domingo, 3 de abril de 2011

E=mc2

"No obstante, fue el tercer artículo de los publicados por Einstein ese año (1905), Zur Elektrodynamik Bewegter Körper (“Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”), el que se ocupaba de la teoría especial de la relatividad, publicado en junio, el que lo haría famoso. Fue precisamente ésta la que lo llevaría a concluir que E=mc2 (que él expresó entonces en la forma “variación de la masa de un cuerpo igual a L/V2”, donde L es su cambio en energía y V la velocidad de la luz). No es fácil explicar esta teoría (que fue anterior a la teoría general de la relatividad) porque trata de circunstancias extremas -si bien fundamentales- del universo, con las que el sentido común se viene abajo. Sin embargo, nos será de gran ayuda un experimento mental.

Imagine el lector que nos encontramos en una estación ferroviaria cuando entra a gran velocidad un tren de izquierda a derecha. En el preciso instante en que pasa ante nosotros uno de los pasajeros del tren, se enciende una luz en medio del vagón, éste ya se ha movido hacia delante. Dicho de otro modo, el rayo ha recorrido una distancia ligeramente inferior a la mitad de la longitud del vagón. Por tanto, el tiempo que tarda el rayo de luz en llegar al final del vagón no es el mismo para nosotros y para el pasajero, aunque en los dos casos se trata del mismo rayo que viaja a igual velocidad. La discrepancia, según Einstein, puede explicarse suponiendo que la percepción del observador es relativa y que, ya que la velocidad de la luz es constante, el tiempo cambia según las circunstancias.

La idea de que el tiempo puede reducir o aumentar de velocidad resulta extraña; sin embargo, era eso precisamente lo que sugería Einstein. Veamos otro experimento mental sugerido por Michael White y John Gribbin, biógrafos de Einstein. Se trata de imaginar un lápiz que tiene una luz arriba y proyecta una sombra sobre la superficie de una mesa: el lápiz existe en tres dimensiones, y la sombra es bidimensional. Si giramos el lápiz bajo la luz o hacemos que ésta se mueva alrededor de él, la sombra se agranda o se encoge. Einstein decía que los objetos tienen cuatro dimensiones, una más de las tres con las que estamos familiarizados; son espacio-temporales, como diríamos ahora, pues el objeto existe también en el tiempo. Por lo tanto, si jugamos con un objeto de cuatro dimensiones de igual manera que hemos hecho con el lápiz, podremos encoger o extender el tiempo, como sucedía con la sombra. Cuando hablamos de "jugar" nos referimos a un juego que tiene mucho de travesura: la toería de Einstein requiere que los objetos se muevan a la velocidad de la luz o a otra semejante para que podamos ver sus efectos. Sin embargo, advertía, cuando esto sucede, el tiempo experimenta un gran cambio. Su predicción más famosa fue la de que los relojes se atrasarían en los viajes realizados a altas velocidades. Hubieron de pasar muchos años antes de que pudiera corroborarse mediante la experimentación un aserto tan contrario al sentido común; pero, a pesar de que sus ideas no supusieron ningún beneficio práctico inmediato, transformaron por completo la física."

Peter Watson.

Fragmento extraído de Historia Intelectual del siglo XX (página 111)


Energía= masa x velocidad de la luz (al cuadrado)

La energía producida por = 0.111 gramos de hidrógeno (el peso de los átomos de hidrógeno que contiene un litro de agua) x 300.000.000 x 300.000.000
La energía que contiene la masa del hidrógeno de un litro de agua = 10.000.000.000.000.000 julios

10 x1015 julios = 0.111 gramos de hidrógeno

41,84 x 109 julios = 1 tep

Con una pequeña masa podemos obtener una gran cantidad de energía. Un tep (tonelada equivalente de petróleo) es la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de crudo de petróleo.

El único reto es convertir la energía en masa: en eso consiste la energía nuclear.



Jacob Barnett

jacob barnett, niño superdotado, superdotado matematicasJake tiene 12 años. Es el primer científico que veo vestir con sudadera. Su vida parece que va a otra velocidad, ya está preparando una versión extendida de la teoría de la relatividad de Einstein. Tiene el síndrome de Asperger, y sin embargo, un IQ de 170; cuando la media está en 85-90.

Pero aún más sorprendente es su disposición a enseñar. En el siguiente vídeo nos enseña otra forma de concebir la multiplicación, las matemáticas en sí mismas. En lugar de imaginarnos una barrita vertical en la que se suman y añaden bolitas (a modo de ábaco), él lo hace visualizando áreas. Y lo enseña. No es la primera vez que veía este método, pero parece más útil cuando te lo enseña alguien que te sorprende.



Escucharle explicando con esa tranquilidad la fórmula de Tales: la suma de los cuadrados de los catetos de un triángulo equilátero es igual a la hipotenusa al cuadrado, puede no parecer muy sorprendente; pero este niño que con tres años construía puzzles de 5.000 piezas (mientras la mayor parte de su generación aún babeaba); está estudiando en la universidad de Princeton, y ahí se pueden aprender algunas cosas más. Como esta. Aquí lo tenemos enseñando una técnica un poco más compleja de cálculo que, por supuesto, dudo que algún día llegue a entender:



En el canal de vídeo de su madre sobre matemáticas hay bastantes vídeos publicados. Además, hay alguno de sus pinitos con el piano a pesar de no haber recibido una sola clase. Aunque lo más increíble no es todo lo que es capaz de hacer, sino que su método de aprendizaje es el mismo al de todos: ensayo, error, corrección.

Si hay alguna diferencia entre las personas superdotadas y el resto de mortales es que tardan mucho más en equivocarse, mucho menos en corregirlo y recuerdan más fácilmente las correcciones; pero todos disponemos del mismo tiempo, las mismas posibilidades de ensayo, por lo menos antes de llegar al laboratorio.

Radiactividad

radiactividad uranio, vida media uranio, vida media radiactividadEs difícil comprender qué es la radiactividad cuando no la conocemos. ¿Es como una nube que se expande? No, se expande lo que la emite. Es una reacción individual de cada átomo de un elemento determinado: yodo, cesio, plutonio, potasio...

Todo lo que vemos y tocamos es divisible en átomos. Un átomo se compone de un núcleo con uno o varios protones de carga positiva y el mismo número de electrones orbitando alrededor, con carga negativa. El número de masa atómica define el número de protones y electrones de cada elemento de la tabla periódica. El núcleo puede estar formado por protones y neutrones (sin carga). Si el núcleo tiene neutrones, hablamos de un isótopo de ese elemento. El isótopo suele identificarse por un número; "Yodo 131", o por un nombre. Por ejemplo, deuterio y tritio son dos isótopos hidrógeno (masa atómica 1), con uno y dos neutrones más en su núcleo respectivamente.

En el entorno natural, los átomos se comportan de forma que emiten la radiactividad propia de su comportamiento en la Naturaleza. Ocurre todo el tiempo; son los neutrones que tienen que intercambiarse durante las transformaciones químicas que ocurren cotidianamente. Hacerlo de forma artificial es posible gracias a situar bajo condiciones determinadas un elemento con una masa atómica tan elevada (uranio 248) y dejarlo expuesto a situaciones ambientales distintas implica un contraste brusco que hace que ambas partes se influyan entre sí de una forma tan agresiva. Cuando el uranio se funde se suelta un alienígena en mitad del planeta; es algo que antes no existía y que necesita readaptarse al ambiente para resultar inocuo para su vuelta efectiva al ciclo natural. Necesita disparar los neurones que no habría acumulado jamás de forma natural. Es un tiroteo entre átomos, y sólo un bando dispara. Pero ya sea a los 8 días o a los miles de millones de años, vuelve a su estado natural.


Hay tres tipos de radiactividad ionizante, que emite energía que resta electrones a otros átomos:

- alfa: es la más peligrosa. Compuesta por dos protones y dos neutrones no es capaz de atravesar un papel.
- beta: está compuesta por electrones, no traspasa una placa de alumnio.
- gamma:  no tiene masa, es radiación electromagnética producida por electrones, pero es necesario aislarla con hormigón.




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