No me presiones, ¡energízame!

12 marzo 2014

Este post es una colaboración mía, como integrante de Naukas, con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU. Siendo publicado con anterioridad en el Cuaderno de Cultura Científica Aprovecho para agradecer a Javier Peláez (@Irreductible) y a César Tomé (@EDocet) su amabilidad y trabajo.

Hay unas cuantas palabras que usamos con mucha frecuencia en el lenguaje cotidiano, pero que también tienen un significado científico específico, lo cual da lugar a malos entendidos, a mal uso por desconocimiento y, en ocasiones, por mala fe. A estas cosas de las que vamos a hablar las denominamos magnitudes físicas, lo que quiere decir que son susceptibles de ser medidas.

FUERZA

Tengo fuerza, dame fuerza, estás fuerte… pero, ¿qué es la fuerza científicamente?

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Imagen Wikicommons

Fuerza sería aquello capaz de deformar objetos o cambiar su estado de movimiento (acelerarlo, frenarlo…)

Decimos que es una magnitud vectorial porque no solamente necesitamos saber lo intensa que es, sino en qué dirección y sentido está “empujando”, por lo que tenemos que representarla con un vector, una flecha. Como verás, científicamente no “tenemos fuerza”, aunque sí podemos ejercerla o aplicarla. Se puede medir en distintas unidades, pero la del sistema internacional de unidades (SI) es el newton (N)

MASA

Es la cantidad de materia, la “chicha” vaya, esas lorzas que nos adornan… eso es masa.

jfp2Se mide en kg (en el SI)

PESO

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Imagen de P. Fraundorf (Creative Commons)

El peso no es la masa, ni se mide en kg… “Pues yo le pido dos kilos de naranjas al frutero y me entiende” Ya, y yo al del bar le silbo y le digo “jefe, jefe” y me pone una Fanta… pero la expresión no es correcta científicamente. El peso es una fuerza. Es la fuerza con la que te atrae la Tierra o el lugar del Universo en el que estés: la Luna, Marte, o flotando en medio del espacio.

Como tal fuerza se mide en newtons (N)

Si te fijas, cuando tú dices que quieres perder peso no es correcto… porque probablemente lo que quieras hacer es desprenderte de las “asas del amor”… y eso es ¡masa! Lo que tú quieres es perder masa.

Para perder peso hay formas más sencillas_ – Puedes viajar a la Luna, allí pesas unas seis veces menos, ya que al ser más pequeña que la Tierra te atrae menos. – Ve a la estación espacial. Allí, estarás en ingravidez, así que pesarás cero. – También puedes lanzarte de un quinto, durante la caída también estás en ingravidez… de hecho estar en órbita es como estar cayendo sin llegar a tocar la superficie.

Para calcular el peso hay una fórmula aproximada muy sencilla. P = m.g siendo g la aceleración de la gravedad, aquí en la Tierra, aproximadamente 9,8 m/s^2.

De esta forma, 1kg resulta atraído con una fuerza de 1 · 9,8 = 9,8 N.

Aproximadamente 10 N por cada kilo. Esa es la fuerza que aplicas sobre el suelo o tu silla.

PRESIÓN

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Presión | Imagen wikicommons

A veces mis alumnos me hablan de la fuerza de una presión… cuando quieren decir lo intensa que es una presión, puede parecer un detalle insignificante, pero es incorrecto. La presión es la fuerza dividida por la superficie en la que se aplica.

Mira, sígueme.

Una persona tiene 75 kg de masa, eso quiere decir que su peso es de 750 N aproximadamente. Esa es la fuerza que aplica al suelo, pero no es lo mismo que se ponga zapatos de tacón, botas de fútbol o se suba en una tabla de snowboard.Digamos que “aprieta” menos el suelo en un caso que en otro, la fuerza está más o menos “concentrada”. A eso le llamamos presión.

Se mide en newton por metro cuadrado (N/m^2) a lo que llamamos pascales (Pa)

Así, haremos más presión cuanto más fuerza hagamos o cuanto más pequeña sea la superficie sobre la que la hagamos.

Si afilas la punta de un objeto, consigues que atraviese más fácilmente un material aunque hagas la misma fuerza… porque la presión es mayor.

Uno de los ejemplos más curiosos y divertidos es la cama de clavos. Parece más temible cuantos más clavos lleva, pero en realidad es mucho menos peligrosa… cuantos más clavos tengamos, menos presión hará nuestro cuerpo. Nuestro cuerpo siempre hace la misma fuerza (la de nuestro peso), pero la presión es menor, al estar aplicada esta fuerza en una superficie mayor (más puntas de clavos).

TRABAJO

En física el trabajo podría decirse que es el efecto que produce una fuerza (perdón para los puristas)

Homenaje a la mujer trabajadora | wikicommons
Homenaje a la mujer trabajadora | wikicommons

Si yo aplico una fuerza y no hay desplazamiento, aunque yo me canse, esa fuerza no ha conseguido nada… así que decimos que esa fuerza no ha hecho trabajo. Si yo aplico una fuerza en sentido contrario al del desplazamiento, diríamos que mi fuerza no ha ayudado a ese desplazamiento, de hecho lo ha dificultado… así que decimos que esa fuerza hace trabajo negativo.

Si la fuerza y el desplazamiento son perpendiculares… si yo tiro hacia arriba y el objeto se mueve horizontalmente, desde luego, no puedo decir que sea debido a mi fuerza, así que también en ese caso decimos que la fuerza no hace trabajo.

Finalmente, si la fuerza y el desplazamiento no van perfectamente alineados, pensamos en la fuerza en dos componentes, la parte perpendicular no hace trabajo y la paralela sí. La cantidad de trabajo se calcula multiplicando la fuerza por el desplazamiento, así que newtons multiplicados por metros, a lo que llamamos julios (J) Así que el trabajo no se tiene (qué gran verdad en estos días), se hace al sistema al que le aplicas fuerza o se recibe del que te la aplica a ti.

ENERGÍA

La energía es la capacidad de hacer un trabajo, digamos de producir un “efecto”.

Lightning Slow motion | wikicommons
Lightning Slow motion | wikicommons

Fíjate que es la capacidad de hacer el trabajo, no que se haya hecho ya o que se esté haciendo. Cuando cuelgas un piano de un quinto, ese objeto, en esa situación, tiene la capacidad de convertirte en otro instrumento musical si te lo dejan caer encima (un acordéon…). Aún no lo ha hecho y quizá no lo haga, pero puede hacerlo, tiene energía. La energía se mide en las mismas unidades que el trabajo, en julios.

Hay muchos tipos de energía: cinética (la que tiene un objeto por estar moviéndose), potencial (la que tiene un objeto por su posición, como el piano), térmica (debida a la agitación de sus átomos), etc.

Sabemos convertir unas formas de energía en otras de muchas maneras, y particularmente se nos da muy bien con la energía eléctrica. Con un motor la convertimos en energía cinética, con un calentador en energía térmica, con una bombilla en energía luminosa, etc.

CALOR

Oímos con frecuencia “Tengo calor”… pero el calor no se tiene, científicamente hablando, lo que se tiene es energía térmica. Aún así, ni siquiera en los laboratorios, oiréis decir “Tengo energía térmica”.

Calor es el nombre que le damos a la energía térmica cuando se intercambia, cuando pasa de un sistema a otro.

Calor | Imagen wikicommons
Calor | Imagen wikicommons

Digamos que un sistema más temperatura que otro, de forma que si los ponemos en contacto, pasará energía del primero al segundo. Bueno, pues a esa energía que pasa, mientras pasa, es lo que llamamos calor.

Como es energía, el calor se mide en julios.

Igual con dinero lo explico mejor: El saldo de tu cuenta bancaria sería “dinero”, energía. Tú me lo puedes pasar de muchas maneras: por transferencia, en efectivo, con un cheque. Todos esos “intermediarios” existen sólo mientras pasa el “dinero” de tu cuenta a la mía, donde incrementa mi saldo y se convierte de nuevo en “dinero”, energía. Así que los sistemas tienen energía, y se intercambian calor.

Con el trabajo también podemos “meter o sacar” energía de un sistema, pero de nuevo hablaremos de trabajo mientras se está pasando la energía (mientras dure la aplicación de la fuerza) y después hablaremos de energía en el nuevo sistema.

POTENCIA

La potencia no es lo mismo que la energía. La potencia sería la velocidad con la que la energía se está intercambiando en un proceso, o si quieres la velocidad con la que se hace un trabajo o se intercambia calor. Por lo tanto se medirá en julios por segundo, a lo que llamamos vatio (W).

Imagen wikicommons
Imagen wikicommons

Si tú y yo subimos cada uno un saco de cemento a un quinto, habremos hecho el mismo trabajo, pero será una “máquina” más potente quien lo haya hecho en menos tiempo. O, visto de otra manera, si nos dejan actuar durante el mismo tiempo, la máquina más potente hará más trabajo.

Dos calefactores que pongan una habitación a 21ºC habrán hecho el mismo trabajo, pero uno de 2000 W la calentará antes que uno de 1000W.

Espero que ahora veas un poco más claras las cosas que os contamos a veces los que hacemos divulgación… y si os apetece, decidme otros conceptos básicos que queráis que aclaremos.


Experimento en vuelo. Espachurrar botellas..

1 febrero 2012

Aunque el viaje siempre es interior, es agradable cambiar el decorado donde tiene lugar, sobre todo si se hace acompañado de gente que le quiere a uno y a los que uno quiere.

Esta vez fuimos físicamente un poco más lejos, y tomamos un avión.

Cuando el avión comenzó el descenso y empezamos a sentir esa desagradable sensación en los oídos, pensé que el cambio de presión podría ser suficiente para espachurrar una botella de plástico. Así que nos pusimos manos a la obra.

Vaciamos la botella de agua y la cerramos (con esto queda llena de aire a baja presión), después la estuvimos observando según descendíamos y aumentaba la presión.

Así quedó al final.

Explicación

Aunque la cabina está presurizada y no sufre el cambio de presión que hay en la atmósfera cuando cambiamos de altura, sí que hay cierto cambio de presión, que es lo que detectamos en nuestros oídos.

Al cerrar la botella el aire que queda dentro está a baja presión y, al bajar, el aire de fuera aumenta su presión, así que espachurra la botella.

También podríamos haber “llenado de aire a alta presión” la botella antes de que el avión ascendiera y ver cómo la botella se iba hinchando según ganábamos altura.

Este efecto también se puede ver cuando viajamos en coche siempre que entre la ciudad de origen y la de destino haya una diferencia de altura suficiente.

Igual es una buena manera de mantener a los hijos entretenidos en los viajes.

Una variante interesante puede ser hacerlo con un globo ya que, al no ser tan rígido, se irá viendo cómo cambia su tamaño según aumente o disminuya la presión del exterior relativa a la presión del aire que hayamos dejado en su interior.

Ya hablamos hace mucho de hacerlo con el frigorífico 

Dedicado a los queridos amigos con los que compartí estos días: Gema, Mavi, Natalia y Alex


Agua potable al instante

5 noviembre 2009

Dos razones me llevan a poneros este alucinante video.

La primera es que, en mi opinión, es todo un ejemplo de una exposición muy bien hecha.

La segunda y más importante es que Michael Pritchard presenta un invento genial.

Una botella que potabiliza agua en enormes cantidades y que podría solucionar un problema que hace enfermar y morir a millones de personas.

Me cuesta comprender que no tomemos estas soluciones tan sencillas para mejorar este planeta.

Si alguien tiene más información, agradecemos comentarios.

Que lo disfrutéis.

En la página original de TED, podéis ver este y otros fantásticos videos.


Experimento: Espachurrar botella de plástico… en el frigo

27 julio 2009

Este experimento, como otros muchos, sirve al propósito de hacerte ver que el aire es ALGO.

Puedes sentir el viento en tu cara, la presión en tus oídos cuando subes o bajas una cuesta empinada…

El aire pesa señores, ocupa espacio, ejerce presión…

Así que dejemos de decir que esta habitación está vacía, esta botella está vacía, el vaso está vacío…

Están LLENOS DE AIRE!!

Probablemente preferirían que la habitación estuviera llena de sus actores o actrices favoritas, la botella de vino, etc. Pero no porque no estén llenos de lo que ustedes desean, quiere eso decir que estén vacíos.

Hoy proponemos ver cómo el aire cambia su volumen al variar la temperatura. En concreto, reduce su volumen al enfriarse.

El EXPERIMENTO es fácil.

1.Tomen una botella de plástico vacía. Las de agua mineral van muy bien, porque son poco rígidas.

2.Ciérrenla vacía (llena de aire, por supuesto)

3.Guárdenla en el congelador, esperen un buen rato y vuélvanla a sacar: La encontrarán espachurrada.

La EXPLICACIÓN:

El aire interior reduce su presión al bajar la temperatura y la presión exterior espachurra la botella reduciendo el volumen y equilibrando de nuevo las presiones interior y exterior.

Otra versión… Infla un globo y al congelador con él.

Me he pasado todo el post tratandoles de usted… en la próxima vuelvo al tuteo.


Volar sobre las aguas

29 abril 2009

Una de las más recurrentes fantasías es la de volar… la verdad es que tenemos unas ganas, que no desperdiciamos ocasión alguna.

Hace un tiempo estuve viendo un programa de “Cazadores de mitos” donde intentaban probar la veracidad de un video que circulaba por la red donde unos bomberos levantaban un coche a base de colocarle mangueras alrededor apuntando al suelo. Podéis verlo en el blog de Eugenio, Ciencia en el XXI, con otras pruebas de supuestos “videos virales” también muy chulos.

http://eumafeag.blogspot.com/2009/04/virales-y-cazadores-de-mitos.html

Para los vaguetes que sólo queráis ver el coche, lo tenéis en el último minuto y medio de este video

Pues hoy en un zapping me he encontrado este invento. Dicen que el “artista” previene que puede resultar peligroso… ¡no me digas!

En fin, no sé por qué tendremos tantas ganas de volar, pero la verdad es que hemos elegido una de las peores fuerzas para plantarle cara.

Con la electricidad o el magnetismo resulta “fácil”, como hay dos tipos de cargas o dos tipos de polos, podemos atraerlos, repelerlos, rodear unos con otros y anular sus efectos, etc etc.

Pero en el caso de la gravedad sólo hay un tipo de “carga”, la masa. Que se atrae y se atrae y por mucho que nos escondamos siempre sentimos su fuerza.

Tan es así que desde tiempos de Einstein nos es más interesante pensar en que no es el Sol el que nos atrae, sino que deforma el mismísimo espacio-tiempo y nosotros nos “caemos” en el “agujero” que se produce.

Por el momento, la “antigravedad” y la levitación son cosa de magos y ciencia ficción, hasta que los científicos que se afanan ilusionados por encontrar esa “piedra filosofal” nos traigan noticas… aún tendréis que esperar un poquín.


Experimento: Apuñalar patatas… entretenido pasatiempo

19 febrero 2009

El sueño de la razón produce monstruos…

A no ser que seais de los que les parece comprensible ir apuñalando patatas… en este último caso, id dejándome de llamar de a poquito…

La gracia consiste en “apuñalar” una patata con una pajita de las de beber refrescos.

La sorpresa es que la pajita se clava (hasta atravesar la patata a veces), a pesar de su aparente fragilidad.

La explicación:

La pajita tiene una estructura cilíndrica, que es particularmente resistente a la compresión. Mejor aún si se mantiene tapada usando el pulgar, con lo cual el aire que queda atrapado en el interior ayuda a que la pajita no se deforme.

Y lo más importante, la “pared” de la pajita es tan delgada que la presión que produce sobre la patata es muy alta; la fuerza que haces se aplica sobre una superficie muy pequeña.

Pues na’… a por ello.

Si usas pajitas de las que se doblan, corta primero esa parte.

Por cierto, cuando lo hagáis, cuidado al sujetar la patata para que la pajita no acabe dándote en la otra mano. No te atravesará, pero hace pupita.

El tipo del video termina tomándole el pelo a la chiquilla, convenciéndola para que haga lo mismo con un globo de agua… qué majos los papás.


Experimento: Meter la mano en agua hirviendo…

22 enero 2009

Hey… Tranquilos, esperad que me explique.

Hay una sustancia bien conocida por todos: el agua líquida.

Bien, os han dicho que a 100ºC se convierte en gas, precisemos.

¿Qué pasa con la evaporación? ¿La ropa tendida se seca a 100ºC?

Veamos. Para que una molécula de agua salga del líquido y pase al aire tiene que superar la atracción de sus compañeras y vencer la presión del aire que tiene encima.

Este proceso se da también a temperatura ambiente, algunas listillas se escapan… esto es evaporarse.

Lo que llamamos ebullir es lo que ocurre en ciertas condiciones en el que masivamente las moléculas abandonan la fase líquida y pasan a la fase gaseosa… término técnico: “chup chup”.

Como dijimos había dos barreras a superar para abandonar la fase líquida:

1. La atracción de las moléculas compañeras. Esto lo conseguimos aumentando la vibración de las moléculas, subiendo la temperatura)

2. La presión atmosférica. Si bajamos la presión atmosférica el agua ebullirá con mayor facilidad.

Normalmente lo que hacemos es mantener la presión atmosférica constante y calentar… con lo que llegamos al punto de ebullición cerca de los 100ºC

Hay otra manera de hacer ebullir el agua. Baja la presión y listo.

En el video ponen agua coloreada en una bomba de vacío. Al final veréis que puede meter la mano en el agua hirviendo sin quemarse, porque su temperatura es bastante menor de 100ºC.

Cuando la presión baja lo suficiente, la vibración de las moléculas a la temperatura ambiente resulta suficiente para escaparse del líquido, y … ¡chup, chup!

Esto explica por qué el agua en la cima de las montañas hierve a menos temperatura quel nivel del mar (donde hay más presión atmosférica). Por esto no te sale igual el arroz a ti en tu casa usando los mismos tiempos que a tu tía la de la casa dela playa.

También explica por qué en las ollas a presión la comida se cocina antes. En una olla abierta, el agua se calienta hasta alcanzar los 100ºC y ahí se queda. En una olla a presión, el agua se calienta pero al llegar a 100ºC no ebulle por la elevada presión, así que seguirá subiendo la temperatura hasta alcanzar el nuevo punto de ebullición. De esta forma, al estar a una temperatura mayor, la comida se cocina antes.


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