20.3.11

La velocidad del sonido y otras hierbas

Este ha sido un fin de semana de hogar. Leyendo, ordenando, disfrutando el estar con uno mismo... Y justamente entremedio de una lectura, sale a la luz un número que me gustaría compartirlo con ustedes. Un número conocido como "Mach" y que la gente común lo relaciona con aviones o incluso con marcas publicitarias.

El número Mach es una medida de velocidad relativa que se define como el cociente entre la velocidad de un objeto y la velocidad del sonido en el medio en que se mueve el objeto en cuestión. O sea, MACH = V/Vs donde Vs es la velocidad del sonido equivalente a 1224 km/h a nivel del mar a 15°C (ya que esta depende del medio). Alguna vez, Stephen Hawking en su libro "Historia del Tiempo", dijo que él sabía que mientras más ecuaciones pusiera en su libro, menos lectores tendría. En este blog, trato de aplicar ese mismo axioma, sin embargo me parece relevante incluir la ecuación de Mach.

El número tiene ese nombre ya que fue propuesto por el físico austríaco Ernst Mach (1838-1916), y de él se obtienen las clasificaciones Mach 1, Mach 2 y sus distintos múltiplos. O sea, la clasificación "Mach 1" quiere decir que la velocidad es justamente la velocidad del sonido, por lo que aquellos aviones (u otros aparatos) que sobrepasan dicha velocidad, logran romper la barrera del sonido. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la velocidad del sonido no es constante como la velocidad de la luz y cambia dependiendo de las condiciones de la atmósfera (a mayor altura o menor la temperatura, menor es la velocidad del sonido), por lo que basta con saber su número Mach para saber si un avión que vuela a una velocidad dada ha superado la barrera o incluso se transforma en un avión supersonico (si su Mach está entre 1,2 y 5).

¿Pero por qué oímos hablar de la "Barrera del Sonido"? Este término se empezó a utilizar durante la Segunda Guerra Mundial, cuando un cierto número de aviones empezaron a tener problemas de compresibilidad cuando volaban a grandes velocidades. Se pensaba que el aumento de la resistencia seguía un crecimiento exponencial, por lo que un avión no podría superarla aún aumentando de manera sustancial la potencia de los motores (de ahí el nombre de "barrera"). Sin embargo, el término cayó en desuso en los años 50s, cuando los aviones empezaron a romper esa barrera normalmente (de hecho, no sólo aviones militares actualmente lo hacen, ya que aviones comerciales como el desaparecido Concorde lo han hecho, llegando en este caso en particular a Mach 2,03). ¿Pero por qué hablamos de un "rompimiento" de barrera?

Imaginemos un avión volando por el cielo. A medida que avanza, empuja las moléculas del aire y las aparta de su camino (ya que aunque no se vean, el aire está lleno de particulas), creando continuamente ondas de aire comprimido y expandido. Estas ondas constituyen ondas sonoras, que se alejan del avión en todas direcciones (en 3D) a una velocidad de unos 341 m/s (la típica velocidad del sonido en el aire, equivalente a 1224 km/h). Si el avión aumenta su velocidad hasta la velocidad del sonido, entonces las ondas se empiezan a apelotonar en la parte frontal del avión y se comprimen, formando lo que denominamos ondas de choque. Llevandolo a la situación de un barco, éstas serían similares a las ondas que se acumulan en la proa cuando se mueve por el agua. Las ondas de choque se dispersan por detrás del avión y si llegan a nuestro oído golpearán nuestros tímpanos (escucharemos la llamada explosión sónica). De esta forma, todas las ondas sonoras que se habrían propagado normalmente por delante del avión, se han acumulado en su parte frontal, de forma que antes de que llegue el avión no oímos absolutamente nada, y justo cuando pasa, escuchamos una explosión. Es exactamente lo mismo que sucede cuando nos encontramos en la orilla de un lago muy tranquilo y una lancha pasa por delante: no hay alteración en el agua mientras se acerca la embarcación, pero al poco de pasar, una gran ola llega hasta la orilla y nos moja los pies (hacer relaciones de las ondas sonoras con las ondas que vemos en el agua, es muy útil).

¿Quedó claro? Expliquémoslo de otra forma para que quede absolutamente claro, ya que lectores de este blog me han informado que no todo lo que escribo queda realmente entendible. Nuevamente haré el paralelo entre el bote y el avión (ya que según yo, se entiende de mejor manera esto al poder ver las ondas en el agua). Un bote rápido que surca las aguas genera una onda de proa en dos dimensiones (ya que el lago donde se mueve es plano, o sea en 2D). Análogamente, un avión supersónico genera una onda de choque en tres dimensiones (porque el fluido por donde se mueve - el aire - está por todos lados, o sea en 3D). Así como se produce una onda de proa cuando los círculos que se superponen forman una V, se genera una onda de choque cuando las ondas esféricas se superponen y forman un cono (en el caso del avión). Y de igual manera que la onda de proa de un bote rápido se propaga hasta llegar a la orilla del lago (generando olitas inclusive), la onda de choque cónica que genera un avión supersónico se propaga hasta llegar al suelo, generando un estruendo sónico, que se produce debido a que las crestas de las ondas sonoras llegan de golpe y no una por una para percibirlas como un sonido continuo.

Para terminar, no sólo una percepción auditiva tenemos cuando se rompe la barrera del sonido, ya que a su vez podemos tener una percepción visual. A veces se forma una nube justo alrededor del avión, debido a que se produce una caída de la presión como resultado de la onda de choque creada (porque las partículas almacenadas fueron liberadas de la compresión). Esta bajada de la presión implica una disminución de la temperatura, por lo que si el aire es húmedo, entonces el vapor de agua se condensará en pequeñas gotitas (como cuando el vapor caliente entra en contacto con la tapa fría de la olla) y formará la nube.

17.3.11

Energía Nuclear

En abril del '86 tenía 3 años. Tan sólo 3, aunque a pocos meses de cumplir 4 inviernos, ya que nací en plena época del viejo pascuero (bah! verdad que ese viejo invernal es del hemisferio norte). El asunto es que en esa época se originó uno de los mayores desastres que se tenga en memoria... y a pesar de tener 3 años, recuerdo imágenes del accidente. Ahora teniendo ya 28 inviernos en el cuerpo, me siento frente al televisor y veo como Japón sufre un accidente similar... Fukushima se sitúa de esta forma sólo por debajo de aquella tragedia de 1986.

El 26 de abril de ese año, un aumento súbito de potencia en uno de los reactores de la central nuclear ubicada en Chernobyl, produjo el sobrecalentamiento del núcleo, lo que terminó provocando la explosión del hidrógeno acumulado en su interior. Para que se hagan una idea, la cantidad de material radioactivo que se liberó en ese momento fue 500 veces mayor al liberado por la bomba atómica arrojada en Hiroshima en 1945, causando directamente la muerte de un sinnumero de personas y forzando a su vez la evacuación de poco más de 100.000. La alarma fue expansiva al continente ya que no sólo se vio afectado ese pequeño pedazo de tierra, sino que la propagación de la radiación hizo que 13 países de Europa central y oriental se infectaran.


¿Pero qué es la radiación? Es simplemente la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas. Las primeras son por ejemplo los conocidos Rayos UV o Rayos Gamma, mientras que las segundas son por ejemplo partículas alfa o neutrones que se mueven a gran velocidad. Lo interesante de esto, es que existen algunas substancias las cuales están formadas por elementos químicos (generalmente pesados) cuyos núcleos atómicos son inestables (como por ejemplo lo son el uranio o el plutonio). ¿Qué quiere decir esto? Son inestables ya que presentan un exceso de protones o neutrones, caracterizando de esta forma su adjetivo "pesado", ya que aunque usted no lo crea, la masa de un protón y de un neutrón es positiva... muy pequeña... pero positiva (cercana a 1,67*10^(-27) kg... o sea un número absolutamente raro - y pequeño -, pero número al final), por lo que mientras más existan en un elemento químico, más pesado es. Cuando el número de neutrones difiere del número de protones, se hace más difícil que la fuerza nuclear fuerte (una de las 4 fuerzas fundamentales) pueda mantenerlos unidos. Es por esto que el desequilibrio se corrige mediante la liberación del exceso de neutrones o protones, por ejemplo en forma de partículas alfa, explicando así el por qué se "produce" la energía (ojo con las comillas, ya que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma). ¿Sin embargo, por qué tenemos en la mente que es mala la radiación?

Se ha comprobado que grandes cantidades de radiación producen en el hombre efectos perjudiciales e incluso la muerte. ¿Y esto por qué? En palabras simples, esto es debido a que el ser humano está formado por moléculas, por lo que cuando los núcleos de los átomos que conforman las moléculas reciben radiación, estos pudiesen transformarse en otros compuestos alterando de esta forma la molécula original e inhabilitando que ese átomo en particular se sostenga dentro de la estructura a la cual pertenecía; desintegrandose de esta forma la molécula, dejando de cumplir su función y matando así a la celula en que "vivía". Sin embargo, cuando las cantidades de radiación son menores no aparece ninguno de estos problemas, pero se incrementa la probabilidad de que las personas irradiadas contraigan cáncer en el futuro (esto pudo comprobarse con los sobrevivientes de Hiroshima y Nagasaki).


Sin embargo, como explicité anteriormente, existe energía liberada en todo esto. La energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares (cuando entran en inestabilidad). Esta energía se aprovecha para otros fines, tales como la obtención de energía eléctrica, térmica o mecánica, a partir de reacciones atómicas que se dan en los núcleos de algunos isótopos de ciertos elementos químicos, siendo la más conocida la fisión del uranio, con la que funcionan los reactores nucleares, y la más habitual en la naturaleza, la fusión del par deuterio-tritio que se produce en el interior de las estrellas. Sin embargo, para producir este tipo de energía aprovechando reacciones nucleares, pueden ser utilizados muchos otros isótopos de varios elementos químicos, como el torio, el plutonio, el estroncio o el polonio.

Entonces, en una central nuclear, mediante reacciones, logran proporcionar calor que a su vez es empleado a través de un ciclo termodinámico convencional para producir el movimiento de alternadores que transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica. ¿Y esto es posible instalarlo aquí en Chile? He ahí el debate luego de lo ocurrido en Japón. Al tener nuestro país una geografía parecida a la nipona, con fallas terrestres bastante activas debido a que estamos encima del choque de placas tectónicas, no se ve un buen panorama para instalar centrales nucleares. Ya teníamos el miedo de Chernobyl, por lo que si más encima un país - al parecer tan desarrollado y seguro - como Japón que tiene una característica similar a la nuestra ("adictos" a los terremotos), fracasa en la seguridad de sus plantas nucleares; el sueño de algunos de instalar centrales nucleares en Chile, como lo hace España, Francia o Estados Unidos, se ve aún más lejos.

¿Cuál es la alternativa entonces? Eso quedará para el siguiente post.

13.3.11

Terremotos: comencemos a conocerlos

El terremoto de hace un par de días en Japón causó una expectación mundial por la magnitud del sismo, situándose de hecho en el quinto más grande de la historia hasta ahora. Al igual que hace un año con el 27F, inculcó una serie de términos que para la ciudadanía eran aún desconocidos; sin embargo, a veces es bueno reforzar algunas explicaciones que al parecer aún no están presentes en el conocimiento popular, debido a que los "expertos" de la televisión no los toman en cuenta.

¿Ustedes saben por qué un gran terremoto puede desplazar el eje de la tierra? Hay algo que se llama centro de masas, que es el punto donde se concentra la masa de un objeto cualquiera y es donde se mantiene el equilibrio. Para figuras tridimensionales, tiene relación el momento de inercia, en donde cualquier redistribución de masas dentro de la figura, provoca un desplazamiento del centro de masa y por lo tanto el momento de inercia varía. Si esto ocurre, para mantener a la figura estable, el eje de rotación debe variar ya que no es posible el equilibrio de un objeto si no se realiza justamente en el centro de masa. ¿Y por qué luego de un megaterremoto ocurre esto? Porque los terremotos son desplazamientos de las cortezas terrestres que implican por tanto redistribuciones de grandes bloques de tierra o inmensas cantidades de masa, variando de esta forma el centro de masa terrestre.

Siguiendo con lo anterior, la redistribución del centro de masa a su vez cambia la velocidad de giro del objeto. Es por eso que los que patinan sobre el hielo, cuando se encogen giran más rápido... ¿lo han notado? En el caso de la Tierra ocurre lo mismo, y es a causa de eso que los días se están haciendo más cortos motivados por estos megaterremotos (la rotación terrestre se hace más rápida), aunque en segundos casi imperceptibles. ¿Y cómo calculan cuánto es la masa que se redistribuye? Por medio de los instrumentos de medición, como los sismografos, en donde se establece en el mapa un área determinada en donde se sitúan los epicentros, caracterizando así cuál fue la capa tectónica desplazada y su magnitud.

No confundir epicentro de hipocentro, porque ahí se explica otra variante de los sismos. El epicentro es aquel que determina en qué punto geográfico se liberó la energía (o se produjo el desplazamiento de placas); sin embargo el hipocentro determina a qué profundidad se produjo esta liberación, por lo que mientras más cercano a la superficie, más devastador será el terremoto. Debido a esto el temblor de Nueva Zelanda de hace algunas semanas (6,3 Richter) provocó tantos daños, ya que su hipocentro fue a sólo 5 km de profunidad (tengan en cuenta que en promedio en Chile se producen sismos a 30 km de la superficie).

Hablamos de grados Richter con demasiada tranquilidad, sin saber demasiado de qué se trata. Para tener en claro, es una escala que crece en forma potencial o semilogarítmica, de manera que cada punto de aumento puede significar un aumento diez o más veces la magnitud de las ondas (vibración de la tierra), pero la energía liberada aumenta 32 veces. Es decir, una magnitud 4 no es el doble de 2, sino que 100 veces mayor en su amplitud de onda, aunque la energía aumentaría un factor 33 cada grado de magnitud, con lo cual sería 1000 veces cada dos unidades. O sea... ya no digan que mientras más temblores tengamos es mejor porque se está liberando energía de a poco. Ya saben que necesitamos varios temblores grado 5 o 6 para equiparar la energía liberada por un terremoto grado 7. Esa es la magia de la escala semilogarítmica.

Las preguntas siguen ahí. Varias otras sin tener respuesta aún en este blog, como por ejemplo, ¿por qué la energía del tsunami de Japón llega directamente a Chile?. Sin embargo, ya serán expresadas en este canal con el fin de que todos estemos informados. Lo importante es tener la incognita clara y salir en busca de ella.

5.3.11

El Gran Diseño

A principios de febrero Agustín Squella publicó en un diario local su opinión acerca del libro que escribieron en conjunto Stephen Hawking y Leonard Mlodinow titulado "El Gran Diseño". De hecho, la columna más que una opinión, era poner en el tapete la gran consigna que propone el libro: Dios no es necesario para la existencia del Universo. De esta forma, por ser un diario ligado a las ramas más conservadoras del país, encendió un debate quizás polémico que llamó la atención de muchos y fomentó la participación hasta el día de hoy de entusiastas "escritores al director". Entre aquellos entusiastas, rescato a dos hombres de opinión que si bien pueden no tener un pensamiento similar al mío, planteaban sus ideas de forma clara, inteligente y con una propuesta constructiva. Alvaro Fischer y Francisco Claro abren la puerta a algo interesante: no descartar la existencia de Dios, como tampoco descartar que este no existe.

Es conocida la historia cuando Napoleón le preguntó a Laplace sobre el papel que desempeñaba Dios en todo esto. El físico francés le respondió al petiso (que en realidad no era tan bajo como lo dibujaron en Bugs Bunny): "Señor, no he necesitado esta hipótesis". Justamente esa es una de las realidades más importantes de toda la historia ya que los religiosos, buscando los cimientos que levanten la posición de una divinidad, se empeñan por darle atribuciones antes de investigar a fondo las causas. Einstein decía que es más fácil desintegrar un átomo que un prejuicio. Y es a partir de ello que debemos ser cautos a la hora de dar respuestas a nuestros juicios.

Sé que es un tema dificil y que mucha gente creyente puede situarse al borde del enojo cuando se pone en duda esto. Sin embargo, del libro de Hawking y Mlodinow se rescata el esfuerzo por darle una explicación a lo que somos y dejar que gente como Squella lo pongan sobre la mesa para su discusión. Desde la antigüedad se han creado historias que explican de alguna manera los fenómenos de la naturaleza (por ejemplo el origen de los eclipses). Actualmente sabemos la respuesta científica de una infinidad de ellos y seguramente parte de estas mismas respuestas se caerán en el futuro por el descubrimiento de teorías más ad-hoc; tal como lo hicieron hace varios años la teoría geocéntrica de Ptolomeo o la tierra plana.

Para los que quieran leer el "El Gran Diseño" les recomiendo las últimas 40 páginas. En ellas se redacta gran parte de la discusión y se representa a su vez el Juego de la Vida de John Conway, que propone una posible explicación al por qué se tiene un desarrollo de vida y muerte en la naturaleza (vía un modelo matemático que parece inteligente, pero que es absolutamente formulado). El gran problema de "esta explicación", es la no existencia del libre albedrío, poniéndonos en una situación poco ventajosa, esperando que la máquina nos lleve hacia el destino que ya está definido.

Entiendo que si fuera así, la visión del mundo no sería ideal. Pero el tema está en que los parámetros y variables para que nosotros existamos son tan complejos y a la vez tan precisos, que la creación del universo se acerca mucho más a un modelo creado desde el inicio (si es que podemos hablar del tiempo con un comienzo) que a uno lejano de las leyes físicas.

Hasta el momento los resultados científicos han logrado dar respuesta a muchas incógnitas. Sin embargo, hay varios problemas que aún no han podido ser resueltos mediante soluciones concretas y es ahí donde Dios cabe como respuesta precisa. Pero esto es dar una solución fácil, tal como se facilitaron la vida los antiguos para sus problemáticas naturales. Por mi parte, sigo pensando en que podemos encontrar la solución a esas preguntas sin respuesta, dando la posibilidad a que exista o no una divinidad, pero dejando claro que la búsqueda no se estancará de forma fácil, sino que aprovecharé cada minuto de existencia (hasta que el destino - o lo que sea - trunque el ritmo de mi corazón) para hallarlas.

2.3.11

¿Donar $$$$ = Menor Impacto Social?


No se confunda con el título de este post. Está muy bien donar dinero a fundaciones, a ONG's o a organizaciones (colectivas o personas naturales) que ustedes estimen convenientes. Sin embargo, la forma de hacerlo de manera que efectivamente sea un beneficio social es entregando ese dinero de forma directa y no a través del vuelto que obligatoriamente te tienen que entregar las grandes empresas (supermercados, farmacias, etc, etc). ¿Y esto por qué?

Porque las grandes empresas deben pagar impuestos, como todos. En base a estos impuestos se financian diferentes organismos que en su gran mayoría trabajan para el país. Mientras más recaudación de impuestos tengamos, mayores beneficios sociales deberíamos tener (siempre y cuando el dinero se maneje de manera adecuada). Y es por eso que si vemos que las empresas evaden el pago de estos, nos afecta directamente a nosotros como ciudadanos que somos.

Las empresas siempre buscan la forma de evadir los impuestos. El problema está en que hay muchas artimañas aún legales, que permiten estos truquillos. Uno de ellos es la Ley de Donaciones, la cual está muy bien instaurada si el flujo de efectivo es desde dentro de la compañía (entregando utilidades privadas a favor del bien común); sin embargo, apelando a la buena disposición del ciudadano, las grandes empresas solicitan parte del vuelto del cliente para favorecerse y recibir el beneficio tributario, recibiendo de esta forma una buena imagen y ahorrándose el pago de los impuestos que cada vez son más dolorosos para las grandes compañías.

¿Dónde queda la buena disposición del ciudadano? Lamentablemente, es sólo aprovechada por la compañía para su propio beneficio. ¿Qué pasa si el ciudadano directamente entrega esa donación a su nombre? El beneficio social es aumentado ya que por un lado gana la organización que recibe la donación y por el otro el pago de impuestos de las grandes empresas se realiza como corresponde.

Sólo imaginen... Si el vuelto que se dona en promedio es de sólo 5 pesos; en una caja en la cual se realizan 30 compras por hora; la que funciona 15 horas al día; en un local que tiene 30 cajas; que trabaja los 365 días del año; y que tiene una cadena posee 200 locales a nivel nacional: equivale a la siguiente multiplicación: 5 x 30 x 15 x 30 x 365 x 200 = $4.927.500.000 en un año. Este valor es descontado del resultado tributario (más las otras artimañanas que las empresas se inventan), disminuyendo de esta forma el impuesto que la empresa tiene que pagar (y como ven, no es una suma despreciable).

Como ya dije, si bien esto al parecer es beneficioso, el beneficio podría ser mucho mayor si uno como ciudadano dona directamente a la organización/fundación/ONG/etc y no usa este medio que la gran empresa pinta tan lindo, ya que no es un pass-through del dinero, sino que a través de él las empresas ganan y los ciudadanos perdemos.