Energía Nuclear I

La energía nuclear es aquella que se obtiene al aprovechar las reacciones nucleares. Estas se dan en isótopos de ciertos elementos químicos, siendo la más conocida la fisión del uranio-235.

Los dos sistemas con los que puede obtenerse energía nuclear de forma masiva son la fisión nuclear y la fusión nuclear.

La energía desprendida en esos procesos nucleares suele aparecer en forma de partículas subatómicas en movimiento, éstas producen energía térmica al frenarse con la materia que las rodea, que a su vez se transforma en energía mecánica utilizando turbinas de vapor, que puede ser empleada en el transporte o para la generación de energía eléctrica.

La principal característica de este tipo de energía es la alta cantidad de energía que puede producirse por unidad de masa de material utilizado en comparación con cualquier otro tipo de energía conocida por el ser humano.

En general, cualquier aplicación industrial genera residuos. Pero el tratamiento que se emplea en los residuos radiactivos es crítico ya que tienen una gran inestabilidad y una amplia longevidad. Una de las técnicas más utilizadas es el prensado y secado para reducir su volumen, luego se hormigonan y se embidonan para ser almacenados durante un periodo de 300 o de 500 años.

¿Un ser superior?

Existen muchos ejemplos que muestran la superior capacidad que poseen algunos animales sobre el hombre. La investigación de sus mecanismos de funcionamiento ha hecho pensar, incluso, en futuras aplicaciones industriales.

Hoy se estudia todo lo referente al mundo animal: se investigan las leyes cuantitativas en el lenguaje de los insectos, como el caso de una especie de hormigas siberianas que se distinguen por su organización y que son capaces, entre otras hazañas, de intercambiar información. A su vez, la sanguijuela, por ejemplo, se ha convertido en objeto de investigación ya que su saliva, que contiene una combinación del más poderoso anticoagulante conocido con antibióticos y anestésicos, podría tener aplicaciones médicas en enfermedades cardíacas y hematológicas.

Se nos dice que necesitaríamos la visión del águila, el olfato de los perros y otras misteriosas peculiaridades de ciertos animales. Entre ellas figuran el sentido térmico absoluto de ciertos roedores, peces y abejas, y el oído del murciélago, preparado para recibir el primer eco una milésima de segundo después de haber emitido un chasquido. Nuestros nervios auditivos son mucho más perezosos, quizá porque no dependemos de ellos para alimentarnos y sobrevivir.

Nuestro sentido del olfato es bastante primitivo y elemental si lo comparamos con el de algunos animales. No obstante, sus capacidades olfativas pueden abrir nuevos caminos a tecnologías hoy desconocidas. Como el tronco de la antena de una mariposa, que sólo tiene un cuarto de milímetro de tamaño y está recubierto por 35 mil fibras nerviosas que dirigen las señales captadas por las células sensoriales del olfato hasta el cerebro.

Incluso en la ingeniería. Es posible que los diseñadores tengan que estudiar al humilde abejorro cuyas alas producen más fuerza de elevación que la obtenida por las alas de los aviones.
El insecto más pequeño que existe, una clase de avispa, tiene una longitud de una quinta parte de un milímetro, y a pesar de ello la naturaleza se las compuso para meter los músculos que mueven innumerables articulaciones, el intestino y los riñones, órganos respiratorios, un sistema nervioso, glándulas germinativas, ojos, órganos olfativos… ninguna obra maestra de la técnica humana alcanza, por su constitución o por sus funciones, la perfección de este pequeñísimo fragmento de materia viva.

Ptolomeo (Klaudios Ptolemaios)

85 dC – 165 dC. Astrónomo, químico, geógrafo y matemático greco-egipcio. Vivió y trabajó en Alejandría, Egipto. Fue astrólogo y astrónomo. Heredero de la concepción del Universo dada por Platón y Aristóteles. Su trabajo consistió en estudiar la gran cantidad de datos existentes sobre el movimiento de los planetas con el fin de construir un modelo geométrico que explicase dichas posiciones en el pasado y fuese capaz de predecir sus posiciones futuras.

Su Teoría geocéntrica se opone a la física aristotélica, así las órbitas de su sistema son excéntricas, en contraposición a las circulares y perfectas de Platón y Aristóteles. Creía que la Tierra estaba inmóvil y ocupaba el centro del Universo, y que el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas, giraban a su alrededor. Trató de resolver los dos grandes problemas del movimiento planetario:

- La retrogradación de los planetas y su aumento de brillo, mientras retrogradan.
- La distinta duración de las revoluciones siderales.

Sus teorías astronómicas influyeron en el pensamiento astrónomo y matemático científico hasta el siglo XVI. Otra gran obra es la Geografía, en que describe el mundo de su época. Utiliza un sistema de latitud y longitud por lo que sirvió de ejemplo a los cartógrafos durante muchos años.

Pensaba que las leyes matemáticas subyacían tanto los sistemas musicales como en los cuerpos celestes, y que ciertos sonidos correspondían a planetas específicos, las distancias entre estos y sus movimientos. Actualmente la NASA ha comprobado que el sol produce un sonido, no audible por el oído humano, por el vacío que nos separa.

Cambio climático I

El clima es consecuencia del vínculo existente entre la atmósfera, los océanos, las capas de hielo (criosfera), los organismos vivientes (biosfera) y los suelos, sedimentos y rocas (geosfera).

Actualmente, existe un fuerte consenso científico de que el clima global se verá alterado significativamente, en el presente siglo, como resultado del calentamiento global del planeta.

La quema de combustibles fósiles y la tala y quema de bosques, liberan dióxido de carbono. La acumulación de este gas, junto con metano, óxidos nitrosos y clorofluorocarbonos (CFC’s), está provocando que una porción creciente de radiación infrarroja terrestre quede atrapada dentro de la atmósfera, lo cual hace aumentar la temperatura planetaria entre 1,5 y 4,5 °C. Esto podría acarrear, en los próximos 45 años, el aumento del nivel del mar lo suficiente como para inundar ciudades costeras en zonas bajas y deltas de ríos. Asi como la alteración de los patrones de precipitación global.

La descongelación del hielo marino que cubre el Ártico podría alterar o incluso detener las grandes corrientes del Océano Atlántico. Sin el inmenso calor que proporcionan estas corrientes marinas -comparables a la producción de energía de un millón de centrales nucleares- la temperatura media europea podría descender de 5 a 10 ºC. Este cambio en la temperatura sería similar a las temperaturas medias del planeta hacia el final de la última era glacial, hace aproximadamente 20.000 años.

"Es difícil predecir qué pasará realmente", advierte Donald Cavalieri, científico principal en el Centro Goddard de Vuelos Espaciales de NASA, "puesto que el Ártico y el Atlántico Norte son sistemas muy complejos, con muchas interacciones entre la tierra, el mar y la atmósfera".

Arquímedes y su Principio

El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático, será empujado con una fuerza igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho objeto. Dicho fenómeno toma su nombre del matemático y geómetro griego Arquímedes de Siracusa, considerado el más notable científico y matemático de la antigüedad recordado por numerosos avances en el mundo de la ingeniería, como la palanca o el tornillo de Arquímedes; la geometría, sobretodo en la cuadratura del círculo y la maquinaria de guerra, donde destaca la catapulta y el sistema de espejos.

Sin embargo, Arquímedes es más conocido por enunciar el principio que lleva su nombre. Del cual, cuenta la historia que Hierón, monarca de Siracusa, hizo entrega a un platero de ciertas cantidades de oro y plata para el labrado de una corona. Finalizado el trabajo, Hierón, desconfiado de la honradez del artífice, solicitó a Arquímedes que, conservando la corona en su integridad, determinase la ley de los metales con el propósito de comprobar si el artífice la había rebajado.

Preocupado Arquímedes por el problema, al que no encontraba solución, un buen día al sumergirse en el baño advirtió que al entrar su cuerpo en la bañera, ocupaba un lugar que dejaba de ser ocupado por el agua, y adivinó que lo que él pesaba de menos era precisamente lo que pesaba el agua que había desalojado. Dando por resuelto el problema que tanto le había preocupado fue tal su excitación que, desnudo como estaba, saltó de la bañera y se lanzó por las calles de Siracusa al grito de ¡Eureka! ¡Eureka!. Procedió entonces a pesar la corona en el aire y en el agua verificando que, en efecto, su densidad no correspondía a la que hubiera resultado de emplear todo el oro y la plata entregados y determinando, en consecuencia, que el artífice había estafado al Rey.

Las leyes de Kepler

Estas leyes fueron enunciadas por Johannes Kepler para explicar el movimiento de los planetas en sus órbitas alrededor del Sol.

- Primera Ley (1609): Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el Sol situado en uno de los focos.

- Segunda Ley (1609): El radio vector que une el planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

La ley de las áreas es equivalente a decir que cuando el planeta está más alejado del Sol (afelio) su velocidad es menor que cuando está más cercano al Sol (perihelio).

- Tercera Ley (1618): Para cualquier planeta, el cuadrado de su período orbital (tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor del Sol) es directamente proporcional al cubo de la distancia media con el Sol.

Estas leyes se aplican a otros cuerpos astronómicos que se encuentran en mutua influencia gravitatoria como el sistema formado por la Tierra y la Luna.

Inicialmente la presentación de Kepler incorporaba gran cantidad de especulaciones metafísicas. Fue Isaac Newton quien extrajo de los escritos de Kepler la formulación matemática precisa de las leyes. siendo capaz de relacionar estas leyes con sus descubrimientos, y dando sentido físico a leyes empíricas. Esto le condujo a la formulación de la ley de la gravitación universal.

Agujeros negros

Un agujero negro es una región del espacio-tiempo con un campo gravitatorio tan grande que ninguna partícula, ni siquiera la luz, puede escapar a su atracción. Esto es provocado por una gran concentración de masa en un espacio relativamente pequeño.

La curvatura del espacio-tiempo provoca una singularidad envuelta por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos. El horizonte de sucesos separa la región de agujero negro del resto del Universo y es la superficie límite del espacio a partir de la cual ninguna partícula puede salir, incluyendo la luz.

Se cree que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay agujeros negros supermasivos. La existencia de agujeros negros está apoyada en observaciones astronómicas, en especial a través de la emisión de rayos X por estrellas binarias y galaxias activas.

El origen de los agujeros negros es planteado por el astrofísico británico Stephen Hawking. Dicho proceso comienza tras la muerte de una estrella de gran masa (gigante roja), entendiendo como muerte la extinción total de su energía. Al pasar varios miles de millones de años la fuerza gravitatoria de la estrella comienza a ejercer fuerza sobre si misma originando una masa concentrada en un pequeño volumen, convirtiéndose de ese modo en una enana blanca. Este proceso puede proseguir hasta el colapso del astro por la auto-atracción gravitatoria que termina por convertir a esta enana blanca en un agujero negro. Este proceso acaba por generar una fuerza de atracción tan fuerte que atrapa hasta la luz, en este momento podemos hablar de una masa infinita atrapada en un volumen 0, que es el mismo centro del agujero negro denominado singularidad.

El número Pi

El número л es un número muy popular en la Matemática, todos lo hemos estudiado y recordamos su valor aproximado; 3,14159...., pero ¿de dónde le viene esa popularidad y esa fascinación que ha ejercido en la mente de todos los hombres de ciencia a lo largo de los años?

El número л nace de un problema sin solución: La cuadratura del círculo.

“¿Cuál es la relación que existe entre la longitud de una circunferencia y su diámetro? o ¿qué longitud ha de tener el radio de un círculo con un área igual a la de un cuadrado de lado conocido?” son preguntas que tienen solución si asignamos una cantidad nueva e imponderable a la cual representamos con la letra griega л.

Una circunferencia mide л veces su diámetro.

A lo largo de la historia, multitud de científicos y matemáticos han luchado por descubrir los “secretos” del número л: ¿Tiene infinitos decimales?, ¿en algún punto se producía un ciclo, un período?

A través de los siglos, los matemáticos han ido calculando cada vez un mayor número de cifras decimales. Hasta el punto de que la búsqueda de los infinitos decimales de л se convierte en un algoritmo de prueba de la velocidad de una computadora.

El análisis de la frecuencia de sus cifras no ha detectado ninguna fluctuación importante, al menos en los primeros diez millones de decimales. A pesar de ello no se ha podido demostrar la normalidad de л.

Sin duda, el número л seguirá siendo objeto de cálculo matemático a pesar de que 30 cifras decimales son suficientes para medir la circunferencia de todo el Universo conocido con un error microscópico.

Objetos transneptunianos

Plutón es un planeta enano que forma parte de un sistema planetario doble con Caronte. Posee una órbita excéntrica y altamente inclinada con respecto a la eclíptica. Hasta el momento Plutón no ha sido visitado por ninguna sonda espacial, aunque se espera que la misión New Horizons de la NASA lo sobrevuele en 2015.

La órbita de Plutón es muy excéntrica y tarda 249 años recorrerla. Durante aproximadamente 20 de estos años, se encuentra más cerca del Sol que Neptuno. También es la órbita más inclinada con respecto al plano en el que orbitan los demás planetas del Sistema Solar, unos 17º. Por eso no hay peligro alguno de que se encuentre con Neptuno.

Plutón posee una atmósfera muy tenue, formada por nitrógeno, metano y monóxido de carbono, que se congela y colapsa sobre su superficie a medida que el planeta se aleja del Sol. Esto produce cambios en su color a lo largo de los años.

Existen tres satélites conocidos de Plutón: Caronte, Nix e Hidra. Caronte tiene 1192 kilómetros de diámetro y está a 19.640 kilómetros del planeta. Se considera, junto a Plutón como un planeta doble, pues sus masas son similares y el centro de masas queda fuera de Plutón (en un punto intermedio). De esta manera ambos orbitan en torno a dicho punto.

Con el tiempo, la gravedad ha frenado las rotaciones de Caronte y Plutón, por lo que ahora presentan siempre la misma cara el uno al otro. La rotación de esta pareja es única en el Sistema Solar. Parece como si estuvieran unidos por una barra invisible y girasen alrededor de un centro situado en esta barra, más cercano a Plutón, que tiene 7 veces más masa que Caronte.

Por último decir que Plutón no es el planeta ideal para la vida ya que un día allí dura unos 7 terrestres, la gravedad es de 0,6 m/s2 y la temperatura es de unos 45º de media, eso si Kelvin (-228ºC).

¿Viajar en el tiempo?

Todos viajamos en el tiempo. Durante este último año, nos hemos movido hacia adelante un año, es decir, a la velocidad de 1 hora por hora.

Pero la pregunta es, ¿podemos viajar en el tiempo a mayor o menor velocidad que "1 hora por hora"? ¿O podemos realmente viajar hacia atrás en el tiempo, retrocediendo digamos 2 horas por hora, ó 10 ó 100 años por hora?

Según el físico y divulgador científico británico, Stephen Hawking, “Viajar en el tiempo no es teóricamente posible, pues si lo fuera, ya estarían aquí contándonos al respecto.”

Sin embargo, el gran científico del siglo 20, Albert Einstein, desarrolló una teoría denominada Relatividad Especial la cual arroja el concepto de “tiempo espacial” y destaca que hay un límite de velocidad de 300.000 kilómetros por segundo para cualquier cosa que viaje a través del tiempo espacial, y la luz siempre viaja al límite de esa velocidad. Cuando tu velocidad relativa a otros objetos es cercana a la velocidad de la luz. El tiempo pasa más lentamente para ti que para las personas que has dejado atrás.

Esto se explica con un sencillo ejemplo:

Digamos que tenías 15 años de edad cuando abandonaste la Tierra en una nave espacial viajando a aproximadamente el 99.5% de la velocidad de la luz, que es mucho más rápido de lo que podemos lograr hoy en día, y celebraste sólo cinco cumpleaños durante tu viaje espacial. Cuando llegues a casa a los 20 años de edad, ¡encontrarás que todos tus compañeros de clase tienen 65 años de edad, están jubilados y disfrutando de sus nietos!

En cierto sentido, esto significa que has estado viajando en el tiempo. Habrás experimentado sólo cinco años de vida, mientras que tus compañeros de clase habrán experimentado 50 años enteros.