La manzana de Newton.... ¿Realidad o mito?

Se dice que Sir Isaac Newton físico y matemático ingles, concibió su ley de gravitación universal estando a la sombra de un manzano mientras descansaba cómodamente, una manzana  le cayo en la cabeza le hizo reflexionar sobre la causa de su caída , para llegar finalmente a la conclusión de que existía una fuerza invisible, esta según él era la misma fuerza que mantenía a la luna en órbita en torno a la tierra, la que conocemos hoy en día como la gravedad.

Esta conocida historia se cuenta por primera vez en una obra de Voltaire, un gran filosofo francés   que estuvo exiliado algunos años en Gran Bretaña, esté  impresionado por el avanzado pensamiento del que fue testigo se dedico en su regreso a Francia a divulgar las nuevas teorías científicas y filosóficas  En su libro La filosofía de Newton cita la anécdota en boca de la propia sobrina de Newton  Caroline Barton. Por otra parte el amigo personal y biógrafo de Newton William Stukeley, afirma que la historia del manzano se la contó el mismo Newton  en  los últimos años de  su vida, una tarde mientras tomaban el  té en el jardín de su casa.

 Entonces...¿Será verdad o es solo una muy buena leyenda?  La ciencia esta llena de descubrimientos casuales......

La verdad es que en  la época de Newton aproximadamente en  1666 ya existían muchos precedentes que apuntaban hacia la gravitación  Las leyes de Kepler del movimiento planetario o los estudios de Hook sobre las fuerzas, incluso este ultimo llego a proponer la existencia de la fuerza gravitatoria, pero no fue demostrada matemáticamente hasta que Newton resolvió el dilema, otro argumento que refuta la existencia de la historia es que Newton, no tenia un laboratorio experimental de física  de hecho su laboratorio estaba dedicado exclusivamente a la alquimia, a la que se consagraba por largos periodos de tiempo y en la que creía firmemente............ Por lo tanto la idea de ver a Newton con dolor de cabeza provocado por una manzana es muy poco probable..

Funcionamiento de trenes de levitación magnética

Un tren de levitación magnética,conocidos popularmente como maglev , es un tren suspendido en el aire por encima de una vía, siendo propulsado hacia adelante por medio de las fuerzas repulsivas y atractivas del magnetismo.Este método tiene el potencial de ser rápido y tranquilo en comparación con otros sistemas de transporte masivos con ruedas. Tiene un potencial de velocidad como los turbohélice y las aeronave jet(900 km/h).Sus Principios básicos para el movimiento se basan en:

Principio de levitación.

En la siguiente figura se muestra la forma en la que se colocan las bobinas en las paredes laterales.

Cuando el superconductor pasa a centímetros de estas bobinas a muy altas velocidades, una corriente eléctrica es inducida en la bobina la cual actúa como campo electromagnético temporalmente.

Como resultado de estos campos, existen fuerzas que empujan al superconductor hacia arriba , teniendo así la levitación del tren.

Principio de guía lateral.

Las bobinas de levitación están conectadas de frente entre ellas en la parte baja del riel, generando un anillo magnético. Cuando el tren, el cual es un superconductor magnético, se desplaza lateralmente, una corriente es inducida en el anillo, resultando una fuerza repulsiva actuando en las bobinas de levitación de el lado más lejano del tren. Por lo tanto el tren siempre esta situado en el centro de los rieles.

Principio de propulsión.

Una fuerza repulsiva y una de atracción son inducidas entre los imanes para propulsar al tren (superconductor magnético). Las bobinas de propulsión están localizadas el las paredes laterales en ambos lados del riel, las cuales están energizadas por una corriente alterna trifásica de una estación, creando un campo magnético en el riel.

Los superconductores magnéticos son atraídos y empujados por el campo magnético, elevando el tren.

Los imanes superconductores son lo principal para la existencia de estos trenes. Cada imán superconductor consiste de 4 enredos superconductores. Son altamente confiables con una largo promedio de vida útil. Consiste de un tanque cilíndrico arriba que es un tanque almacenando helio líquido y nitrógeno. La parte inferior tiene un superconductor que genera polos norte y sur alternamente. En un extremo del tanque antes mencionado está un refrigerador integrado que sirve para convertir líquido el helio una vez que se evapore por la temperatura ambiental, entre otros factores.

Como inconveniente para el uso de esta tecnología se  destaca el alto coste de las líneas, lo que ha limitado su uso comercial. Este alto coste viene derivado de varios factores importantes, el primero y más importante es el altísimo coste de la infraestructura necesaria para la vía y el sistema eléctrico, y otro no menos importante es el alto consumo energético.

Simular la construcción este tipo de tren con materiales de fácil acceso resulta entretenido  y enseña a los estudiantes  el principio básico de electromagnetismo.

¿Un rayo puede matar a un ser humano?

El la tarde de hoy lunes 08/07/2013, según informó Andrés Otaiza, director de Protección Civil , dos muertos y cuatro heridos dejó la caída de un rayo en Mampostal, municipio Independencia del estado Yaracuy, Venezuela, es por ello que considero importante aclarar como puede afectar tal fenómeno a un ser humano.

El rayo es una poderosa descarga electrostática natural, producida durante una tormenta eléctrica; generando un "pulso electromagnético". La descarga eléctrica precipitada del rayo es acompañada por la emisión de luz (el relámpago), causada por el paso de corriente eléctrica que ioniza las moléculas de aire, y por el sonido del trueno, desarrollado por la onda de choque. La electricidad (corriente eléctrica) que pasa a través de la atmósfera calienta y expande rápidamente el aire, produciendo el ruido característico del rayo; es decir, el trueno. Cuando no desciende tiende a descargarse de la manera mas rápida de llegar a la tierra, o sea, por un conductor(motivo por el cual los grandes edificios tienen pararrayos . Los rayos en un lugar abierto caen en los arboles haciendo que se partan, cuando una persona esta bajo una tormenta de ese tipo pasa lo mismo que si fuera un árbol, el rayo buscara el camino mas rápido y si es su opción va a pasar por un ser humano para llegar al suelo.

Este fenómeno puede matar instantáneamente al provocar un paro cardíaco, con la tasa de supervivencia entre las víctimas alcanzadas de alrededor de un 20%. Los impactos también ocasionan daño neurológico permanente y de tejidos, quemaduras, infección, cambios de personalidad e insuficiencia renal. Según la NASA, las lesiones por rayos son diferentes de las descargas eléctricas, ya que un choque eléctrico de rangos industriales va de 20 a 63 voltios y dura alrededor de medio segundo, mientras que la caída de un rayo es aún más corto en duración, pero ofrece alrededor de 300 kilovoltios.

Las auroras boreales

Una aurora boreal se produce cuando una eyección de masa solar choca con los polos norte y sur de la magnetosfera terrestre, produciendo una luz difusa pero predominante proyectada en la ionosfera terrestre. Esta luz se ve de colores por estos átomos.

Las auroras aparecen en dos óvalos centrados encima de los polos magnéticos de la Tierra, que no coinciden con los polos geográficos. La posición actual aproximada del Polo Norte magnético es 82.7º N 114.4º O.

Ocurren cuando partículas cargadas (protones y electrones) procedentes del Sol, son guiadas por el campo magnético de la Tierra e inciden en la atmósfera cerca de los polos. Cuando esas partículas chocan con los átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno, que constituyen los componentes más abundantes del aire, parte de la energía de la colisión excita esos átomos a niveles de energía tales que cuando se esa energía disminuye la devuelven en forma de luz visible.

Se le llama aurora boreal cuando se observa este fenómeno en el hemisferio norte y aurora austral cuando es observado en el hemisferio sur. No hay diferencias entre ellas.

¿ Por qué los aviones dejan una estela blanca?

Este fenómeno sucede normalmente con aviones a reacción, también llamados a chorro. Esto ocurre cuando los gases calientes y húmedos de los motores salen de los reactores y se mezclan con el aire frío que hay a esa altitud. Los gases de escape de las turbinas de los motores a reacción contienen dióxido de carbono, óxidos de azufre y nitrógeno, carburante sin quemar, hollín y partículas metálicas además de vapor de agua. Recordemos que la temperatura a 10.000 metros de altitud es de -50ºC. Ese vapor de agua se condensa, y el frío es extremo, pueden incluso congelarse. Así, podemos decir que las estelas que vemos son vapor de agua cristalizado. Las estelas se producen más fácilmente cuando la presión es baja.La duración de la estela depende de la presión y las condiciones climáticas en las alturas. Cuando la humedad a esa altura, la estela dura más tiempo y es más gruesa.

Es el mismo efecto que ocurre cuando hace frío,

 expiramos y vemos el vapor salir de nuestra boca.

Rayo Vs Relampago

La fascinación y temor por los fenómenos meteorológicos es un fenómeno que nos acompaña desde la antigüedad. Los antiguos griegos, por ejemplo, asociaban los rayos con Zeus, su dios más poderoso. Según la mitología nórdica, el fuego producía los relámpagos al cortar con su espada las nubes en su luja contra los dioses. En los Estados Unidos mueren unas 100 personas al año a causa del impacto por rayos, siendo el estado de Florida el que presenta un mayor número de casos, un número mayor al causado por los huracanes y tornados combinados.

El Rayo

El rayo corresponde a una descarga eléctrica en la atmósfera, que se produce entre una nube y la superficie, o entre dos nubes. El aire, desde el punto de vista eléctrico es un buen aislante. Sin embargo, cuando la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos supera un cierto valor límite, en torno a los 30.000 voltios, se produce la ruptura dieléctrica de éste, haciendo que el aire sea conductor eléctrico y se produzca una masiva descarga eléctrica en la forma de un rayo.

En su trayectoria, el rayo transporta corrientes eléctricas que pueden llegar como término medio a 30.000 amperios (en el hogar, las intensidades eléctricas están en torno a los amperios con voltajes de 220V) durante millonésimas de segundo con potenciales que se han llegado a estimar en valores que sobrepasaban los 15 millones de voltios, pudiendo llegar incluso a los 200 millones.

El aumento de temperatura en los puntos por donde pasa la descarga (hasta un valor cercano a 30.000°C) y el brusco aumento de presión debido al calentamiento asociado generan una gran luminosidad (relámpago) y ondas de sonido que constituyen el trueno. La velocidad de propagación del sonido en el aire es del orden de 1.200 km/h, de modo que el tiempo transcurrido entre el avistamiento del relámpago y el trueno permite estimar la distancia del observador al punto de ocurrencia del rayo.

El rayo que cae al suelo produce la fulgurita (del latín fulgur, relámpago), nombre que se le da en mineralogía a las rocas cuya superficie ha sido fundida por rayos y también a los agujeros característicos que se forman en las rocas a causa del mismo agente. Cuando golpean rayos sobre las superficies desnudas de las rocas, el aumento repentino de temperatura puede producir cierto grado de fusión, especialmente cuando las rocas son secas y la electricidad no circula con facilidad.

Diariamente en el mundo se producen unas 400.000 tormentas y se generan más de 8.000.000 de rayos según el sistema de detección mundial de meteorología. Se calcula que aproximadamente sólo el 60% de los rayos producen truenos. Esto se debe a que, a menudo, las ondas de varios rayos consecutivos se mezclan para formar uno, o se anulan mutuamente.

El sonido tiende a rebotar en las moléculas que hay en el aire lo que hace que el sonido viaje en todas direcciones, por lo tanto, mientras más lejana esté la fuente del sonido, más distorsionado será el sonido. Por lo tanto, cuando se escucha el estruendo repetido de un trueno, la descarga eléctrica ocurrió lejos. Si se escucha el "crack" o "boom” seco de un trueno, es porque la descarga eléctrica ha ocurrido cerca (<100 m).

Aunque parezca increíble, sobrevive el 80% de las personas que reciben la descarga de un rayo. El 30% lo recibe de un teléfono, dentro de sus casas. De los sobrevivientes, el 50% queda con alguna secuela: problemas psicológicos, como miedo a las luces y al aire libre; problemas fisiológicos, como cataratas, problemas de audición, quemaduras en la piel, pérdidas de memoria. Las quemaduras suelen ser superficiales al actuar la piel como un escudo, generando vapor de agua por el intenso calor de la corriente eléctrica, lo que hace ésta circule por el vapor, que es mejor conductor.

El tiempo es relativo

Experimentos efectuados en aviones o cohetes habían demostrado ya que, bajo la influencia de la aceleración  debida a la gravedad, un reloj desacelera su "tic tac" con respecto a un reloj que permanece en Tierra, tal y como predecía la teoría de la relatividad del físico Albert Einstein en 1915. Ahora, su hipótesis ha sido verificada con    una  precisión 10.000 veces mayor que cualquier prueba

precedente

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Los resultados demuestran una vez más que la teoría formulada por Einstein describe muy bien el mundo real?, ha asegurado Holfer Müller, físico de la Universidad de California y coautor del estudio que hoy publica la revista Nature. "Este experimento demuestra que la gravedad altera el flujo del tiempo", añade. 

Para probarlo, Müller y su equipo usaron relojes con átomos de cesio atrapados gracias a lásers fríos. En un experimento que duró solamente 0,3 segundos, comprobaron que la diferencia de trascurso del tiempo entre un átomo de cesio que caía 0,1 milímetros bajo el efecto de la gravedad y el mismo átomo en reposo pudo ser medida con extrema precisión: una fracción de segundo equivalente a un decimal precedido por 28 ceros.