sábado, 3 de septiembre de 2011

Las respuestas y las preguntas de la ciencia

Título: Las respuestas y las preguntas de la ciencia
Autor: Ann Rae Jonas
El Universo

El bang más grande


¿Qué es?
Un punto muy pequeño y caliente que estalla y se expansiona originando el universo.

¿Cómo lo sabemos?
1- Se observa que todas las galaxias se alejan de nosotros. La más rápidas son las más lejanas.
2- Existe una radiación de microondas a -270ºC, temperatura que sale de los cálculos al enfriarse el Universo todo este tiempo.

¿Cómo se sabe la edad del universo?
Como se conoce la velocidad de las galaxias se calcula el tiempo que han necesitado hasta llegar a su posición actual. Se calcula que está entre 8000 y 12000 millones de años.

¿Qué sucedió inmediatamente después del BigBang?
1- Se formaron quaks y leptones. La única fuerza se separó en 4: gravedad, electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil.
2- A partir de quarks y leptones se originan los protones, neutrones y electrones.
3- Se formaron los núcleos de los átomos a partir de protones y neutrones.
4- Los núcleos y los electrones se mezclaron enun gas llamado plasma.
5- Los núcleos y electrones se unieron en átomos.

¿Y antes del Big Bang?
Probablemente no había nada. Una nada inestable parecida al vacío. Por azar una partícula existió repentinamente.

¿Cómo acabará el Universo?
Algunos creen que se seguirá expandiendo siempre. Otros que algún día colapsará sobre sí mismo.

La flecha del tiempo

La dirección del tiempo va del pasado al presente y al futuro.
La esencia es su irreversibilidad. Es muy difícil que la leche derramada vuelva por si sola al vaso. A ésto se le denomina entropía, la tendencia al desorden porque hay muchas más configuraciones desordenada que ordenadas.

Quásares

Son los objetos más brillantes y más distantes en el universo. Se formaron en las primeras etapas. Probablemente están activados por agujeros negros.
Cuando el gas y polvo se acerca a él chocan y liberan energía. Nosotros vemos el disco luminoso que gira rápidamente. Las galaxias tienen en su centro un agujero negro muerto o un quásar.
La mayoría de los quásares que vemos ahora están muertos.

De Starlet a estrella acabada: el ciclo vital de una estrella

Formación de la secuencia principal
- 1er paso: fragmentos de materia se atraen por azar por la gravedad.
- 2ª paso: la gravedad atrae a más material.
- 3er paso: crece el calor y la presión y la gravedad lo contrae sobre sí mismo.
- 4º paso: fusión nuclear, “arde”, “quema” su combustible y la presión contrarresta la fuerza de gravedad.
Vemos la estrella porque la energía nuclear de la fusión origina radiación electromagnética. Permanece en esta fase estable un largo período de tiempo.

Gigante roja
Se agota el combustible del centro. Sin fusión gana la gravedad. Se contrae de nuevo. La temperatura aumenta. Se expande la capa externa y el color pasa de amarillo a rojo.

Fase final de las estrellas
A partir de ahora se agota la energía, se contrae de nuevo y según lo masivas que sean acabarán como:

Enana blanca ( poco masivas)
Estrella de neutrones (masivas)
Agujero negro (muy masivas)
Supernova (las más masivas)

Enana blanca
Los electrones ya no dejan contraer más y empujan hacia fuera.

Estrella de neutrones
La fuerza es tan grande que vence a la de los electrones. Se forman neutrones juntándose electrones y protones.

Agujero negro
La fuerza es tan grande que vence a a de los electrones y neutrones que se forman. Colapsa en un agujero negro.

Supernova
Se calienta tanto que hay una explosión nuclear. Puede derivar en estrella de neutrones o agujero negro.

Cinturón de asteriodes

Són una banda de residuos rocosos que describe órbitas alrededor del sol en el hueco que hay entre Marte y Júpiter. Nunca llegaron a unirse con éxito para formar un planeta. La gravedad de Júpiter impide que se junten.
Toda su masa junta no es suficiente para formar un planeta de tamaño respetable.

Telescopios reflectores

La escritora de bitácoras


Inteligencia extraterrestre
Sólo en la galaxia Vía Láctea puede haber alrededor de 40.000.000.000 de estrellas similares a nuestro Sol. Habrá un montón de candidatos de planetas capaces de albergar vida inteligente.
Las ondas de radio son la forma más probable en que otras civilizaciones se comuniquen con nosotros.

Agujeros negros

Es la fase final del colapso gravitacional de una estrella muy masiva. Cuando algo es absorbido en un agujero negro tiene sólo billete de ida; no hay viaje de vuelta.
Lo que cae es aplastado en lo más pequeño que puede ser.
No sale nada de él, ni tan solo la luz, por eso no los podemos identificar directamente.
Un agujero negro que tuviera la masa de 5 soles tendría sólo un radio de 20 km.
A medida que un agujero negro acumula más material simplemente se hace más grande.

Teoría de supercuerdas

El tamaño de la cuerda es a un átomo lo que un átomo es a la tierra.
Esta teoría se ha originado motivada por la búsqueda del Santo Grial de la teoría de la física: la teoría de la Gran Unificación o teoría de Todo.
Hay dos teorías en física. Para las cosas grandes la relatividad general de Einstein donde actúa la fuerza gravitatoria y para las pequeñas la teoría cuántica, donde actúan las otras 3 fuerzas: electromagnetismo, la nuclear fuerte y la nuclear débil.
Estas dos teorías no combinan. Los teóricos de las cuerdas sugieren que existe el gravitón (partícula hipotética) que transmite la gravedad al igual que existen partículas que transmiten las otras 3 fuerzas del nivel de las cosas pequeñas.

Teoría de lazos
La teoría de lazos intenta explicar como actúa la gravedad sobre las partículas del mundo cuántico.
Describe el espacio-tiempo en términos de unidades discretas.

Materia oscura

Los objetos celestes (galaxias, gigantes rojas, enanas blancas, supernovas, agujeros negros) forman tan sólo el 10% del universo.
Debe existir un 90% más de materia para explicar el movimiento de las galaxias. Para que no se disgreguen cuando giran necesitan que una gran fuerza de gravedad las mantenga unidas y según los cálculos ésta ha de ser un 90% mayor. Como la gravedad es proporcional a la cantidad de materia existe mucha más materia que no vemos ( y por eso se denomina materia oscura)
Un 20% pueden ser neutrinos. Otra parte pueden ser unas nuevas partículas subatómicas llamadas WIMP. Las enanas blancas pueden representar un 50%.

Física

Entropía

Es una medida del desorden y es la dirección hacia la que todas las cosas se encaminan: más desorden.
El estado más desordenado es el más probable.
Se llega al orden en un sitio desordenando en otra parte.
2ª Ley de la termodinámica
  • 1ª interpretación: la energía calorífica fluye siempre desde un objeto caliente a otro frío.
  • 2ª interpretación: ninguna máquina puede convertir energía calorífica en trabajo con eficiencia total.
  • 3ª interpretación: todos los sistemas aislados tienden al desorden con el paso del tiempo.
El universo se expande y cada vez tiene mayor entropía.

Quarks

Los átomos pueden descomponerse en protones, neutrones y electrones. Éstos a la vez se dividen en leptones y hadrones.

La escritora de bitácoras


Los quarks tienen carga eléctrica fraccionaria y también existe la antipartícula: los antiquarks.
Existen 6 sabores para los quarks y para cada sabor 3 colores:

La escritora de bitácoras


La combinación de quarks ha de dar siempre blanco, o porque tenemos los tres colores primarios o bien un color y su complementario.

La escritora de bitácoras


Neutrones

No tienen carga eléctrica
Constituye el material de las estrellas moribundas.

La escritora de bitácoras


Tienen el papel principal en la fisión nuclear liberando mucha energía al romper núcleos de uranio.

Antimateria

Es materia compuesta de antipartículas.
Las antipartículas son partículas subatómicas que tienen la misma masa que otras y la misma cantidad de una propiedad pero de signo contrario, como la carga. Por ejemplo el antielectrón es como el electrón pero con la carga positiva en vez de negativa.
Cuando una partícula entra en contacto con una antipartícula las dos se aniquilan inmediatamente produciendo energía.
No se ha conseguido aún un átomo de antimateria en reposo. Al crearse se tendrían que poner en contenedores con campos magnéticos y eléctricos para mantenerlos alejados de las paredes del contenedor (que son de materia y no de antimateria).
Después del Big-Bang seguramente se crearon partículas de materia y antimateria. Se aniquilaron entre ellas pero quedó un pequeño exceso de materia.
Inercia
Es la resistencia de un cuerpo a cambiar su movimiento (a acelerarse, aumentar de velocidad, frenar o cambiar de dirección).
Se mide mediante la masa, que es la cantidad de materia que tiene un cuerpo, por ejemplo el número de átomos en un caramelo.

La célula fotovoltaica

Utiliza la energía solar como combustible.

Asuntos corrientes


Un generador eléctrico toma energía mecánica y la convierte en eléctrica.
La energía mecánica se obtiene mediante un molino de agua, una presa hidroeléctrica o una central nuclear.
La turbina transforma la energía del fluido en energía mecánica. Éstas requieren combustible.
Se basa en cables conductores que giran en un campo magnético. El campo separa los electrones de los protones creando una diferencia de potencial y al girar el cable éstos fluyen primero en una dirección y después en otra generando una corriente alterna.
La corriente eléctrica no es más que una corriente de electrones que pasa por un conductor.

Potencial: cuando mayor es, más electrones pueden moverse a través del conductor. Se mide en voltios.
Intensidad: se mide en amperios.
Potencia: ritmo al que una corriente eléctrica transporta energía. Se mide en vatios.
Vatio: ritmo de transformación de energía producida por un amperio que fluye por un conductor con un potencial entre sus extremos de un voltio.

Las pilas almacenan energía química y la convierten en eléctrica generando una corriente continua.

Energía nuclear

La escritora de bitácoras
Fisión
Wikipedia
Los núcleos se dividen en fragmentos y estos a la vez también produciéndose una reacción en cadena.
La energía liberada calienta la capa de agua que rodea al núcleo. Se convierte en vapor y mueve un generador eléctrico.

Desventajas:
que se funda el núcleo, entonces dejaría escapar radiación
residuos radiactivos peligrosos. Se suelen enterrar.



Fusión


Wikipedia
Los núcleos se fusionan. Este proceso se produce en las estrellas y también es el principio de la bomba de hidrógeno pero no se ha logrado utilizarla con fines pacíficos.
Ventaja:
No produce residuos
Fuente incesante renovable.




Espectro electromagnético

Una carga eléctrica en movimiento produce un campo magnético. Es decir, el paso de una corriente eléctrica hace moverse una aguja magnética próxima.

Fisicanet

Un campo magnético en movimiento produce un campo eléctrico:

Fisicanet


El origen de las dos energías (magnética y eléctrica) está en los fotones.
Las ondas de fotones producen la radiación electromagnética. Según su energía, de menor a mayor, son:
radio – microondas – infrarrojos – luz visible – ultravioleta – rayos X – rayos gamma

El efecto doppler


Cuando se acerca un tren nos llegan más ondas sonoras por segundo que cuando se aleja. Por eso cambia el tono.
El efecto doppler se aplica tanto a las ondas sonoras como a las luminosas.
Constante de Hubble: es una constante entre la distancia a la que está una galaxia y la velocidad a la que se aleja. Cuando más lejos está más rápidamente se aleja.

Química

¿Porqué las cosas no se disgregan?

Porque los átomos se adhieren unos a otros formando enlaces químicos. Los núcleos se enlazan y los electrones los mantienen unidos.
La fuerza que nos mantiene unidos es la electromagnética, más “electro” que “magnética”.
Existen átomos neutros, átomos con más electrones que protones (cargados negativamente) y átomos con más protones que electrones (cargados positivamente).

La escritora de bitácoras

Reacción química: se forman o rompen enlaces.

Diamante y grafito

Son dos formas puras del carbono. Los átomos están dispuestos de forma diferente.
El carbono tiene 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones.

www.geojeff.org

El diamante se forma a gran presión y 1500 ºC.

Agua

La fórmula es H2O.
Es un enlace covalente polar de H y O. Enlace polar significa que un núcleo atrae más a los electrones que el otro.
Los extremos cargados de las moléculas de agua se enlazan iónicamente o con enlaces covalentes polares con muchas otras sustancias. Como ejemplo de esto encontramos la disolución de sal en agua o de alimentos en sangre.
El hielo pesa menos que el agua ya que las moléculas forman tetraedros ocupando más espacio que la disposición aleatoria de las moléculas líquidas.
El hielo flota en los océanos y los peces pueden sobrevivir en el agua líquida bajo él.

Haciendo nuevos elementos

La taba periódica contiene 92 elementos que se dan en forma natural en la tierra. El último es el uranio con 92 protones.
Del 93 hacia delante se han creado artificialmente bombardeado uranio con neutrones para aumentar el número de protones del núcleo. Estos elementos nuevos generados se llaman elementos transuránidos.
Cuantos más protones tiene un núcleo más inestable es, y entonces se divide esporádicamente en partículas estables.

Polímeros

Son materiales cuyas moléculas son gigantes, formadas por miles de moléculas pequeñas.
Tenemos por ejemplo cadenas de aminoácidos: proteínas que forman los cabellos, músculos, tendones y piel.
Otros ejemplos son caucho, nailon y poliéster.


Cristales y cristalografía

La mayoría de los sólidos tienen sus átomos ordenados en formas geométricas. Sólo muy pocos sólidos están desordenados, como el vidrio.
La cristalografía estudia la estructura de los cristales mediante la difracción de rayos X. La longitud de onda es aproximadamente la de la separación entre átomos y éstos hacen que el haz diverja en ángulos diferentes.


El punto de fractura

Tensión es la presión que se ejerce sobre un material.
Resistencia es la medida de la tensión que puede soportar.

La escritora de bitácoras


Grado de elasticidad es la capacidad del material de volver a su forma original cuando se retira la tensión. Si no vuelve a su posición inicial se comporta plásticamente.

Jabón

Las moléculas tienen una larga cadena de hidrocarburos (carbono e hidrógeno) y una cabeza soluble en agua. Entonces actúa como si la grasa fuera soluble en agua.

La escritora de bitácoras

La química del cerebro


Las células del cerebro se llaman neuronas. Están intercomunicadas mediante una red.

www.claudiogutierrez.com

El núcleo de la neurona se llama citoplasma y tiene carga eléctrica negativa y está rodeado por una membrana que lo separa del fluido exterior que tiene carga positiva.
Los impulsos entrantes los recibe por unas terminaciones llamadas dendritas. Al otro extremo tiene una extensión larga llamada axón que acaba en terminaciones nerviosas encargadas de pasar los impulsos a otras células.
El axón libera una sustancia química llamada neurotransmisor que cruza el hueco llamado sinapsis que hay entre él y las dendritas de la siguientes neurona y hace que las siguientes neuronas se carguen positivamente. Este proceso se transmite de neurona en neurona generando el impulso nervioso, la transmisión de señales electroquímicas.

Fuego

Es un ejemplo de conversión de materia en energía. Se trata de una reacción química en la que interviene el oxígeno y combustible.

Matemáticas

Cero

Es una invención babilónica como un indicador de posición numérica. El cero como nada surgió en el s. VI.


Números irracionales

Nunca se repiten sus dígitos ni terminan. No se expresa como cociente de dos enteros.


Pi

Es la división entre el perímetro y el diámetro. Se utiliza en las leyes del electromagnetismo.


La cinta de Moebius

Es una cinta de una sola cara. No es orientable y lo comprobamos si dibujamos la letra E, una a continuación de otra; llegará un momento en que notaremos que las E de debajo de donde escribimos están en sentido contrario.

Wikipedia

Si la hacemos haciendo tres giros de 180º y cortamos transversalmente por la mitad obtenemos un nudo llamado trébol.

Teoría de nudos

Se aplica en la química, biología y física de partículas.


Probabilidad

Siempre conviene determinar qué tamaño tiene que tener una muestra para dar resultados fiables.
Con sucesos independientes la probabilidad es la misma.


Caos

En el s. XIX se afirmaba que si uno conocía todas la condiciones iniciales en todas las partículas del universo sería capaz de predecir el futuro entero del universo.
La teoría del caos describe el comportamiento de sistemas grandes como agua fluyendo o sistemas climáticos.
Un sistema impredecible es el que tiene una sensibilidad extrema a las condiciones iniciales. Una pequeña diferencia ocasiona resultados espectacularmente diferentes.
La impredecibilidad es diferente a aleatoriedad. Muchos sucesos que llamamos aleatorios es que somos sencillamente ignorantes de los factores que causan el resultado. Por ejemplo una moneda lanzada al aire. Los verdaderamente aleatorios son a nivel atómico.

No hay comentarios: