto de la aceleración y del movimiento.

Albert, estuvo con este problema (que parece tan simple para nosotros) mucho tiempo en su cabeza sin lograr un modelo que le permita seguir avanzando con su novedosa teoría.

En una conferencia dictada en Kyoto en diciembre de 1922, relató al auditorio que un día, estando sentado en su silla de la oficina de patentes de Berna, se le ocurrió de súbito una idea: si alguien se cayera del techo de la casa, no sentiría su propio peso. No sentiría la gravedad. Ésa fue “la idea más feliz de mi vida“, dijo.

La mencionada idea puso a Einstein en la vía que conducía a la teoría general de la relatividad, extensión de su teoría especial, que debería incluir toda clase de movimientos, no sólo el movimiento uniforme. Al desarrollarla, inventó una nueva teoría de la gravedad que reemplazó a la ley de gravitación universal de Isaac Newton.

EXPLICACIÓN DE SU IDEA: .
La respuesta a los problemas de Einstein era, literalmente, tan simple como caer de un tejado. La idea de Einstein surgió al darse cuenta de que alguien que cayera hacia la tierra no sentiría el efecto de la gravedad. Como es difícil imaginar una caída libre desde un tejado, imaginemos un hombre que cae desde un avión. Según cae, todo lo que lleva consigo cae a la misma velocidad (la ley de la gravitación universal de Newton, que dice que la fuerza gravitatoria es proporcional a la masa de los objetos).

Si se da la vuelta, las monedas no se le saldrán del bolsillo, ya que están aceleradas hacia la tierra al igual que él. Si se mete la mano en el bolsillo, saca unas cuantas monedas y las deja caer (si las arrojara con fuerza sería distinto), seguirían cayendo con él. Todo esto demuestra una cosa: la caída libre ha cancelado la gravitación. En otras palabras, aceleración es equivalente a gravitación.

Para ilustrarlo, imaginemos un ascensor en el último piso de un rascacielos muy alto. Dentro, duerme plácidamente un físico, junto a su despertador. Un segundo antes de que suene el despertador, cortamos los cables que sostienen el ascensor. El ascensor empieza a caer con un movimiento acelerado hacia el suelo, suena el despertador, y el físico se despierta. Al despertar, se siente ligero, sin peso. El despertador flota a su lado. Saca las llaves del bolsillo, las deja caer y también flotan.

El físico se divierte, no está asustado,porque cree que alguien le ha colocado en una nave y se encuentra en el espacio. Incapaz de pensar que alguien le haya colocado en el ascensor, no imagina que lo que está experimentando es una caída libre, y se vuelve a dormir.

Ahora, imaginemos el mismo ascensor enganchado a una nave que le traslada al espacio y ascelera hacia arriba. Dentro del ascensor hemos vuelto a colocar a nuestro físico y su despertador. Justo antes de que suene el despertador, ponemos en marcha la nave y el ascensor se desplaza a 9,8 m por segundo cada segundo (9,8 m/s2, la aceleración que sentimos debido a la fuerza de gravedad de la Tierra).

El físico ve el reloj en el suelo, y siente su propio peso sobre el suelo del ascensor. Saca las llaves de su bolsillo, las tira y caen al suelo, cerca de él, describiendo una perfecta parábola en su caída. El físico está cada vez más divertido, porque piensa que quien fuera que le había puesto en el espacio, le ha llevado ahora de regreso a la Tierra. Incapaz de pensar que alguien se lo está llevando del planeta, no se da cuenta de que lo que está experimentando no es la gravedad, sino una aceleración. Así que se vuelve a dormir.

Einstein demostró por lo tanto que el movimiento no-uniforme, de la misma forma que el uniforme, es relativo. Sin un sistema de referencia, es imposible saber diferenciar entre la fuerza de una aceleración y la fuerza de gravedad.

ingravidez, astronautas en sus practicas

Su equivalencia permite a la NASA entrenar a sus astronautas en condiciones de ingravidez, en un avión en caída acelerada que iguala la aceleración gravitacional de la tierra. Durante unos minutos, los que van dentro del avión están en la misma situación que nuestro físico en el ascensor que caía desde lo alto del rascacielos. Los astronautas en sus entrenamientos recrean las condiciones de gravedad cero del espacio de este modo, volando en un avión a reacción (adecuadamente apodado el Vomit Comet —o Cometa del Vómito—) en una trayectoria propia de una montaña rusa. Cuando el avión vuela hacia arriba, los pasajeros se quedan pegados a sus asientos porque experimentan fuerzas mayores que la gravedad. Cuando después se inclina hacia delante y cae en picado hacia abajo, son liberados del tirón de la gravedad y pueden flotar dentro del aparato.

EQUIVALENCIA ENTRE  GRAVEDAD Y ACELERACIÓN:

En su artículo del Annual Review, Einstein explicó mediante su experimento mental que es imposible distinguir una aceleración constante de los efectos de la gravedad. Llamó a esta idea principio de equivalencia, porque mostraba la equivalencia entre aceleración y gravedad.

Según Einstein, la gravedad es relativa. Existe sólo cuando hay aceleración. Cuando los científicos dejan caer la bola en la nave espacial acelerada, la bola es libre y no está acelerada. La bola está en movimiento uniforme y la nave acelera hacia ella.

Los científicos sienten la aceleración de la nave. Si uno de los astronautas salta fuera de la nave, quedará liberado de la aceleración del vehículo y no sentirá ninguna aceleración. No sentirá ningún movimiento, porque el movimiento sin aceleración (movimiento uniforme) no puede identificarse.

principi de equivalencia

Newton había explicado la gravitación por la fuerza de atracción universal;  Einstein la explicó en 1916 por la geometría del espacio-tiempo… Transcurridos casi ochenta años, la audacia de aquel salto conceptual sigue suscitando la admiración de los físicos. Einstein construyó la relatividad general intuitivamente, a partir de «las sensaciones que experimentaría un hombre al caerse de un tejado», en un intento de explicar los fenómenos gravitacionales sin la intervención de fuerza alguna. El personaje en estado de ingravidez imaginado por Einstein no tiene motivo para pensar que está cayendo, puesto que los objetos que lo acompañan caen a la misma velocidad que él, sin estar sometidos aparentemente a ninguna fuerza. Debe seguir, pues, una trayectoria «natural», una línea de máxima pendiente en el espacio-tiempo. Esto implica que los cuerpos responsables de la gravitación (la Tierra, en este caso) crean una curvatura del espacio-tiempo, tanto más pronunciada cuanto mayor es su masa. Los planetas, por ejemplo, caen con trayectorias prácticamente circulares en la depresión (de cuatro dimensiones…) creada por la masa del Sol.

El mismo principio es válido cuando la nave está de vuelta en la Tierra. Cuando el astronauta deja caer la bola, ésta no siente ninguna aceleración. Como la aceleración de la bola se debe a la atracción gravitacional de la Tierra, la bola no siente ninguna gravedad. La bola que el astronauta deja caer flota ahora en el espacio, como los astronautas de la lanzadera espacial. Es el suelo, la Tierra, que sube para encontrar la bola y chocar con ella.

¿Cómo puede ser esto? La Tierra está en completa sincronía con los demás planetas, moviéndose con la Luna alrededor del Sol en una órbita precisa. La Tierra no puede moverse hacia arriba para chocar con la bola; tendría que arrastrar consigo a todo el sistema solar.

Esto es realmente lo que ocurre, según Einstein. Al saltar de un trampolín quedamos sin peso, flotando en el espacio, mientras la Tierra con todo el sistema solar aceleran en nuestra dirección. No estamos acelerados. Es la Tierra la que lo está. No sentimos la gravedad porque para nosotros no existe.

De acuerdo con Einstein, gravedad es equivalente a movimiento acelerado. Los astronautas de la nave espacial acelerada, lejos del sistema solar, sienten una gravedad real, no una mera simulación de gravedad. Y el astronauta que salta de la nave y la ve acelerar alejándose de él está en la misma situación que nosotros cuando saltamos del trampolín y vemos que la Tierra acelera hacia nosotros.

El principio de equivalencia de Einstein dice: “La gravedad es equivalente al movimiento acelerado. Es imposible distinguir los efectos de una aceleración constante de los efectos de la gravedad”.

Fuente Consultada:
Revista Tecnirama Fascículo N°120 Enciclopedia de la Ciencia y la Tecnología
50 Cosas que debe saber sobre el Universo Joanne Bajer
Einstein Para Dummie s Carlo I. Calle
Einstein y su Teoría de la Relatividad Byron Preiss (ANAYA)

Feymann Richard Fïsico Premio Nobel Teoría Electrodinámica Cuántica

El físico norteamericano Richard Phillips Feynman mereció el Premio Nobel en 1965  por sus estudios en el campo de la electrodinámica cuántica. Fue uno de los teóricos  más originales de la posguerra, ya que contribuyó de manera fundamental en muchos campos de la física. Su genial visión de fabricar productos en base a un  reordenamiento de átomos y moléculas dio pie al nacimiento de una de disciplinas científicas más prometedoras de la era moderna: la nanotecnología

Feymann Richard Físico

“Para la existencia de la ciencia son necesarias mentes que no acepten que
la naturaleza debe seguir ciertas condiciones preconcebidas.”

NUEVAS FRONTERAS
Con una curiosidad ilimitada ante los fenómenos de la naturaleza, Richard Feynman hizo contribuciones relevantes en diversos campos de la física y también fue un excelente divulgador, capaz de transmitir su pasión por la ciencia. De una intuición extraordinaria, buscaba siempre abordar los problemas de la física de manera diferente de la de sus colegas, quería presentar las cuestiones conocidas fuera de los caminos ya trillados.

La historia cuenta que durante una reunión de la Sociedad Americana de Física de la división de la Costa Oeste, en 1959, Feynman ofreció por primera vez una visión de la tecnología totalmente nueva, imaginando enciclopedias escritas en la cabeza de un pin. “Hay mucho sitio al fondo”, dijo en aquella célebre conferencia. Pero el fondo al que se refería no era el de la abarrotada sala de actos. Hablaba de otro fondo: el de las fronteras de la física, el mundo que existe a escala molecular, atómica y subatómica.

Un Visionario: Por primera vez, alguien pedía investigación para hacer cosas como escribir todos los libros de la Biblioteca del Congreso en una pieza plástica del tamaño de una mota de polvo, miniaturizar las computadoras, construir maquinarias de tamaño molecular y herramientas de cirugía capaces de introducirse en el cuerpo del paciente y operar desde el interior de sus tejidos.

La conferencia de Feynman está considerada como una de las más importantes y famosas de la historia de la física, que hoy cobra una vigencia no prevista en aquel entonces. Por eso muchos científicos consideran que Richard Feynman marca de algún modo el nacimiento de la nanotecnología, ciencia que se aplica a un nivel de nanoescala, esto es, unas medidas extremadamente pequeñas, “nanos”, que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos.

El futuro es impredecible: A pesar de que Feynman ignoraba en aquel entonces la capacidad de los átomos y las moléculas de unirse en estructuras complejas guiadas por sus interacciones físicas y químicas (algo muy presente hoy en día a escala nanométrica), queda su impresionante clarividencia en saber identificar en la naturaleza un abundante depósito de recursos, poniendo de manifiesto al mismo tiempo su confianza en el carácter ilimitado de la creatividad humana.

PORQUE SE LO RECUERDA:

  1. Es considerado una de las figuras pioneras de la nanotecnología, y una de las primeras personas en proponer la realización futura de las computadoras cuánticas.
  2. Su forma apasionada de hablar de física lo convirtió en un conferencista popular; muchas de sus charlas han sido publicadas en forma de libro, e incluso grabadas para la televisión.
  3. Feynman fue asignado al comité de investigación de la explosión en vuelo del transbordador de la NASA Challenger, en 1986. Demostró que el problema había sido un equipo defectuoso y no un error de un astronauta.
  4. Entre sus trabajos se destaca la elaboración de los diagramas de Feynman, una forma intuitiva de visualizar las interacciones de partículas atómicas en electrodinámica cuántica mediante aproximaciones gráficas en el tiempo.

Cronología:
NACIMIENTO: Richard Feymann nació el 11 de mayo en Nueva York. Descendiente cíe judíos rusos y polacos, estudiu física cu el Instituto Tecnológico de Massa-chusetts v se doctoró en la Universidad de Priiiceton.

PROYECTO MANHATTAN Participó en el proyecto Manhattan, que dio origen a la primera bomba atómica. Posteriormente, en 1950, fue nombrado titular de la cátedra de física teórica en el California Institute of Technology (foto).

PREMIO NOBEL: Recibió el Nobel de Física junto con J. Schwinger y S. Tomonaga, por sus trabajos en electrodinámica cuántica. Se mostró cómo abordar el estudio cuántico y relativista de sistemas con cargas eléctricas.

INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO DEL QUARK: Trabajó en el acelerador de partículas de Stanford, período en el que introdujo la teoría de I partones, hipotéticas partículas localizadas en el núcleo atómico que daría pie más tarde al concepto de quark.

MUERTE: Tras luchar denodadamente durante cinco años con un cáncer abdominal, Feynman falleció el 15 de febrero, dos semanas después de dictar su última exposición como docente: su última clase versó sobre la curvatura espacio-temporal.

Fuente Consultada:Gran Atlas de la Ciencia La Materia National Geographic – Edición Clarín –

Historia de Ciencia Tecnica Tecnologia Curiosidades y Avances

Teoría de la Relatividad
Anécdotas Matemáticas
Tres Grandes Matemáticos
Ideas Geniales De Las Ciencias
Inventos Geniales
Medición Radio Terrestre En La Antigüedad
El Número Pi
El Átomo
La Partículas Elementales del la Materia
El Sistema Solar
Astronomía Para Principiantes
Conceptos Informáticos
La Vida de las Estrellas
El Genoma Humano
Estudio del Cuerpo Humano
Seres Humanos en el Espacio
Humanos en el Fondo del Mar
Los Tres Problemas Griegos
La Misión Apolo XI
 El Big Bang
 SQL Para Bases de Datos
 Los Efectos de Una Explosión Nuclear
 El Agua Potable
 Hidrógeno: El Combustible del Futuro
 El Planeta Sedna o Planetoide Sedna?
 La Energía Nuclear y Sus Usos
 El Petróleo:Una Noble Sustancia
 El Movimiento De Los Satélites Artificiales
 Porque hay rozamiento entre dos superficies?
 Consultas En Un Diccionario Medico Etimológico
 Internet y la WEB
 La Inteligencia Humana (Con Un Test)
 Dos Bellos Teoremas (La Raíz de 2 y Los 5 Sólidos Pitagóricos)
 Tres Conceptos Físicos Modernos
 Efecto Fotoeléctrico-Radiación Cuerpo Negro-El Cuanto de Energía
 Conceptos Básicos de Cohetería Moderna
Curiosas Cuestiones Físicas Explicadas Por Yakov Perelman
Tres Principios Físicos Básicos
Pascal-Arquímedes-Bernoulli
Hormigones y Morteros-Cálculo de Materiales por m3
 Centrales Generadoras de Energía
 Los Combustibles Fósiles
 La Célula y La Clonación
 Experimento De Las Esferas de Maldemburgo
 Teoría del Campo Unificado
 La Presión Atmosférica y La Experiencia de Torricelli
 La Teoría Cinética de los Gases
 Fórmula Matemática de la belleza Universal
 Método Gráfico (árabe) Para Resolver Una Ecuación de 2° Grado
 La Inteligencia Artificial
 La Inmunidad Humana
 Motores de Combustión Interna y Eléctricos
 Pilas y Baterías – Principio Físico de Funcionamiento
 Bell o Meucci Quien inventó el teléfono?
 Las Vacunas
 Las Vitaminas
 La Poliomielitis
 La Leyes de Kepler
 Eclipses de Sol y de Luna
 La Medición del la velocidad de la Luz
 Nuestra Querida Estrella: El Sol
 Las Leyes de la Mecánica Clásica de Newton
 Las Leyes del Péndulo Físico
 La Matemática en el Siglo XX – Desafíos Sin Resolver
 Aprende a Resolver Una Ecuación de 2do. Grado
 A que llamamos el pensamiento lateral? Problemas
 Desalinizar El Agua de Mar
 La Economía Como Ciencia
 Conceptos Básicos Sobre La Ciencia
 Teoría de la Deriva de los Continentes
 La Lucha contra las infecciones: los antibióticos
 Últimos avances científicos en medicina (2007)
 La Era Espacial: Las Misiones Espaciales
 Teorías Físicas Que Fracasaron
 Descubriendo Nuevos Metales en el Siglo XVII
 El Experimento del Siglo XXI: “La Máquina de Dios”
 Enanas Blancas, Neutrones y Agujeros Negros

 

Usos del Transbordador Espacial Misiones y Programas de la NASA

El Trasbordador Espacial
El Trasbordador Espacial, u orbitador, es el único vehículo espacial en el mundo que se puede volver a usar. Se eleva en el espacio montado sobre un gigantesco cohete y luego es capaz de volver a aterrizar como un avión. Puede estar listo para volver a usarse en sólo seis días y medio.

Carga pesada: Del mismo modo que los astronautas, el Trasbordador Espacial lleva equipaje. Satélites, sondas espaciales o laboratorios espaciales son llevados dentro del compartimiento de cargas.

Super aterrizaje: Frenos de carbón, un timón dividido en dos y alerones especiales reducen su velocidad. Al tocar la pista de aterrizaje se abre un paracaídas.

Protectores térmicos: Un escudo hecho de siliconas cubre al Trasbordador Espacial, protegiéndolo de una temperatura superior a 1.260 °C durante su entrada en la atmósfera.

Arranque: El despegue del Trasbordador Espacial está controlado automáticamente por computadoras a bordo de la nave por un centro de control desde la base en Tierra. La fuerza que desplegan los cohetes durante el despegue es tres veces mayor que la fuerza de gravedad de nuestro planeta.

Los gases calientes que emanan del cohete impulsan la nave espacial hacia arriba.
Toma sólo 50 minutos alcanzar la órbita terrestre.

Ver el Trasbordador Discovery Por Dentro

La flota de transbordadores. Con una flotilla de seis transbordadores, la NASA ha llevado a cabo apasionantes misiones en el espacio. Ésta es la historia resumida de cada uno de ellos.

Columbia. Su primer vuelo fue en 1981. Fue bautizado así en honor al buque que circunnavegó el globo por primera vez con una tripulación de estadounidenses. En 1998, puso en órbita la misión Neurolab para estudiar los efectos de la microgravedad en el sistema nervioso. Neurolab fue un esfuerzo colectivo entre seis agencias espaciales, incluyendo la Agencia Espacial Europea. Se desintegró durante su reentrada a la Tierra en febrero de 2003. Columbia voló 28 veces.

Challenger. Realizó su ‘primera misión en 1982. Recibió el nombre del buque inglés que exploró los mares en el siglo XIX. En 1984, el astronauta Bruce McCandless se convirtió en la primera persona en realizar una salida espacial autónoma en una unidad de maniobra individual. El Challenger voló 10 veces.

Discovery. Entró en acción en 1984. Bautizado en honor a uno de los barcos del explorador británico James Cook que lo condujeron a las islas del Pacífico Sur. En 1998 llevó a Pedro Duque por primera vez al espacio en una misión histórica en la que participó también el ex astronauta estadounidense John Glenn, el primer hombre de EE. UU. en orbitar la Tierra. Discovery llevó a cabo 30 misiones.

Atlantis. Su primer vuelo fue en 1985.Lleva el nombre del velero del Instituto Oceanográfico de Woods Hole, que fue el primer barco en ser usado para investigaciones marinas en Estados Unidos. En 1995 llevó al espacio la primera de nueve misiones para atracar en la Estación Espacial Mir. Atlantis viajó 26 veces.

Endeavour. Es el más joven de la flotilla y fue operativo en 1992. Está bautizado en honor al primer .buque del explorador
británico lames Cook en las islas del Radico Sur. En 2001 timo lamiswndeñstalarel brazo robot de la Estación Espacial Internacional. Votó oí 19 ocasiones.

Enterprise. Fue el primer modelo y se usó en pruebas tripuladas durante los noventa para estudiar cómo planeaba en el ale al ser soltado desde un anón. Sin embargo, nunca voló al espacio. Fue bautizado con el nombre de la nave espacial de la serie Star Trek.

Los últimos cinco cambios claves para volver al espacio

Calentadores: Colocar calentadores eléctricos cerca de los puntos de fijación del depósito externo para prevenir la formación de cristales de hielo. Además, diseñar espuma aislante que no se separe de las paredes del depósito en el despegue.
Paneles de Carbono Realizar análisis -rayos X, ultrasonido, corriente electromagnética y termografía- de los 44 paneles de carbono-carbono reforzado que recubren los bordes de ataque de las alas, el morro y las compuertas del tren de aterrizaje delantero antes de cada vuelo. Además, detectar brechas en estos paneles durante el vuelo e inventar formas de repararlas en órbita.
Videos y fotos Evaluar la condición del transbordador durante el despegue, usando cámaras de vídeo y fotografía de la más alta resolución.
Aislante térmico. El material aislante térmico que recubre los propulsores de aceleración es una mezcla de corcho con una pintura protectora colocada con tecnología puntera, que evita que el aislante se despegue en grandes fragmentos.
Capsula de Seguridad: Diseñar una cápsula de seguridad expulsable para los astronautas.

Paracaídas y vehículo de escape en emergencias: La NASA trabaja también en un sistema de escape por si algo va mal durante el despegue. En el Centro Espacial Marshall se están llevando a cabo ensayos con motores de cohetes en una serie de Demostraciones de Aborto en Plataforma que incluyen paracaídas y una cápsula similar al vehículo de escape.”El accidente del Columbia fue ocasionado por una serie de errores colectivos. Nuestro regreso al espacio debe ser un esfuerzo colectivo”, dice el director de la agencia, Sean O’Keefe. A medida que el personal de la NASA se repone de la tragedia y se prepara a volar nuevamente, es importante recordar que explorar el cosmos es una actividad sin duda peligrosa y lo seguirá siendo durante mucho tiempo. Por eso, cualquier medida de seguridad es poca.

El Mar Muerto, donde nadie de ahoga Porque? Caracteristicas

EL MAR DONDE NADIE SE AHOGA,…¿POR QUE?

vida en condicones extremas

El Agua Salada del Mar en El Que No Se Puede Ahogar Nadie
Este mar existe y se encuentra en un país que conoce la humanidad desde los tiempos más remotos. Se trata del célebre Mar Muerto de Palestina. Sus aguas son extraordinariamente saladas, hasta tal punto que en él no puede existir ningún ser vivo. El clima caluroso y seco de Israel hace que se produzca una evaporación muy intensa en la superficie del mar. Pero se evapora agua pura, mientras que la sal se queda en el mar y va aumentando la salinidad de sus aguas.

Esta es la razón de que las aguas del Mar Muerto contengan no un 2 ó 3 por ciento (en peso) de sal, como la mayoría de los mares y océanos, sino un 27 o más por ciento. Esta salinidad aumenta con la profundidad. Por lo tanto, una cuarta parte del contenido del Mar Muerto está formada por la sal que hay disuelta en el agua.

La cantidad total de sal que hay en este mar se calcula en 40 millones de toneladas.

La gran salinidad del Mar Muerto determina una de sus peculiaridades, que consiste en que sus aguas son mucho más pesadas que el agua de mar ordinaria. Hundirse en estas aguas es imposible.

El cuerpo humano es más liviano que ellas.
El peso de nuestro cuerpo es sensiblemente menor que el de un volumen igual de agua muy salada y, por consiguiente, de acuerdo con la ley de la flotación, el hombre no se puede hundir en el Mar Muerto, al contrario, flota en su superficie lo mismo que un huevo en agua salada (aunque en el agua dulce se hunde).

Mark Twain estuvo en este lago-mar y después escribió humorísticamente las extrañas sensaciones que él y sus compañeros experimentaron bañándose en sus aguas:

“Fue un baño muy divertido. No nos podíamos hundir. Se podía uno tumbar a lo largo sobre la espalda y cruzar los brazos sobre el pecho y la mayor parte del cuerpo seguía sobre el agua. En estas condiciones se podía levantar la cabeza por completo.

Se puede estar tumbado cómodamente sobre la espalda, levantar las rodillas hasta el mentón y abrazarlas con las manos. Pero en este caso se da la vuelta, porque la cabeza resulta más pesada. Si se pone uno con la cabeza hundida y los pies para arriba, desde la mitad del pecho hasta la punta de los pies sobresale del agua; claro que en esta posición no se puede estar mucho tiempo.

Si se intenta nadar de espaldas no se avanza casi nada, ya que las piernas no se hunden en el agua y sólo los talones encuentran apoyo en ella. Si se nada boca abajo no se va hacia adelante, sino hacia atrás.

En el Mar Muerto el equilibrio del caballo es muy inestable, no puede ni nadar ni estar derecho, inmediatamente se tumba de costado”.

En la figura de abajo se puede ver un bañista que descansa comodísimamente sobre las aguas del Mar Muerto. El gran peso específico del agua le permite estar en esta posición, leer el libro y protegerse con la sombrilla de los ardientes rayos del Sol.

El agua de Kara-Bogas-Gol (golfo del Mar Caspio) tiene estas mismas propiedades y las del lago Eltón no son menos saladas, puesto que contienen un 27% de sal.

Un bañista en el Mar Muerto.  Mar Muerto, lago salino situado entre Israel, Cisjordania y Jordania. Con una profundidad oficial que alcanza los 408 m bajo el nivel del mar (según unas mediciones realizadas en 2006, alcanzaría los 418 m), se considera el lugar más bajo de la tierra emergida, sin tener en cuenta la sima antártica Bentley, cubierta hoy día por hielo.

Algo parecido sienten los enfermos que toman baños salinos. Cuando la salinidad del agua es muy grande, como ocurre, por ejemplo, con las aguas minerales de Staraia Russa, los enfermos tienen que hacer no pocos esfuerzos para mantenerse en el fondo del baño.

Yo he oído como una señora que tomó los baños de Staraia Russa se quejaba de que el agua “la echaba materialmente fuera del baño”. Según ella la culpa de esto la tenía … la administración del balneario.

El grado de salinidad de las aguas de los distintos mares oscila un poco y a esto se debe que los barcos no se sumerjan en ellas hasta un mismo sitio. Algunos de nuestros lectores habrán visto el signo que llevan los barcos cerca de la línea de flotación, llamado “marca de Lloyd”, que sirve para indicar el nivel límite de la línea de flotación en aguas de distinta densidad.

Por ejemplo, la marca representada en la fig. 52 indica los niveles límite de la línea de flotación siguientes:  

en agua dulce (Fresh Water)

FW

en el Océano Indico (India Summer)

IS

en agua salada en verano (Summer)

S

en agua salada en invierno (Winter)

W

en el Atlántico del norte en invierno (Winter North Atlantik)

WNA

Antes de terminar este artículo quiero advertir que existe una variedad de agua que aún estando pura, es decir, sin contener otros cuerpos, es sensiblemente más pesada que la ordinaria. Este agua tiene un peso específico de 1,1, es decir, es un 10% más pesada que la común, por consiguiente, en una piscina con agua de este tipo lo más probable es que no se ahogue nadie, aunque los que se bañen no sepan nadar.

Este agua se llama agua “pesada” y su fórmula química es D 2 0 (el hidrógeno que entra en su composición está formado por átomos dos veces más pesados que los del hidrógeno ordinario. Este hidrógeno se designa con la letra D). El agua “pesada” se encuentra disuelta en el agua común en cantidades muy pequeñas. Un cubo de agua potable contiene cerca de 8 g de agua “pesada”.  

Disco de carga máxima en el costado de un buque. Las marcas se hacen al nivel de la línea de flotación. Para que se vean mejor se muestran aparte aumentadas. El significado de las letras se explica en el texto.

El agua pesada de fórmula D 2 O (hay 17 tipos de agua pesada, cuyas composiciones son distintas) se obtiene actualmente casi pura, puesto que la cantidad de agua ordinaria que hay en ella constituye aproximadamente un 0,05%. Este agua se emplea mucho en la técnica atómica, especialmente en los reactores atómicos. Se obtiene en grandes cantidades del agua ordinaria por procedimientos industriales

Fuente Yakov Perelman
Física Recreativa

Ir al Menú de Cuestiones Físicas

 

Curiosa Situacion Física-Vuelo en Globo-Yakov Perelman

CURIOSA SITUACIÓN FÍSICA PARA VOLAR ECONÓMICO

vida en condicones extremas

El procedimiento mas barato de viajar:
El ingenioso escritor francés del siglo XVII, Cyrano de Bergerac cuenta en su “Historia Cómica de los Estados e Imperios de la Luna” (1652), entre otras cosas, un caso sorprendente que, según dice, le ocurrió a él mismo.

Un día, cuando estaba haciendo experimentos de Física, fue elevado por el aire de una forma incomprensible con sus frascos y todo. Cuando al cabo de varias horas consiguió volver a tierra quedó sorprendido al ver que no estaba ni en Francia, ni en Europa, sino en América del Norte, ¡en el Canadá!

¿Se puede ver desde un aeróstato cómo gira la Tierra? (El dibujo no se atiene a escala)

No obstante, el escritor francés consideró que este vuelo transatlántico era completamente natural. Para explicarlo dice que mientras el “viajero a la fuerza” estuvo separado de la superficie terrestre, nuestro planeta siguió girando, como siempre, hacia oriente, y que por eso al descender sentó sus pies no en Francia, sino en América.

¡Que medio de viajar más fácil y económico! No hay más que elevarse sobre la superficie de la Tierra y mantenerse en el aire unos cuantos minutos para que al descender nos encontremos en otro lugar, lejos hacia occidente.

¿Para qué emprender pesados viajes por tierra o por mar, cuando podemos esperar colgando en el aire hasta que la misma Tierra nos ponga debajo el sitio a donde queremos ir?.

Desgraciadamente este magnífico procedimiento es pura fantasía.

En primer lugar, porque al elevarnos en el aire seguimos sin separarnos de la esfera terrestre; continuamos ligados a su capa gaseosa, es decir, estaremos como colgados en la atmósfera, la cual también toma parte en el movimiento de rotación de la Tierra alrededor de su eje.

El aire (o mejor dicho, su capa inferior y más densa) gira junto con la Tierra y arrastra consigo todo lo que en él se encuentra: las nubes, los aeroplanos, los pájaros en vuelo, los insectos, etc., etc.

Si el aire no tomara parte en el movimiento de rotación de la Tierra sentiríamos siempre un viento tan fuerte, que los huracanes más terribles parecerían ligeras brisas comparadas con él (La velocidad del huracán es de 40 m por segundo o 144 km por hora.

Pero la Tierra, en una latitud como la de Leningrado, por ejemplo, nos arrastraría a través del aire con una velocidad de 240 m por segundo, es decir, de 828 km por hora, y en la región ecuatorial, por ejemplo, en Ecuador, esta velocidad sería de 465 m por segundo, o de 1.674 km por hora).

Porque lo mismo da que estemos nosotros fijos en un sitio y que el aire pase junto a nosotros o que, por el contrario, sea el aire el que está quieto y nosotros los que nos movemos dentro de él; en ambos casos el viento será igual de fuerte. Por ejemplo, un motociclista que avance a una velocidad de 100 km por hora sentirá un viento fuerte de frente aunque el aire esté en calma.

En segundo lugar, aunque pudiéramos remontarnos hasta las capas superiores de la atmósfera o la Tierra no estuviera rodeada de aire, el procedimiento de viajar económicamente ideado por el satírico francés sería también irrealizable.

Efectivamente, al separarnos de la superficie de la Tierra en rotación continua seguiríamos, por inercia, moviéndonos con la misma velocidad que antes, es decir, con la misma velocidad a que se movería la Tierra debajo de nosotros.

En estas condiciones, al volver a la Tierra nos encontraríamos en el mismo sitio de donde partimos, de igual manera que cuando damos saltos dentro de un vagón de ferrocarril en marcha caemos en el mismo sitio. Es verdad que por inercia nos moveremos en línea recta (tangencialmente a la superficie terrestre), mientras que la Tierra seguiría un arco debajo de nosotros, pero tratándose de lapsos de tiempo pequeños esta diferencia no se nota.

Fuente Yakov Perelman Física Recreativa

Ir al Menú de Cuestiones Físicas

 

Teoría Especial de la Relatividad Explicacion Sencilla y Breve

La Teoría Especial de la Relatividad
Explicación Sencilla y Breve

albert einstein

1905:Año Maravilloso El Efecto Fotoeléctrico El Movimiento Browiano Antecedentes de la Física – Implicancias de la Teoría  –  Explicación de la Teoría

Trataré de explicarte la Teoría de Einstein como a un principiante  que no tiene ni la menor idea de conceptos físicos. Supongo que sabes algo de matemática elemental y que sólo tienes un gran interés por las ciencias y que estás dispuesto a leer con pasión estas páginas para entender someramente lo que pensó este genio hace 100 años y que revolucionó todo el saber científico de aquella época. ¡Cuando estés listo puedes empezar!

TEORÍA DE LA RELATIVIDAD: A finales del siglo XIX la comunidad científica sabía que había mucho por crear e inventar, aplicando los diversos principios  físicos descubiertos, tales como la electricidad, magnetismo y mecánica, pero estaban convencidos de que ya casi no quedaba nada nuevo por explicar, la naturaleza había sido descubierta en su totalidad y ahora sólo tenía que comenzar a aplicarse esos conocimientos a las  actividades del ser humano para su propio beneficio y bienestar. 

Hasta ese momento los cimientos de la física eran dos grandes columnas construidas por dos de los científicos más grandiosos de la ciencia. Una, la teoría de la mecánica, donde todos los conocimientos de cinemática y dinámica desde Aristóteles hasta Galileo, fueron condensados en una sola teoría, conocida hoy como la Mecánica Clásica, o Mecánica Newtoniana. La otra columna sustentaba la otra mitad de la física, referente a los efectos magnéticos y eléctricos conocidos desde los griegos hasta los últimos avances de Oersted, Faraday y Lenz. Toda esta información técnica fue unificada en la Teoría del Electromagnetismo del genial científico inglés James Maxwell.

Pero en realidad algo andaba mal, pues fueron apareciendo algunos nuevos cuestionamientos o efectos físicos desconocidos, y se pensó que “puliendo” un poco los conceptos del momento podrían explicarlos fácilmente, así que  casi fueron subestimados por gran parte de los investigadores de esa época.

Esos nuevos fenómenos y cuestiones fueron:

  1. a)El efecto fotoeléctrico
  2. b)La fórmula de la radiación de un cuerpo caliente
  3. c)Las rayas en los espectros de emisión del Hidrógeno

(Nota: esos efectos los puedes estudiar en este sitio)

Amigo, sigamos con lo nuestro….

El concepto de relatividad ya existía y se conocía como la Relatividad de Galileo, y prácticamente consistía en la suma algebraica  de velocidades según sea el sistema de referencia que se adopte. Por ejemplo, suponte que estás parado en el andén de una estación de trenes y en un instante pasa moviéndose hacia la derecha un vagón de pasajeros a la velocidad de 60 km/h con respecto a ti, que te encuentras detenido al costado de las vías. Para un pasajero sentado adentro del mismo vagón dicho tren se mueve a 0 Km/h, es decir, se encuentra detenido con respecto a ÉL, pues ambos se mueven juntos. Ese pasajero con respecto a TI, a qué velocidad de desplaza?… no hay dudas, pasa a la misma velocidad que el vagón, o sea a 60 km/h.

Supongamos ahora que un segundo pasajero se levanta de su asiento y comienza a caminar hacia la derecha a 10 km/h respecto del vagón. A qué velocidad se mueve éste respecto del pasajero sentado, creo que tampoco hay dudas, y es de 10 km./h. pues vagón-pasajero sentado pertenecen al mismo sistema.

Bien, pero ahora ese pasajero a qué velocidad se desplaza respecto a TI que te encuentras sobre  el andén? Para este caso, la velocidad del pasajero será de 70 Km./h, es decir, que como ambos tienen el mismo sentido de desplazamiento dichas velocidades se suman: 60+10=70.

Si otro pasajero se levanta pero camina hacia la izquierda a 15 km/h, ahora la velocidad del mismo respecto a tu posición, será de: 60-15=45, porque tienen sentidos contrarios.

Si se quiere determinar la velocidad del primer pasajero que se paró, respecto del segundo, es de: 10+15=25 Km/h. Es como si se estuvieran alejando uno del otro a razón de 25 km/h adentro del mismo vagón. En el supuesto caso que ambos ahora se acercaran hacia sus asientos nuevamente a la misma velocidad, también la velocidad de uno respecto del otro será de 10+15=25 Km./h., pero ahora acercándose uno al otro. Se puede usar el signo (-) para indicar que se alejan y el signo (+) para indicar que se acercan, solo es una convención.

Qué pasa si uno de ellos, mientras camina hacia la izquierda a 15 km./h, saca una pelotita y la lanza hacia la derecha a razón de 50 km/h hacia la derecha?Cuál será la velocidad de la pelotita respecto a TI, que sigues detenido en el andén? Bien, ahora (será) el cálculo es así: 60+50-15=95 Km./h.

60 del vagón hacia la derecha + 50 de la pelota hacia la derecha – 15 del pasajero hacia la izquierda=95

… Amigo, me sigues el conceptoEstás de acuerdo?.

Es tal como indicaba al inicio, la relatividad de Galileo, solo consiste en sumar velocidades usando el signo (+) o (-) según sea el sentido de las mismas (en realidad la suma es vectorial, pero para el alcance de esta explicación alcanza con este definición)

Si se invierte la situación y ahora el pasajero  desea determinar tu velocidad (que estás sobre el andén) respecto a su posición En este caso la situación es  exactamente la misma, para el pasajero, es él quien se encuentra detenido y es el andén quien se mueve acercándose hacia él a la velocidad de 60 km/h, es decir son dos situaciones totalmente equivalentes, cada observador tiene su propia visión de la situación, y cada uno tomará los mismos valores antes calculados.

Para comenzar a darle propiedades a estos conceptos, en física se dice que cada objeto en movimiento o detenido, tiene su propio marco de medición o de coordenadas, es decir, que cada observador estudia y mensura  la situación desde su propio sistema de referencia.

Se puede decir que cada pasajero tiene un sistema de referencia, la pelotita tiene otro, y tú que te encuentras detenido también tienes el tuyo. En el caso del pasajero sentado, el sistema será el mismo que el del vagón, porque ambos se mueven simultáneamente. Cada uno observa al resto desde su propia ubicación, y sumará o restará las velocidades según sea el sentido del movimiento de los diversos objetos estudiados. Cuando todos los sistemas de referencia se mueven respecto de los demás a velocidades uniformes, se dice que esos sistemas son inerciales.

Resumiendo todo lo antedicho, significa que cada observador tiene su propio y único sistema de referencia. Por ejemplo tú que estás en este momento leyendo este apunte, te encuentras en reposo con respecto al sistema de referencia Tierra, es decir, que tú con respecto al piso estás a cero de velocidad. Pero imagina ahora que alguien te está mirando desde la Luna.

Este observador va a  concluir que túestás girando sobre un eje a la velocidad de 1vuelta/día. Si seguimos alejándonos, y alguien se detiene en el Sol, dirá que tienes dos movimientos, uno sobre tu eje y otro alrededor del sol, con una velocidad que tarda 365 días en recorrer toda la órbita. Como puedes observar, cada observador desde su propio marco de referencia tiene sus propias conclusiones.

Unas líneas más arriba cuando hablábamos de los sistemas inerciales, es importante destacar, una de sus principales características, y consiste en que cada uno de esos sistemas las leyes de la física, como la conservación de la energía, de la cantidad de movimiento lineal y angular, etc. se cumplen para cualquier observador que esté dentro o fuera del sistema de referencia en estudio.

Por ejemplo, si adentro del vagón armo un laboratorio y realizo una serie de investigaciones de principios físicos, TODOS ELLOS SE VERIFICARÁN TAL COMO SI LOS ESTUVIESE HACIENDO SOBRE LA TIERRA. Lo mismo ocurre con la pelotita, si armo sobre ella otro laboratorio y realizo más experiencias, las mismas responderán a los principios físicos conocidos. Y así sobre cualquier sistema de referencia inercial que utilice, siempre en cada uno de ellos se verificarán las leyes de la mecánica y del electromagnetismo. Si nos ponemos a pensar esto no tiene nada raro, pues nuestro laboratorio de la Tierra, no es más que otro laboratorio armado sobre una pelotita en movimiento en algún rincón del universo.

Seguramente  si pasa alguna nave espacial cerca del planeta, y nos observa y mide nuestros experimentos obtendrá otros valores numéricos distintos a los nuestros, pero sus conclusiones físicas serán exactamente iguales a las nuestras. De todo lo antedicho, se puede concluir que no existe ningún sistema de referencia ideal, que en física se llama sistema absoluto. Es decir no existe un sistema que se encuentre totalmente en reposo y podamos referenciar todas las mediciones a ese sistema especial. No hay en el universo un sistema que sea dueño de la verdad absoluta de todas las mediciones, pues todos están en movimiento y cada uno tiene su propia realidad.

Volviendo ahora al inicio de este apunte, por allá en los primeros años del siglo XX, los científicos estaban muy concentrados tratando de determinar las diversas propiedades de la luz, tales como su velocidad exacta, su naturaleza, su energía, su medio de propagación, etc. En realidad nadie sabíacómohacía para llegar de un lugar a otro. Así como el sonido usa el aire para desplazarse, la luz qué medio usa para moverse? La primera respuesta fue que utiliza un medio que se encuentra en todo el universo, que es transparente, de baja densidad e inunda todos los huecos del espacio, este medio se llamo: ÉTER

Desde su propuesta, los físicos se pusieron a tratar de encontrarlo, porque seria fantástico encontrar algo que se encuentre fijo en todo el universo para tener una  referencia fija. Los primeros encargados de buscar este medio fueron dos grandes físicos experimentales, conocidos como Michelson-Morley, y así se conoce hasta nuestros días al experimento realizado. Básicamente el experimento consistía en emitir un rayo de luz en un sentido, por ejemplo, en dirección al movimiento de la tierra, y otro en sentido contrario, de tal manera que en un sentido la velocidad de la tierra se sume a la de la luz  y para el otro caso se reste (el primer rayo es mas veloz que el segundo).

Esos haces de luz, luego de recorrer una misma distancia, se hacen reflejar en unos espejos para que retornen al punto de partida. Como un rayo es más rápido que otro, y deben recorrer la misma distancia, entonces llegarán al punto de partida con un retardo de tiempo, pues uno demorará más que otro en recorrer ese mismo espacio.

El experimento se hizo de diversas formas, perfeccionando los métodos de medición del sistema. Se efectuaron distintas mediciones durantes varios años, JAMÁS SE PUDO MEDIR UNA DIFERENCIA, los haces siempre llegaban al mismo tiempo, la velocidad de la tierra no les influenciaba para nada.

Conclusión: EL ÉTER NO EXISTÍA, y entonces en qué se apoyaba la luz para trasladarse?. (En este sitio: El Fin de Eter)

Es aquí donde entra en escena un jovencito alemán, estudiante avanzado de ciencias físicas en Zurich, dotado de una genialidad especial, que le permitió dar una explicación clara y correcta de lo que realmente pasaba con la luz, y los objetos que se mueven a velocidad cercanas. Ese genial hombrecito, fue Albert Einstein, que en los momentos libres que tenia en su trabajo en una  oficina de patentes,  reformuló toda la física clásica de Newton conocida hasta ese momento. De aquí en más la mecánica clásica sería solo un caso particular de una mecánica más amplia y general, llamada más tarde Física Relativista, y que se aplica a las partículas que se mueven a grandes velocidades. A partir de ese momento Albert Eisntein pasaría a ser el físico más grande de la comunidad científica de todos los tiempos.

Einstein partió para su teoría física desde dos postulados que parecen inofensivos pero tienen todo el poder para explicar la naturaleza del universo (los postulados son afirmaciones sin demostración) Más tarde dichos postulados fueron demostrados con la experiencia.

Ellos son: 

1-La luz se mueve siempre a velocidad constante de 300.000 Km/seg, independientemente de la velocidad de la fuente emisor. 

2-No existe ningún experimento posible en una nave que nos permita saber si nos estamos moviendo.

Observa que el primer postulado ignora la relatividad de Galileo, donde se suman las velocidades. Por ejemplo, si sobre el tren un pasajero saca una linterna y envía un haz de luz, cuál será la velocidad del haz respecto a ti que estás detenido en el andén?. Según Galileo seria: 300000+ la velocidad del tren.

Pues bien, Albert , pidiendo perdón a Newton, niega toda esa teoría y propone una nueva a partir de estos postulados. A partir de los postulados que Einstein había formulado, la velocidad de la luz siempre seria constante de 300.000 Km/s  “salga a la velocidad que salga”, no interesa la velocidad de la fuente. Además la luz no necesita de un medio material para transportarse, se mueve a través del vacío.

Si la velocidad de la luz dependiera de la velocidad del emisor, se tendría una forma de determinar el movimiento uniforme, experiencia que negaría al segundo postulado. Por ejemplo, si hacemos un ejercicio mental, que tanto le gustaba a Albert, suponte que vas sobre una nave que va aumentando rápidamente su velocidad y tú tienes un espejo en la mano donde te puedes ver reflejado.  Resulta que cuando viajes a una velocidad superior a la de la luz, tu cara desaparecerá del espejo porque ya la luz que tu rostro irradia no lo alcanzará.

Otra situación similar para reflexionar es la siguiente: suponte parado al fondo de una calle desde donde puedes observar la siguiente bocacalle a una cuadra de distancia. Hacia ti viene un auto a gran velocidad y por la calle perpendicular se le acerca una motocicleta en el mismo instante de cruzarse, de tal manera que el auto debe hacer una “S” para evitar la colisión. En este caso, si las velocidades se sumaran, la velocidad de la luz que emite el auto te llegaría antes que la de la moto ya que éste se dirige hacia ti. Por lo tanto verías al automóvil hacer una “S en el aire” si saber por qué, ya que la luz de la moto aún no te ha llegado.

Estos últimos ejemplos son creaciones mentales, pero hay casos reales en el universo, como el moviendo de estrellas,  donde se ha determinado fehacientemente que los postulados anteriores se cumplen y que la velocidad de una onda es siempre constante independiente del centro emisor.

En 1905, Einstein, que años mas tarde recordaría que pasó por  uno de los momentos másduros y pesados de su vida científica, tuvo que aceptar que cada sistema de referencia tiene su propio espacio-tiempo, y que la idea de un tiempo absoluto como lo había planteado dos siglos antes Newton estaba errada. Matemáticamente la velocidad es igual al espacio recorrido sobre el tiempo empleado. Pero ahora bien, si la velocidad de la luz siempre debía ser la misma, no quedaba duda que el núcleo de la cuestión estaba en esos dos rígidos conceptos,  y que el sentido común no nos dejaba analizarlos, porque eran obvios. Cómo la hora sería distinta, según  la mida detenido en la vereda o subido a una carreta?. No es eso ridículo, sin sentido.

Ahora bien apliquemos esos nuevos conceptos nacidos de los postulados de Albert, a otro ejercicio mental. Nuevamente recurriremos a dos naves espaciales en el medio del oscuro vacío en un rinconcito del universo, a miles de kilómetros de nuestra querida Tierra. Suponte que una nave tiene un reloj de luz, una especie de linterna que emite un rayo de luz hacia arriba y al llegar al techo se refleja en un espejo, para volver al punto de partida. Supongamos que el tiempo transcurrido desde la salida del rayo hasta su regreso es de 1 segundo. Para un astronauta adentro de esa nave, observará que la luz sale verticalmente hacia arriba, llega al espejo y regresa al origen, es decir, recorre dos veces la altura de la nave en un segundo. Ese astronauta puedes ser tú es este mismo momento, donde ves subir y bajar un rayo de luz, a razón de 1 seg. por ciclo.

Ahora la segunda nave también tiene instalado exactamente el mismo sistema de reloj, con igual tiempo por ciclo y ella pasa a tu costado a una velocidad v de por ejemplo 10.000 km/h.  Mi pregunta es la siguiente: cómo ves la trayectoria del rayo de luz desde tu nave? No crees que así como ves subir o bajar al rayo, también lo ves , simultáneamente, avanzar con la nave? Qué crees,… no tengo razón?. Realmente es así, el rayo sube y se desplaza horizontalmente, de tal forma que es movimiento compuesto es una línea inclinada hacia arriba que nace en el reloj.

Para el astronauta de la nave la luz sólo sube y baja, pero para ti “que estás fuera de su sistema de referencia” el rayo hace otro recorrido. Por lo antedicho, el rayo recorre “para ti que estás afuera” una distancia mayor que la doble altura que observa el astronauta interior a la nave. Si ahora aplicas el primer postulado de Einstein, donde afirma que la velocidad de la luz es siempre la misma, podrás concluir que  el tiempo que tarda la luz desde que sale del reloj hasta que regresa es mayor que el que tú mides en tu propia nave que sólo sube y baja verticalmente. Por lo tanto, cuando mides el tiempo en una nave que se mueve con respecto a ti podrás observar que dicho tiempo se hace más lento, porque cuando en tu nave mides un segundo en la otra pasa una fracción más. Resumiendo, el tiempo trascurrido en un sistema (nave) que se mueve es siempre más lento, es decir, los relojes atrasan.

Si analizas la situación, pero ahora invertida, notarás que el segundo astronauta, el que se mueve en el caso anterior, observará exactamente lo mismo que tú. Él observará que su rayo sólo baja y sube en un segundo, y que es el de la otra nave el que recorre más distancia, por lo tanto concluirá que es  su reloj el que anda bien, pero el de la otra nave está atrasando.

Algo parecido ocurre con la toma de mediciones de distancias, que es consecuencia del atraso del tiempo. Si el espacio recorrido es igual a la velocidad por el tiempo empleado, notarás fácilmente que cuando calculamos la distacia recorrida por un móvil, el espacio será distinto según se tome el tiempo de un sistema de referencia u otro.  Si estoy detenido y observo pasar la nave a cierta velocidad v, el espacio en mi sistema será igual a dicha velocidad por el tiempo t. Pero resulta que ese tiempo t es menor en el sistema en movimiento, por lo tanto la nave recorrerá menos distancia en su sistema, que el calculado para el nuestro.

Resumiendo, se dice que las distancias se acortan.

Explicacion Matemática de la Teoría:

Es sólo una consideración intuítiva, en realidad Albert inició sus deducciones apoyandosé en las transformaciones de Lorentz.

Sino entiendes las fórmulas y deducciones enviame un mail que recibirás mas explicaciones.

Nota que el tiempo Delta_t es mayor a Delta_t’ en un factor gamma.

Qué significa?

Que cuando la luz en tu reloj, demore por ejemplo 1seg. entre subir y bajar, tu observarás que la luz en la otra nave demorará más en recorrer esa trayectoria triangular. Cuando haces los cálculos observarás que ese tiempo se amplía en un factor gamma (que es mayor que 1) respecto a tu tiempo propio.

Este factor será cada vez mayor cuanto mayor sea la velocidad de la nave.

Suponiendo que v=0.8c (80% de c), el tiempo en la otra nave se incrementará en un 66%, respecto del tuyo, por lo tanto, medirás: 1.66 seg.

Cuando la velocidad llegue a la velocidad de la luz, gamma será infinito.

Un Caso Real:

En la atmósfera, a unos 10.000 m. aproximadamente de altura, aparecen partículas elementales llamada muones que se desplazan a una velocidad muy cercana a la de luz, a unos 0.998 de c. Esa partículas son muy inestables y en reposo tienen un tiempo de vida de 0,00000002 s. (2×10-8), es decir sumamente corto.

Bien, si se calcula sin tener en cuenta la física relativista, se observara que al multiplicar el tiempo de vida por su velocidad, los muones sólo recorrerían unos 600 metros, antes de desaparecer,  por lo que ninguno podría llegar a la superficie de la Tierra.

Experiencias realizadas en tierra, han confirmado la aparición de millones de ellos, contrariando a los cálculos físicos  aplicados. Justamente ahí surge el error, porque en el sistema del muon, a esa velocidad, el tiempo en el sistema Tierra es unas 15 veces superior, y ese es el tiempo que hay tomar para efectuar los cálculos (15 x 2 microsegundos=30).

Con ese nuevo tiempo los 600 m iniciales se transformarían en 9000 m. y explicaría por qué llegan a la superficie. Esos 9000 en el sistema Tierra, se reducen a 600 m. en el sistema muon, porque ahora se debe usar el tiempo del muon.

Como se puede observar las diferencias de tiempo y espacio están directamente relacionadas con la velocidad del sistema. A mayor velocidad mayores diferencias, pero sólo notables cuando la velocidad se aproxima a la de la luz. Cuando la velocidad es baja, inclusive, por ejemplo, la velocidad de un cohete al salir del planeta, es de unos 40.000 km/h se la considera baja y los efectos relativistas no pueden considerarse, porque prácticamente no existen.

Para estas velocidades la teoría de Newton se aplica con total eficacia, sin dudar en que podamos caer en errores. Las fórmulas que más abajo vamos a determinar cuando se aplican para ejemplos con bajas velocidades, se transforman automáticamente en las fórmulas obtenidas de la Mecánica de Newton, por lo que esta última pasa a ser un caso especial de unamás general, conocida hoy como la Teoría Especial de la Relatividad.

Matemáticamente, las fórmulas de Tiempo y Espacio se pueden obtener usando el ejemplo anterior de las naves en el espacio. Lógicamente Einstein no las obtuvo así, para ello se valió de unas transformadas conocidas como de Lorentz, que fue otro científico contemporáneo que estaba estudiando el tema. La matemática utilizada por el científico no fue tan elemental, pero tampoco se apoyó en la más avanzada matemática conocida en esa época.

No fue así para la resolución de las ecuaciones que explican la Teoría General de Relatividad, cuando el movimiento es acelerado, donde tuvo que auxiliarse de herramientas actualizadas del análisis matemático. Aplicar dichas ecuaciones a distintas situaciones físicas genera más de un dolor de cabeza a los avanzados estudiantes de ciencias exactas, cuando deben realizar sus prácticas.

Como te he dicho, Einstein encontró que la teoría de Newton “estaba mal” y eso no significó que las cosas comenzaran a caerse para arriba. Incluso si decimos que la teoría de Newton es “incorrecta”, da la impresión de que entonces la teoría de Einstein es la “correcta”.  Mañana mismo o dentro de algunos años, un hipotético físico, por ejemplo Jacob Newenstein, puede descubrir que la teoría de Einstein “está mal” en serio. Pero aunque eso pase, las cosas no van a empezar a caerse contra el techo, ni a moverse más rápido que la luz.  

Einstein simplemente elaboró una descripción de la naturaleza más precisa que la de Newton, y es posible que alguien halle una aún mejor. Pero la naturaleza no va a modificar su comportamiento para satisfacer la teoría de algún físico: es el científico quien deberá exprimir sus sesos para que su teoría describa a la naturaleza mejor que todas las teorías anteriores.

Corrección de Textos y Ortografía: Ernesto Eracher.

Usos de la Energía Nuclear Que es la energia nuclear? Conceptos Atucha

DESCRIPCIÓN DEL USO DE LA ENERGIA NUCLEAR

Los fundamentos de la física atómica

Historia de la Energia
Nuclear
Efectos De Una
Explosión Nuclear
Funcionamiento
De Una Central Nuclear

USOS DE LA ENERGÍA NUCLEAR –  PRINCIPIO FÍSICO DE SU GENERACIÓN

En el siglo XIX, los combustibles fósiles -carbón, petróleo y gas- fueron los grandes protagonistas del impulso industrial. Aún en la actualidad, estos recursos proveen casi el 90% de la energía empleada en el mundo. La certidumbre de que la existencia de carbón, gas y petróleo era limitada llevó a la búsqueda de fuentes de energía renovables. La gran fuerza liberada por el átomo, trágicamente experimentada por Estados Unidos sobre Hiroshima y Nagasaki en 1945, hizo pensar en el aprovechamiento de la energía nuclear con fines pacíficos.

Fue así cómo, en el marco de la guerra fría, las potencias mundiales, además de incrementar su arsenal atómico, se esforzaron por desarrollar la energía nuclear con fines pacíficos, en especial a través de la construcción de centrales atómicas. Diversos accidentes, como el ocurrido en 1979 en la central nuclear de Three Mile Island, en Estados Unidos, pusieron en evidencia que el uso de la energía atómica era realmente peligroso para la humanidad. Entre otros motivos, porque el almacenamiento definitivo de residuos que permanecen miles de años altamente radioactivos plantea problemas por ahora irresolubles.

LA ENERGÍA ATÓMICA

Radiactividad natural: Descubierta accidentalmente por Henri Becquerel, en 1896, y estudiada en profundidad por Pierre y Marie Curie (fig. izquierda), a quienes se debe el nombre, la radiactividad natural es el fenómeno según el cual determinados materiales, como, por ejemplo, las sales de uranio, emiten radiaciones espontáneamente.

Las radiaciones emitidas son de tres tipos que se denominan alfa, beta y gamma, y tienen las siguientes características:

Las radiaciones alfa son poco penetrantes, ya que son detenidas por una hoja de papel y se desvían en presencia de campos magnéticos y eléctricos intensos. Están formadas por partículas cuya masa es de 4 u y cuya carga, positiva, es igual a dos veces la carga del electrón.

Las radiaciones beta son más penetrantes que las radiaciones alfa, aunque son detenidas por una lámina metálica. En realidad consisten en un flujo de electrones.

Las radiaciones gamma son muy penetrantes para detenerlas se precisa una pared gruesa de plomo o cemento. Son radiaciones electromagnéticas de alta frecuencia y, por lo tanto, muy energéticas.


Los rayos alfa buscan el polo negativo y los beta el positivo, pues cargas opuestas se atraen

Fuerzas nucleares

Como ya sabes, entre cargas eléctricas del mismo signo existen fuerzas eléctricas de repulsión. Si esto es así, ¿cómo es posible que los protones permanezcan unidos en un volumen tan reducido como el que tiene el núcleo?

Los protones y los neutrones se mantienen unidos en los núcleos debido a la acción de otro tipo de fuerzas distinto de las fuerzas eléctricas y de las fuerzas gravitatorias. Estas fuerzas, a las que llamaremos fuerzas nucleares, son de atracción y mucho más intensas que las fuerzas eléctricas.

Las fuerzas nucleares son de corto alcance, ya que se anulan cuando las distancias son superiores a unos pocos femtómetros (1 femtómetro =metros). A partir de esta distancia predominarán las fuerzas eléctricas, que tenderán a separar a los protones.

Estabilidad nuclear

Según la proporción entre protones y neutrones de un núcleo, éste es estable o no. Actualmente se conocen más de 300 núcleos estables. La radiactividad tiene su origen en la estabilidad nuclear. Si el núcleo es estable, el elemento no es radiactivo; pero cuando la relación entre los componentes del núcleo no es la adecuada, éste emite partículas y radiaciones electromagnéticas hasta alcanzar la estabilidad.
Se llaman isótopos radiactivos o radioisótopos todos aquellos isótopos que emiten radiaciones. Muchos elementos químicos tienen isótopos radiactivos cuyos núcleos emiten radiaciones y partículas de forma espontánea, a la vez que se transforman en núcleos de otros elementos. Así, por ejemplo, uno de los isótopos del carbono, el carbono- 14, es radiactivo y se transforma, espontáneamente, en un núcleo de nitrógeno.

Es posible conseguir que un núcleo estable se transforme en un radioisótopo. Si a un núcleo estable llega una partícula con suficiente energía, el núcleo puede desestabilizarse y volverse radiactivo para recuperar la estabilidad. Cuando esto sucede, se habla de radiactividad artificial, en oposición a la radiactividad espontánea o radiactividad natural.

Período de semidesintegración

Toda desintegración natural es un proceso aleatorio, es decir, no se puede predecir exactamente cuándo un núcleo determinado va a desintegrarse. Ahora bien, es posible calcular la probabilidad de que un núcleo se desintegre en un tiempo determinado. Con este fin se asocia a cada sustancia radiactiva una magnitud característica llamada período de semidesintegración.

El período de semidesintegración, de una sustancia radiactiva es el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de los núcleos presentes en una muestra de dicha sustancia. Es decir, si tenemos una masa m de una sustancia y al cabo de 14 días tenemos la mitad (m/2) de esa sustancia (la otra mitad se ha desintegrado), diremos que su período de semidesintegración es de 14 días.

El período de semidesintegración varía para las distintas sustancias radiactivas desde millones de años a fracciones de segundo Sin embargo, cualquier sustancia radiactiva evoluciona en el tiempo ajustándose a una curva como la que se representa en la figura siguiente:

Curva de desintergración radiactiva

Períodos de semidesintegración de algunos isótopos

Como el período de desintegración del Radio 223 es de 8 días, tendrán que pasar unos 24 días para que la radioactividad de la muestra de este isótopo se reduzca a la octava parte (1/8)

Energía de enlace nuclear

Para calcular la masa de un cierto núcleo se multiplicará el número de protones que contiene por la masa de un protón, se multiplicará el número de neutrones por la masa de un neutrón y se sumarán ambas cantidades.

El núcleo de Li contiene tres protones y tres neutrones. La masa de un neutrón es de 1,6748 . 10-27 kg y la masa de un protón es de 1,6725 . 10-27 kg. En consecuencia, cabría esperar que la masa de este núcleo fuera de 10,0419 . 10-27 kg. Sin embargo, la masa de un núcleo de litio, 9,9846 10-27kg., es menor que la calculada sumando las masas de los tres protones y los tres neutrones que lo constituyen. El defecto de masa es de 0,0573 . 10-27 kg.

Defecto de masa en el núcleo de Litio

Este hecho se repite para todos los núcleos atómicos. La masa de un núcleo atómico es menor que la que se obtiene cuando se suman las masas de los protones y los neutrones que lo constituyen. La diferencia entre ambos valores recibe el nombre de defecto de masa.

El defecto de masa se produce porque parte de la masa de los protones y neutrones se transforma en energía cuando dichas partículas se unen para formar un núcleo atómico.

A partir de este hecho se define una nueva magnitud, la energía total de enlace nuclear, que es la energía que se desprende en la formación de un núcleo a partir de los nucleones que lo forman. Para el núcleo de litio, dicha energía es de 32 MeV. (nota 1 electronvoltio (eV) es la energía cinética que adquiere un electrón al someterse a una diferecia de potencial de 1 voltio. Dicha energía es de 1.6 . 10-19 Julio. Un MeV equivale a un millón de eV)

Los procesos en los que se modifican los núcleos de los átomos reciben el nombre de reacciones nucleares. En las reacciones nucleares, pequeñas cantidades de masa se transforman en grandes cantidades de energía, de acuerdo con la equivalencia establecida por Einstein.
E = m.c2

donde E es la energía desprendida, m es el defecto de masa y e es la velocidad de propagación de la luz en el vacío. Debido al elevado valor de e, a partir de una pequeña cantidad de materia es posible obtener una enorme cantidad de energía

Albert Einstein (1879-1955)

La fisión nuclear:

Determinados núcleos pesados, como, por ejemplo, el núcleo de uranio-235, se rompen en dos núcleos intermedios cuando se bombardean con neutrones. En este proceso, conocido como fisión nuclear, también se emiten otras partículas, además de radiación y una gran cantidad de energía.

De la fisión de un núcleo de uranio-235 se obtiene un átomo de bario-142, un átomo de criptón-91, 3 neutrones y una energía de 210 MeV que se desprende en forma de calor. La ecuación que describe el proceso es la siguiente:

235U + 1 neutrón —-> 142Ba + 91Kr + 3 neutrones + 210 MeV

La masa del núcleo de uranio-235 sumada con la masa del neutrón es ligeramente superior a la suma de las masas del núcleo de bario- 142, el núcleo de criptón-91 y los tres neutrones. Este pequeño defecto de masa se ha transformado en energía.

Los neutrones que se obtienen en la fisión de un núcleo de uranio-235 pueden utilizarse para bombardear otros núcleos de este isótopo y provocar nuevas fisiones que a su vez producirán nuevos neutrones, y así sucesivamente. Se origina de este modo una reacción en cadena mediante la cual, en un tiempo muy breve, se consigue la fisión de un gran número de núcleos y se libera una enorme cantidad de radiación y energía.

Reacción en cadena

 

La fusión nuclear

Una reacción de fusión nuclear es un proceso según el cual se unen núcleos ligeros o intermedios para formar núcleos más pesados, obteniéndose energía.

La fusión de un núcleo de deuterio, 2H, con un núcleo de tritio, 3H, da lugar a la formación de un núcleo de helio-4, 4He, además de un neutrón y una energía dc 17,6 MeV, que se desprende en forma de calor. Esta es una de las reacciones mediante las que el Sol produce energia. La ecuación que describe el proceso es la siguiente:

2H + 3H —-> 4He+ 1 neutrón +  17,6 MeV

Las centrales nucleares

La generación de electricidad es el empleo más importante de la energía liberada en una fisión nuclear. Para ello es necesario controlar la reacción de fisión en cadena; hace falta un sistema que impida que el número de fisiones por unidad de tiempo sobrepase ciertos límites. Esto se logra mediante el reactor nuclear Un reactor nuclear consiste básicamente en un recipiente en cuyo interior se encuentra el combustible nuclear (uranio o plutonio). Dicho combustible se suele introducir en forma de pastillas encapsuladas en una serie de vainas metálicas ,rodeadas por un material moderador, que forman el interior del reactor. Para el control de la reacción existen unas barras deslizantes, compuestas de un material capaz de absorber neutrones (boro o grafito).

Según se introduzcan más o menos barras de control en el interior del reactor, el número de neutrones absorbidos será mayor o menor, de este modo se puede controlar el número de fisiones que ocurren por unidad de tiempo. Si las barras se introducen totalmente, la reacción de fisión se detiene. Todo el conjunto del reactor se halla encerrado por el blindaje biológico, que es una envoltura de metal y hormigón cuya finalidad es impedir el paso de la radiación o gases contaminantes o radiactivos al medio ambiente.

La energía liberada por la fisión del combustible se manifiesta en forma de calor, que se extrae mediante un refrigerante que suele ser agua y que, a causa del calor recibido, se convierte en vapor a alta presión. El vapor así producido es utilizado para mover turbinas que están acopladas a los generadores eléctricos, posteriormente es enfriado y forzado a circular nuevamente dentro del reactor mediante bombas.

Cuando el combustible empleado es el uranio, puede presentarse en dos variedades: uranio natural o uranio enriquecido. El uranio natural contiene una pequeña proporción de átomos de uranio-235, que es el único que puede fisionar en el reactor. Por ello es necesario mejorar sustancialmente la eficiencia del reactor, sobre todo en lo que hace a la absorción indeseada de neutrones, esto encarece la estructura del reactor pero generalmente se compensa con el bajo costo del uranio natural. Por el contrario, el uranio enriquecido presenta una proporción mucho más alta de átomos de uranio-235, que se logra mediante un costoso proceso de refinamiento químico.
El uranio-235 va desapareciendo del combustible debido a las fisiones; después de cierto tiempo de funcionamiento del reactor es necesario recambiar el combustible. Esta operación se logra sacando algunas de las vainas que contienen el combustible y reemplazándolas por otras con combustible nuevo.

La generación de electricidad mediante reactores de fisión nuclear presenta grandes ventajas pero también serios inconvenientes. Entre las ventajas, las más importantes son que no producen contaminación directa de la atmósfera dado que no hay emisión de gases de combustión y que no dependen del suministro de combustibles fósiles que eventualmente han de agotarse. Los inconvenientes tienen que ver con el tipo de residuos que produce su operación, que consisten en material radiactivo (cuya peligrosidad persiste durante muchos miles de años), por esta razón es muy difícil su tratamiento. Además, hay que destacar las consecuencias extremadamente graves que tienen para las personas y el medio ambiente los eventuales accidentes que pueden ocurrir, y han ocurrido, en las centrales nucleares. Estas características compiten firmemente entre sí y hacen que el empleo de las centrales nucleares tenga tantos fervientes defensores como opositores.

Esquema reactor nuclear

La fusión nuclear se presenta como una fuente energética alternativa con muchos menos inconvenientes que la fisión y tantas o más ventajas. Actualmente, la construcción de una central nuclear en base a la fusión se presenta como un serio desafío tecnológico. La fusión se ha logrado en el laboratorio en condiciones muy especiales que no pueden ser llevadas a la escala necesaria para construir una central nuclear que sea económicamente rentable, es decir, que entregue más energía que la que consume y lo haga a un costo que compita con otros mecanismos de generación.

El problema fundamental radica en que la única forma conocida de lograr fusión es comprimir un gas altamente recalentado, a temperaturas superiores a los millones de grados. Este proceso se logra mediante dispositivos llamados botellas magnéticas.

Recientemente, a principios de 1989, dos científicos reportaron haber descubierto un mecanismo mediante el cual se podía lograr la fusión nuclear a temperatura ambiente. El anuncio revolucionó a la comunidad científica internacional por las espectaculares consecuencias que esto tendría y se denominó fusión fría al fenómeno. Lamentablemente, pese a que innumerables grupos de investigadores de todo el mundo trataron de repetir el proceso, ninguno logró resultados positivos y actualmente se sospecha que los experimentos originales estuvieran mal hechos.

La datación arqueológica

La datación de una muestra arqueológica es el procedimiento por el cual se determina su antigüedad. El más conocido es el que emplea el isótopo carbono-14 y que permite determinar la edad de restos fósiles o piezas fabricadas por el hombre de hasta 50.000 años de antigüedad.
El carbono está presente en la atmósfera terrestre, formando dióxido de carbono, en tres variedades isotópicas: el carbono-12, -13 y -14. El carbono-12 y -13 son estables, sin embargo el segundo es muy raro: tan sólo 1 de cada 100 átomos de carbono es carbono-13. En cambio, el carbono-14 es radiactivo con un período de semidesintegración de 5700 años.

Al desintegrarse, el carbono-14 se transforma en nitrógeno-14 y emite radiación Beta y debería desaparecer paulatinamente de la atmósfera. Sin embargo, si bien se lo encuentra en proporción escasísima, hay evidencia de que ésta ha permanecido casi inalterada por muchas decenas de miles de años. Esto es debido a que también existe un mecanismo por el cual se forma carbono-14 a partir del nitrógeno-14. Este hecho tiene lugar en las capas más altas de la atmósfera y consiste en la transmutación del nitrógeno-14 en carbono-14 producida por la radiación cósmica. El carbono-14 así formado se combina con el oxígeno para dar dióxido de carbono y es transportado a las capas más bajas de la atmósfera por las corrientes de aire. Estos dos mecanismos, el de desintegración y el de creación, han llegado a un equilibrio: la cantidad de carbono-14 que se desintegra durante cierto tiempo es igual a la que se crea en ese tiempo. De tal modo la abundancia de carbono-14 en la atmósfera permanece constante.

Como bien sabes, durante el proceso de fotosíntesis las plantas toman dióxido de carbono de la atmósfera y asimilan el carbono a su organismo. Por este motivo, una parte del carbono que hay en las plantas será carbono-14. Cuando la planta muere, el carbono-14 de su organismo comienza a desaparecer lenta pero inevitablemente, debido a su desintegración.

El resultado de este complicado mecanismo es: ¡un fósil vegetal tiene incorporado su propio reloj! Para saber el tiempo que ha trascurrido desde su muerte bastará con medir la abundancia de carbono-14 que hay en él y que será tanto menor cuanto más tiempo haya transcurrido. Los físicos han podido establecer cuál es la ley que sigue esta disminución y confeccionaron tablas de la abundancia en función del tiempo. Por lo tanto, una vez conocida esa abundancia bastará con comparar el valor medido con esa tabla para saber la edad del fósil.

Como ya te imaginarás, este fenómeno que afecta el carbono que hay en las plantas también afecta a los animales pues, en algún paso de la cadena alimentada, ellos se nutren de las plantas. También afecta la composición del suelo, pues en la mayor parte de los casos las plantas al morir se integran a él. También a los utensilios y objetos creados por los hombres primitivos, como las vasijas de barro. Por estas razones, este método de datación sirve para analizar una variedad muy grande de muestras. Debemos decir, sin embargo, que falla cuando se trata de determinar edades de más de 50.000 años, en cuyo caso se emplean otros métodos.

Utilización en medicina y otras áreas
Aprovechando la acción destructiva de las radiaciones sobre la materia, los radioisótopos se emplean en medicina en el tratamiento contra el cáncer, radiando con cobalto-60 los tumores que se quieren eliminar .También se emplean en la esterilización de material médico y quirúrgico.

 Los radioisótopos pueden introducirse en un organismo vivo o en cualquier otro material y puede seguirse su trayectoria a través de él. Por ello se emplean como trazadores o marcadores en investigaciones médicas, químicas, industriales, etc. Por ejemplo, el isótopo yodo -131 se utiliza en medicina para diagnosticar enfermedades de la tiroides. En química y biología, los isótopos radiactivos se utilizan para realizar estudios sobre velocidad y mecanismo de reacciones. En la industria, se emplean para localizar fugas en el transporte de fluidos, por ejemplo, en un oleoducto.

Desventajas del uso de radioisótopos
En contrapartida a su utilidad, el manejo de materiales radiactivos plantea problemas de difícil resolución. Entre ellos se destacan la eliminación de los residuos radiactivos que se producen y el control de la seguridad de las personas encargadas de su manipulación y de las comunidades próximas a las instalaciones nucleares. De hecho, un accidente nuclear de la magnitud del ocurrido en la central de Chernobil puede haber afectado, según algunas estimaciones, la salud de más de medio millón de personas, sin contar las enormes pérdidas materiales que ha originado.
(VER DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE LA FISIÓN DEL URANIO)

Los beneficios de la energía nuclear
La energía nuclear es cuestionada debido a los daños que puede causar al ambiente y a los seres vivos si no existe un control estricto de los reactores nucleares y de los desechos radiactivos, y por su utilización en la fabricación de armamento altamente destructivo. Sin embargo, la energía nuclear puede tener múltiples usos beneficiosos para la humanidad, no solo en la generación de energía eléctrica —una fuente de energía menos contaminante que el petróleo o el carbón—. sino también por su aplicación en otras áreas de la actividad científica y productiva. Entre ellas:

1 | Agricultura y alimentación
a) Control de plagas. En la llamada técnica de los insectos estériles se suministran altas emisiones de radiación para esterilizar insectos machos en laboratorio y que no dejen descendencia al aparearse. De este modo es posible controlar su población sin utilizar productos químicos nocivos.

b) Mutaciones. La irradiación aplicada a semillas permite cambiar la información genética de ciertas variedades de vegetales para obtener nuevas variedades con características particulares.

c) Conservación de alimentos. Las radiaciones son utilizadas para eliminar microorganismos patógenos presentes en los alimentos y aumentar, de este modo, su período de conservación.

2 | Hidrología
Mediante técnicas nucleares, es posible desarrollar estudios sobre los recursos hídricos. Por ejemplo, caracterizar y medir corrientes de aguas, fugas en embalses, identificar el origen de las aguas subterráneas, etcétera.

3 | Medicina
Se utilizan radiaciones y radioisótopos como agentes terapéuticos y de diagnóstico. En el diagnóstico, se utilizan fármacos radiactivos para estudios de tiroides, hígado, riñon, para mediciones de hormonas, enzimas, etcétera. En terapia médica se pueden combatir ciertos tipos de cáncer con resultados exitosos, especialmente cuando se detectan tempranamente.

4 | Medio ambiente
Se utilizan técnicas nucleares para la detección y análisis de diversos contaminantes del medio ambiente.

5 | Industria e investigación
a) Trazadores. Se elaboran sustancias radiactivas que son introducidas en un determinado proceso y, luego, se detecta la trayectoria de la sustancia por su emisión radiactiva. En el ámbito de la Biología, la introducción de compuestos radiactivos marcados ha permitido observar las actividades biológicas hasta en sus más mínimos detalles.

b) Imágenes. Es posible obtener imágenes de piezas utilizando radiografías que reciben el nombre de gammagrafía y neutrografía. Por ejemplo, se puede comprobar la calidad en piezas cerámicas, detectar la humedad en materiales de construcción, etcétera.

a) Datación. Se emplean técnicas isotópicas para determinar la edad en formaciones geológicas y arqueológicas. Por ejemplo, se utiliza la técnica de carbono-14, para determinar la edad de fósiles.

CRONOLOGÍA

1938 — Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassman descubren en Alemania la fisión nuclear del uranio.

1942 — Primera reacción nuclear en cadena en un laboratorio de Chicago dirigido por Enrico Fermi.

1945 — El bombardero Enola Gay lanza la primera bomba atómica de fisión nuclear sobre la ciudad japonesa de Hiroshima. Poco después, los Estados Unidos lanzan la segunda sobre Nagasaki.

1949 — La Unión Soviética realiza su primera prueba nuclear en Kazajstán.

1952 — Estados Unidos hace explotar su primera bomba de fusión nuclear en el atolón de Bikini, en el Océano Pacífico. Los británicos realizan su primera prueba en las islas australianas de Monte Bello.

1956 — Gran Bretaña pone en marcha su primera central nuclear comercial, en Sellafield, con una potencia de 50 Mw. Francia pone en marcha su primera central nuclear experimental, en Marcoule, en el departamento de Chusclan, en el Gard, con una potencia de 7 Mw.

1959 — Francia pone en marcha dos nuevos reactores nucleares en Chusclan, de 40 Mw cada una.

1960 — Francia realiza su primer ensayo nuclear en el desierto del Sahara.

1968 — España construye su primera central nuclear de las nueve que posee actualmente, se llama José Cabrera y se encuentra en el término municipal de Almonacid de Zorita, en Guadalajara, junto al río Tajo, con una potencia de 160 Mw.

Fuente Consultada: Físico Químico de Pilar Escudero y Otros

Aplicaciones Energia Atomica despues de la Guerra Mundial Historia

Historia Evolución Tecnológica Post Guerra Mundial: La Energía Atómica

Aunque fue la culminación de varios años de intensas investigaciones, la explosión de las primeras bombas atómicas constituyó para el mundo entero un acontecimiento totalmente inesperado. De inmediato se hizo evidente, sin embargo, que era posible seguir dos líneas de desarrollo.

Una de ellas era puramente militar: cada una de las grandes potencias tenía que demostrar su capacidad de construir independientemente la nueva arma, si quería mantener su credibilidad militar. En aquel momento, la única forma de defensa parecía ser la capacidad demostrable de recurrir a represalias del mismo tipo. La segunda línea de desarrollo era la posibilidad de utilizar esta fuente totalmente nueva de energía no de manera descontrolada, como en la bomba, sino mediante el desarrollo de tecnologías completamente innovadoras que la controlaran y la pusieran al servicio de la industria.

Aplicaciones Energia Atomica

De hecho, los dos aspectos estaban estrechamente interrelacionados, como lo demuestran los acontecimientos en el Reino Unido. En ese país, hasta 1951, el programa de energía atómica había estado orientado en gran medida a los aspectos militares, que imponían la necesidad de producir plutonio.

A partir del mencionado año, las dos líneas comenzaron a acercarse dado que las pilas atómicas diseñadas para producir plutonio también se podían utilizar para generar energía eléctrica. Una de ellas fue la denominada Pippa, que producía plutonio y generaba electricidad como subproducto. Esta pila fue la base de energía de Calder Hall, la primera central nuclear importante del mundo, que se inauguró en 1956.

Sorprendentemente, teniendo en cuenta la enorme cantidad de dinero y trabajo que habían dedicado al proyecto Manhattan, los norteamericanos demostraron escaso interés por el desarrollo de la energía atómica como fuente controlada de electricidad en los primeros años de la posguerra. Sólo la marina norteamericana se dedicó a estudiar seriamente el tema, al reconocer su enorme potencial para mantener a las naves indefinidamente en alta mar, sin necesidad de repostar.

En 1955 se construyó el submarino Nautilus, primero de una larga serie de naves subacuáticas propulsadas por energía atómica. En 1959, los soviéticos produjeron el rompehielos nuclear Lenin. Sin embargo, tan sólo en 1957 se inauguró la primera central nuclear de Estados Unidos, en Shippingport, Pennsylvania.

También en este caso, los soviéticos se habían colocado a la cabeza, con la entrada en funcionamiento en 1954, en Obninsk (cerca de Moscú), de una pequeña central nuclear que utilizaba uranio como combustible y grafito como moderador. El calor generado en el núcleo del reactor pasaba en primer lugar a un sistema de circuito cerrado de agua a alta presión y luego era transferido a un sistema independiente de agua, que generaba el vapor necesario para poner en marcha las turbinas.

Un sistema en cierto modo similar de refrigeración por agua fue desarrollado por Estados Unidos para el reactor de Shippingport y por Canadá para los reactores Candu, construidos en los años 50.

La refrigeración por agua tiene la ventaja de ser sencilla y barata, pero tiene también sus inconvenientes. En caso de emergencia (por ejemplo, demasiado calor generado en el núcleo), el agua se convertiría rápidamente en vapor y dejaría de cumplir con su vital función de refrigeración. Por este motivo, Francia y el Reino Unido se inclinaron por los reactores refrigerados con gas, ya que éste no cambia de estado por mucho que se caliente. El primer reactor del Reino Unido, el de Calder Hall, tenía un sistema de refrigeración a gas.

Mientras tanto, en los años 50, se estaba desarrollando un nuevo tipo de reactor que utilizaba como combustible una combinación de uranio-238 y plutonio-239. Los neutrones generados por el plutonio interactúan con el uranio y producen más plutonio; de esta forma se consigue varias veces más energía que en los reactores convencionales con una misma cantidad de uranio.

El primer reactor de este tipo fue inaugurado en la localidad escocesa de Dounreay en 1959, y la central nuclear Phénix, de características similares, entró en funcionamiento poco después en Marcoule, Francia. Al finalizar la década de los años 40, se había dedicado considerable atención a la posibilidad de utilizar otro tipo distinto de refrigerante para los reactores. Se trataba del metal sodio, que funde a 98 °C, ligeramente por debajo del punto de ebullición del agua y muy por debajo de la temperatura normal de operación de los reactores.

Esquema de un Reactor Nuclear

Desde el punto de vista termodinámico, viene a constituir un medio interesante de transferencia del calor, pero presenta varios inconvenientes. Es un elemento muy reactivo químicamente, capaz de provocar corrosión en la mayoría de los materiales con los que entra en contacto. Más concretamente, reacciona de forma explosiva con el agua. Precisamente esta propiedad lo descartó como refrigerante para los reactores submarinos (tema que interesaba a la marina norteamericana), aunque los Laboratorios Argonne, cerca de Chicago, y General Electric, en Schenectady, habían realizado varios estudios.

La Conferencia atómica de 1955
Al final de la Segunda Guerra Mundial, Estados Unidos era la única nación que poseía la bomba atómica. Durante casi una década trató de mantener d «secreto» y, por medio de unas leyes draconianas y una reserva sin precedentes en tiempos de paz, intentó evitar que se propagaran los conocimientos de la tecnología nuclear. Sin embargo, en 1949 la Unión Soviética hizo estallar su primera bomba atómica.

Cuando Eisenhower ocupó el cargo de presidente de los Estados Unidos en 1952, al comprender que era inevitable que se propagaran los conocimientos nucleares, decidió adoptar dos iniciativas con el fin de internacionalizar la energía atómica y garantizar que la difusión de esta tecnología fuera aplicada con fines pacíficos y no militares.

En su famosa alocución titulada «Átomos para la paz», pronunciada ante la Asamblea General de las Naciones Unidas en 1953, propuso la fundación de la Agencia Internacional de Energía Atómica con el propósito de controlar la aplicación pacífica de dicha tecnología. La segunda iniciativa de los Estados Unidos llevó a la Conferencia Internacional sobre Usos Pacíficos de la Energía Atómica, celebrada en el Palais des Nations, en Ginebra, entre el 8 y el 20 de agosto de 1955.

En la conferencia fueron presentadas unas 450 ponencias científicas. Setenta y tres Estados y ocho agencias especializadas de las Naciones Unidas enviaron a sus respectivas delegaciones, las cuales estaban formadas por un total de 1.428 delegados, aparte de los 350 observadores procedentes en su mayor parte de universidades y empresas comerciales.

El extraordinario éxito de la conferencia, a la que asistieron 905 periodistas y en la que participaron numerosos expertos en ciencia nuclear, se debió a su carácter técnico más que político. Los científicos procedentes de diversos países, los cuales habían estado trabajando aisladamente, pudieron comprobar que básicamente habían llegado a las mismas conclusiones.

La ciencia y la tecnología han hecho grandes progresos desde 1955 y muchos países han comprobado que las ilimitadas perspectivas de una tecnología nuclear pacífica no eran tan benéficas como habían supuesto en un principio. Pero el intercambio de información entre Oriente y Occidente, el Norte y el Sur, contribuyó a aliviar las tensiones internacionales y sentó las bases para la creación de la Agencia Internacional de Energía Atómica, la cual está funcionando con éxito desde 1957, fecha de su fundación.

Concepto Físico de Energia Tipos y Ejemplos Trabajo Definición

Explicación Concepto de Energía

Si preguntamos con impaciencia qué es la energía no esperemos una respuesta rápida. La energía no es fácil de definir -entre otras cosas-por que no siempre podemos percibirla por medio de los sentidos.

Si nos piden que describamos una naranja, la podemos apoyar sobre un plato y mirarla para después olería, tocarla y probarla; en cambio, sería imposible colocar un poco de energía en el plato para arremeter con nuestros sentidos. Si bien la energía “no se ve”, puede percibirse por sus efectos.

Por ejemplo, se manifiesta como energía del movimiento en un cuerpo que cae, en forma de luz y calor en el fuego, como energía química en una pila que hace funcionar una radio, en el flujo de la corriente eléctrica que mantiene en servicio a los electrodomésticos, a escala nuclear en una gigantesca explosión y, aunque parezca increíble, “en la naranja que apoyamos sobre el plato” almacenada como energía de reserva.

Para empezar podríamos definir al concepto de energía, como la capacidad de realizar trabajo. Una persona que trabaja necesita disponer de una reserva de energía que, en este caso, procede de los alimentos que ingiere. La comida es una especie de combustible que se quema dentro de nuestro cuerpo, y una parte de la energía que se libera en el proceso de combustión es utilizada para mantener su temperatura, en tanto que otra es consumida por los músculos al moverse, lo que, en definitiva, constituye un trabajo mecánico.

En física, se realiza un trabajo cuando se traslada un peso a una cierta distancia. Su magnitud es el resultado del producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida, siempre que ambas tengan la misma dirección. Si se levanta un ladrillo de 1 kg. a 1 metro de altura, se realiza un trabajo para vencerla fuerza de la gravedad. La fuerza aplicada es de 1 kg. y, como se ejerce a lo largo de 1 metro, el trabajo realizado es 1 kilográmetro (1 kgm.).

Al realizar este trabajo, se comunica energía al ladrillo. La persona que lo levanta le transfiere parte de la energía procedente de los alimentos que previamente ha ingerido. La energía adquirida por el ladrillo está en la forma de energía potencial, o energía de posición. Si lo dejamos caer, la energía potencial se convierte en energía cinética (energía debida a su movimiento).

Al levantar el ladrillo, el hombre realiza un trabajo y le transfiere energía mecánica, que se convierte en energía potencial. El ladrillo ha adquirido mayor energía potencial, cuya magnitud está dada por el producto de la fuerza por la distancia (altura). Al dejar caer el ladrillo, la energía potencial que había adquirido anteriormente se convierte, ese momento, en energía cinética.

De hecho, energía y trabajo están íntimamente relacionados, aplicándose este último término al proceso de transformación entre dos tipos distintos de energía. La cantidad de trabajo realizado es igual a la cantidad de energía que el ladrillo adquiere. Si se levanta el ladrillo a una altura doble se realiza un trabajo también doble, y el ladrillo adquiere el doble de energía.

Un hecho tan simple como levantar un ladrillo y dejarlo caer es causa de que la energía sufra distintas transformaciones. En primer lugar, la energía química de las sustancias orgánicas complejas, contenidas en nuestros alimentos, se convierte, fisiológicamente, en energía calorífica.

Después, se transforma en energía mecánica (en nuestra mano), para convertirse, posteriormente, en la energía potencial adquirida por el ladrillo. Al dejarle caer, la energía potencial se transforma en energía cinética y, al chocar con el suelo, parte de esta energía cinética se convierte de nuevo en calor, y otra parte se transmite al aire como energía acústica.

Es posible seguir el curso de una cierta cantidad de energía en esta cadena de transformaciones, ligadas por la realización de un trabajo. La cadena puede ramificarse si, en una etapa determinada, la energía se transforma en otros el momento inicial que en cualquiera de las etapas seguidas en un determinado proceso. Este principio constituye la denominada ley de la conservación de la energía, que es uno de los principios fundamentales de la física.

La palabra energía deja de pertenecer exclusivamente al lenguaje común para ingresar al lenguaje científico en el año 1807. La propuesta nace del médico y físico inglés Thomas Young, profesor de Filosofía Natural, de la Royal Institution de Londres.Thomas YungEnergía, en griego significa trabajo y Young la empleó para describir muchos fenómenos que los físicos de la época denominaban fuerza viva y que en la actualidad denominamos energía cinética o energía del movimiento.

La definición de energía dada por Young fue ignorada durante muchos años. Según él, energía era la capacidad para realizar un trabajo. Generalizando, hoy en día trabajo es la “aplicación de un esfuerzo para realizar una tarea”.

Una grúa que levanta un contenedor realiza un trabajo. Ocurre lo mismo cuando una pelota rueda de un punto a otro o desplazamos una lapicera para dibujar una palabra en el papel. Tanto la grúa como la pelota y la lapicera deben sufrir la aplicación de una “fuerza”, por esto la física define al trabajo como “la aplicación de una fuerza a través de una distancia”. Dicho en otras palabras, un trabajo es la fuerza  que levanta, empuja o tira de un objeto a través de un número variable de metros.

La cantidad total de energía en el universo fue y será siempre la misma. Existen otros tipos de energía de especial importancia: energía luminosa, energía eléctrica y energía magnética, que pueden también transformarse en las otras modalidades de energía anteriormente descritas. Por ejemplo, es frecuente que se transformen entre sí las energías eléctrica, calorífica y luminosa; estas dos últimas se obtienen fácilmente de la primera.

La energía eléctrica es la que poseen los electrones cuando circulan por un circuito eléctrico sometido a una “presión eléctrica”; viene expresada por el producto de tres factores: la tensión, la intensidad y el tiempo. En las lámparas, la energía eléctrica se transforma en luz y calor.

Aunque su función primordial es la de proporcionar luz, las lámparas no son muy eficientes, y sus filamentos han de ponerse al rojo para poder emitirla. En una lámpara común, sólo un 5 % de la energía eléctrica se convierte en energía luminosa. El 95 % se transforma en calor. Los electrones, al fluir a través del circuito eléctrico, transfieren su energía al filamento de la lámpara, de igual forma que el hombre transmite energía al ladrillo al levantarlo o empujarlo.

Aunque la energía puede existir en muchas formas, tedas ellas son equivalentes. En el sistema cegesimal (basado en el centímetro, en el grano y en el segundo), la unidad de energía es el “ergio” el que puede expresarse cualquier tipo de energía. Para que los números que se obtengan en las medidas sean sencillas se han introducido otras unidades de energía, más adecuadas.

SISTEMA CEGESIMAL SISTEMA BRITÁNICO
Energía mecánica ERGIO
Si levantamos una masa de 1 gramo a la altura de un centímetro, adquiere una energía de 981 ergios.
LIBRA PESO-PIE
Energía adquirida al levantar una libra peso, un pie.
1 Ib. wt. ft. = 1,36
X 10″ ergios
Energía calorífica CALORÍA
Si hacemos subir 1°C la temperatura de 1 gramo de agua, ésta adquiere una energía calorífica de 1 caloría.
1 caloría = 4,19X 107 ergios.
B.T.U. (UNIDAD TÉRMICA BRITÁNICA)
Cantidad de energía calorífica que adquiere una libra de agua cuando su temperatura se eleva 1° Farenheit .
1 b.t.u. = 1,055
X 107
Energía eléctrica JULIO
Un julio es la energía desarrollada por una corriente de un amperio, cuando fluye durante un segundo a través de una diferencia de potencial de 1 voltio.
1 julio = 107 ergios.
No existe equivalente.
Energía de
partículas atómicas
ELECTRÓN-VOLTIO
Es la energía adquirida por un electrón acelerado a través de una diferencia de potencial de 1 voltio.
1 eV = 1,6X I»”12 ergios.
No existe equivalente.

Los electrones propios del filamento absorben esta energía y pasan a un estado excitado, encontrándose entonces en una posición similar a la que tenía el ladrillo después de haberlo levantado. Los electrones excitados pasan, casi inmediatamente, al estado original, con la consiguiente emisión de un tipo especial de energía, que afecta la porción sensible de la retina del ojo.

El cerebro humano interpreta esta impresión como una sensación luminosa. El Sol es, prácticamente, la fuente de toda la energía recibida por la Tierra. Parte de dicha energía es luz visible, pero otras porciones son invisibles.

EL SOL

El aparentemente sólido sol es en realidad una bola gaseosa opaca de hidrógeno. Su núcleo interno está en constante estado de fusión con liberación de enormes cantidades de luz y calor. Esto se hace perceptible a partir del halo de un eclipse.

La energía electromagnética (que comprende la energía luminosa) transmitida por el Sol es absorbida por las plantas y transformada en energía química, pues éstas la utilizan para sintetizar sustancias orgánicas complejas. La energía química es la principal fuente de energía directamente aprovechable por el hombre, y sus alimentos y combustibles lo confirman claramente.

La hulla, por ejemplo, proviene de restos vegetales que absorbieron energía luminosa del Sol, hace millones de años, y que puede ser liberada al quemarse este carbón. Dentro de la física, la energía es una magnitud de gran importancia, por la razón de que no puede ser destruida.

Si para un determinado proceso realizamos un cómputo energético, la energía inicial es igual a la final. Por este motivo, la energía es una magnitud cuya medida resulta siempre útil. La aparición de esta magnitud en todas las ramas de la física refuerza su importancia. Es la única que interviene tanto en mecánica, como en óptica, termodinámica, acústica, electricidad, magnetismo, física nuclear, etc.

Muchas de las distinciones establecidas entre las diversas ramas de la física no están muy bien definidas precisamente porque la energía puede transformarse, al mismo tiempo, en dos o más modalidades. Un ciclista, al mover los pedales, está realizando un trabajo.

La fuerza que ejercen sus pies se transmite a las ruedas y las hace girar. La energía desarrollada por el ciclista se transforma en energía cinética, ya que tanto él como la bicicleta se mueven. La dínamo de la bicicleta convierte una pequeña fracción de la energía cinética en energía eléctrica, que se usa para calentar el filamento de una lámpara y hacer que ésta emita energía luminosa.

TIPOS DE ENERGÍA
La energía calórica encuentra su origen en cualquiera de las otras formas: si martillamos un clavo (energía mecánica), la cabeza del clavo se calienta; el Sol nos da su calor en el frío invierno y nos broncea en el verano (energía radiante); la corriente eléctrica y el gas natural (energía química) son capaces de proporcionarnos calor en las épocas de baja temperatura.

La energía lumínica nos es tan familiar que a veces no somos capaces de valorarla.

La energía química, es la que nos proporcionan los alimentos y los combustibles. Un dispositivo ingenioso proporciona energía eléctrica a expensas de una reacción química: la pila.

la energía eléctrica es un fenómeno de naturaleza parecida a la de los imanes y la que recibimos a diario desde la usina generadora. Se origina en una turbina que desarrolla energía mecánica a partir de la energía química que le proporciona el combustible.

La energía nuclear es la manifestación energética que el hombre ha descubierto más recientemente. Es también la más peligrosa porque aún no se la sabe controlar perfectamente y puede ser usada con fines no pacíficos. Esta energía se obtiene destruyendo el núcleo del átomo.

Si la operación es controlada, esa energía servirá para mover la turbina que fabrica electricidad ; si no se controla, se revivirán episodios tristes como el de Hiroshima y Nagasaki en la Segunda Guerra Mundial.

La energía mecánica la más familiar para todos, y no es más que la que se pone en juego en el movimiento del cuerpo de una maquinaria, el simple acto de martilla o golpear el parche de un tambor, el arrojar una piedra o batir un pote de crema. La física la clasifica en energía potencial y energía cinética.

La energía potencial es la que guardan come reserva los cuerpos en reposo. Cuando un niño de cuatro años ya lee y escribe todos dicen que el un “genio en potencia”; quieren decir que aún no es un genio, pero lleva en sí mismo cualidades “potenciales” que le permitirán serlo en el futuro.

En cambio la energía cinética (de kinema que en griego significa movimiento) es la energía que los cuerpos gastan al ponerse en movimiento. La energía cinética se diferencia de la potencial porque en aquélla influye un nuevo factor: la velocidad con la que el cuerpo se mueve. La humanidad todavía no tiene la última palabra en el tema energético. “Le llevó toda su existencia descubrirla y todavía no ha terminado de hacerlo”.

MASA Y ENERGÍA:

La materia misma es una fuente de energía. Una masa pequeñísima es equivalente a una gran cantidad de energía. Concretamente, un gramo es equivalente a 931.000.000.000.000.000.000 ergios No es fácil, sin embargo, transformar la masa en energía. Esto sólo puede realizarse en circunstancias especiales; por ejemplo, en un reactor nuclear. Los átomos de uranio, al desintegrarse, “pierden” una pequeña fracción de su masa, la cual se convierte en energía.

Si un átomo fuera un estadio de fútbol, su núcleo sería como una mosca en el centro del campo de juego. Pero cuando se divide un núcleo inestable como el del Uranio, la energía desprendida por unos pocos kilogramos de este metal es equivalente a la explosión de miles de toneladas de TNT. Esta reacción llamada fusión ocurre normalmente sin detenerse en el sol.

El hombre reproduce este fenómeno en las usinas nucleares y en las bombas atómicas. Las bombas H tienen un poder que ronda las cien kilotoneladas (1 kilotonelada es igual a 1000 toneladas de TNT).

E=m.c2

La conversión teórica de masa en energía conduce a cantidades asombrosas. Estos ejemplos representan el equivalente de un kilogramo de masa convertido en energía:

– una plancha eléctrica encendida un millón de años.
– un acondicionador de aire en marcha 300.000 años.
– una caldera doméstica encendida sin parar de 25.000 a 30.000 años.
– un automóvil que da 180.000 veces la vuelta al mundo.
– el mayor buque cisterna dando 400 veces la vuelta al mundo.

Un escape pequeño puede ser grandísimo…
Einstein explicó la cantidad de energía que se pierde al transformarse la masa en energía, con la ecuación:

E=m.c2

Esta fórmula ha iniciado la era atómica y ha aclarado el mecanismo del sol como fuente de energía solar. La fórmula encierra la afirmación de que la masa puede transformarse en energía y viceversa. “E” quiere decir energía; “M” significa masa y “C” representa la velocidad de la luz en el vacío, es decir 300.000 kilómetros por segundo.

Elevando “C” al cuadrado (multiplicando el valor indicado por sí mismo), resulta una cifra astronómica. Quiere decir que una pequeña cantidad de masa puede transformarse en una gigantesca cantidad de energía. Pensemos en una bomba atómica, o en el Sol, que perdiendo una cantidad insignificante de materia, ha podido irradiar energía durante tanto tiempo y estará en condiciones de hacerlo por miles de millones de años.

FUENTES DE ENERGÍA: Se denominan fuentes de energía o recursos energéticos todos aquellos componentes de la Naturaleza a partir de los cuales es posible obtener energía utilizable por el hombre. Casi todas las fuentes de energía proceden en última instancia del Sol. Esta energía solar, o bien se utiliza directamente, o bien da lugar a la formación del resto de los recursos energéticos

 Así, las plantas utilizan directamente la energía solar para producir sus alimentos, con lo que crecen y se desarrollan, originando a su vez nuevos recursos energéticos como el carbón, que procede de la fosilización de cantidades inmensas de plantas que han estado enterradas durante miles de años.

Las fuentes de energía se clasifican normalmente atendiendo al carácter de que se agoten al paso del tiempo o de que sean prácticamente inagotables. Así, se distinguen las energías renovables y las energías no renovables.

« Son energías renovables aquellas que existen en cantidades ilimitadas y, por tanto, no se agotan por mucho que se utilicen. Entre las energías renovables están la energía solar, la hidráulica, la eólica. la de la biomasa y la maremotriz.

» Son energías no renovables aquellas que existen en cantidades limitadas en la Naturaleza, de forma que se agotan a medida que se van utilizando. Entre las energías no renovables están la energía del petróleo, la del carbón, la del gas natural, la geotérmica y la nuclear.

Las fuentes de energía también pueden clasificarse atendiendo a la incidencia que tengan en la economía de un país en un momento determinado. Así se tienen las energías convencionales  y as energías no convencionales.

• Se llaman fuentes de energía convencionales aquellas que tienen una ¿reincidencia en el consumo energético de los países industrializados.

Entre las fuentes de energía convencionales se pueden citar todas las fuentes de energía no renovables y la energía hidráulica.

• Se llaman fuentes de energía no convencionales o energías alternativa aquellas que hoy día se encuentran en fase de estudio con el propósito de  sustituir o reforzar en un futuro a las fuentes de energía convencionales. Entre las fuentes de energía no convencionales se pueden citar la energía  solar, la eólica, la maremotriz, la geotérmica, la de la biomasa, etc.

Fuente Consultada:
Revista TECNIRAMA N°67
FÍSICA II Polimodal
FÍSICO-QUIMICA Secundaria Santillana

Las radiaciones de un nucleo atomico Tipos alfa, beta y gamma

LAS RADIACIONES DE UN NÚCLEO DE UN ÁTOMO

Átomo, la unidad más pequeña posible de un elemento químico. En la filosofía de la antigua Grecia, la palabra “átomo” se empleaba para referirse a la parte de materia más pequeño que podía concebirse. Esa “partícula fundamental”, por emplear el término moderno para ese concepto, se consideraba indestructible.

De hecho, átomo significa en griego “no divisible”. El conocimiento del tamaño y la naturaleza del átomo avanzó muy lentamente a lo largo de los siglos ya que la gente se limitaba a especular sobre él.

Con la llegada de la ciencia experimental en los siglos XVI y XVII  los avances en la teoría atómica se hicieron más rápidos. Los químicos se dieron cuenta muy pronto de que todos los líquidos, gases y sólidos pueden descomponerse en sus constituyentes últimos, o elementos.

Por ejemplo, se descubrió que la sal se componía de dos elementos diferentes, el sodio y el cloro, ligados en una unión íntima conocida como compuesto químico. El aire, en cambio, resultó ser una mezcla de los gases nitrógeno y oxígeno.

Todos sabemos que el átomo constituye una especie de sistema planetario en miniatura; el núcleo equivale al Sol, y los electrones a los planetas. Una de las primeras preguntas que se nos pueden ocurrir a este respecto, es la siguiente: ¿cómo está hecho el núcleo, ese sol de un universo infinitamente pequeño?

Sabemos que el núcleo atómico se compone, fundamentalmente, de dos tipos de partículas materiales: los protones, cargados de electricidad positiva, y los neutrones, desprovistos de carga eléctrica. En cambio, poco es lo que se sabe acerca de la disposición y movimiento de estas partículas. A diferencia de lo que sucede con los electrones (los “planetas”), que giran alrededor del núcleo, no existe un modelo que ilustre de manera intuitiva cómo los protones y neutrones se mueven y disponen en el interior del mismo núcleo.

Sin embargo, los estudios y las experiencias de física nuclear han permitido obtener algunas conclusiones y datos significativos. Por ejemplo, el núcleo del átomo del hierro, contiene 26 protones (en amarillo en la ilustración) o, lo que es lo mismo, 26 partículas provistas de una carga elemental positiva.

Estas 26 cargas positivas pueden sostener, en torno al núcleo, otras tantas cargas de signo opuesto. Así, en el átomo neutro de hierro, 26 electrones —es decir 26 partículas provistas de una carga elemental negativa— giran alrededor del núcleo, en órbitas distintas. Y, precisamente, es el número de protones (llamado “número atómico”), igual en el átomo neutro al número de electrones, lo que hace que el hierro sea hierro, con todas las propiedades químicas que lo distinguen. Cada elemento químico, en consecuencia, tiene un número atómico propio.

Pero si las propiedades químicas de un átomo dependen, exclusivamente, del número atómico, otras propiedades no menos importantes dependen, además, del llamado “número de masa”. Se trata de propiedades que no pueden observarse a simple vista, pero que se revelan de modo muy espectacular en las “reacciones nucleares” (pensemos, por ejemplo, en la bomba atómica).

Ya hemos dicho que en el núcleo, además de los protones, se encuentran los neutrones, o partículas desprovistas de carga eléctrica, que pesan, aproximadamente, igual que los protones. Pues bien: la suma del número de protones y de neutrones da el “número de masa”. Los átomos de igual número atómico, pero de distinto “número de masa”, son llamados “isótopos”: tienen idénticas propiedades químicas (puesto que idéntico es el número atómico), pero distintas propiedades nucleares, porque distinto es el número de masa o, lo que es lo mismo, el número de neutrones.

Tal como aparecen en la naturaleza, casi todos los elementos son mezclas de isótopos diferentes: el hierro, por ejemplo, además de átomos de 26 protones y 30 neutrones (que se hallan en franca mayoría, ya que constituyen el 91,68% de su materia), contiene también átomos de 28, 31 y 32 neutrones. Éstos son, precisamente, los isótopos del hierro (cuyos protones continúan siendo 26), todos ellos estables, es decir, existentes en la naturaleza, sin ninguna tendencia a transformarse espontáneamente en otra cosa.

En cambio, un átomo de hierro que, junto a los 26 protones habituales tuviese en el núcleo 33 neutrones, ya no sería estable, es decir, tendería a transformarse. Lo mismo puede decirse de los átomos de hierro con 27 ó 26 neutrones.

Se trata de un hecho muy importante, cuya significación es la siguiente: para que en un núcleo con un determinado número de protones (26 en el caso del hierro) haya estabilidad, los electrones no deben superar una cantidad determinada (28, 30, 31 y 32, en el caso del hierro).

En otras palabras: del número de neutrones depende la estabilidad del núcleo. Y ahora podemos dar otro paso y preguntarnos qué es lo que mantiene a protones y neutrones en el núcleo. Salta a la vista que el problema es más complejo que el que presentan los electrones girando alrededor del núcleo: en este caso se trata, simplemente, de partículas cargadas negativamente (electrones), que, en virtud de las fuerzas electrostáticas, son atraídas por cargas positivas de ciertos elementos del núcleo (protones). En el interior del núcleo, en cambio, los neutrones, desprovistos de carga, y los protones, que la tienen positiva, deberían repelerse, si sólo actuaran las fuerzas electrostáticas.

Como no sucede así, forzosamente tenemos que pensar en fuerzas de otra naturaleza; y éstas, llamadas por los científicos “fuerzas nucleares”, son aún muy misteriosas. Parece que los protones y neutrones se atraen independientemente de su carga; es decir, un protón atrae indiferentemente a otro protón, o a un neutrón, y lo mismo puede decirse de los neutrones. En el caso, sin embargo, de dos protones, la fuerza electrostática de repulsión es más potente que la fuerza nuclear de atracción.

Debido al complejo juego de estas fuerzas, la estabilidad del núcleo depende de las relaciones entre el número de protones y de neutrones, tal como hemos explicado.

Cuando la relación protones-neutrones no asegura la estabilidad del núcleo, éste tiende a modificar la relación, emitiendo radiaciones alfa o beta, y transformándose espontáneamente en un núcleo estable.

En las radiaciones alfa, el núcleo emite las “partículas alfa”, constituidas por dos protones y dos neutrones.
En las radiaciones beta, el núcleo sólo emite electrones, que no existían previamente en su interior, sino que se producen simultáneamente con la emisión, cuando un neutrón del núcleo se transforma en protón para establecer el necesario equilibrio numérico entre neutrones y protones.

PARTÍCULA ALFA:

Determinadas combinaciones de protones y neutrones pueden llegar a formar un núcleo durante algún tiempo; pero el núcleo no es estable y el átomo es radiactivo. Esta clase de átomos intenta variar la proporción de protones y neutrones en el núcleo, para formar una combinación más estable, y entonces el núcleo emite una radiación. El átomo se trasforma en el átomo de un elemento distinto y se dice que se trasmutó.

Dos protones no pueden permanecer juntos, porque ambos tienen carga positiva (cargas del mismo signo se repelen). Los núcleos que tienen protones en exceso se estabilizan por trasmutación.


El núcleo de helio, con dos protones y dos neutrones, es la combinación de protones y
neutrones más estable que se conoce. Es la “partícula alfa”.

Por ejemplo, si un núcleo contiene demasiados protones y neutrones para ser estable, puede expulsar algunas de estas partículas y alcanzar una mayor estabilidad. Para ello emite dos protones y dos neutrones firmemente unidos (el núcleo, muy estable, del átomo de helio), formando una partícula única, que se conoce con el nombre de partícula alfa. La partícula alfa lleva, por consiguiente, dos cargas positivas y tiene un peso atómico igual a cuatro, mientras que el átomo que ha emitido esta partícula alfa disminuye su número atómico en dos unidades, y su peso atómico en cuatro unidades.

Por ejemplo, los átomos de radio que se encuentran en la naturaleza (número atómico 88, peso atómico 226) emiten partículas alfa, y entonces se- trasforman en radón, un gas radiactivo (número atómico 86, peso atómico 222)

El radón mismo se trasmuta emitiendo partículas alfa. Las partículas alfa, que se emiten durante la trasmutación de los átomos, se desplazan en línea recta a través del aire, y pierden su energía a medida que van entrando en colisión con las moléculas de aire, deteniéndose, generalmente, al cabo de unos cuantos centímetros.

Todas las partículas alfa, emitidas por un isótopo determinado, suelen recorrer la misma distancia en el aire, ya que tienen la misma energía cinética, la cual van perdiendo en los choques; basta, sin embargo, interponer en su camino una hoja de papel para detener una partícula alfa.

LA PARTÍCULA BETA
Si un núcleo contiene demasiados neutrones, para ser estable puede convertir alguno de ellos en un protón. En realidad, el protón y el neutrón son partículas muy similares. Para que un neutrón se trasforme en protón basta con que emita un electrón. El neutrón pierde, entonces, una carga negativa y se trasforma en un protón cargado positivamente:

El electrón es emitido por el núcleo con una gran velocidad; recibe el nombre de partícula beta.

El átomo conserva el mismo peso molecular después de la trasmutación, ya que la suma de protones y neutrones en el núcleo permanece constante; pero el número atómico aumenta por existir un protón suplementario. Un ejemplo de trasmutación por emisión de partículas beta lo tenemos en el comportamiento del carbono radiactivo. Los átomos del carbono 14 (número atómico 6, peso atómico 14), que es un radioisótopo natural del carbono 12, se trasmutan, por emisión de partículas beta, en nitrógeno 14 (número atómico 7, peso atómico 14). que tiene un núcleo estable.

Aproximadamente, la mitad de los radioisótopos naturales se puede trasmutar por emisión de partículas beta. También muchos radioisótopos artificiales presentan una trasmutación de este tipo.

Las partículas beta son muy ligeras y se desvían muy fácilmente en su trayectoria. Por ello, no se desplazan en línea recta como las partículas alfa. Sin embargo, suelen recorrer un espacio superior. En el aire, una partícula beta puede alcanzar más de un metro o, incluso, atravesar una lámina de aluminio de algunos milímetros de espesor.

EL POSITRÓN
Además de las partículas alfa y beta, que emiten los radioisótopos naturales, los radioisótopos artificiales pueden emitir también una partícula, que tiene la misma masa que el electrón, pero con una carga positiva igual a la del protón. Esta partícula se llama positrón, y puede considerarse como un electrón con una carga positiva igual, pero de signo opuesto a la del electrón.

EMISIÓN DE POSITRONES
Se ha visto que la emisión de partículas beta puede tener lugar cuando el núcleo contiene demasiados neutrones para ser estable. Si la relación entre protones y neutrones es la correspondiente al núcleo estable, no hay radiactividad. Si, por el contrario, el núcleo contiene demasiados protones para ser estable, puede convertir uno de sus protones en un neutrón, emitiendo un positrón que, al no poder permanecer en el núcleo, es expulsado

El átomo conserva el mismo peso atómico, pero el número atómico disminuye por haberse convertido un protón en neutrón. En 1934, Irene Joliot-Curie formó átomos de nitrógeno 13 (número atómico 7, peso atómico 13) al bombardear boro 10 con partículas alfa. El nitrógeno 13 se trasmutaba, por emisión de positrones, en carbono 13 (número atómico 6, peso atómico 13), y la presencia de la radiación, debida a los positrones (éstos fueron descubiertos en 1932), le permitió anunciar el descubrimiento de la radiactividad artificial:

Hay, además, un tercer tipo de radiación nuclear, que siempre se presenta en compañía de una de las dos recién explicadas. Se trata de la radiación gamma, que es de naturaleza electromagnética, como la luz y los rayos X, de los que sólo difiere por el origen (la luz y los rayos X se originan en el exterior del núcleo, como consecuencia del paso de electrones de una órbita a otra de menor energía; las radiaciones gamma, en cambio, se originan en el interior del núcleo, como consecuencia de una sucesiva estabilización de éste, sin que se modifique la relación protones-neutrones).

Las radiaciones nucleares alfa, beta y gamma constituyen, pues, el instrumento que un núcleo inestable tiene a su disposición para alcanzar la estabilidad. En algunos elementos, tal como se encuentran en la naturaleza, la emisión de las radiaciones nucleares se verifica espontáneamente. Se trata de los famosos elementos radiactivos, como el radio y el uranio.

Pero fenómenos de este género pueden provocarse también en el laboratorio. Y, durante el transcurso de estas investigaciones, el hombre ha conseguido asomarse a los más profundos misterios del átomo, construir núcleos inexistentes en la naturaleza, liberar las energías encerradas dentro de los núcleos, e incluso, como veremos en otro artículo, transformar unos elementos en otros.

En 1934, Irene Joilot-Curie (hija de la famosa María Curie) y su marido, descubrieron que un isótopo estable natural (el boro 10) puede trasformarse en un elemento radiactivo distinto, por bombardeo con “partículas alfa”. La radiactividad de los átomos producidos artificialmente se llama “radiactividad artificial”.

 

Particulas elementales de la Materia quarks, bosones La antimateria

PARTÍCULAS ELEMENTALES DE LA MATERIA

Los fundamentos de la física atómica

La materia está constituida por un reducido número de las denominadas partículas elementales, cuyas propiedades pueden explicar la mayor parte de los fenómenos físicos que aquélla experimenta.

Las primeras partículas elementales halladas por el hombre fueron las moléculas que integran los distintos compuestos químicos existentes en la naturaleza. Después se descubrió que más elementales aún que las moléculas son los átomos que las constituyen, a su vez compuestos por un núcleo y unas partículas cargadas negativamente, los electrones, que se mueven en torno a él. Más adelante las investigaciones revelaron que el núcleo de los átomos está formado por dos tipos de partículas. los neutrones, que no poseen carga, y los protones, de carga positiva.

Si bien hasta hace relativamente poco se pensó que protones y neutrones eran las partículas más pequeñas de la naturaleza, desde 1933 se han descubierto más de 200 partículas diferentes, todavía más elementales, más simples y de tamaño más reducido que el protón, el neutrón y el electrón. Cada una de ellas, distintas entre si, está compuesta por cuatro subpartícutas básicas, denominadas quarks.

Actualmente, se sabe que ni los átomos, ni los electrones, ni los protones ni los neutrones son indivisibles. La duda está en identificar cuáles son las verdaderas partículas elementales. Dado que la longitud de onda de la luz es mucho mayor que el tamaño de un átomo, no es posible emplear la luz como instrumento para ver las partes que lo constituyen.

Las partículas elementales

Mediante la dualidad onda-partícula de la luz se puede describir todo en el Universo en términos de partículas; éstas poseen una propiedad, llamada espín, que establece su dirección. Todas las partículas se pueden dividir en dos grupos: las que poseen espín 1/2, que constituyen la materia, y las de espín 0, 1 y 2, que dan lugar a las fuerzas entre partículas materiales.

La teoría formulada por Dirac, en 1928, estableció a relación entre la mecánica cuántica y la relatividad propuesta por Einstein. Dirac explicó matemáticamente la razón por la cual el electrón posee espín 1/2, y predijo, además, que el electrón debía tener una pareja o antipartícula, el positrón. El descubrimiento del positrón, en 1932, motivó la concesión del premio Nobel al científico..

Imagen de un acelerador de partículas

Fuerzas de interacción entre partículas

En mecánica cuántica las partículas experimentan fuerzas de interacción entre ellas. Cada partícula elemental, como un electrón o un quark, emite una partícula portadora de fuerza, que colisiona con otra partícula material y es absorbida por ella. Si en la emisión de la partícula portadora de fuerza la partícula material que la emite cambia de velocidad por el retroceso experimentado en la emisión, también la partícula que la absorbe ve modificada su velocidad.

Dado que las partículas portadoras de fuerza no obedecen al principio de exclusión de Pauli, puede existir un número enorme de partículas intercambiables, con lo que se podrían producir una serie de fuerzas de interacción muy potentes.

Según la intensidad de la fuerza y del tipo de partículas implicadas, cabe distinguir cuatro tipos:

Fuerza gravitatoria

Es la fuerza experimentada por las partículas y, en general, por todos los cuerpos, por el simple hecho de poseer masa o energía. Es la más débil de las cuatro y se caracteriza por su gran alcance y porque siempre es atractiva. En mecánica cuántica se representa por una partícula de espín 2, que se llama gravitrón, y que no posee masa propia. Así, por ejemplo, la fuerza gravitatoria entre la Tierra y el Sol se entiende como un intercambio de gravitrones entre los dos cuerpos, más concretamente entre las partículas que los forman.

Fuerza electromagnética

Es la experimentada por las partículas cargadas eléctricamente y resulta muchísimo más intensa que la gravitatoria. Como la fuerza eléctrica entre dos cuerpos se traduce en mecánica cuántica en la atracción o repulsión entre las partículas que los componen, en general se anulan las fuerzas atractivas con las repulsivas, y el efecto es un  cuerpo en estado neutro. Si no se anulan por completo, casi llegan a hacerlo, por lo que el resultado es una fuerza electromagnética neta muy débil. No obstante, dominan a distancias muy pequeñas, como es el caso de los átomos y moléculas.

La fuerza de atracción eléctrica entre los protones del núcleo y los electrones de la corteza hace que éstos giren describiendo órbitas alrededor del núcleo del átomo.

El fotón es la partícula elemental que representa este tipo de fuerza, que se entiende como un intercambio de esta clase de partículas.

Fuerza nuclear fuerte

Es la que mantiene unidos a los quarks en el protón y el neutrón, y a éstos en el núcleo del átomo. Se piensa que es transmitida por otra partícula, llamada gluón, que sólo interacciona con los quarks y consigo misma. Para energías normales esta fuerza es muy inténsa, pero a altas energías se debilita, de manera que los quarks y los gluones se comportan como partículas casi libres.

Fuerza nuclear débil

Es la causante de la radiactividad, y actúa sobre todas las partículas materiales de espín 1/2, pero no sobre los fotones o los gravitrones, es decir, partículas de espín 0, 1 y 2.

En 1967 Salam y Weimberg propusieron una teoría para unificar esta fuerza con la electromagnética, y sugirieron la existencia de otras tres partículas de espín 1 además del fotón: los denominados bosones. Según esta hipótesis, para grandes energías (superiores a 100 GeV) los tres bosones y el fotón se comportarían de forma similar1 pero a energías más bajas los bosones adquirirían una gran masa y la fuerza que transmitirían sería de corto alcance. Esta teoría fue comprobada y ratificada más tarde, cuando se construyeron potentes aceleradores de partículas, capaces de alcanzar energías tan grandes. Las tres partículas compañeras del fotón fueron definitivamente identificadas en 1983, en el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN).

Antimateria

En la actualidad, se sabe que para cada tipo de partícula existen también antipartículas, y que si interacciona una partícula con su correspondiente antipartícula pueden aniquilarse. Pero no existe el mismo número de unas que de otras; en realidad, en condiciones normales no hay antiprotones ni antineutrones, éstos sólo se producen en los grandes aceleradores de partículas. Tampoco en el espacio hay más que unos pocos antiprotones y antineutrones en comparación con la cantidad de protones y neutrones existentes.

Si existiera una gran cantidad de antimateria en comparación con la materia, se producirían múltiples colisiones en el espacio, que provocarían la emisión de una gran cantidad de radiación; así, las partículas se aniquilarían con las antipartículas, desapareciendo la mayor parte de la materia existente.

En general, se acepta que todo el espacio está formado por quarks, no por antiquarks, porque las leyes de la física son diferentes para las partículas y las antipartículas. Siempre se había creído que las leyes de la física poseían tres simetrías:

C, P y 1. La simetría C supone que las leyes son las mismas para partículas y antipartículas; la simetría P, que las leyes son idénticas para, una situación cualquiera y su imagen especular, y la simetría 1 supone que el movimiento de un sistema no se altera si se invierte la dirección del movimiento de todas las partículas y antipartículas. Sin embargo, se ha demostrado que la interacción débil no cumple la simetría P, es decir, el efecto de la interacción débil hace que evolucionen de forma diferente las partículas de las antipartículas. Tampoco posee simetría C, ni simetría combinada PC.

Ver: Dualidad de la Materia, Onda o Partícula?

Consecuencias Políticas de la Bomba Atómica

Consecuencias Políticas de la Bomba Atómica

* Puedes Bajar Una Biografía Completa de Albert Einstein

* Bajar Su Libro Sobre La Relatividad-“.

La liberación de la energía atómica no ha creado un problema nuevo. Simplemente ha tomado más urgente la necesidad de resolver el ya existente. Podríamos decir que nos ha afectado cuantitativa y no cualitativamente.

Mientras haya naciones soberanas que posean gran poderío, la guerra será inevitable. Este aserto no es una tentativa tendiente a decir cuándo llegará la guerra, sino simplemente que es seguro que llegue.

El hecho era cierto antes que se fabricara la bomba atómica. Lo que se ha modificado es la destructividad de la guerra.

No creo que la civilización haya de ser borrada en una guerra librada con la bomba atómica. Tal vez dos terceras partes de la población de la Tierra pudiera ser muerta; pero quedaría un número suficiente de hombres capaces de pensar y libros suficientes para empezar de nuevo, y se restablecería la civilización.

El secreto de la bomba debiera serle confiado a un gobierno mundial. Dicho gobierno sería fundado por los Estados Unidos, la Unión Soviética y Gran Bretaña: las tres únicas potencias con gran poderío militar. ¿Que si temo la tiranía de un gobierno mundial? Claro está que sí. Pero temo todavía más la llegada de otra u otras guerras.

No me considero el padre del desencadenamiento de la energía atómica. Mi papel en ese terreno fue del todo indirecto. En realidad yo no preví que habría de ser liberada en momento alguno. Sólo pensé que tal liberación era teóricamente posible. Se volvió práctica por el descubrimiento accidental de las reacciones cadenarias, y eso es algo que yo no pude haber predicho. Fue descubierto por Hahn en Berlín, y él mismo interpretó equivocadamente su descubrimiento. Liso Meitner fue quien nos brindó la interpretación correcta, y huyó de Alemania para poner la información en manos de Niels Bohr.

No creo que haya de asegurarse una grande era de ciencia atómica con sólo organizar las ciencias en la forma en que se organizan las grandes empresas. Uno puede organizase para aplicar un descubrimiento que ya haya sido hecho; pero no hacer uno. Únicamente un individuo libre puede efectuar un descubrimiento.

Puede haber cierto tipo de organización por la cual a los hombres de ciencia se les asegure su libertad y las condiciones adecuadas para el trabajo. Por ejemplo, profesores de ciencias en las universidades debieran quedar libres de una parte de su enseñanza para disponer de tiempo que dedicar a más investigaciones. ¿Cabe imaginar una organización de estudiosos que realizara los descubrimientos de Carlos Darwin?

Tampoco creo que las vastas corporaciones particulares de los Estados Unidos sean adecuadas para las necesidades de estos tiempos. Si un visitante hubiera de venir a los Estados Unidos procedente de otro planeta, ¿no le extrañaría que en este país se otorgue tanto poderío a las corporaciones, sin que afronten una responsabilidad de igual grado? Digo esto para señalar que el gobierno tiene que mantener el control sobe la energía atómica, no porque el socialismo sea necesariamente deseable, sino porque la energía atómica fue desarrollada por el gobierno y sería inconcebible que dicha propiedad del pueblo fuera entregada a cualquier individuo.

En cuanto al socialismo, a menos que sea internacional hasta el grado de producir un gobierno mundial que domine a la totalidad del poderío militar, podría conducir a guerras más fácilmente que el capitalismo, porque representa una concentración de poderes todavía mayor.

Hacer un cálculo acerca del momento en que la energía atómica habrá de poderse aplicar a los fines constructivos es algo imposible. Lo único que sabemos es cómo utilizar una cantidad relativamente grande de uranio. Por el momento es imposible emplear cantidad suficientemente reducida como para mover, pongamos por caso, un automóvil o un aeroplano. Es indudable, que se logrará, pero nadie puede decir cuándo.

Tampoco se puede predecir cuando se logrará utilizar materiales más comunes que el uranio para proveer la energía atómica. Es probable que todos los materiales empleados con ese fin figurarán entre los elementos más pesados de elevado peso atómico.

Tales elementos son relativamente escasos, porque su estabilidad es menor. La mayoría de esos materiales quizás haya desaparecido ya por desintegración radioactiva. De ahí que si bien es posible que la liberación de la energía atómica pueda ser, e indudablemente será, una bendición para la humanidad, no se llegue a eso durante algún tiempo.

Como no preveo que la energía atómica haya de ser una bendición hasta dentro de mucho tiempo, debo manifestar que por el momento es una amenaza. Tal vez sea mejor que así ocurra. Podrá intimidar al género humano y hacerlo imponer el orden en los asuntos internacionales cosa que no haría sin la presión del temor.

Fuente Consultada: La Nación 135 Años Testimonios de Tres Siglos

Biografia de Albert Einstein Vida y Obra Cientifica del Físico

Biografía de Albert Einstein
Vida y Obra Científica del Físico

albert einstein

1905:Año Maravilloso El Efecto Fotoeléctrico El Movimiento Browiano Antecedentes de la Física – Implicancias de la Teoría  –  Explicación de la Teoría

Biografia de Albert Einstein Vida y Obra Cientifica del Físico* Puedes Bajar Una Biografía Completa de Albert Einstein

Albert Einstein tuvo una crianza normal. Nació en 1879 en la ciudad de Ulm, Alemania, y creció en Munich, donde asistió a una escuela católica (a pesar de ser judío). Sus padres, Hermann y Pauline, temieron que el niño fuera retrasado porque se demoró en hablar.

Por supuesto, sus temores eran infundados; el joven Albert estuvo entre los mejores estudiantes en la escuela elemental. En el colegio y en la universidad, sin embargo, Einstein fue tan independiente que a menudo se enfrentó a sus maestros y profesores.

Los Primeros Años: Albert Einstein nació el viernes 14 de marzo de 1879 a mediodía. En el verano de 1880, cuando Albert tenía poco más de un año, su familia se trasladó a Munich, donde su padre y su tío abrieron un negó-ció de ingeniería eléctrica (para reemplazar un negocio anterior que había fracasado). A finales de 1881, cuando Albert tenía dos años y medio, nació su hermana. La llamaron Marie, pero todos le decían Maja.

El nuevo negocio de Hermann Einstein iba bien y, cinco años después de su traslado a Munich, los Einstein compraron una linda casa con un gran jardín, en donde Albert y Maja pasaban muchas horas jugando. Albert y Maja eran muy apegados de niños, y de adultos mantuvieron una cariñosa relación. La mayor parte de lo que sabemos hoy sobre la niñez de Einstein se le debe a Maja, quien años después escribió un librito sobre los primeros años de su hermano.

Maja describe a Albert a la edad de cuatro años como un niño tranquilo, aislado, que no disfrutaba jugando con otros niños. Escribió que sus padres temían que Albert fuera retrasado pues aprendió a hablar muy tarde. Einstein recordaría después que sus padres lo llevaron donde el médico para saber si su lento desarrollo del lenguaje indicaba que algo iba mal.

La demora de Albert pudo haberse debido a timidez y orgullo; incluso a los dos años de edad quería hacer las cosas bien y evitar la faltas. Albert dijo más tarde que cuando joven había tomado la decisión da hablar sólo con frases completas. Ensayaba la frase entera  en su mente, a veces moviendo los labios, y cuando pensaba que la tenía lista la decía en voz alta.

Se puede decir que los primeros años de la vida de Einstein fueron estimulantes y colmados de afecto. Cuando tenía cuatro o cinco años, estando enfermo en cama, su padre le regaló una brújula magnética. El movimiento de la aguja, que volvía siempre a la misma dirección debido a un. misteriosa y desconocida causa, dejó en el niño una impresión tan “profunda y duradera” que escribió 60 años después sobre el asunto en sus notas autobiográficas.

¿Por qué se comportaba la brújula de esa manera? Esto era algo que Albert necesitaba comprender. Comenzamos a ver en este niño, maravillado por el movimiento de la aguja de la brújula, los comienzos del gran genio que revolucionó nuestro conocimiento del mundo. Aun a tan tierna edad, Einstein se sintió atraído por lo que se convertiría en uno de sus estudios favoritos: el electromagnetismo

Hermann y Pauline no eran judíos practicantes; les preocupaba más la educación de su hijo que las prácticas religiosas, de modo que matricularon a Einstein, a la edad de cinco años, en la escuela católica de la localidad, que era mejor, más cercana al hogar y más barata que la judía.

No existen pruebas de que Einstein hubiera sido objeto de discriminación religiosa en la escuela, a pesar de ser el único judío matriculado. No obstante, el joven Einstein no era feliz con la estricta disciplina de la institución. Se da por hecho que la mayoría de los niños detestan la disciplina, pero Einstein le profesaba una aversión que duró toda la vida.

A pesar de su disgusto con la escuela obtenía informes excelentes. A los siete años, por ejemplo, Pauline escribió a su madre: “Ayer le entregaron a Albert las calificaciones; de nuevo sacó el primer puesto y obtuvo un resultado brillante”. Un año después el abuelo escribía: “Hace una semana que el querido Albert ha vuelto a la escuela. Adoro a ese muchacho, porque no pueden imaginarse lo bueno e inteligente que es” (¿conoce alguien a un abuelo que no crea que su nieto es “bueno e inteligente”?)

Muchos testimonios sobre la vida de Einstein lo pintan como un niño lerdo, tal vez con un problema de aprendizaje. Más tarde el propio Einstein escribió que su desarrollo intelectual se había retardado y, en consecuencia, había comenzado a pensar sobre el espacio y el tiempo sólo a la edad adulta, no cuando niño.

Cuando Einstein tenía 13 años, un estudiante de medicina llamado Talmud le llevó la Crítica de la razón pura de Emanuel Kant, libro denso y difícil aun para los estudiantes de filosofía. Según Talmud, Einstein no se sintió amilanado, y desde ese momento los dos amigos hablaron de filosofía durante las visitas nocturnas de los miércoles. Durante varios años estudió Einstein otros libros de filosofía, a la par con sus lecturas científicas. Continuó interesado en el tema toda su vida, y a menudo discutía en sus escritos las opiniones de conocidos filósofos.

Talmud también le proporcionó varios libros de divulgación científica, que el muchacho leía entusiasmado. En particular, estaba encantado con un conjunto de 21 libros titulado Libros populares sobre la ciencia natural de Aaron Bernstein. Más tarde dijo que había leído cinco o seis volúmenes de la serie con “atención extrema”. Estos libros le procuraron una comprensión básica de la física y probablemente le ayudaron a desarrollar su asombrosa habilidad para descubrir en sus lecturas lo que era importante y lo que no lo era.

Einstein se interesó cierto verano en un texto de geometría que había recibido varios meses antes de que comenzara el año escolar. Comenzó a trabajar los problemas y le mostró sus soluciones a Talmud. Al finalizar el verano no sólo había resuelto todos los problemas del libro sino que había intentado pruebas alternas de los teoremas. Años después manifestó que este libro —al que llamaba su “libro sagrado de geometría”— había sido probablemente la causa de que se convirtiera en hombre de ciencia.

Para sus profesores del liceo Luitpold, el joven Albert Einstein nada tenía de superdotado: lo consideraban más bien como un alumno reacio a la autoridad, al que llegado el caso amonestaban en forma severa: «¡Por su sola presencia, usted altera el respeto de la clase hacia mi persona!», le espetó un docente.

El modelo prusiano que se propaló en Alemania a fines del siglo XIX y la militarización de la sociedad en su conjunto no le inspiraban más que aborrecimiento. Todo aprendizaje «de memoria» le repugnaba profundamente.

A los 11 años comenzó Einstein a recibir clases de religión, como era costumbre entre los estudiantes judíos. Sus padres no eran judíos practicantes y Einstein creció resentido con ellos porque no observaban las tradiciones religiosas. De suerte que decidió ser un ejemplo para la familia guardando el sábado, comiendo sólo alimentos kosher y hasta componiendo canciones religiosas que canturreaba mientras iba camino del colegio. El fervor religioso no le duró pues muchas cosas de la Bilbia se contradecían con lo que había aprendido en los libros de ciencias.

A los dieciséis años, sin terminar sus estudios secundarios, abandonó la escuela y Alemania: quería a toda costa evitar el servicio militar, adoptando la nacionalidad suiza. A raíz de un revés de la fortuna de su padre, que dirigía un negocio de equipos eléctricos, se exilió en Italia.

En 1895, el hijo se reunió con su familia en Pavia y preparó como candidato libre, con un año de anticipo respecto a la edad requerida, la prueba de ingreso al Instituto politécnico federal de Zurich, que formaba ingenieros. Fracasó en esa ocasión, pero tuvo éxito en el segundo intento, en octubre de 1896. Sentado en los bancos de esta institución austera, Einstein se enamoró de Mileva Marie, con la que se casaría sólo después de la muerte de su padre, en 1902: en efecto, el idilio suscitó la oposición de los padres de Albert.

Mientras estudiaba  fundó en esa época con sus amigos Maurice Solovine y Conrad Habicht la «Academia Olympia», que designaba con una solemnidad engañosa sus encuentros de estudiantes, amenizados con conversaciones filosóficas. Una vez obtenido su diploma en julio de 1900, Einstein buscó en vano un puesto de asistente en la universidad, pero sólo consiguió empleos precarios. Solamente un año y medio más tarde ingresó en la Oficina federal de patentes de Berna, trabajo que le dejaba suficiente disponibilidad de tiempo para dedicarse a los problemas de física que lo apasionaban.

LOS ARTÍCULOS DE 1905

El empleo en la administración pública le dio libertad para concentrarse en la ciencia. En el productivo año de 1905 publicó en la revista alemana Annalen der Physik su tesis doctoral y cinco artículos importantes. El primero, sobre el efecto fotoeléctrico de la luz, demostraba la teoría de Max Planck de que la luz se emite en paquetes, o cuantos, lo que revalidaba la física cuántica. Otros dos artículos trataban sobre el movimiento browniano, que es el que se produce en las partículas inmersas en un fluido al ser bombardeadas por las moléculas, lo que hace que tiemblen.

No obstante, la obra por la que es más famoso Einstein presentaba algo revolucionario: la teoría de la relatividad especial, una idea que al propio Einstein le costó aceptar. «Debo confesar —escribió más tarde—, que en el mismo comienzo, cuando la teoría de la relatividad especial empezaba a germinar dentro de mí, sufrí toda clase de conflictos nerviosos.»

 La relatividad especial introdujo el concepto de universo de cuatro dimensiones tejido a partir del espacio-tiempo: las tres dimensiones habituales más el tiempo. A las distancias insignificantes de la vida ordinaria, este concepto apenas hace mella, pero cuenta en las distancias astronómicas; cuando miramos hacia las estrellas, miramos hacia el espacio exterior y hacia atrás en el tiempo.

La física pasaba entonces por una crisis profunda. Las dos ramas principales de la disciplina, la mecánica -la ciencia del movimiento de los cuerpos- y el electromagnetismo -la ciencia de la luz- se contradecían en numerosos puntos, sumiendo a los investigadores en un callejón sin salida. En el primer artículo, Einstein atacó la concepción oficial según la cual la luz era una onda continua sostenida por el «éter», una sustancia inmóvil.

Para Einstein, al contrario, la luz «estaba constituida por un número finito de cuantos de energía localizados en puntos del espacio»: por lo tanto, era discontinua por definición. Einstein resolvió de este modo los problemas insolubles planteados por las supuestas propiedades de este éter: ¡éste no existía! No contento de haber puesto de acuerdo a sus colegas, Einstein esbozó uno de los ejes esenciales de la física moderna: la teoría cuántica.

El cuarto artículo, intitulado Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, era muy revolucionario, según admitió el propio Einstein. Rechazó la idea de un tiempo absoluto e idéntico en todas partes. Por el contrario, afirmó que el tiempo era relativo. La única salvedad enunciada por el físico a este carácter móvil del tiempo era que la velocidad de la luz representaba un límite absoluto. Se llegó entonces a una teoría de la «relatividad restringida».

En un apéndice, Einstein desarrolló una idea totalmente nueva, al demostrarla equivalencia entre masa y energía: este descubrimiento se conoce de manera universal bajo la fórmula matemática E = mc2. Al comienzo, estos artículos pasaron inadvertidos, pero suscitaron luego el interés del gran investigador alemán Max Planck. Entonces se abrió un futuro brillante para Einstein. Nombrado en la universidad de Zurich en 1909, fue invitado al congreso de Solvay de 1911, que reunió a todos los grandes nombres de la comunidad científica internacional. Ese mismo año, Planck le propuso la dirección del Instituto de física Kaiser Wilhelm en Berlín.

El descubrimiento de la relatividad restringida no era empero más que el preludio de un cuestionamiento más avanzado de la física clásica, aún marcada por los descubrimientos de Newton y de Maxwell. A partir de 1907, Einstein se dedicó a la teoría de la gravitación. Tan sólo en 1915 formuló definitivamente la teoría de la relatividad general, que consideraba la gravitación como una deformación del espacio-tiempo.

La relatividad especial derrocó el supuesto newtoniano de que el espacio y el tiempo eran fijos. Operando a partir del principio de que el único imperativo cósmico es la velocidad de la luz, que en el vacío es siempre de 300.000 kilómetros por segundo, cualquiera que sea la localización del observador, Einstein se dio cuenta de que el tiempo y el espacio eran magnitudes que dependían de a qué velocidad y en qué dirección se moviera el observador. (puede entender de una manera fácil la teoría de relatividad desde aquí)

Una de las consecuencias de esta teoría fue verificada de manera experimental en 1919: los rayos de luz no atravesaban el espacio siguiendo una línea recta debido a la modificación de la forma del espacio-tiempo por las masas que allí se encuentran. Eso era, a lo menos, lo que afirmaba Einstein.

La teoría de la relatividad general ampliaba la teoría de la especial al ocuparse de lo que ocurre cuando cambia la velocidad. (De este trabajo procede la asombrosa paradoja de que si un gemelo se va de la Tierra, viaja en una nave espacial a muy altísima velocidad, da la vuelta y regresa, a su llegada será más joven que el gemelo que se quedó en casa.).

La teoría general demostraba que la masa hacía que el espacio se curvase a su alrededor. Imagínese una bola de bolera americana sobre una cama de agua. El colchón se curvará debajo de la bola. Póngase una canica sobre la cama de agua e inevitablemente caerá hacia la bola grande. Einstein se dio cuenta de que las masas menores caen hacia las mayores, no porque las masas mayores las «atraigan», sino porque los objetos se mueven por un espacio curvo. Este inevitable movimiento hacia la masa más pesada, demostró Einstein, explicaba el fenómeno conocido como la gravedad.

Las observaciones de una expedición científica inglesa realizada por el astrónomo Eddington durante un eclipse validaron sus previsiones: Einstein alcanzó entonces notoriedad internacional y se convirtió para el mundo en el nuevo Newton. Además, la idea de que observadores ingleses validasen los trabajos de un alemán les agradó a las muchedumbres que veían en ello el signo de un nuevo entendimiento internacional después de cuatro años de guerra homicida en Europa.

A pesar de este éxito manifiesto, el premio Nobel de física otorgado a Einstein en 1921 recompensaba sus trabajos sobre el efecto fotoeléctrico y no aquellos sobre la relatividad, que suscitaban aún mucha; reservas por su aspecto innovador.
«Dios no juega a los dados»

En 1905, Einstein había sido el iniciado de la teoría cuántica. Sus ideas fuero-retomadas y desarrolladas por jóvenes físicos agrupados en torno al danés Niels Bohr. Este último y Einstein fueron muy amigos, pero el desacuerdo científico era profundo y culminaría en 1927 con ocasión del quinto congreso de Solvay, en Bruselas. Einstein y Bohr realizaron feroces intercambios de réplicas. Las objeciones de Einstein a los desarrollos de la teoría cuántica estaban especialmente motivados por la imposibilidad de prever con certeza la posición de un electrón.

Este carácter «probabilista» de la teoría cuántica lo indisponía: para él, «Dios no juega a los dados». Rígido en esta postura de rechazo, Einstein se apartó un poco de las investigaciones más avanzadas, al considerar que la teoría cuántica solamente representaba una fase provisional del conocimiento físico.

La mayor ambición de los dos últimos decenios de su vida era elaborar una teoría unitaria que sería la síntesis de la gravitación y del electromagnetismo. Pero este trabajo titánico fue en vano. Estas dificultades lo condujeron a considerar con humildad su condición de físico: «Ustedes se imaginan que contemplo la obra de mi vida con una gran satisfacción. Pero visto de cerca, nada hay de eso. No hay un solo concepto del que esté convencido que vaya a durar e incluso me pregunto si estoy en el buen camino…».

Einstein y Elsa

Einstein y Elsa en 1931 antes que Hitler tomara el pode de Alemania

Ciudadano del mundo
Einstein permaneció toda su vida siendo el colegial hostil a toda forma de autoritarismo. En 1914 redactó un «Llamado a los europeos», invitando a los intelectuales a actuar en favor de la paz. Proveniente de una familia judía alemana, se sentía extraño al nacionalismo, incluso sentía una cierta simpatía hacia el movimiento sionista.

Eisntein en una conferenciaAceptó participar en una serie de viajes a Estados Unidos para recolectar los fondos necesarios para la fundación de una universidad en Jerusalén. Desde los primeros meses de la toma de poder de Hitler, Einstein se exilió en Estados Unidos y aceptó una cátedra en Princeton.

Convertido en ciudadano estadounidense en 1940, apoyó plenamente la idea de la guerra contra el nazismo. Ya en agosto de 1939 escribió al presidente Roosevelt para urgirlo a que implementase un programa de investigación atómica, expresando sus temores con respecto a que la Alemania hitleriana tuviese un cierto avance en esta materia.

Sin embargo, Einstein no participó en el proyecto Manhattan que dio a Estados Unidos un arma cuya eficacia trajo consigo a corto plazo la capitulación de Japón.

Horrorizado por el espectáculo de Hiroshima y de Nagasaki, Einstein militó desde entonces en las filas del pacifismo, asumiendo la presidencia del Comité de vigilancia de los investigadores sobre energía atómica, en mayo de 1946, y poniendo todo el peso de su nombre al servicio de la causa.

Preconizó la creación de un «gobierno mundial», que sería el único en tener el control del arma nuclear. Su último gesto político fue la redacción de un llamado a los científicos en favor de la abolición de la guerra, escrito en forma conjunta con el filósofo Bertrand Russel. Albert Einstein murió en Princeton el 18 de abril de 1955.

CRONOLOGÍA
1879
Nace el 14 de marzo en Ulm, Alemania
Pasa sus primeros años en Munich

1894
Después de repetidas quiebras del negocio familiar de
ingeniería eléctrica, la familia se muda a Milán, Italia

1895
Suspende un examen de ingreso en el Instituto Federal Suizo
de Tecnología, y estudia en Arrau, Suiza, pero falta a clase y prefiere leer sobre física o tocar su violín

1896
Renuncia a la nacionalidad alemana

1900
Deja el colegio, pero sus profesores no lo recomiendan para un curso universitario

1901
Toma nacionalidad suiza y publica un artículo sobre las fuerzas entre moléculas

1902
Se asegura un puesto como examinador en una oficina de patentes en Berna.

1903
Se casa con Mileva Maric, una serbia a la que conoció en una de sus clases de física, con la que tiene dos hijos, en 1904 y 1910, antes de separarse en 1914, y divorciarse en 1919

1905
Recibe su doctorado de la Universidad de Zurich

1905
Publica tres artículos sobre física teórica, el tercero de los cuales se titula “Sobre la Electrodinámica de los Cuerpos en Movimiento”, y que contiene la “teoría especial de la relatividad”

1909
Consigue su primer puesto académico en la Universidad de Zurich

1911
Se muda a una universidad de habla alemana en Praga, como profesor de física teórica.

1913
Es nombrado director del Instituto Kaiser Wilhelm para la Física

1916
Propone la teoría general de la relatividad, la cual se prueba tres años después

1919
Se casa con Elsa Lówenthal, una prima El informe de Eddington sobre la luz estelar curvándose alrededor del sol durante un eclipse solar confirma la teoría de Einstein

1922
Premio Nobel de Física

1933
Emigra a Princeton, Nueva jersey, EE. UU.

1939
Einstein se une a otros científicos y escribe al Presidente Franklin D. Roosevelt, indicando que la bomba atómica es posible, y que Alemania podría tener ya la tecnología

1952
Le ofrecen y declina la presidencia de Israel

1955
Muere mientras duerme en Princeton, EE. UU., el 18 de abril

CONFIRMACIÓN EXPERIMENTAL DE LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD

EddingtonFascinado desde siempre por los números de muchas cifras, Eddington (imagen izq.) había intentado desde chico contabilizar todas las palabras de la Biblia; con su seguridad característica predijo el número de protones del Universo. La fórmula conocida como «Número de Eddington» es 136 x 2256.

En 1919 dirigió el equipo que probó la teoría general de la relatividad de Einstein. Aunque la lluvia y las nubes estorbaron la visión de Eddington de un eclipse solar en isla Príncipe, en la costa oeste de África, su equipo observó que los rayos de luz emitidos por las estrellas se desvían a medida que se acercan al Sol, tal y como había predicho Einstein. Unos meses después, las mediciones realizada: sus colaboradores en Brasil confirmaron estas observaciones, colega le dijo más tarde: «Debes s> una de las tres personas del mundo que comprende la teoría general d relatividad». Eddington declinó el cumplido. «No seas modesto», le respondió otro científico. «Al contrario, intento pensar quién es la tercera persona», replicó Eddington.

 

Fuente Consultadas:
Einstein y su Teoria de la relatividad Dr. Donald Goldsmith y Robert Libbon
Einstein Para Dummies Carlos I. Calle
Las Grandes Ideas Que Formaron Nuestro Mundo Peter Moore
El Universo Para Curiosos Nancy Hathawy
Biografías –  Hicieron Historia