5 curiosidades ociosas sobre Física que probablemente no conoces

1. En mecánica cuántica, la distancia más pequeña posible se conoce como longitud de Planck. Y el tiempo que tardaría un fotón en cubrir esa distancia se conoce como tiempo de Planck. Si contáramos una longitud de Planck por segundo, tardaríamos 10.000.000 veces la edad actual del universo en alcanzar el diámetro de un átomo.
2. Un acelerador de partículas con potencia suficiente como para investigar la escala de Planck debería tener un peso equivalente al de la Luna, y su circunferencia sería igual a la órbita de Marte.

3. Las ondas sonoras generadas por un agujero negro en el doble cúmulo de Perseo está en si bemol, 57 octavas por debajo de las teclas de un piano. Según el libro de Joel Levy 100 analogías científicas:

Se trata de un sonido mil billones más profundo de lo que puede percibir el oído humano. Se trata de una nota que lleva 2.500 millones de años sonando.
4. Unos 10 segundos despues del Big Bang, la temperatura del universo era de unos mil millones de kelvin.

5. El universo “está hecho a medida” para nosotros. Si el conjunto de constantes fundamentales que rige las propiedades de la materia y de la energía fuera diferente, la vida no podría haber aparecido. Por ejemplo, si la interacción nuclear débil fuerse un poco más fuerte, el universo sería una gigantesca sopa de hidrógeno puro. Dado ue la interacción nuclear débil tiene exactamente la fuerza que tiene, el universo contiene un amplio abanico de elementos.

Nacho Guajardo-Fajardo

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Importancia de la física en la biología

Como parte del aniversario de la Facultad de Física de la BUAP, en esta ocasión nos sumamos a sus festejos con este escrito. Enhorabuena y muchos años más para la física y para todos aquellos que a través de sus conocimientos han hecho grandes aportaciones a la ciencia.

El desarrollo y el avance de las ciencias biológicas han estado relacionados de manera directa con la invención de un instrumento óptico de extraordinaria precisión mecánica: el microscopio; sin él, grandes descubrimientos en la biología no hubieran sido posibles.

Los primeros naturalistas solo tuvieron la oportunidad de realizar observaciones macroscópicas de los seres vivos; por lo que sus observaciones y sus resultados fueron muy limitados.

El primer antecedente que se tiene es cuando Euclides, discípulo de Platón, realizó trabajos dentro de la óptica geométrica, considerándolo fundador de esta área; sin embrago, hay datos que los egipcios y mesopotámicos empleaban y tallaban lentes para sus observaciones, además de tener conocimientos de óptica y astronomía.

Durante la Edad Media sobresale la figura de un físico árabe, Alhazen, quien tenía conocimientos sobre lentes, espejos y fenómenos ópticos; sin embargo, fue hasta el Renacimiento, cuando Kepler empleó estos lentes para observar mejor los objetos. Años más tarde, René Descartes descubrió el fenómeno de refracción de la luz y las leyes que lo rigen.

En esta área no se podía quedar atrás Galileo Galilei, quien construyó el llamado tubo óptico con lentes acopladas. Para finales del siglo XVI, Zacharias Janssen tuvo la curiosidad de observar un objeto pequeño a través de dos lentes, siendo su sorpresa que dicho objeto se veía varias veces más grande que su tamaño real, con este descubrimiento nació el microscopio compuesto.

Para 1665, Robert Hooke descubrió la célula al observar un delgado corte de corcho a través de un microscopio construido por él mismo, y fue hasta la mitad del siglo XVII cuando Anton Van Leeuwenhoek, tallador de finas lentes de gran aumento, logró dar importantes aportes al desarrollo de la microscopía; sin embargo, para esa época las lentes aún eran imperfectas. Fue hasta el siglo XIX cuando el matemático y físico alemán Ernst Abbe logró perfeccionar las características ópticas y mecánicas de los microscopios.

Gracias a estas grandes aportaciones a la ciencia, hoy en día en la biología hay amplios conocimientos en diferentes áreas, como en la biología celular, molecular, genética, microbiología, taxonomía, ente otras. Sin duda, uno de los aportes más importantes de la microscopía tanto para la biología como para la medicina, fue el descubriendo de la célula, con la ayuda del microscopio diversos personajes dentro de la ciencia pudieron realizar observaciones que permitieron describir sus partes y funcionamiento de la misma tanto en plantas como animales.

En 1838 el botánico alemán Schleiden propuso que la célula es la unidad estructural de todas las plantas. Un año más tarde Schwann propuso este mismo principio para los animales. Esto permitió que ambos desarrollaran el concepto de que la célula era la unidad estructural de los seres vivos; mientras tanto, Rudolf Virchow proponía que las células provenían de células ya existentes, esto tuvo una gran aceptación dentro del gremio científico de aquella época. Estos conocimientos sobre la célula permitieron que se formularan los postulados que darían origen a la teoría celular y con ello un gran avance en los conocimientos dentro de esta área.

Estos conocimientos como base permitieron que a mediados del siglo XX la bióloga Lynn Margulis pudiera establecer los conocimientos sobre la Teoría de la Endosimbiosis, la cual habla de la evolución de las células, explicando sobre todo el origen de las células eucariotas. Hoy constituye una de las bases más importantes de la moderna biología celular.

Sin duda, la invención del microscopio ha permitido la generación de conocimientos y sobre todo grandes avances dentro de la ciencia.

Nacho Guajardo-Fajardo

http://saberesyciencias.com.mx/2015/08/06/importancia-de-la-fisica-en-la-biologia/

El Sonido

EL SONIDO COMO EJEMPLO DE ONDAS LONGITUDINALES.

Para el estudio del SONIDO tenemos que diferenciar tres elementos principales:

  • El Foco, que caracteriza al sonido
  • La propagación mediante una onda longitudinal y mecánica
  • El receptor de la onda

LAS ONDAS SONORAS.

Dentro de las ondas mecánicas existe una clase de ondas capaces de estimular el oído y cerebro humanos produciendo la audición; son las ondas sonoras. Son ondas longitudinales cuyas frecuencias se encuentran en un intervalo que abarca desde los 20 Hz hasta los 20000 Hz, aproximadamente. Si la frecuencia es menor que el límite inferior del intervalo audible se trata de una onda infrasónica; si supera el límite superior, es una onda ultrasónica. Las ondas sísmicas son ondas infrasónicas, que se generan mediante fuentes de gran tamaño, en tanto que las ultrasónicas pueden ser producidas en cristales de cuarzo mediante efecto piezoeléctrico producido al comunicarle un campo eléctrico oscilante.

Las ondas sonoras se transmiten en medios líquidos y sólidos, además de en medio gaseoso como el aire, que es donde su propagación nos resulta más familiar. El sonido se origina en cualquier elemento vibrante que produzca compresiones y ramificaciones alternativas en el aire que lo rodea. Al tratarse de una onda mecánica depende del medio siendo su velocidad de propagación directamente proporcional a lo ligadas que estén  las partículas que lo componen, por eso la velocidad de propagación será mayor en los sólidos, luego en los líquidos y por último en los gases

Cualidades del sonido

Un sonido queda perfectamente caracterizado si se dan su intensidad, su tono y su timbre.

Intensidad: la determinamos de forma subjetiva por nuestra percepción, así decimos sonidos fuertes o débiles. Desde el punto de vista mecánico, comprobamos que la intensidad del sonido crece al aumentar la amplitud de las vibraciones en la fuente sonora, en igualdad de las demás condiciones . Cuando producimos un sonido con una campana su intensidad depende de la intensidad con que golpeamos.

El movimiento ondulatorio es portador de energía y por ello se define la intensidad del sonido como la energía transmitida en cada segundo por una onda sonora al atravesar la unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación.

 

Tono:  El tono de un sonido depende de su frecuencia, es la característica que nos permite clasificarlos en graves o bajos y agudos o altos. Los sonidos son más agudos cuanto mayor es su frecuencia. La experiencia nos enseña que no todas las frecuencias de vibración pueden llegar a constituir un sonido, los límites están sujetos a variaciones según el observador, pero puede decirse, en general, que sólo las frecuencias comprendidas entre 16Hz y 20000Hz pueden llegar a constituir un sonido perceptible por el ser humano, límites de frecuencia audible.

 

Timbre: Esta característica nos permite diferenciar entre dos sonidos de igual tono e intensidad emitidos por dos fuentes sonoras diferentes. El por qué de esta característica lo encontramos en que las fuentes sonoras no emiten sonidos puros, es decir de una única frecuencia bien determinada. El sonido fundamental al cual corresponde la mayor intensidad va acompañado por otros más débiles cuya frecuencia es un múltiplo del sonido fundamental, llamados armónicos. La cantidad e intensidad relativa de los armónicos varía con la fuente sonora y le imprime su timbre característico

Fenómenos sonoros

Reflexión sonora es el fenómeno mediante el cual, una onda al chocar con un obtáculo rebota cambiando su dirección de propagación. Se podría hablar de onda principal y onda reflejada (después de rebotar)

Eco :  Cuando un observador percibe de forma diferenciada el sonido directo del reflejado, decimos que se ha producido el eco. Para ellos es necesario que el sonido reflejado sea suficientemente intenso y llegue al oído con retraso mínimo de 1/10 de segundo. Si el observador está al lado del foco sonoro, la pared reflectora debe encontrarse, por lo menos, a 17m de distancia para que el tiempo que tarda la onda en el camino de ida y vuelta sea superior a 1/10 de segundo.

Reverberación : Un observador situado entre dos obstáculos a distancia conveniente emite un sonido, este se refleja en una pared e irá a la otra donde se reflejará de nuevo y así sucesivamente hasta que se amortigüe la onda. El observador oye el sonido repetidas veces su propio grito, es un eco múltiple que se llama reverberación. En definitiva, se trata de la superposición entre la onda principal y la onda reflejada sin que podamos diferenciarla. Es que vulgarmente decimos “parece que estas metido en una tinaja” o como nos escuchamos en habitaciones vacías

Resonancia. Es el fenómeno mediante el cual un cuerpo se pone a vibrar cuando le llega una onda de su misma frecuencia característica, pudiendo llegar incluso a la ruptura

 

 

  • LA AUDICIÓN.

 

El oído humano transforma las ondas sonoras que le llegan en impulsos nerviosos que el cerebro procesa e interpreta como la sensación sonora. La descripción de la audición se realiza empleando términos como tono, sonoridad y timbre que se hallan, de alguna forma, relacionados con magnitudes características de las ondas sonoras como frecuencia, intensidad y forma de las ondas. El oído externo recoge la onda y la transmite al oído medio a través del tímpano, donde los huesecillos controlan la amplitud de las vibraciones que se transmiten al oído interno. Los nervios del oído interno responden a la onda sonora, según la frecuencia de la onda recibida; ésta es detectada en diferentes zonas en que se ubican las células nerviosas, dando lugar a diferentes tonos percibidos. Apreciaciones subjetivas de intervalos iguales en el tono corresponden, aproximadamente, a múltiplos iguales en la frecuencia en el caso de ondas armónicas. Por ello, notas sucesivas en música no tienen igual separación en frecuencia sino que son múltiplos iguales cada una de la anterior.

 

De igual forma, intervalos iguales en la sonoridad percibida se corresponden con intensidades de las ondas con igual multiplicidad con respecto a la intensidad anterior. Así, el nivel más bajo de sonoridad, que se mide en fonios, para una onda armónica de frecuencia 1 KHz se corresponde con una intensidad de  (que serán cero fonios). La multiplicación por diez de las intensidades se traduce en un aumento de 1º fonios del nivel de sonoridad. A los 120 fonios, para esta frecuencia se entra en el umbral del dolor (intensidad de 1 W/m2). Por otra parte, los sonidos muy fuertes causan daño al oído, la intensidad máxima que puede soportar el oído sin sentir dolor es el umbral superior de la audición y depende de cada persona

 

Aún siendo adimensional, suele expresarse el nivel de intensidad sonora en decibelios, unidad propuesta por Graham Bell.

La sensibilidad del oído humano varía con la frecuencia, de forma que el umbral de audición se produce a mayor intensidad para las frecuencias más bajas y a menor intensidad que  para frecuencias que van desde 1 KHz hasta 6 KHz, aproximadamente, volviendo a producirse a mayor intensidad para mayores frecuencias.

 

Finalmente, el timbre de un instrumento sonoro está en relación con la forma de la onda, de modo que diferentes instrumentos pueden emitir sonidos en el mismo tono pero ser perfectamente diferenciables. Como las ondas armónicas pueden, según el análisis de Fourier, considerarse compuesta de armónicos, la forma de la onda estará condicionada por la manera en que se producen las contribuciones de los armónicos superiores. Por su parte, los diapasones si generan ondas armónicas puras, dando lugar a fenómenos interesantes de acoplamiento y de interferencias constructiva y destructiva en diferentes regiones del espacio.

 

 EL EFECTO DOPPLER.

Cuando escuchamos el silbato del tren o la bocina de un automóvil que se aleja de nosotros, podemos percibir una disminución paulatina en la frecuencia del sonido. Si, por el contrario, el movimiento es de aproximación a nosotros, percibimos el aumento del tono. Este fenómeno de cambio de frecuencias en los movimientos relativos entre fuente y observador fue descubierto, en principio para las ondas luminosas, por Christian Doppler en el año 1842, recibiendo el nombre de efecto o desplazamiento Doppler.

Estudiaremos el efecto Doppler en el caso del sonido, dada su sencillez. El efecto Doppler-Fizeau consiste en la variación de frecuencia que se observa en un sonido (o, en general, en todo movimiento ondulatorio) cuando el foco, el observador o ambos se desplazan uno respecto al otro.

Si tanto el foco como el observador se encuentran en reposo , los frentes de onda provenientes de F llegarán hasta O con la misma regularidad con que fueron emitidos. En consecuencia, la frecuencia percibida por el observador será la misma que la del foco emisor, pero si el observador se acerca o se aleja del foco con una velocidad vo, la frecuencia aparente que percibe cambia respecto a la producida por el foco            En el primer caso, (el sonido se hace más agudo), mientras que en el segundo  (sonido más grave).

 

Se puede llegar a la conclusión de que:

            La frecuencia aparente de un foco emisor de ondas sonoras aumenta cuando la distancia relativa disminuye y viceversa.

 

El efecto Doppler no sólo tiene lugar en las ondas sonoras, sino también en las luminosas, habiéndose comprobado experimentalmente por el corrimiento de las rayas espectrales procedentes de las galaxias, que presentan una desviación hacia el color rojo. Ello significa que las galaxias y la Tierra se alejan mutuamente, es decir, que el universo se expansiona, No obstante, al experimentar con fenómenos cotidianos en el campo de las ondas luminosas, como éstas se propagan a una enorme velocidad (c=3·108 m/s), el efecto Doppler es insignificante. Sólo será apreciable en el caso de que la velocidad del foco se aproxime a la de la luz.

Os pasamos este enlace por si queréis profundizar en este tema

https://www.fisicalab.com/apartado/efecto-doppler#contenidos

CONTAMINACIÓN ACÚSTICA.

La contaminación acústica se debe, principalmente, a la existencia de ruidos. El ruido acústico es una especie de vibración irregular del tímpano producido por una vibración irregular de algún objeto cercano. A diferencia del ruido, la música se caracteriza por la presencia de tonos –o “notas” musicales- más o menos prolongados, es decir por mantener una periodicidad en su función de onda característica. Además, existe el ruido subjetivo que se refiere a cualquier sonido fuerte, discordante o desagradable, molesto para el oyente.

 

En los países industrializados donde ha aumentado de forma notable el número de dispositivos mecánicos, el ruido se ha convertido en una preocupación ambiental de gran importancia. Su control presenta numerosos aspectos: hay que medir los niveles de sonido de las fuentes y estudiar sus contribuciones al clima de ruido, debe entenderse cómo es generado y propagado desde la fuente al receptor en un determinado ambiente acústico, debe llevarse a cabo un control legislativo y modificar las fuentes para reducirlo de forma práctica y, finalmente, hay que  analizar las consecuencias psíquicas y sociológicas que el ruido produce en los individuos y comunidades.

 

Los instrumentos para medir y analizar los aspectos físicos del ruido están muy adelantados. Existen medidores del nivel de intensidad sonora que, en su expresión más elemental, constan de micrófono, amplificadores, circuito de calibración de frecuencia y medidor de salida. Los más precisos son capaces de medir niveles de sonido de hasta un decibelio. Se utilizan instrumentos más elaborados para analizar ruidos en octavas, fracciones de octava o bandas de frecuencia estrecha, información necesaria para controlar y regular el ruido de las fuentes sonoras.

 

Los efectos del ruido sobre la actividad humana son cuantiosos. Dependiendo de su frecuencia, intensidad, tiempo de duración y circunstancias en la que se produce, puede ser más o menos molesto o peligroso. Está comprobado el efecto psicológico sobre las personas así como el hecho de que una exposición larga o repetida a altos niveles de ruido presenta un riesgo de daño auditivo que se halla en una relación compleja con duración, frecuencia, intensidad y susceptibilidad fisiológica del individuo. El problema del ruido puede afrontarse aplicando con mayor severidad la legislación vigente, controlando los ruidos a través de sensores situados en las zonas más conflictivas de las ciudades y obligando al empleo de silenciadores y aisladores de vibraciones, construyendo estructuras aislantes en las viviendas, planificando la situación de los transportes, industrias y aeropuertos y, finalmente, introduciendo una educación urbana con que pueda tomarse conciencia de los efectos nocivos del ruido.

BIBLIOGRAFÍA.

Resnick, Halliday……………. FÍSICA (VOL I)……………………………………………. CECSA

Gettys, Keller, Skove………. FÍSICA CLÁSICA Y MODERNA…………………. MCGRAW-HILL

Rubio Royo……………………. FÍSICA. CONCEPTOS FUNDAMENTALES…. INT. CANARIA

Alonso, Finn………………….. FÍSICA (VOL II)………………………………………….. ADDISON-WESLEY

 

 

5 AVANCES CIENTÍFICOS QUE PODRÍAN LLEGAR EN 2017

Este año la ciencia planea traernos toda clase de noticias que coparán las portadas de la mayoría de diarios del mundo. Medicina, física o astronomía son los ámbitos donde el progreso estará más presente en 2017.

Por Fernando Mateos para Think Big. Cada año la ciencia nos asombra con noticias y descubrimientos que proyectan un futuro más esperanzador del que imaginamos. Cuestiones como la medicina, la física y la astronomía forman el grueso de estas publicaciones, que consiguen llegar a nuestros oídos a la misma velocidad del sonido. Aunque en algunos casos se trate de avances más moderados, siempre deben suponer un motivo para alegrarse, ya que como Marie Curie explicaba, el camino del progreso no es ni rápido ni fácil.

 

La vacuna contra el zika

Tal y como revela la revista Science, el hallazgo de una vacuna contra el zika podría estar lista este mismo año. De momento, en pruebas realizadas con monos, algunas sustancias han resultado ser efectivas contra el virus, causante de fiebre y microcefalia en bebés. Tres de estas vacunas han pasado a la etapa de ensayos clínicos en personas, en las que se investiga su tolerancia en seres humanos y cuyos resultados se obtendrán en los próximos meses.

No obstante, existen una serie de obstáculos. Los anticuerpos de la inyección podrían interaccionar con el virus del dengue, de modo que se generaría una variante aún más dañina de esta enfermedad. Además, debido a la propagación del zika en América del Sur, un porcentaje notable de afectados ha superado la enfermedad desarrollando inmunidad hacia el virus, lo que supone un riesgo a la hora de detectar los beneficios de la vacuna.

Aunque la OMS anunciará el pasado noviembre que ya no se teme una pandemia global, la epidemia sigue activa en algunas regiones y se espera el nacimiento de muchos bebés con anomalías para este año. Afortunadamente, 2017 será el año en el que las vacunas en desarrollo demuestren su efectividad.

 

El noveno planeta

Uno de los grandes retos científicos de 2017 es el descubrimiento del Planeta X, cuya hipotética existencia fue anunciada por astrónomos estadounidenses el año pasado a raíz de los efectos gravitacionales detectados sobre los cuerpos del cinturón de Kuiper.

Aunque todavía no haya sido observado directamente por ningún ser humano, se estima que este planeta tenga una masa diez veces mayor que la Tierra y que gire alrededor del Sol en una órbita 20 veces mayor a la de Neptuno.

Según han sugerido algunas investigaciones, la posición actual del cuerpo podría deberse a un empujón gravitacional de Júpiter en el pasado y su presencia explicaría un ligero movimiento del Sistema Solar.

 

Programa espacial de China

En los próximos meses, China envirará su quinta misión a la Luna con la que espera recoger hasta dos kilogramos de superficie lunar para estudiar los orígenes del satélite. “Chang’e-5” es el nombre de esta misión que continuará con el ambicioso programa espacial chino, después del anuncio de su intención de llegar a Marte en 2020. Se trata de la primera vez que China traerá material lunar, misión que no se repetía desde la soviética Luna 24 de 1976.

Gracias a sus últimas publicaciones, China ha alcanzado la segunda posición como potencia científica mundial, aunque la transparencia de su agencia espacial se mantiene aún por detrás de la NASA y la ESA. No obstante, confiamos en poder seguir de manera continuada el progreso de “Chang’e-5”.

 

Ondas gravitacionales

Tras anunciarse el año pasado la detección de dos señales procedentes de la colisión de agujeros negros en el observatorio LIGO de Estados Unidos, parece muy probable que durante 2017 se detecten ondas gravitacionales por tercera vez.

Las deformaciones del espacio-tiempo se observarán en el futuro con mucha mayor frecuencia, abriendo así la puerta a una nueva forma de observar el Universo, que ayudará a comprender los misterios de los agujeros negros y el Big Bang. Sin duda, este año exigirá mucha atención del trabajo realizado en el CERN.

 

Estudios sobre microbioma

Microbioma es el nombre atribuido al enorme conjunto de virus, bacterias y hongos que habitan en los intestinos de las personas, del cual solo un tercio es común en los seres humanos. Las investigaciones analizan su efecto en el desarrollo del cerebro y la aparición de distintas enfermedades como el cáncer.

Afortunadamente, las técnicas de lectura de las secuencias de genes son cada vez más baratas y avanzadas, por lo que se prevé que en 2017 salgan a la luz muchos estudios sobre el impacto del microbioma en la salud. En este sentido, el Proyecto Microbioma Humano, realizado en Estados Unidos, pretende alcanzar grandes resultados encontrando correlaciones entre los cambios en el microbioma y las enfermedades.

Nacho Guajardo-Fajardo

http://tecno.americaeconomia.com/articulos/5-avances-cientificos-que-podrian-llegar-en-2017