Ciencia en el bar II, las ondas

El pasado día 23 de junio montamos el segundo evento de 100Cia+Birras en Pamplona, el anterior fue el 16 de noviembre. A diferencia de aquel, a esta edición vino muy poca gente, apenas 20 personas; eso si, lo pasamos muy bien. Tuvimos un auténtico espectro electromagnético y dos de sus hijos: infa la roja y ultra el violento violeta, una bolsa de fotones y una lámpara de UV con la que disfrutar de la bien conocida luminiscencia del Gin Tonic (¡y del Gin Tonic mismo!). 

El hilo argumental comenzó con las ondas como mecanismo de transporte de energía en un medio (sin que este se mueva de forma permanente), como el tsunami que transportó la energía del terremoto a la costa. La frecuencia como característica fundamental. Las ondas electromagnéticas (sin medio) y el hecho de que hay una cantidad mínima de onda, un cuanto, al que se llamó fotón. Los fotones de alta frecuencia son de alta energía, y viceversa. De ahí a las radiaciones ionizantes (la radiación como una ráfaga de balas), en contraposición con las no ionizantes (una ráfaga de pelotas de ping-pong). Lo mejor del ejemplo es que se ve claro que muchas pelotas de ping-pong no hacen una bala: no se vuelve ionizante una radiación por aumentarle la intensidad (sólo con la frecuencia). De ahí ya a preguntas y ejemplos, los móviles y wifis, los microondas, los láseres, los estudios epidemiológicos, la comprobación de que el agua no es fluorescente como el Gintonic, etc. El tono de cachondeo permanente de Iosu Redín, y las interrupciones de los actores hicieron que la cosa fuera bastante divertida todo el rato.

El día elegido no fue el mejor dado que hubo que "competir" con las hogueras de San Juan; parece mentira que no nos diéramos cuenta antes a la hora de organizarlo. Quizá es que los astrónomos tienen tan claro que ese día no es el solsticio que nadie reparó en ello. ¿He dicho ya que la organización corrió a cargo de la Agrupación Navarra de Astronomía? Pero algo más estamos haciendo mal, y no se que es, ya que la magnífica acogida que tuvo la primera edición entre la amplia comunidad de divulgadores científicos semiprofesionales se tornó en este caso en un clamoroso silencio... Quizá este comentario de lugar a algún DM que me ayude a mejorar para la próxima ocasión, porque habrá más ocasiones aunque, necesariamente, dentro de un tiempo largo.

China, liberalismo y coherencia

Me dice un amigo que sus hijos van a comenzar ya a aprender Chino Mandarín. Está convencido de que cuando sean mayores será el idioma inexcusable, como hoy lo es el inglés (y tanto se disgustan las personas que en sus estudios primarios cursaron francés). De su experiencia, relativamente amplia, de trabajar con colegas chinos, está convencido de que a los occidentales nos queda muy poco tiempo de liderar la economía mundial. Los chinos ya no se limitan a fabricar lo que diseñan en Estados Unidos, ni siquiera se limitan a fabricar, sino que han comenzado a “externalizarse” y cada vez más tiendas y bares están hoy regentados por gentes de aquel país. Como decía Napoleón, cuando China despierte el mundo temblará, y parece que se están desperezando ya.

Otro de los contertulios se sorprende, más bien se lamenta, de que hayamos llegado a esta situación siendo un régimen tan poco democrático. La democracia es cara. Y eso de irse lejos a producir bajo condiciones laborales y medioambientales que no toleramos para nuestros hijos es trampa. Una trampita que le puede salir bien a los primeros que lo intentan, pero que se vuelve contra todos cuando se generaliza. ¿Por qué se permitió llegar tan lejos? Si hubiera sido con Fidel Castro no hubiera ocurrido, del mismo modo que las Comunidades Europeas no permitieron la entrada de la España de Franco.

A mí me parece que desde que cayó el muro de Berlín ya no hay más argumentos que los económicos ni más economía que el liberalismo a ultranza, un cortoplacismo miope que exprime todo lo que toca sacando mucho jugo hoy y no dejando para mañana más que la cáscara amarga. Absurdamente lo defensores de ese sistema les enseñan a sus hijos Chino Mandarín y se lamentan por lo dura que va a ser su vida.

Sistemas de referencia

Cuando decimos que algo se mueve nos referimos a que cambia de posición; pero la posición la tenemos que referenciar a algún sitio fijo, la hemos de medir desde algún lugar. Si no pensamos en física, sino en la vida cotidiana, esto lo hacemos de forma natural, y en casi todos los casos el sistema de referencia es uno mismo, la persona que habla. En física la elección del sistema de referencia más adecuado es fundamental para resolver multitud de problemas. Las reglas para cambiar de sistema de referencia han sido un problema importante en la física al que contribuyeron notablemente Newton y Einstein. De hecho la palabra "relatividad" en la teoría de Einstein con ese nombre hace referencia a la elección de sistemas de referencia. Antes aún, Galileo y en última instancia Copérnico, tuvieron que hacer el esfuerzo mental, nada evidente, de imaginar el movimiento relativo de la tierra y el sol no desde donde ellos estaban, sino desde el punto más cómodo para entender cómo funciona todo: el sol. El giro copernicano consiste en dejar de pensar que el sol sale por el este y se pone por el oeste (referenciando el movimiento al observador sentado en la tierra), y pensar que ese observador va montado en una esfera que gira respecto del sol. Claro que esto lo hemos oído tantas veces que nos parece, no sólo fácil, sino casi evidente. El avance tecnológico ha hecho posibles pequeñas cámaras de vídeo que poner en cualquier sitio. Con ellas se pueden hacer ejercicios mentales de movimiento relativo. ¿Cómo verías el movimiento de un espadachín si estuvieras sentado en la punta de la espada? Intenta imaginarlo y luego mira este vídeo a ver si acertaste:

Hay muchos otros vídeos, igualmente sorprendentes, tomados con las llamadas (muy adecuadamente) cámaras subjetivas: desde un hula-hop, desde la punta de una flecha, etc. etc....

He sabido de estos vídeos porque los recogen puntualmente en Microsiervos. Al loro con este, y su aliasing (tema que dejaré para otro día)

Cambio de aires

En unas pocas semanas me marcharé, con toda la familia, a vivir a Atlanta (Georgia, EEUU) por un año. Una de las muchas cosas buenas que tiene el trabajo en la Universidad son las licencias de estudios, y en particular esas concedidas por un año completo que tienen el nombre de "año sabático". La verdad es que el nombre es un poco engañoso, porque no se trata de no trabajar (que es lo que procuro hacer los sábados), sino de trabajar en otras cosas. 

Me voy a integrar a un centro del Georgia Tech que se llama CATEA, y que se dedica al diseño e implementación de ayudas tecnológicas para personas con discapacidad. Intentaré desarrollar un par de proyectos, uno en educación accesible sobre la enseñanza de conceptos científicos a estudiantes ciegos y otro sobre empleo accesible cuyo alcance estamos afinando con el personal del CATEA.

Será un año de vacaciones en lo que respecta a dar clases y a la ciencia más dura y "disciplinar", a cambio de dedicar el tiempo a proyectos de ingeniería más prácticos y de repercusión social directa.

La organización del desplazamiento, intentando dejar cerrados todos los temas posibles en Pamplona me tiene especialmente ocupado, y me ha impedido escribir aquí todo lo que me hubiera gustado. Espero poderme poner al día próximamente.

Condensación ordenada (o la tapa de la lasaña)

Con esto de tener hijos con jornada intensiva hay que organizarse bien para tener comida a tiempo cada día. La lasaña, hecha la noche de antes, la tapamos con un plástico de cocina, y al día siguiente tardamos un rato en comer porque me entretuve en mirar y fotografiar el plástico que tapaba la comida (ver foto adjunta).

En el momento de poner el plástico como  tapa, la comida estaba caliente, y a lo largo de la noche se fue enfriando. El espacio entre la tapa y la lasaña quedó lleno de aire con mucha humedad, con agua disuelta. Cuanto más frío está el aire menos agua le cabe disuelta, hasta que no le cabe más (se alcanza el 100% de humedad relativa) y el agua se "desdisuelve", precipita que es como se dice bien "desdisolver". Para los fans del blog (si los hubiere) este fenómeno no es nuevo, lo comentamos AQUI a propósito de botellas de agua. Pero hoy podemos ir un paso más allá y fijarnos en que la forma en que se depositan las gotas es verdaderamente interesante.

La primera consideración es que hay muchas gotas pequeñas en vez de una grande. No siempre las cosas precipitan de esa manera. Si furea sal disuelta en agua la que tiene que precipitar, tiende a hacerlo donde ya hay, creando un cristal cada vez más grande. Muchos de los minerales se han formado de esta forma, dando lugar a grandes cristales. En esos casos, a cada átomo que va a pasar a la fase sólida le resulta cómodo (energéticamente favorable) hecerlo junto a otros que ya están (centros de nucleación). En el caso que nos ocupa las gotas se condensan, pasan de gas a líquido. Ese proceso lleva aparejada una energía en forma de calor, el mismo calor que roba el agua cuando se evapora (por eso el sudor nos refresca, y así funcionan los botijos) lo deposita cuando se condensa. Esto hace que la creación de una pequeña gota caliente localmente el entorno y lo haga menos atractivo para las siguentes moléculas, porque la condensación se produce en los ligares más fríos disponibles. Así que a medida que se va enfriando la lasaña van apareciendo gotas minúsculas cubriendo todo el plástico disponible. Podemos imaginar que se forma una película de líquido, lo que pasa es que la tensión superficia fracciona la película en esferas, semiesferas, en realidad, que son las gotitas. Como del fraccinoamiento de un líquido en gotas por la tensión superficial hablamos aqui hace un par de entradas, no me enrollo ahora con eso.

A medida que la cantidad de líquido que se va depositando crece, las gotitas empiezan a crecer y acercarse unas a otras. Cuando están lo suficientemente juntas, se funden en una sola. La tensión superficial tira de ellas y se forma una nueva semiesfera de doble volumen. Visto en conjunto lo que al principio eran gotas invisibles, solo percibimos que el plático se empaña, se va convirtiendo en un conjunto de gotas cada vez más grandes.

La segunda observación sorprendente es que esas gotas grandes crecen de una forma muy ordenada, creando patrones hexagonales de una regularidad llamativa. Si llenamos el fondo de una caja de canicas y la inclinamos para que se amontonen, la forma de máxima compactación es ese mismo patrón hexagonal que se ve en ampliaz donas de la fofografía, solo que aquí las esferas (las gotas, que son semiesferas) no llegan a tocarse, sino que se mantienen a una distancia apreciable, cabría una gota entre cada dos de las que están.

Bueno, suficiente observación, habrá que pasar a comerse la lasaña ya. Sobre la mecánica de la condensación y el depósito de este tipo de películas (physical vapor deposition) hay abundante literatura científica que no he consultado para redactar lo anterior. Espero no haber cometido ningún error importante en la explicación.

Por cierto, la tesis de la que hablaba al final de la entrada anterior trata sobre planos de esferas...

La foto que tengo de fondo en el blog, por lo menos en el momento de escribir la entrada, es esta misma solo que tratada para cambiarle el color.

Sólo están claros los extremos

Entra el sol atravesando los agujeritos de la persiana y llena de manchitas la pared. Filas de manchitas iguales unas a otras de arriba a abajo. Columnas de manchitas que no son iguales de izquierda a derecha. Las de la izquierda son pequeñas, nítidas y aisladas mientras que las de la derecha son grandes, borrosas y superpuestas.

Para los lectores antiguos del blog esta diferencia no es ningún misterio, ya hemos comentado el fenómeno varias veces (1, 2, 3). A la izquierda, la distancia entre el orificio y la pantalla es pequeña, frente a esas distancias el tamaño aparente del sol es despreciable, es como si fuera puntual, y vemos las sombras de los agujeros (con la forma ovalada característica). En cambio a la derecha la distancia entre el agujero de la persiana y la pared es muy grande, en este rango de distancias ocurre lo contrario: el tamaño aparente del sol es lo significativo y el agujero de la persiana es el que resulta prácticamente puntual, y eso da lugar a que en la pared aparezcan imágenes del sol (discos circulares). Este caso se explica con más detalle AQUI, y se muestra una foto en un día de eclipse parcial AQUI.

Lo interesante en este caso es que nos permite apreciar con mucho detalle cómo van cambiando las formas de las manchitas entre un extremo y otro. Lo que vamos viendo es una transformación progresiva entre los dos casos extremos que podemos entender razonablemente bien: agujeros de persiana a la izquierda, soles a la derecha.

Estas situaciones ocurren en muchas situaciones físicas, y la aproximación típica de los científicos para entenderlas es la que acabamos de explicar: se buscan los casos límite en los que la situación resulta sencilla y en medio... pues habrá mezclas de las dos. Los casos extremos se pueden entender y resolver analíticamente (en ocasiones), mientras que los de en medio hay que calcularlos, simularlos por ordenador. Esta idea es la que está en la base de la tesis que (si no se tuerce nada) se leerá el próximo día 30: la radiación que atraviesa planos ordenados de esferas (el inverso de los planos de agujeros que son las persianas) y cómo le afecta la separación entre las esferas, su ordenación, etc. En todos los casos se han variado progresivamente las posiciones para ver si se llegaba a casos límite fáciles de entender. Y más o menos se ha conseguido.

Por cierto, en la foto, un poco más abajo había un jóven convaleciente de apendicitis que salió al día siguiente sin mayor problema.

Una charla con Patarroyo

El miércoles (1 de junio) tuvo lugar la entrega de los premios internacionales Príncipe de Viana. De los tres que hay, el que se otorga a la solidaridad recayó en Manuel Elkin Patarroyo. Desde la vertiente de la investigación solidaria, he tenido ocasión de coincidir con él unas cuantas veces, y de escuchar de primera mano su versión sobre muchas de las controversias en las que se ve sumido (como las del final de esta entrevista, esta entrada de Sonicando, o la reseñada en su entrada en la Wikipedia, entre otras). 

Ayer, dado que iba a comer con él, se me ocurrió pedir en twitter preguntas que poderle hacer, con la intención de pasárselas y que me las contestara. Y efectivamente, al acabar la comida encontramos un momento para charlar sobre el asunto. Más que una entrevista fue una conversación en la que yo tomé algunas notas para escribir esta reseña.

Empezamos por lo más peliagudo, la solicitud de @pflis de que contestara lo que de él dijo Pedro Alonso en una entrevista en Público. A mi también me hubiera gustado saber su opinión sobre algunos de los datos concretos que da Alonso en sus declaraciones, pero Patarroyo insistió en que quiere evitar a toda costa las polémicas, las series de declaraciones y contradeclaraciones, y muy especialmente con alguien que fue estudiante suyo durante 5 años. Tanto las de uno como las de otro son investigaciones en curso, y el tiempo dirá dónde concluyen y, obviamente, será una gran alegría para todos que cualquiera resulte exitosa.

Luego tenemos otra serie de preguntas (@Sonicando1, @Sonicando2, @Rob_Aguirre, @Acebron)que se contestan juntas en una explicación: Muchas veces se entiende mal la propuesta de Patarroyo, no se trata de una vacuna universal ni nada parecido, sino de una metodología, un proceso; como una recete de cocina que si se sigue, particularizada a una enfermedad, dará lugar a una vacuna para la misma. Los pasos principales de la receta son relativamente sencillos de entender: hacerse con muestras de las diferentes variantes que producen la enfermedad, analizar las proteínas externas (en general secuenciando parte del genoma) y buscar trozos comunes a todas ellas (o en su defecto a la mayoría, las más frecuentes o virulentas), una vez identificados sinterizar químicamente la molécula que selectivamente reconoce esas proteínas comunes y que es la base de la vacuna. Esta metodología se basa en las proteínas exteriores del patógeno, así que en principio es aplicable a muchísimas enfermedades, tanto bacterianas como víricas, más del 80%. Él en concreto trabaja con más de cuatro enfermedades de las que recuerdo la malaria y el virus del papiloma humano. Con ello pretende, no sólo obtener las vacunas, sino probar con casos concretos la validez de su aproximación analítica y de síntesis química al desarrollo general de vacunas.  El tiempo que se tarda en aplicar la metodología es largo, y no igual en todos los casos (la complejidad de lo que hay que secuenciar o la cantidad de cepas y su similitud pueden cambiar mucho), por decir una cifra: entre 5 y 10 años. Lo que le gustaría es que otros grupos de investigación, en otros lugares, también intentaran seguir la metodología propuesta para el desarrollo de otras vacunas. Sobre el titular "Formula para crear vacunas contra todas las enfermedades" opina que la palabra "fórmula" es malinterpretable, que en efecto el propone una metodología, un procedimiento (que requiere esfuerzo, dedicación y recursos) no una "fórmula mágica" que va a curar enfermedades en cuatro días.

Para terminar, sólo quiero recordar, ya al margen de la entrevista, que en esta ocasión no ha sido premiado por sus contribuciones a la ciencia, sino por su vertiente solidaria, por perseverar en hacer ciencia en un país donde uno no se la espera y por el compromiso decidido, incluso terco, de que los resultados de la investigación tienen que ser para todas las personas. Tanto trabajar en Colombia (en vez de en EEUU o Alemania) como su compromiso de universalidad de los resultados le han acarreado no pocas dificultades. Y a mi personalmente me duele que se ante todos esos valores, en lo que se haga hincapié es en que alguna de sus declaraciones no sea totalmente ajustada o que resulta demasiado "mediático"

El propósito de la educación es socializar a las crias

Las madres guepardo les llevan a sus crías, cuando pueden, gacelas vivas para que practiquen la caza y aprendan a matarlas. Las habilidades necesarias para sobrevivir en la sabana no son todas innatas. Cuanto más complejos son los animales y los entornos en los que habrán de desenvolverse mayor es el período de aprendizaje de habilidades que necesitarán para desenvolverse de adultos. En el caso del Homo Sapiens Sapiens la cosa es larguísima.

En una primera fase, durante 4 o 5 años, los niños y niñas aprenden a controlar su cuerpo, la motricidad gruesa y la fina, aprenden a hablar, a controlar sus esfínteres; y juegan y juegan sin hartazgo. Los adultos ayudan en esos aprendizajes aun sin querer. Cuando el niño mueve la muñeca el adulto le imita y refuerza el ejercicio, si se lo sabe canta “cinco lobitos”, o quizá la versión en otro idioma, y si no se inventa otra tonada. En esta primera fase la educación es fuertemente biológica, tanto en los niños y niñas como en los adultos. Poco a poco las habilidades a desarrollar son más complejas, más variadas y más arbitrarias. Todos aprenden a andar (los que físicamente pueden), pero no todos aprenden logaritmos neperianos.

El Homo Sapiens Sapiens es un animal muy fuertemente social. Los pocos casos que se conocen de personas criadas largo tiempo en soledad, “niños de la selva”, muestran individuos incapaces de llevar una vida normal, incapaces de desarrollar multitud de características que identificamos con el ser humano. Incluso para los adultos el aislamiento es una circunstancia penosa que se utiliza como castigo en prisiones, al menos en las películas. Pasada la fase más fuertemente biológica, el propósito de la educación es la socialización del individuo, la relación con sus semejantes, la capacidad de interaccionar satisfactoriamente con los demás.

Para conseguir ese objetivo de ser capaz de interaccionar satisfactoriamente con los demás hacen falta muchas cosas: habrá que tener idiomas en común con las personas próximas, y temas comunes sobre los que hablar, conocimientos del entorno próximo, del físico y del artificial (o cultural), habrá que interpretar el lenguaje no verbal y saber esconder el bocadillo para que no te lo birle ese que es tan grande.

Tanto el proceso de crecimiento biológico como el de socialización son inevitables en las niñas y niños que van creciendo, los hijos de los esclavos de egipcios pasaban por ellos hace 10.000 años. Eso sí, esos procesos pueden desarrollarse de manera brusca, inconsciente para el joven e indiferente para los adultos de su entorno, o pueden tener lugar de forma amable, acompañados por el entorno. Ese acompañamiento en el desarrollo personal debería ser el objetivo del entorno del niño, de sus familias, su comunidad y las instituciones especialmente diseñadas para ello como la escuela.

En resumen, mi opinión es que el propósito de la educación es acompañar los procesos de desarrollo personal, biológico en los primeros años, social luego, de los niños y niñas.

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Esta entrada participa en la iniciativa #500palabras de Purpos/ed[ES]

Parábolas pamplonesas

En un parque de Pamplona, como en muchos otros lugares, hay una fuente que tiene chorros de agua que salen por unas toberas inclinadas. Los chorros de agua que salen dibujan en el aire figuras geométricas precisas: parábolas. Bueno, precisas en la medida que lo permite el rozamiento del aire, el viento y algunas otras perturbaciones, pero si no cogemos el pie de rey, salen muy bien.

El viaje de cada gota de agua desde la tobera hasta el estanque se puede analizar de forma sencilla imaginando dos movimientos separados: uno vertical y otro horizontal. Horizontalmente viaja con velocidad constante, mientras que verticalmente sale con una velocidad que la gravedad de la tierra va frenando poco a poco hasta que la detiene (en el punto más alto de la trayectoria) y comienza a acelerarla hacia abajo. Si ahora recomponemos mentalmente el movimiento horizontal constante y el vertical acelerado de ida y vuelta obtenemos la trayectoria parabólica observada. Esa descomposición en componentes es muy conveniente para pasar de la descripción cualitativa a la cuantitativa, poniéndole las ecuaciones correspondientes, pero eso no nos interesa aquí (en la wikipedia mismo hay un desarrollo).

Aunque la parábola es simétrica, podemos saber en la foto de donde sale el agua y donde llega (aunque tapemos la tobera y el estanqué) ¿a que si? En la zona de salida del agua el chorro es continuo, mientras que a medida que avanza se va fragmentando en gotas, y cuanto más lejos llegan más separadas están. Dentro de la tubería el agua es un fluido continuo movido por la presión de la bomba que la impulsa y limitado por las paredes de la tubería. En cuanto sale al aire libre ya no está comprimida por una tubería, pero aún así conserva la misma forma de tubo que traía. Las moléculas de agua se atraen unas a otras (por eso es un líquido y no un gas), de forma que cada molécula es atraída por todas sus vecinas. Eso hace que las que están en la superficie exterior sólo estén atraídas hacia dentro del fluido. Ese hecho da lugar al efecto que se conoce como "tensión superficial" y que supone que la capa exterior del líquido actúa como una leve bolsa que encierra al resto. Esta tensión superficial es la responsable de mantener la forma cilíndrica del chorro a su salida de la tobera, y también la responsable de que se fraccione en gotas. El líquido, en ausencia de otras fuerzas, tiende a formar esferas ya que esta es la forma en la que la tensión superficial está totalmente equilibrada. Así, en su viaje por el aire el chorro se va rompiendo en gotas aisladas. Luego, en la parte de bajada del chorro, el movimiento uniformemente acelerado va haciendo que la separación entre gotas aumente. Cada una va detrás de la anterior a intervalos de tiempo constantes, pero a medida que viajan todas más deprisa, a ese intervalo de tiempo le corresponde un espacio progresivamente mayor (lo mismo ocurre cuando una fila de coches se acelera, el espaciado entre ellos crece). En resumen, la asimetría que observábamos en la parábola se debe a la formación de gotas causada por la tensión superficial y su evolución en el movimiento acelerado.

En la foto quedan más detalles científicos interesantes de analizar. Uno lo tenemos en las diferentes formas que se observan en las dos familias de parábolas. La que se ve en primer plano está alineada por el vértice, con lo que parece que están unas dentro de otras, mientras que las de la izquierda están alineadas por el máximo, cortándose unas a otras. Otro lo encontramos en la irisación que se aprecia en la nube de gotitas que hay entre los dos racimos de parábolas, sobre la superficie. Ahí el agua pulverizada proporciona un montón de gotitas esféricas en las que la luz blanca se descompone en los colores que la forman dando lugar a un mini arco iris. Pero bueno, tampoco es cosa de enrollarse más, que hay que seguir con el paseo.

ACTUALIZACION (Spt 2011). El agua, ademas de lanzarla y dejarla caer, se puede amaestrar mas. Por ejemplo dejandola caer por agujeritos en momentos controlados electronicamente, que no? Vease ESTE video que no tiene desperdicio (via Microsiervos) 

Velocidad del sonido, ahora un vídeo

"Se lo que me gusta y me gusta lo que se", (I know what I like and I like what I know) dice un verso de una canción de Genesis (impresionante en directo, por cierto). Supongo que es por eso que poco a poco la medida de la velocidad del sonido se está convirtiendo en un clásico en este blog. Hace unos meses tuvimos una entrada resumen de lo tratado hasta el momento, pero ahora me encuentro con experimento que describí hace casi un año, filmado en vídeo. No he podido evitar copiarlo aquí y continuar la serie: