La imagen sabatina XCV

Muy buenas a todos. Con una ligera demora, llega una nueva imagen sabatina. Esta vez hablamos de astrofísica y nos introducimos en uno de los mayores misterios de esta ciencia: la materia oscura.

En realidad, no es posible explicar qué es la materia oscura porque... no se sabe realmente. Sin embargo, hoy vamos a introducirnos en los conceptos más basicos sobre esta hipotética materia. Veremos los conceptos más básicos principalmente porque en un humilde post como este no acabaríamos de explicar los entramados de esta materia.

Antes de todo, no debemos confundir antimateria con materia oscura. Explicado brevemente, la antimateria es una forma de materia formada por antipartículas, es decir, partículas idénticas en masa y espín (una propiedad física de las partículas subatómicas) pero con carga eléctrica opuesta. Por ejemplo, la antipartícula del electrón es el positrón. El electrón tiene carga negativa, y el positrón, positiva. Aclarado esto, comencemos a hablar de la materia oscura.

Se denomina como materia oscura a la materia hipotética que no emite suficiente radiación electromagnética para ser detectada con la tecnología actual, aunque su existencia puede ser deducida a partir de sus efectos gravitacionales sobre la materia visible, como estrellas o galaxias, y sobre la radiación de fondo cósmico de microondas.

Las primeras evidencias de materia oscura fueron halladas en cúmulos galácticos

Las primeras sugerencias sobre la existencia de la materia oscura proceden de 1922 de mano del físico neerlandés Jacobus Kapteyn, conocido por sus estudios sobre la Vía Láctea y la rotación de las galaxias. Posteriormente, en 1932, el astrónomo neerlandés Jan Oort también hipotetizó sobre la existencia de esta materia.

Sin embargo, fue en 1933 cuando el astrónomo suizo Fritz Zwicky, aplicando el teorema de virial sobre el Cúmulo de Coma, obtuvo las primeras evidencias de cantidades de masa no visibles. Zwicky estimó que el cúmulo tenía 400 veces más masa que la masa visible, y llamó a esta masa invisible ''materia oscura''. Esa gran cantidad de materia oscura daba al cúmulo masa y atracción gravitatoria suficiente para que se mantuviera unido. De ahí que la imagen de hoy diga que la materia oscura es la fuerza poderosa y misteriosa que mantiene unido al Universo (aunque la materia oscura no es una fuerza, la fuerza que une al Universo sería la gravedad ejercida por dicha materia).

A finales de los 60, los astrónomos estadounidenses Vera Rubin y Kent Ford analizando las curvas de rotación galácticas con los espectrógrafos más sensibles de su momento, consiguieron aportar pruebas más sólidas sobre la existencia de la materia oscura.  Estos astrónomos concluyeron que más del 50% de la masa de las galaxias se acumulaba en un oscuro halo galáctico, de hecho, la mayoría de las galaxias podrían tener una cantidad más de 6 veces superior de materia oscura que de materia.

Por lo tanto, sabemos que los cúmulos y galaxias poseen más materia de la que vemos, una materia que no somos capaces de observar, una materia ''oscura'' Pero, ¿de que podría estar compuesta esta materia? Los físicos y astrónomos barajan diversas posibilidades. Se distinguen diferentes tipos de materia oscura:

• Materia oscura bariónica. La materia bariónica es lo que conocemos comúnmente como materia. Todo lo que nos rodea está compuesto por materia bariónica. Bien, la materia oscura bariónica incluye gases no luminosos y compuestos muy densos y compactos, como los denominados MACHOs u objetos astrofísicos masivos de halo compacto, que son cuerpos masivos que al emitir poca o ninguna radiación son muy difíciles de detectar. Dentro de los MACHOs incluimos enanas marrones, estrellas de neutrinos, agujeros negros e incluso planetas aislados. De todas formas, la materia oscura bariónica solo representaría una pequeña fracción de la materia oscura total.

• Materia oscura no-bariónica. No hay bariones ni leptones en su composición. Se divide en tres tipos:

Neutrino en The Scale of The Universe 2

• Materia oscura caliente. Son partículas que viajan a velocidades relativistas (a una proporción considerable de la velocidad de la luz). Estaría formada posiblemente por neutrinos, pues son difíciles de detectar, sin embargo su pequeña masa implica que contribuirían escasamente en la masa de la materia oscura.
• Materia oscura templada. También viaja a velocidades relativistas, pero interactúa más débilmente que los neutrinos y es más escasa. Podría estar formada por gravitinos y fotinos, dos partículas hipotéticas cuya existencia no de ha demostrado.
• Materia oscura fría: No viaja a velocidades relativistas. Estaría formada por partículas hipotéticas como los axiones, los neutrones estériles y los WIMPS (partículas masivas que interactúan débilmente)

Actualmente se cree que la materia oscura está compuesta en su mayoría por materia oscura no-bariónica.

Se calcula que aproximadamente solo el 5% del Universo está formado por materia ''normal'' o bariónica. El 23% estaría compuesto por materia oscura, y el 72%, por energía oscura, pero eso es otro asunto y ya hablaremos de la energía oscura en otro momento.

Eso es todo por hoy. ¡Espero que os haya gustado y nos vemos en el siguiente post!

La imagen sabatina LXXXVI

Muy buenas a todos. Hoy, con un ligero retraso, volvemos con una nueva imagen sabatina. En esta ocasión, vamos a hablar de física y de la energía.

Justo hace dos días empezamos el mes de julio y tenemos una imagen que nos viene muy a cuento. Esta nos dice ''Ya es 1N x m'' ''Julio''. Esto es debido a que 1 newton (N) multiplicado por 1 metro (m) equivale a un julio (J).

El julio (del inglés joule) es una unidad derivada del Sistema Internacional utilizada para medir energía. El trabajo y el calor, al ser formas de energía, también se miden en julios. Un julio equivale a la cantidad de trabajo realizado por una fuerza constante de 1 newton durante un metro de longitud en la misma dirección de la fuerza.

1 julio equivale a 1 kg por 1 metro cuadrado partido por 1 segundo al cuadrado, es decir, a 1 N x m, pues 1 N es igual a 1 kg por 1 metro partido por 1 segundo al cuadrado

También hay otras dos formas de definir el julio, empleando otras unidades:

• Un julio equivale al trabajo necesario para mover una carga eléctrica de 1 culombio (C, unidad que mide la cantidad de electricidad) a través de una tensión de 1 voltio (V, unidad de tensión eléctrica o voltaje). 
• 1 J = 1 C x 1 V
• Un julio equivale al trabajo necesario para producir 1 vatio (W, unidad de potencia) durante un segundo.
• 1 J = 1 W x 1 s

J.P. Joule

El julio recibe su nombre del físico inglés James Prescott Joule, que investigó en campos como la electricidad, la termodinámica, el magnetismo o la energía. También trabajó con Lord Kelvin en la realización de su escala de temperatura.

Uno de los principales descubrimientos de Joule es el conocido como efecto Joule, que dice que si una corriente eléctrica pasa por un conductor (un cable, por ejemplo), parte de la energía cinética de los electrones que fluyen por el cable se transforma en calor, y por lo tanto el cable aumenta su temperatura.

Joule también realizó un experimento (conocido como Experimento de Joule) con el que consiguió determinar la relación entre la unidad de energía, el julio, con la unidad de calor, la caloría. (No se debe confundir temperatura, medida en kelvin, con calor, que es la transmisión de energía entre dos cuerpos debido a una diferencia de temperatura entre ellos)

Su experimento fue el siguiente. Preparó un recipiente aislado térmicamente, que dentro contenía una cantidad de agua con un termómetro, para medir la temperatura de esta. Dentro del recipiente, había unas paletas que giraban debido a unas pesas, que iban cayendo e iban accionando unas poleas. Las pesas, al ir descendiendo, perdían energía potencial gravitatoria, pues la energía potencial gravitatoria aumenta si se aumenta de altura y se pierde si se desciende, y a la vez se accionaban las paletas, que hacían rotar el agua, que se calentaba debido a la fricción.

Joule observó que la pérdida de energía potencial gravitatoria (medida en J) era proporcional al aumento de temperatura. Calculó que se requerían 4'186 J para aumentar la temperatura de 1 g de agua en 1º C.

La caloría (cal) es una unidad de energía (al igual que el julio) que equivale a la cantidad de energía calorífica necesaria para aumentar la temperatura de 1 g de agua en 1º C, por lo tanto 1 cal = 4'186 J. Un julio equivale a 0,239005736137667 calorías.

No se debe confundir la caloría (cal) con la kilocaloría (kcal). Acostumbramos a decir calorías cuando nos referimos a las kilocalorías. La caloría es una unidad de medida que también se emplea para medir el valor energético de los alimentos. En las etiquetas de estos se emplean las kilocalorías (acompañadas normalmente también de la equivalencia en kilojulios), sin embargo es frecuente decir erróneamente ''esto tiene 62 calorías'' cuando en la etiqueta pone 62 kcal, que equivale a 62000 calorías (1 kcal = 1000 cal).

Eso es todo por hoy. ¡Espero que os haya gustado y nos vemos en el siguiente post!

La imagen sabatina LXXXIII

Muy buenas a todos. Como todos los sábados, volvemos de nuevo con una nueva imagen sabatina. Aquí, en España, se está acercando el verano y comienzan a subir las temperaturas, así que aprovechamos la ocasión para comentar una imagen sobre diferentes unidades de medida de temperatura. Vamos allá.

La imagen de hoy comienza hablando de los grados Fahrenheit. 0 ºF significan ''hace mucho frío fuera'' y 100 ºF significan ''hace mucho calor fuera'' Hay que tener en cuenta que 0ºF equivalen a -17'7 ºC y 100 ºF equivalen a 37'7 ºC. En los grados Celsius o Centígrados, 0 °C equivalen a ''bastante frío'' fuera y 100 °C equivalen a la muerte. En cuanto a los Kelvin, tanto 0 K como 100 K equivalen a la muerte. Esto es debido a que 0 K equivalen a -273 °C y 100 K equivalen a -173 ºC, temperaturas a las que ningún ser vivo puede sobrevivir. Bueno, algunos sí: los tardígrados pueden sobrevivir hasta casi a los 0 K, lo que les permite aguantar hasta las duras condiciones del espacio.

Cabe decir que el término grado Kelvin es incorrecto. El término correcto es solamente kelvin, y estos se representan mediante el símbolo K, y no ºK.

El grado Celsius (ºC), también conocido como Centígrado, es una unidad termométrica diseñada por el físico sueco Anders Celsius en 1742. Celsius consideró las temperaturas de ebullición y congelación del agua, y les asignó los valores 100 ºC a la congelación y 0 ºC a la ebullición.

Como podemos ver, los valores estaban invertidos: a mayor número, menor era la temperatura. El científico francés Jean-Pierre Christin (que inventó el primer termómetro de mercurio de escala centígrada) y el científico sueco Carlos Linneo (padre de la taxonomía) fueron quienes invirtieron estos valores, quedando como son actualmente.

La intensidad calórica del grado Celsius es igual a la del kelvin, esto es, son grados del mismo tamaño, si la temperatura sube 1 ºC, podemos decir que sube 1 K, hecho que no sucede con el grado Fahrenheit.

El punto triple del agua, temperatura a la cual coexisten los tres estados físicos (sólido, líquido y gaseoso) de una sustancia, en este caso el agua, se sitúa a 0,01 ºC.

El grado Fahrenheit (ºF) es una unidad termométrica diseñada por el físico e ingeniero alemán Daniel Gabriel Fahrenheit, que también creó el termómetro de mercurio.

El grado Fahrenheit fue creado en 1724. Este establece la temperatura de congelación del agua a 32 ºF y de ebullición a 212 ºF. Fahrenheit fijó su temperatura corporal en 96 ºF, dividió este valor en 12 secciones y cada sección en ocho subdivisiones. Una de estas subdivisiones equivalía a 1 ºF. Así, estableció la congelación del agua en 32 ºF y la ebullición en 212 ºF.

El objetivo de Fahrenheit al diseñar su escala era acabar con las temperaturas negativas que tenía la escala Rømer, una escala de temperatura actualmente en desuso, propuesta por el astrónomo danés Ole Christensen Rømer en 1701.

El kelvin (K) es una unidad de temperatura creada en 1848 por el físico y matemático británico William Thomson, Lord Kelvin. Tomando como base el grado Celsius, estableció punto 0 en el cero absoluto, la temperatura más baja posible teóricamente, en la que los átomos carecen de movimiento. Así, el punto cero equivale a 0 K, mientras que en Celsius equivale a -273,15º C.

Los kelvin son una de las unidades del Sistema Internacional, y es la escala de temperatura empleada en ciencia.

De manera similar al Kelvin, existe el Rankine (R), propuesto por el físico e ingeniero escocés William Rankine en 1859. Rankine, en vez de tomar como base el grado Celsius, tomó como base el grado Fahrenheit, y estableció el punto cero en el cero absoluto, de igual manera que en los kelvin.

Para pasar los grados de una escala a otra, se emplean las siguientes fórmulas:

Fórmulas empleadas para la conversión de las principales unidades de medida de temperatura

Eso es todo por hoy. ¡Espero que os haya gustado y nos vemos en el siguiente post!

La mar de ciencia

Muy buenas a todos. Escribo este breve post para comunicar que estoy participando en el concurso ''La mar de ciencia'', organizado por la ICTS SOCIB, la Obra Social ''la Caixa'', el CSIC y la FECYT, entre otras instituciones.

La votación se hace mediante los me gusta de facebook, toda ayuda gustando y compartiendo mi proyecto es agradecida.

Mi proyecto es el siguiente: http://www.lamardeciencia.es/trabajos/videos/28

La ciencia abarca más allá de la biología, la física y la química. La ciencia se divide en numerosas ramas, y entre ellas encontramos la oceanografía. La oceanografía estudia los mares y océanos, los fenómenos que ocurren en estos y cómo interactúan con el continente. La oceanografía es muy extensa y posee diversas especializaciones. Los mares cubren tres cuartas partes de la superficie del planeta y nos son de vital importancia.

Seguramente comentaré mi vídeo próximamente

¡Muchas gracias por vuestro apoyo!

La imagen sabatina LIX

Muy buenas a todos. Con una ligera demora, volvemos con la imagen sabatina. En esta ocasión, os deseamos una feliz navidad, una feliz navidad radiactiva...

Este ''árbol de Navidad'' es una parodia del diagrama de Moeller. La configuración electrónica, el ordenamiento que siguen los electrones alrededor de un núcleo atómico según el modelo de capas electrónicas, se rige siguiendo este modelo.

Diagrama de Moeller

Según el modelo atómico actual, los electrones se distribuyen en orbitales. Un orbital es una región del espacio en torno al núcleo atómico en la cual es muy probable encontrar un electrón con una determinada energía. Dentro de un orbital pueden haber dos electrones.

Estos orbitales se agrupan en 7 niveles energéticos, los cuales a su vez se dividen subniveles denominados s, p, d o f. El subnivel s posee 1 orbital (2 electrones en total), el subnivel p posee 3 orbitales (6 electrones) , el subnivel d, 5 orbitales (10 electrones) y el subnivel f, 7 orbitales (14 electrones).

• El nivel 1 posee un subnivel s que posee 1 orbital, por lo tanto el nivel 1 puede contener dos electrones.
• El nivel 2 posee un subnivel s con 1 orbital y un subnivel p con 3 orbitales, de tal manera que el nivel 2 puede poseer 8 electrones.
• El nivel 3 posee un subnivel s con 1 orbital, un subnivel p con 3 orbitales y un subnivel d con 5 orbitales, de tal manera que el nivel 3 puede albergar 18 electrones.
• El nivel 4 posee un subnivel s con 1 orbital, un subnivel p con 3 orbitales, un subnivel d con 5 orbitales y un subnivel f con 7 orbitales, de tal manera que el nivel 4 puede contener 32 electrones.

El diagrama de Moeller nos permite ordenar los electrones que posee los átomos de un elemento por niveles energéticos. Por ejemplo:

Configuración electrónica del átomo neutro de oxígeno

El átomo de oxígeno posee 8 electrones, estos se ordenan, siguiendo el diagrama de Moeller, en 1s2 2s2 2p4. Esto nos quiere decir que en el nivel 1, se llena el subnivel s (2 electrones), el nivel 2 llena su respectivo subnivel s (2 electrones), sin embargo, el subnivel d no se llena, pues posee 3 orbitales que podrían albergar 6 electrones. y sin embargo solo contiene 4 electrones.

Podríamos pensar entonces que los electrones se ordenan simplemente de menor nivel a mayor nivel (1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f...) pero esto es un error, pues entre los diferentes niveles, hay subniveles de menor y mayor energía. Así, el subnivel 4s es menos energético, es decir, sus electrones poseen menos energía, que el subnivel 3d, y los electrones siempre van de menor energía a mayor.

 Cojamos entonces un átomo con muchos electrones, como la plata, que posee 47 electrones.

Configuración electrónica de la plata

Como podemos ver, los electrones no se ordenan siguiendo un orden ''lógico'', sino que van ''saltando'' entre niveles energéticos en busca de los subniveles de menor energía: pasa del subnivel 3p a 4s, vuelve a 3d, sube a 4p, asciende otra vez a 5s y baja a 4d. El diagrama de Moeller nos posibilita saber cuándo se van a producir estos ''saltos'' entre niveles.

Volvamos a la Navidad, los siguientes científicos nacieron en un 25 de diciembre:

Sir Isaac Newton

• Newton: Isaac Newton nació el 25 de diciembre de 1642. El físico, matemático, filósofo, inventor, alquimista y teólogo inglés es conocido por sus contribuciones a la mecánica clásica (leyes de Newton) y a la óptica (descomposición de la luz) , por su ley de la gravitación universal y por su desarrollo del cálculo matemático (desarrollo del cálculo diferencial e integral, al mismo tiempo que Gottfried Leibniz, quien fue su rival), entre otras contribuciones. 

• Adolf Otto Reinhold Windaus: Químico y médico alemán nacido el 25 de diciembre de 1876, premio Nobel de química en 1928. Es conocido su investigación de la relación de los colesteroles y los ácidos biliares, así como el descubrimiento de la estructura de las vitaminas D y del grupo B.

• Ernst Ruska: Físico alemán que nació el 25 de diciembre de 1906. Ganó el premio Nobel de física en 1986 por su trabajo en óptica de electrones y por su diseño del primer microscopio electrónico.

• Gerhard Herzberg: Nació el 25 de diciembre de 1904. Este físico y químico canadiense de origen alemán ganó el premio Nobel de química en 1971 debido a sus contribuciones al conocimiento de la estructura electrónica y de la geometría de las moléculas, especialmente de los radicales libres.

• También podríamos añadir a Otto Loewi: Este fisiólogo estadounidense murió el 25 de diciembre de 1961. Ganó el premio Nobel de fisiología o medicina en 1936 por sus estudios sobre la excitación y transmisión química de los estímulos nerviosos. 

Eso es todo por hoy. ¡Espero que os haya gustado y nos vemos en el siguiente post!

La imagen sabatina LVIII

Muy buenas a todos. Hoy, aunque con retraso, volvemos con una nueva imagen sabatina. Ayer fue jornada reflexión en España y vamos a hablar de física. ¿No tienen nada que ver? Ahora veremos

Reflexión

Reflexión: La onda incide y sale reflejada con el mismo ángulo respecto a la recta normal.

 

La reflexión es el proceso por el cual una onda, como la luz o el sonido, cambia de dirección al entrar en contacto con una superficie que separa dos medios cambiantes (el aire y un espejo, por ejemplo) y vuelve al punto de origen. Nos vemos reflejados en los espejos debido a la reflexión. Los radares, el eco y la reverberación también se producen gracias a la reflexión.

En la reflexión, el ángulo con el que incide la onda en la superficie reflectante y el ángulo con el que esta se refleja es el mismo respecto a la normal. La normal es la línea perpendicular situada justo encima en el punto de reflexión de la onda.

Pero si la luz sale reflejada en otra dirección ¿cómo es que en los espejos la luz sale devuelta a nosotros, y no va a otra dirección? Esto ocurre porque los espejos son capaces de devolver a luz a la fuente emisora cuando esta se encuentra perpendicular al espejo.

Esta propiedad es característica de los retroreflectores, aunque los espejos no son retroreflectores, pues para que un espejo pueda cumplir esta propiedad debe de estar perpendicular a la fuente emisora y un retroreflector es capaz de devolver la luz a su fuente de emisión independientemente del ángulo de incidencia.

El eco es un fenómeno acústico que se produce cuando una onda, sonora o electromagnética, es reflejada y devuelta a su emisor. En este fenómeno se basan el sonar (que usa sonidos) y el radar (que usa ondas electromagnéticas).

En el caso de las ondas sonoras, existe reverberación y eco:

• Si la distancia entre la fuente emisora de sonido y el cuerpo que la reflexiona es de más de 17 m tenemos eco, pues el oído diferencia los dos sonidos.
• Si la distancia entre la fuente emisora de sonido y el cuerpo que la reflexiona es menor de 17 m tenemos reverberación, pues el oído no diferencia los dos sonidos y considera al sonido reflejado como una prolongación del sonido original, el sonido se alarga.

Hay ocasiones en la que se producen a la vez eco y reverberación debido a que hay cuerpos situados a menos de 17 metros que reverberan, y otros a más de 17 m, que producen eco.

Refracción

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un material a otro, debido a un cambio de velocidad al atravesar el segundo medio. Esta se produce solo cuando la onda incide oblicuamente en el segundo medio y si los dos medios poseen índices de refracción diferentes. Las gafas para miopía, hipermetropía... se basan en la refracción

El índice de refracción es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en un medio concreto.

El índice de refracción se obtiene dividiendo la velocidad de la luz entre la velocidad de la luz en un medio concreto. Cuanto más grande sea el número, más lento atravesará la luz ese medio. Así tenemos algunos índices de refracción como los siguientes:

• Vacío: 1, es el valor mínimo, indica velocidad normal de la luz
• Aire: 1,0002926
• Hielo:1,31
• Agua: 1,3330
• Córnea humana: 1,3375
• Vidrio: 1,52
• Cloruro de sodio, sal común: 1,544
• Diamante: 2,42

También se ha hipotetizado la existencia de un metamaterial (un material con propiedades extraordinarias) que tuviese un índice de refracción inferior a 1, que mandaría la onda hacia la fuente de emisión... dentro del segundo medio.

A la izquierda, la refracción normal en agua; a la derecha, una refracción inusual, negativa.

Existe también la posibilidad de que se produzca la denominada reflexión interna total. Esta se produce cuando la luz pasa de un medio por el que va lento a otro por el que va más rápido. La luz se refracta de tal manera que no puede atravesar el segundo medio y vuelve al primer medio, produciendo una reflexión. Este fenómeno se da en los espejismos (la luz se refracta debido a corrientes de aire de diferente temperatura y por lo tanto, de diferente indice de refracción) y en los destellos de las joyas talladas, como los diamantes.

La refracción de la luz sigue las leyes de Snell-Descartes, descubiertas por el matemático holandés Willebrord Snel van Royen

Eso es todo por hoy. Próximamente veremos cómo la refracción se produce también en el interior de la Tierra. ¡Espero que os haya gustado y nos vemos en el siguiente post!

La imagen sabatina L

Coge un número de Avogadro.

Muy buenas a todos. Hoy volvemos con una imagen sabatina y estamos de celebración. ¡Hemos llegado a la imagen sabatina nº 50! No solo eso, también aprovechamos para celebrar que ayer, 23 de octubre, fue ¡el Día mol!

Mol en inglés es mole, la misma palabra para topo.

El ''Día mol'' es un día celebrado por los químicos americanos, estudiantes de química, científicos en general... Fue creado en Estados Unidos, pero actualmente se ha extendido por todo el mundo. Se celebra entre las 6:02 a.m y las 6.02 p.m del día 23 del octubre. ¿Por qué entre esas horas concretas? Sencillo. Las 6:02 del 23 de octubre, según el método americano de escribir las fechas, se escribiría 6:02 10 23. Un mol contiene 6,022 141 29 (30) × 10²³ unidades (moléculas, átomos, iones, electrones...) Es visible la similitud entre 6:02 10 23 y 6,02 x 10^23.

¿Qué es un mol? Un mol es la unidad básica del Sistema Internacional para medir la cantidad de sustancia. La cantidad de sustancia se define como la magnitud que es proporcional al número de entidades elementales en un cuerpo. De esta forma, un mol se define como la cantidad de sustancia que tiene un número de entidades elementales como átomos hay en 12 g de carbono-12.

Se denomina mol a la cantidad de una sustancia que dispone de ese cierto número de entidades elementales. Estas entidades pueden ser átomos, moléculas, partículas elementales... Ese ''cierto'' número de entidades es el número de Avogadro. El número de Avogadro es una constante y equivale a 6,022 141 29 (30) × 10²³. 

En la imagen de hoy tenemos al físico y químico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856) pidiendo que ''cojan su número'', nunca mejor dicho.

De esta forma, 1 mol de algo puede contener 6,022 141 29 (30) × 10²³ átomos, 6,022 141 29 (30) × 10²³ moléculas o 6,022 141 29 (30) × 10²³  electrones.

Avogadro no descubrió este número, sino que le pusieron su nombre en su honor. Avogadro formuló la conocida Ley de Avogadro, que dice así:

En iguales condiciones de presión y temperatura las densidades relativas de los cuerpos gaseosos son proporcionales a sus pesos atómicos.
 
Y así, sugirió la siguiente hipótesis:

Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas. (Con ''partículas'' se refiere a compuestos diatómicos o a átomos de gases nobles)

Actualmente, esta ley se enuncia "Un mol de diferentes sustancias contiene el mismo número de moléculas". A ese mismo número de moléculas se le dio el nombre de número de Avogadro. Avogadro también estudió y desarrolló la teoría atómica.

Acabamos con la denominada ''Promesa al Mol'', que dice así:

Prometo lealtad al mol, a la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, y a la masa atómica a la que representa, un número, el más divisible, con átomos y moléculas para todos.

¡Eso es todo, espero que os haya gustado y nos vemos en el siguiente post!

La imagen sabatina XLIII

Muy buenas a todos. Aunque con un ligero retraso, hoy volvemos con una nueva imagen sabatina, esta vez sobre física, física de partículas.

La imagen dice: Los átomos son raros, por fuera son negativos, pero en el fondo son positivos.

Esta frase en realidad no es falsa, pues aunque el átomo en su totalidad tenga carga neutra, el núcleo, que posee carga positiva, está rodeado por electrones que poseen carga negativa, lo que compensa ambas cargas.

Se puede clasificar el átomo en dos partes: El núcleo y el/los electrones que orbitan alrededor del núcleo.

 

Electrones

Electrones orbitando alrededor del núcleo.

El electrón es una partícula elemental, es decir, no se puede descomponer en otra partícula diferente. Fue descubierto por el físico británico J.J.Thomson en 1896. Un electrón tiene una masa de 9.109 × 10^-31 kg.

Solo hay un átomo que, con carga neutra, tenga un solo electrón: el hidrógeno. El resto de átomos cuando tienen carga neutra siempre tienen más de un electrón.

 

Núcleo

Protones y neutrones en el núcleo.

Está compuesto por protones y neutrones. Estas dos partículas reciben también el nombre de nucleones. Más del 99'94% de la masa del átomo se encuentra en el núcleo. Los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga. Estas partículas se mantienen unidas debido a la interacción nuclear fuerte, lo que permite que el núcleo sea estable. Esta interacción es lo suficientemente fuerte para vencer la fuerza de repulsión de los protones (misma carga eléctrica repele, como en los imanes) y mantenerlos unidos.

El protón fue descubierto en 1918 por Ernest Rutherford. Es una partícula subátomica con carga elemental positiva 1 (1,6 × 10^-19 Culombios), exactamente el mismo valor que la carga eléctrica del electrón, solo que con diferente signo: La del protón es positiva y la del electrón, negativa. El protón tiene una masa 1836 veces superior a la del electrón, la masa del protón es de 1,672 621 777(74)×10⁻²⁷ kg.

El neutrón, descubierto en James Chadwick en 1932, es una partícula subatómica sin carga neta. Tiene una masa de 1,674 927 29(28)×10⁻²⁷ kg, similar a la del protón pero ligeramente mayor. El neutrón es necesario en la estabilidad del núcleo atómico, solo hay un átomo que no tiene neutrones: el protio, el ion más abundante del hidrógeno, que está compuesto por un electrón y un protón. Los neutrones fuera del núcleo atómico son inestables y a los 15 minutos aproximadamente se descomponen en un protón, un electrón y un antineutrino.

Composición de un protón.

Los protones y los neutrones no son partículas elementales, se pueden descomponer en partículas más pequeñas: Quarks abajo y arriba  también denominados por su nombre inglés, Up y Down)

Un protón está compuesto por dos quarks arriba y un quark abajo. Un neutrón está compuesto por dos quarks abajo y un quark arriba.

Un quark arriba tiene una carga eléctrica de +⅔ de carga elemental y un quark abajo, −⅓ de carga elemental. Esto quiere decir que un protón tiene una carga eléctrica de 1 de carga elemental, pues +⅔ +⅔−⅓= 1. En cambio, un neutrón tiene de carga 0, pues −⅓−⅓+⅔=0.

En los protones y en los neutrones, los quarks se mantienen unidos debido a los gluones, que son bosones portadores de la interacción nuclear fuerte que se encargan de mantener unidos los quarks. Son el pegamento de los quarks, es más, su nombre proviene de glue, pegamento en inglés.

Eso es todo por hoy. ¡Espero que os haya gustado y nos vemos en el siguiente post!

El Universo a escala|The Scale of the Universe 2

Muy buenas a todos. En el post de hoy tenemos una interesante aplicación web llamada The Scale of the Universe 2.

Con The Scale of the Universe 2, podemos ver toda clase de objetos peculiares según su tamaño:

Desde las supercuerdas...

...¡Hasta la totalidad del universo!

The Scale of the Universe nos permite hacer comparaciones de tamaño muy interesantes. Por ejemplo, ¿sabías que cada uno de los millones de transistores que hay en el ordenador o móvil con el que estás leyendo este post ahora mismo tiene un tamaño similar al Virus de la Hepatitis B o al del VIH? ¿Sabías que un pixel de LCD tiene una altura similar al ancho del papel? ¿Sabías que el cangrejo gigante japonés tiene un tamaño comparable al de un elefante? ¿Sabías que Palm Jebel Ali (isla artificial situada en Dubái) tiene un tamaño comparable al del Everest, el Gran Colisionador de Hadrones o incluso al del Cometa Halley?

Los diversos objetos los vamos viendo según el tamaño, en múltiplos de diez del metro. Los múltiplos del metro del Sistema Internacional son:

Nombre	Símbolo	Equivalencia en metros	Cuerpos de tamaño cercano
Yottametro	Ym	1024 m	Supercúmulo de Virgo
Zettametro	Zm	1021 m	Galaxia del sombrero, Vía Láctea
Exámetro	Em	1018 m	Nebulosa del Águila, Nebulosa de la Laguna
Petámetro	Pm	1015 m	Nebulosa Mantarraya
Terámetro	Tm	1012 m	Antares, Betelgeuse
Gigámetro	Gm	109 m	Alpha Centauri B, Gliese 229A
Megámetro	Mm	106 m	Ceres (planetoide), Italia
Kilómetro	km	103 m	Longitud de onda de radio AM, Fábrica de Boeing (Everett)
Hectómetro	hm	102 m	Campo de fútbol americano, Saturno V
Decámetro	dam	102 m	Módulo lunar de Apolo
Metro	m	1m	Rafflesia,dodo
Decímetro	dm	10−1m	Musaraña
Centímetro	cm	10−2m	Grano de café, longitud de onda de las microondas
Milímetro	mm	10−3m	Bacteria más grande, Hormiga, Grano de arroz
Micrómetro	µm	10−6m	Virus más grandes (Mimivirus y megavirus)
Nanómetro	nm	10−9m	Glucosa
Picómetro	pm	10−12m	Átomo de hidrógeno y helio
Femtómetro	fm	10−15m	Neutrones y Protones
Attómetro	am	10−18m	Quarks
Zeptómetro	zm	10−21m	Quark Cima
Yoctómetro	ym	10−24m	Neutrino

Además de las medidas de longitud del Sistema Internacional, también aparecen otras medidas:

• Longitud de Planck: Equivalente a 1'6x10⁻³⁵ m. El tiempo de Planck es el tiempo que tarda la luz en recorrer la longitud de Planck.
• Angström: Equivalente a 1x10⁻¹⁰ m. Es una décima de nanómetro.
• Twip: Equivalente a 1'76x10⁻⁵ m.
• Mil:Equivalente a 2.54x10⁻⁵ m.
• Pulgada: Equivalente a 0'0254 m.
• Maratón: Equivalente a 42'2 kilómetros.
• Unidad Astronómica (UA): Es la distancia de la Tierra al Sol, es decir, 1'5x10¹¹ m.
• Día luz: La luz recorre en un día 2'6x10¹³ m.
• Año luz: La luz recorre en un año 1x10¹⁶ m
• Pársec (pc): Equivale a 3'3x10¹⁶ m (3'3 años luz)
• Gigapársec: Equivale a 3'3x10²⁵ m. El universo tiene un radio de 14 gigapársecs

Además, si hacemos click en cualquiera de las imágenes de The Scale of The Universe 2, nos saldrán información de interés, datos técnicos, curiosidades...

También existe un The Scale of The Universe 1, aunque es más simple y solo dispone de versión inglesa y portuguesa.

Si quieres probar The Scale of the Universe 2, haz click aquí.
Si quieres probar The Scale of the Universe 1, haz click aquí.

Eso es todo.¡Espero que os haya gustado y nos vemos en el siguiente post!

La imagen sabatina XL

Muy buenas a todos. Hoy como todos los sábados llega la imagen sabatina. Hoy vamos a hablar sobre uno de los juguetes científicos más famosos: el péndulo de Newton o cuna de Newton.

Este juguete fue creado por el actor inglés Simon Prebble en 1967. Su objetivo es demostrar el principio de conservación de la energía y de la cantidad del movimiento, leyes propuestas por Newton, de ahí el nombre. Un péndulo de Newton consta normalmente de cinco péndulos idénticos alineados horizontalmente y que se encuentran justamente en contacto con sus adyacentes cuando está en reposo. Cada bola está suspendida mediante dos hilos de la misma longitud atados a dos soportes a los lados del péndulo.

El péndulo de Newton más grande del mundo se encuentra en Kalamazoo, Michigan (EEUU). Fue diseñado por Chris Boden. Se exhibe públicamente y se emplea en demostraciones tecnológicas y físicas. Está compuesto por 20 esferas de 6'8 kg y cables de metal de 6'1 m enganchados al techo. Las esferas están suspendidas a 1 metro del suelo. Aquí debajo tenemos un vídeo en el que se puede ver este colosal péndulo de Newton.

 

Como hemos dicho, en el péndulo de Newton se cumple la ley de la conservación de energía. Esta ley dice:

La cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado, siempre que no interactúe con otro sistema, permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía.

Así, en el péndulo de Newton se cumple esta ley. Pues cogemos una bola, la levantamos (estamos empleando X cantidad de energía cinética al levantarla, al ser la esfera levantada, recibe energía potencial gravitatoria) y la soltamos. Al ser soltada, esta energía potencial gravitatoria se convierte en energía cinética, coge velocidad y choca con las bolas, estas, pasan la energía a la última bola, que recibe la energía y sube, adquiriendo energía potencial gravitatoria; y así sucesívamente. Pero hay un detalle: la energía se debe conservar, pero antes o después los péndulos paran, bien porque nosotros mismos los paramos con la mano o porque el aire, con el rozamiento, va deteniendo lentamente los péndulos, es decir, los péndulos se detienen debido a que interactúan con otro sistema físico. Si estos péndulos se usasen en el vacío, entonces la energía se conservaría.

En este segundo vídeo podemos ver diversas situaciones que se pueden crear en un péndulo de Newton, por ejemplo, si aplicamos la energía a una bola, será una única bola recibirá la energía, pero si son dos las bolas a las que se les aplica la energía, son dos las que obtendrán esa energía después. 

 

Finalmente, si quieres experimentar con un péndulo de Newton pero no dispones de uno, aquí tienes una animación flash con la que hacer tus experimentos

¡Espero que os haya gustado y nos vemos en el siguiente post!