Cuando un gas se calienta, aumenta su volumen. Y cuando se enfría, disminuye.
1.- Si dejas una botella vacía en el congelador de casa (unos 20 minutos), el aire que contiene se enfría, y al enfriarse, se encoge (disminuye su volumen).
2.- Si la sacamos del congelador y le colocamos en la boca una moneda que no pese demasiado (una de 5 céntimos de euro, que mojamos un poquito en agua para que tape mejor), al poco tiempo el aire se hincha (aumenta de volumen) y empuja la moneda, hasta que la hace saltar.
En el siguiente video podéis ver lo que ocurre (¡¡¡pon el audio al máximo!!!):
El grafeno, la sustancia más resistente conocida, está formada por átomos de carbono con una estructura similar a la del grafito pero en una lámina de un átomo de espesor, esto es, el grafeno es simplemente una lámina única de grafito.
Se considera 200 veces más fuerte que el acero siendo cinco veces más ligero. Se dice que una de estas láminas de grafeno de un sólo átomo de grosor es capaz de resistir el peso de un elefante haciendo equilibrios encima de un lápiz.
Más allá de su alta resistencia a la penetración y a la rotura el grafeno tiene propiedades innumerables y asombrosas :
• Es altamente elástico, se puede expandir un diez por ciento de forma reversible (¡como si fuera un muelle!)
• Es casi completamente transparente
• Tiene gran capacidad para soportar enormes temperaturas sin cambiar de estado
• El materiales capaz de auto repararse. Sí, sí, cuando su estructura se rompe, hay fuerzas de atracción que afectan a los átomos de carbono vecinos de manera que el grafeno «teje» el agujero y lo cierra.
¿A qué estamos esperando? ¡Fabriquemos ya el escudo! Es más ¡Fabriquemos los trajes de todos los superhéroes! Porque, además, ¡el grafeno es capaz de detener las balas!. ¡No podemos pedir más!
Pero, no nos emocionemos, existe un problema: El proceso de fabricación del grafeno es hoy día muy complejo y por el camino el material pierde parte de sus magníficas propiedades.
Hasta ahora tan sólo se ha conseguido sintetizar grafeno de manera estable y manteniendo sus propiedades en un tamaño muy pequeño, entre 2,5 y 30 centímetros. Vaya, con estos tamaños no tenemos para el escudo; ni siquiera para remendar los trajes.
No hay que desanimarse. Pensemos: si combináramos el grafeno con otro material, por ejemplo con una aleación metálica, ¿podríamos lograr las extraordinarias propiedades que buscamos? Lo veremos en la última entrega de esta serie.
Esta entrada del blog surgió por un comentario de mi suegra, Pilar, sobre unas luces de colores que vio en el cielo una noche en Soria, cuando era pequeña y que su madre, Geni, le había dicho que eran auroras boreales.
¿Cómo? ¿Auroras boreales en la península Ibérica? Sí, es posible aunqueraro, ya que no podemos observarlas con tanta frecuencia como nuestros vecinos de latitudes más altas, como Escandinavia o Rusia.
Gracias a entusiastas de las auroras, como Àlex Roca, podemos disfrutar de fotografías de auroras boreales en la península Ibérica, como las que vemos a continuación
Fotografía de Àlex Roca. Aurora boreal en Hortoneda (Lleida), 20 noviembre de 2003
Fotografía de Àlex Roca. Aurora boreal en Hortoneda (Lleida), 20 noviembre de 2003
¿Y por qué se forman las auroras boreales? Hay 3 ingredientes básicos:
1.- VIENTO SOLAR.
Lo forman partículas cargadas (protones, electrones y núcleos de Helio) que salen del Sola gran velocidad (¡salen recorriendo 400 km en un segundo!) y en todas direcciones. Pero de todas estas partículas, para formar auroras, sólo nos interesan las que viajan en dirección a la Tierra.
Además, si queremos ver auroras en la península Ibérica (sobre ellas ha escrito artículos muy interesantes Jose M. Vaquero, profesor en la universidad de Extremadura) no es suficiente con un viento solar mediocre: necesitamos enormes cantidades de partículas que el Sol expulsa con gran violencia («Coronal Mass Ejections» CMEs) cuando se producenfuertes tormentas solares (en la superficie del Sol aparecen zonas donde se crean intensos campos magnéticos que se retuercen, creando lazos que salen y regresan a la superficie).
Es mejor apreciar la grandiosidad de estas expulsiones con imágenes reales de la misión internacional SOHO(Solar & Heliospheric Observatory), en la que colaboran la ESA y la NASA.
Imagen real de enormes emisiones de masa de la corona solar del 8 de enero de 2002, SOHO
2.- CAMPO MAGNÉTICO DE LA TIERRA.
La Tierra es como un enorme imán, y el campo magnético que crea a su alrededor, impide que el viento solar continúe su camino directo hacia la Tierra: lo desvía y lo obliga a rodear la Tierra a lo largo de una especie de escudo protector que la envuelve y que se alarga en una cola en la parte opuesta al Sol (es decir, en el lado de la Tierra donde es de noche).
Este escudo protector, que se llama magnetosfera, le va robando energía al viento solar y cuando ya ha acumulado bastante, empieza a acelerar electrones (de la magnetosfera, no del viento solar) que consiguen entrar por los polos del imán de la Tierra.
3.- ATMÓSFERA DE LA TIERRA.
Los electrones de la magnetosfera infiltrados en la atmósfera terrestre, empiezan a chocar con moléculas deoxígeno y nitrógeno del aire, y les transfieren energía. Cuando el oxígeno y el nitrógeno recuperan su estado «normal», la energía sobrante la liberanen forma deLUZ ¡y estas luces son las buscadas AURORAS boreales (o australes, si estuviéramos en el hemisferio sur)!
Por cierto, los distintos colores de las auroras dependen de la cantidad de energía puesta en juego en los choques, aunque, básicamente, el oxígeno produce los colores verdey rojo, y el nitrógeno, el azul.
Disfrutemos del siguiente vídeo, adaptado a los niños (y no tan niños).
Si quieres saber más, curiosea en la NASA (en inglés).
También puedes construir tu propia aurora con un simulador.
Vamos a hacer un experimentobien sencillo, usando un imán, limaduras de hierro (utilizamos restos de duplicados de llaves), un colador para esparcir las limaduras, y un papel.
¿Y qué haremos? Dibujar: el imán irá «colocando» las limaduras sobre el papel dibujando líneas.
Intentemos explicar qué ocurre:
El imán perturba el espacio que le rodea: a su alrededor crea lo que se llama un campo magnético (fue Michael Faraday quien eligió este nombre tan agrícola, por similitud a los campos de cultivo). Pero, ¿cómo lo vemos?
Podemos observar los efectos del campo sobre las limaduras: son atraídaspor el imán.
Pero además podemos ver cómo es el campo: las limaduras se van distribuyendo sobre el papel dibujando unas líneas que se llaman líneas de campo magnético.
Para acabar, tres comentarios sobre las líneas de campo:
Donde las líneas están más concentradas, en los extremos del imán que llamaremos polos, es donde el campo magnético es más fuerte. Todo imán tiene siempre dospolos, no es posible tener polos magnéticos sueltos: si se corta un imán de barra por la mitad, no se obtiene un polo norte y un polo sur aislados, sino dos imanes con sus correspondientes polos norte y sur.
En realidad se trata de un continuo de líneas: la cantidad de líneas que podemos ver, depende del tamaño de las limaduras.
Ah! Si sustituimos el imán por uno con forma diferente, se dibujarán otras líneas distintas, es decir, se creerá otro campo magnético.
Este fin de semana hemos visto en casa de unos amigos la película «El Capitán América: El Soldado de Invierno». A los niños les llamaba mucho la atención el escudo del superhéroe, forjado de una aleación única de adamatium y vibranium, materiales de ficción dotados de unas cualidades súper extraordinarias.
Discutían acerca de qué material real podría hacerse un escudo como aquél. Uno de los niños que veía con nosotros la película preguntó: ¿Podría fabricarse un escudo como el del Capitán América de diamante? ¿No es el material más duro que existe?.
El diamante es uno de los materiales más duros que existen, efectivamente, pero no sería un buen candidato para fabricar un escudo de superhéroe ya que esa «dureza» representa la resistencia a ser rayado cuando se roza con otro material.
Debido entonces a su dureza, si se frota contra otro material en casi todos los casos el otro material acaba rayado mientras el diamante se mantiene intacto.
Por tanto el diamante es muy difícil de penetrar. También es relativamente ligero, pesa la mitad que el acero o el hierro, lo cual es una buena cualidad para un escudo que el Capitán América lanza con frecuencia.
El problema de un escudo de diamante es que no soportaría bien los golpes. La resistencia de un material a romperse tras recibir un impacto o caer desde una determinada altura se denomina «tenacidad» y la del diamante es baja, de hecho puede romperse sin demasiada dificultad golpeándolo con un martillo normal, y no digamos si se trata del Martillo de Thor.
Diamante
Más preguntas surgieron entonces: Si el escudo no puede ser de diamante, ¿qué materiales hay más duros que el diamante?
El diamante es un mineral formado por átomos de carbono al igual que el grafito de nuestros lápices, átomos que sin embargo se distribuyen de forma distinta. En el diamante los átomos de carbono están fuertemente unidos en todas direcciones, por eso es extremadamente duro y tiene propiedades eléctricas, ópticas y químicas muy útiles que lo hacen una materia prima muy valiosa no solo como objeto de lujo sino por sus aplicaciones industriales.
En el grafito sin embargo los átomos de carbono se organizan en láminas planas unidas entre sí y que se deslizan unas sobre otras con facilidad, motivo por el que se desgasta con el rozamiento y sirve para escribir.
Grafito
Si se comprime el grafito a presiones muy elevadas se obtienen materiales aún más duros que el diamante. Aplicándole una presión enorme se obtiene el hiperdiamante que resulta un 10% más duro que el diamante corriente.
Hiperdiamante
Comprimiéndolo a presiones aún más elevadas, tanto que hace falta que un meteorito conteniendo grafito impacte sobre la Tierra, se obtiene la lonsdaleíta, un mineral que se estima un 58% más duro que el diamante.
Y aún más duro es el grafeno, la sustancia más resistente conocida. ¿Será el grafeno el idóneo para el escudo de nuestro superhéroe? ¿Habrá algún otro candidato?
Si tienes 10 años o más y te gustan los retos, este es tu libro: aprenderásfísica cuántica. Sí, has entendido bien: física cuántica.
Pero qué rollo, ¿no? Te equivocas. Es un libro de aventuras de un chico normal, Niko, con la peculiaridad que tiene cada ojo de un color. Lleva una vida corriente: va al instituto, toma cereales, su madre por las mañanas le dice el típico «venga, que llegas tarde» …
Pero de repente una mañana, impulsado por una frase que aparece en el techo de su habitación, «si quieres que sucedan cosas diferentes, deja de hacer siempre lo mismo«, decide entrar en una casa con tres cerrojos y resolver los enigmas que se le van planteando..
Y es así cómo, a través del periplo de Niko, casi sin darnos cuenta, vamos descubriendo la física cuántica.
Ánimo y sorpréndete a ti mismo entendiendo una parte de la física muy complicada, la física cuántica, que es la base de gran parte de la tecnología actual, como láseres, chipsde memoria, pruebas médicas de resonancia magnética, paneles foltovoltaicos (se usan para conseguir electricidad a partir de luz), entre otras muchas aplicaciones, y posiblemente, futuras.
Todos hemos visto alguna vez a Venus: es esa «estrella» que brilla tanto en el cielo, al aterdecer o al amanecer (aunque no es visible todos los días del año) y que se conoce como el lucero de la tarde o del alba. Después de la Luna, es el objeto celeste que más brilla en el cielo.
Pero ya sabemos que Venus no es una estrella, sino uno de los 8 planetasque giran alrededor del Sol, el segundo más próximo.
¿Y por qué brilla tanto? Su atmósfera refleja más de lamitad de la luzque le llega del Sol, un 65% (se dice que tiene un albedo de 0.65). El albedo de la Tierra es de 0.38.
Y ¿cómo es Venus? Su tamaño es similar al de la Tierra y además tiene atmósfera, con efecto invernadero incluido, como nosotros. Cómo se parecen, ¿no? Pues no tanto, su atmósfera sería letal para nosotros por 3 motivos:
1. La atmósferade Venus es pesadísima: si estuviéramos en su superficie sería como estar a mil metros bajo el agua (equivale a 90 veces la atmósfera terrestre).
2. Pero si ya parece terrible colocarse bajo su atmósfera, aún no hemos acabado. Hace muchísimo calor, casi 500ºC. ¿Y por qué? Su atmósfera produce un enorme efecto invernadero, debido al conocido CO2. Venus tienen la misma cantidadde CO2 que la Tierra, pero Venus tiene su CO2 en su atmósfera y la Tierra fundamentalmente en sus rocas.
El CO2 ha generado mucha polémica en nuestro planeta en los últimos tiempos. ¿Por qué? Muchos estudios científicos apuntan a que existe una clara relación entre el aumento de temperatura que estamos experimentando y el incremento de CO2 en la atmósfera ocasionado por la actividad humana desde el comienzo de la era industrial.
3. Pero todavía hay algo más en su atmósfera: hay nubes de ácido sulfúrico (es corrosivo y provoca quemaduras sobre la piel).
Venus – Computer Simulated Global View Centered at 180 Degrees East Longitude. Photojournal. NASA. JPL
Además de las diferencias que hemos visto entre las atmósferas de Venus y la Tierra, existe otra más también curiosa: Venus girasobre sí misma al revés de como lo hace la Tierra (y muchos otros planetas), y además lo hace lentamente: 243 días terrestres tarda Venus en completar un día, dura incluso más que su propio año, 224.7 días terrestres.
Para saber más:
en la Agencia Espacial Europea: ESA (en inglés), ESA-Spain (en castellano)
En una de estas tres cajas hay ORO, en otra hay PLATA y en la otra hay BRONCE, pero no sabemos en cual está cada metal. ¿Sabrías averiguar donde está cada uno con solo saber que solo una de las tres frases escritas en las cajas es falsa?
