Webquest sobre Historia de la Telegrafía

He elaborado, dentro del espíritu de la Web 2.0, una actividad de investigación en la plataforma "Redes de Formación", dependiente de la Consejería de Educación y Ciencia Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha. Está destinada para alumnos del 2º ciclo de la E.S.O.

He aquí el enlace:

http://redesformacion.jccm.es/webquest/contenido/mostrar/340/1

Julián Esteban Maestre Zapata

Los grillos, los mejores termómetros

A nadie se le ocultan los conciertos que los grillos campestres (Grillus Campestris) interpretan en parques y jardines a la llegada del buen tiempo. Algunas veces su canto es melódico y acompasado, en tanto que en otros momentos semeja una cacofonía desaforada... ¿A qué es debido este fenómeno?

Sencillamente, el metabolismo de los grillos (causa principal del característico "cric-cric") es sensible a los cambios de temperatura, ya que estos insectos no son capaces de autorregular su temperatura corporal, a diferencia de los mamíferos. Los grillos macho utilizan los chirridos como parte de su cortejo sexual a los grillos hembra, que no pueden producir dicho sonido.

El químico físico suizo Svante August Arrhenius (1859-1927) llegó en 1889 a la expresión matemática que relaciona exponencialmente la velocidad de una reacción química con la temperatura a la cual se desarrolla. Sencillamente, cuanto mayor es la temperatura, mayor es la velocidad de reacción; y viceversa: cuanto menor es la temperatura, menor es la velocidad de reacción.

El metabolismo de los grillos puede ser considerado como una cadena de reacciones químicas, y por tanto manifiesta sensibilidad a los cambios de temperatura. Si la temperatura del entorno es elevada, como es propio del tiempo veraniego, los chirridos de los grillos aumentan su frecuencia. Esto no es ni más ni menos que una verificación perceptible de la ecuación de Arrhenius antes citada.

Pues bien, se ha podido encontrar la expresión matemática que relaciona la temperatura con la frecuencia del chirrido de los grillos y que da fe de la precisión de los grillos como indicadores de los cambios de temperatura del aire circundante, esto es, como termómetros. Para la escala centígrada, la expresión matemática adopta la siguiente forma:

Temperatura del aire (°C) = (n° de chirridos por minuto/5) + 9

El principal inconveniente es conseguir contar de forma precisa todos los chirridos emitidos por el grillo en el espacio de un minuto. Por ello se recomienda realizar dicha cuenta para un intervalo de 10 segundos y acto seguido multiplicar por 6 el resultado; así, de forma más cómoda, tendremos computado el número de chirridos por minuto.

¿Alguien se plantea cambiar el tradicional termómetro de mercurio por un simpático grillo? Yo creo que aunque el grillo sea un instrumento más fiable para medir la temperatura, seguiré utilizando el termómetro de mercurio cuando me ponga malito.

Como ejercicio práctico, ¿te atreverías a determinar la temperatura del ambiente donde cantan los siguientes grillos?:

FUENTES CONSULTADAS:

http://jms32.eresmas.net/2006/textos/06042501.html

PICAZO, Mario, Los grillos son un termómetro: curso práctico de meteorología, Madrid, 2004, Martínez Roca, 105-106.

MAESTRE ZAPATA, Julián Esteban, De villa a ciudad: Anécdotas físicas y químicas en Ciudad Real, Ciudad Real, 2006, EdIciones Stª Mª de Alarcos, 146-147.

Julián Esteban Maestre Zapata.

La acústica en las elipses

En el metro de Madrid se puede apreciar un fenómeno muy curioso: cuesta escuchar las conversaciones de dos personas que tenemos a pocos metros en el mismo andén, pero en cambio percibimos diáfanamente las voces de viajeros que se encuentran en el andén contrario. ¿Tiene ésto algo que ver con la forma elipsoidal de la bóveda de la estación? ¡Indudablemente!... Ah, ¿y por qué la concha de los apuntadores de los teatros también tiene forma elipsoidal? Más todavía: ¿por qué actualmente se tiende a construir los teatros con cúpulas elipsoidales? ¿Acaso por reducir el gasto de megafonía?

La elipse es una curva cerrada que se define como el lugar geométrico de los puntos del plano tales que la suma de las distancias a dos puntos fijos llamados focos es una constante positiva e igual a la distancia entre los vértices. Se da la casualidad de que las ondas sonoras que, partiendo de uno de los focos, recorren los caminos que cumplen la propiedad que caracteriza a una elipse, son totalmente perceptibles en el otro foco. Es decir, las ondas sonoras reflejadas en un foco se concentran en el otro foco.

Esta propiedad ha servido de pasto a la imaginación. El conocido escritor francés Julio Verne (1828-1905) se inspiró en la acústica de las bóvedas elípticas para escribir un pasaje de una de sus mejores novelas: "Matías Sandorf", publicada en 1885 y que mereció el reconocimiento de la Academía Francesa. Al comienzo de esta novela, podemos encontrar asimismo uno de los más impresionantes criptogramas matemáticos que han aparecido en el mundo de la literatura.

En el referido pasaje, el protagonista es encarcelado sin conocer la acusación que pesa sobre él. Como quiera que la bóveda de la celda tenía forma elipsoidal, por la propiedad acústica ya mencionada, consiguió enterarse del motivo de su cautiverio, susurrado por sus carceleros al otro lado de la cerrada puerta. Reproduzco el pasaje en cuestión:

Un fenómeno singular, aunque perfectamente explicable por las leyes de la acústica, le entregaría por fin el secreto que ya desesperaba conocer.

El conde Sandorf habíase detenido varias veces al pasar junto al ángulo que forma el muro de división con el exterior de la galería, sobre la cual se abren las diversas celdas de ese piso del torreón. En dicho ángulo, junto a la articulación de la puerta, le pareció oír, más de una vez, un rumor de voces lejanas, apenas perceptible. No dio, hasta entonces, importancia a este detalle; pero, al oír de repente pronunciar su nombre, aguzó el oído con interés.

Allí se producía, evidentemente, un fenómeno de acústica, idéntico a los que se observan en el interior de las naves de las catedrales, o bajo las bóvedas de forma elipsoidal: la voz que parte de uno de los costados de la elipse, después de seguir el contorno de los muros, se deja oír en el otro foco, sin ser perceptible en ningún punto intermedio. Tal es el fenómeno que se produce en las criptas del Panteón de París, en el interior de la cúpula de San Pedro, en Roma, y en la galería sonora de San Pablo, de Londres. En estas condiciones, la menor palabra articulada en el foco de una de esas curvas, puede oírse con facilidad en el foco opuesto (1ª parte, capítulo V).

Como vemos, se trata de una prueba más de la estrecha vinculación que existe entre la Física y las Matemáticas, perceptible en la realidad cotidiana.

A modo de ejercicio, ¿podrías documentarte sobre las propiedades geométricas de las elipses y ya de paso darte una vuelta por el metro de Madrid para verificar el fenómeno acústico de marras?

FUENTES CONSULTADAS:

http://www.geocities.com/yakov_perelman/FisicaRecreativa_I/capitulo10.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Elipse

VERNE, Julio, Matías Sandorf, México, 1987, Editorial Porrúa, 57.

Julián Esteban Maestre Zapata.

Sobre nubes y claros

Paseando una mañana despejada, al punto del mediodía (cuando el sol se encuentra en su meridiano), es fácil apreciar que el cielo ostenta un espléndido azul zarco… Sería interesante saber por qué el cielo es azul y no de otro color.

Para esto necesitamos tener una idea intuitiva de lo que es una onda luminosa. Si cogiéramos un trozo de cordel y atásemos uno de sus extremos al pomo de una puerta, en tanto que el otro extremo lo sostuviésemos con la mano, podríamos hacer una recreación aproximada de una onda; a tal propósito, habríamos de mover arriba y abajo, de modo continuo, el extremo del cordel que sostuviésemos con la mano. Observaríamos una sucesión de cimas y valles, parecidos a los que se aprecian en los cordales montañosos, con la salvedad de que en este caso las cimas tienen la misma forma y altura y los valles son de igual profundidad. A la distancia comprendida entre dos cimas sucesivas (o entre dos valles sucesivos) se la conoce como longitud de onda ( λ).

La luz dimanada del Sol, que es blanca en su origen, está formada, como demostrara hace siglos el infatigable Isaac Newton (1640-1727), por luz de distintos colores, a saber: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta; es lo que se conoce como espectro de colores de la radiación solar. El color rojo tiene mayor longitud de onda que el color azul, y, de modo paralelo, la luz roja es menos energética que la luz azul.

Tantos preliminares, ¿para qué? Observemos el cielo: ahora a mediodía presenta un atractivo color azul, y al atardecer se teñirá además de rojo. Se da la circunstancia de que la distancia en promedio que separa el Sol de la Tierra es la friolera de 150 millones de kilómetros (¡ahí es nada!), y a mediodía la luz solar recorre menos distancia para llegar a la Tierra que durante los momentos crepusculares. Hay que considerar, asimismo, que la atmósfera terrestre está compuesta mayoritariamente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%), gases éstos formados por moléculas de diminutos tamaños. Cuando los rayos solares penetran en la atmósfera describiendo amplios ángulos de incidencia, como sucede a mediodía, tales rayos van colisionando con las moléculas de nitrógeno (N2) y oxígeno (O2), y éstas dispersan los rayos en todas direcciones, a manera de lo que ocurre cuando un montón de bolas de billar chocan en un mismo punto del tablero de juego. Por causa del pequeño tamaño de las moléculas dispersantes, los colores azules se dispersan con más facilidad que los naranjas y los rojos, cubriendo por tanto el cielo de un vistoso tapiz azul (Haciendo uso de una terminología menos coloquial, en el caso que nos ocupa se verifica la ley de Rayleigh, según la cual se dispersan más fácilmente en la atmósfera los colores de longitudes de ondas cortas, tales como el azul y el violeta), algo similar al sonido de las campanas de una Catedral llamando al angelus, cuyo toque arrebatador se extiende por todos los rincones inmediatos, impidiendo percibir otros sonidos menores como el apacible gorjear de los pájaros.


Por otra parte, al atardecer los rayos solares inciden en ángulos más rasantes, y han de recorrer más distancia dentro de la atmósfera para ganar la superficie terrestre. Este camino más largo favorece la presencia en el cielo de colores tan espectaculares como el naranja y el rojo, que en términos generales no resultan dispersados por las moléculas de nitrógeno y oxígeno. Tenemos que tener además en cuenta que al ser ahora más largo el camino de los rayos solares que al mediodía, la práctica totalidad de la luz azul se ha dispersado mucho trecho atrás en la atmósfera, y de ahí la razón de que no podamos apreciar este fenómeno desde la superficie terrestre con la misma intensidad que la presencia de los naranjas y los rojos...

De súbito, por una esquina del cielo, asoma una nube blanca veteada de gris... Y surgen las inevitables preguntas para la mente inquieta: ¿A qué se debe el blanco de las nubes? ¿Y por qué algunas veces se tiñen con un gris amenazador?

Aprovechemos la ya consignada explicación del fenómeno de dispersión de la luz para responder estas preguntas. De sobra es sabido que las nubes están constituidas por ingentes masas de vapor de agua. Las moléculas de aire (oxígeno y nitrógeno en su mayoría) se mueven en todas direcciones a unas rapideces (Se prefiere utilizar el término "rapidez" para indicar el valor numérico de lo que habitualmente se conoce como "velocidad". Si quisiéramos hablar de velocidad propiamente dicha, no nos bastaría señalar el valor numérico, sino que asimismo habríamos de especificar la dirección y el sentido del movimiento, por cuanto la velocidad es lo que se denomina una magnitud vectorial) de vértigo, aun cuando nuestros sentidos no lo puedan percibir. Sin ir más lejos, el oxígeno molecular en condiciones estándar (1 atmósfera de presión y 25ºC de temperatura), alcanza la no desdeñable rapidez de 1720 kilómetros por hora. Las moléculas de agua se ven inmersas en medio de toda esa entelequia de tráfago molecular, y, debido a las inevitables colisiones con las moléculas de aire, acaban reuniéndose para formar gotas de gran variedad de tamaños (en esencia, una nube). La luz solar se introduce en la nube, y, motivo a la presencia de gotas de diversos tamaños, se origina todo un muestrario de luces dispersadas. Las gotas de menor tamaño dispersan más el azul que los otros colores; las gotas de tamaño algo mayor dispersan luces de longitudes de onda un poco mayores, por ejemplo, el verde, y las gotas más grandes dispersan el rojo. El resultado global es que la nube muestra una apariencia blanca, puesto que todas las gotas de agua que la forman son excitadas al unísono por la luz solar y vibran al mismo tiempo (en términos científicos, vibran en fase), y entonces reemiten luces de distintos colores que al combinarse ofrecen como resultado el color blanco. En consecuencia, las nubes no reflejan la luz solar, sino que a su vez son nuevas fuentes de luz.

Por otra parte, si la reunión de gotas de agua se hace más tumultuosa, las mismas absorben mucha de la luz que les llega y el porcentaje de luz dispersada se reduce drásticamente. Ésta es la causa de la apariencia oscura de las nubes formadas por gotas grandes, ya que bloquean el paso de la luz solar en su camino a la Tierra. Hay que apuntar que las nubes no llegan a ser totalmente negras, al menos no más que una sombra. Si continuase aumentando el tamaño de las gotas, éstas acabarían precipitando, produciendo la tan ansiada lluvia.

Como ejercicio práctico, ¿podrías hacer indagaciones sobre las clases de nubes que existen?

FUENTES CONSULTADAS

HEWITT, Paul G., Física Conceptual, México, 2004, Addison Wesley, 522-527.

PICAZO, Mario, Los grillos son un termómetro: curso práctico de meteorología, Madrid, 2004, Martínez Roca, 54-57.

MAESTRE ZAPATA, Julián Esteban, De villa a ciudad: Anécdotas físicas y químicas en Ciudad Real, Ciudad Real, 2006, Ediciones Stª Mª de Alarcos, 147-150.

WOLKE, Robert L., Lo que Einstein no sabía, Barcelona, 2002, Ediciones Robinbook, 172-173.

FERNÁNDEZ PANADERO, Javier, ¿Por qué el cielo es azul?, Madrid, 2004, Páginas de espuma, 21-22.

Julián Esteban Maestre Zapata.

¿Cómo fabricar imágenes estroboscópicas en casa?

En varias ocasiones, no es necesario desplazarse a sofisticados laboratorios de Física para la realización de experimentos espectaculares. A estos efectos, el ámbito doméstico ofrece amplio número de posibilidades.

Nos vamos a centrar en la producción de imágenes estroboscópicas, para lo cual no necesitamos más que un sencillo termómetro de mercurio y la pantalla encendida del televisor. Si el termómetro se agita arriba y abajo contra la parpadeante pantalla del televisor, observamos una sucesión de imágenes a cámara lenta de dicho termómetro.

Al mover arriba y abajo un objeto contra un fondo de luz uniforme observamos una imagen borrosa de tal objeto; apenas si podemos apreciar las transiciones entre las posiciones que adopta el objeto a lo largo del movimiento. En cambio, si este mismo experimento lo practicamos contra la pantalla encendida del televisor, seremos conscientes de las distintas posiciones que adquiere el objeto al ser agitado, similar a lo que ocurre en las fotografías estroboscópicas, en las que se aprecian claramente las múltiples posiciones de un objeto en movimiento.

¿A qué se debe este fenómeno? Sencillamente a que la luminosidad procedente de la pantalla del televisor no es constante: aparecen en la misma una media de 30 imágenes por segundo. Entre una imagen y otra se produce un oscurecimiento, creando la ilusión de que el objeto se desplaza con un movimiento a cámara lenta. Sin embargo, nuestros ojos no se aperciben del parpadeo del televisor porque retienen la imagen de cada figura el tiempo suficiente para recibir el destello proveniente de la figura siguiente... Interesante, ¿eh? Y esto sin movernos de casa.

Como ejercicio, ¿podrías investigar acerca del funcionamiento del estroboscopio?

FUENTES CONSULTADAS:

VANCLEAVE, Janice, «Física para niños y jóvenes», México D.F., 2003, Limusa, 208-209.

MAESTRE ZAPATA, Julián Esteban, De villa a ciudad: Anécdotas físicas y químicas en Ciudad Real, Ciudad Real, 2006, Ediciones Stª Mª de Alarcos, 147-150.

Julián Esteban Maestre Zapata.

La piedra de alumbre: desodorante en tiempos de los Romanos, "After Shave" para los adeptos del afeitado clásico

De un tiempo a esta parte, y esto es algo que saben (y hasta sufren) bien mis alumnos y compañeros, me he aficionado a todos los rituales del afeitado clásico. Entre los mismos figura el uso de la piedra de alumbre como After Shave un tanto vintage. Aunque en el pasado fuera muy utilizada, hoy día es casi imposible de encontrar en los habituales canales comerciales, y los gurús del afeitado clásico se las ven y se las desean para hacerse con un simple fragmento.

Sabido es que era utilizada en tiempo de los Romanos como desodorante natural, y la curiosidad me ha llevado a profundizar un poco más en el conocimiento de tan peculiar mineral.

El nombre sistemático del alumbre es sulfato de aluminio-potasio, cuya fórmula es Al2(SO4)3.K2SO4.24H2O. Se trata de un compuesto que oscila entre el blanco y el incoloro. No tiene olor. Forma cristales cúbicos u octaédricos que se pueden disolver en agua fría (¡cuánto más en agua caliente!), pero no es soluble en disolventes orgánicos, como el etanol y la acetona. El compuesto aparece en el mineral conocido como Kalinita. Su principal aplicación industrial es la de mordiente en operaciones de teñido y para el curtido y acabado de artículos de peletería (cuero blanco).

Como ya he indicado, mi interés por la piedra de alumbre viene motivado por el papel que ha desempeñado en los rituales del afeitado clásico. Además he descubierto que viene siendo muy utilizada desde la antigüedad, a tenor de sus indiscutibles propiedades cosméticas, por su ausencia de olor y su tolerancia por parte de las pieles más sensibles. Entre sus múltiples usos cabe destacar:

• Desodorante: regula la transpiración mediante el cierre de los poros cutáneos, al tiempo que crea un entorno hostil para las bacterias cuya proliferación es la principal causa de los malos olores corporales.
• Cicatrizante: ayuda a cerrar los poros sangrantes que se producen por causa de la depilación o el afeitado, gracias a sus buenas cualidades como antiséptico.
• Astringente: facilita el secado de los granos de la cara, ejerciendo al propio tiempo una eficaz acción desinfectante.
• Reafirmante: ayuda a mantener la piel tonificada. Por ejemplo, las mujeres magrebíes la emplean como reafirmante de los pechos y el vientre.
• Usos internos: las culturas china e hindú ya la utilizaban en gárgarismos, lavativas o lavados vaginales.
• Otros usos: también se puede utilzar en el planchado de la ropa para crear el efecto endurecedor propio del almidón y, a cuenta de sus propiedades desinfectantes, como pastilla para potabilizar el agua.

En mi caso particular, yo la utilizo tanto como desodorante como masaje para después del afeitado, y he podido constatar su eficacia en ambos casos.

Al término del afeitado, con la cara levemente húmeda se aplica con suavidad la piedra cubriendo las zonas rasuradas. Se deja que actúe unos minutos, y después se procede a un enjuague con agua fría.

Para su uso como desodorante, se humedece levemente la piedra y se aplica en las axilas. Hay quien suele disolver la piedra en agua para utilizarla como desodorante líquido.

Al final de su uso, es conveniente secarla muy bien para evitar que se pueda disolver. Como ejercicio práctico, ¿podrías investigar acerca de la influencia que tiene la temperatura en la disolución de las sales (como el alumbre) en disolventes acuosos?

FUENTES CONSULTADAS:

VV. AA., Diccionario de Química, Madrid, 1997, Oxford-Complutense, 35.

http://www.vivaeureka.com/blog/brochasdeafeitar/labels/piedra%20de%20alumbre.html

http://www.eco-addiction.com/2008/08/piedra-de-alumbre-poder-natural-desodorante/

http://www.afeitadoclasico.com/foro/

Julián Esteban Maestre Zapata.

¿Por qué la ciencia floreció especialmente en la Antigua Grecia?

Se denomina "Creciente Fértil" a una región histórica en forma de luna creciente, que comprende parte de los territorios del Antiguo Egipto, el Levante mediterráneo y Mesopotamia. Se tiene constancia de que hace 10.500 años fue una zona densamente poblada, de climatología apacible, en la cual se desarrollaron importantes industrias neolíticas de alimentación: la domesticación de plantas (trigo, cebada, lentejas, garbanzos, guisantes, lino, olivo...) y animales (cabra, oveja, cerdo, caballo...). Estas favorables condiciones impulsaron el comercio y la comunicación entre los distintos pueblos que habitaban la zona. Como era necesario registrar de algún modo las transacciones que se llevaban a cabo, no es de extrañar que en la "Creciente Fértil" la escritura tuviera un desarrollo más precoz con respecto a otras zonas pobladas del globo terráqueo; se conservan testimonios escritos que se remontan al cuarto milenio antes de Cristo (mientras que en China la escritura no hizo acto de aparición hasta mediados del segundo milenio). En medio de este pujante caldo de cultivo, el origen de la ciencia escrita corrió parejo con el genio domesticador de los pueblos de la "Creciente Fértil".

Hay que contar además con que la "Creciente Fértil" era una zona que se extendía a lo largo de unas mismas coordenadas de latitud, y por lo tanto no existían diferencias apreciables en cuanto a condiciones climáticas, que eran a la sazón similares y continuas. Por ello, no ofrecía dificultad el establecimiento de comunicaciones entre los distintos pueblos de la zona.

Como contrapartida, las fronteras climáticas se hacen destacables (y en muchos casos infranqueables) a lo largo de los meridianos de longitud, y éstas dificultan en gran medida la comunicación entre distintas comunidades. Por esta razón escasearon los contactos comerciales y divulgativos en el continente americano e igualmente en el africano. Como ejemplo, la llama y la patata andinas nunca llegaron a encontrarse con el maíz y la rueda mexicanas a través de la barrera climática centroamericana.

A tenor de todo esto, no es extraño que la escritura y la ciencia florecieran en los grandes imperios fluviales de la "Creciente Fértil" y China.

La evolución del lenguaje fue otro de los factores que influyó en el desarrollo de la ciencia.

Se sabe que Mesopotamia, Egipto y China fueron las primeras culturas que emplearon sistemas de escritura jeroglífica y logográfica, no vinculados a lo que era su lenguaje oral. Como botón de muestra, el sumerio comprendía unos dos mil signos escritos que debían ser memorizados por los escribas para su correcto uso, lo cual representaba un aprendizaje en el que se invertían unos doce años. Y esto, decididamente, suponía un cierto freno al desarrollo y difusión de la ciencia, que había de pasar por un dominio previo del lenguaje.

Los griegos fueron los primeros en realizar un esfuerzo de simplificación de su lenguaje escrito, a efectos de adaptarlo a las carácterísticas de su lenguaje hablado. Diseñaron un sistema fonético de vocales y consonantes a partir de los signos silábicos fenicios, que no superaban las dos docenas. De esta manera, se acortó considerablemente el tiempo necesario para aprender a leer y escribir (de hecho, el mismo tiempo que hoy nuestros niños emplean en los colegios). Gracias a esto, la cultura dejó de ser patrimonio exclusivo de las castas sacerdotales y se hizo accesible a cualquier ciudadano.

En definitiva, a tenor de los factores anteriormente referidos, no resulta raro que la ciencia recibiera un impulso mayúsculo en la Antigua Grecia.

Inexistencia de fronteras climáticas y un adecuado lenguaje, el tándem perfecto para que la ciencia floreciera.

A modo de ejercicio práctico, ¿podrías indagar acerca de los más importantes científicos de la Antigua Grecia?

FUENTES CONSULTADAS:

SOLÍS, Carlos/SELLÉS, Manuel, Historia de la Ciencia, Madrid, 2008, Espasa Calpe, 19-24.

http://es.wikipedia.org/wiki/Creciente_F%C3%A9rtil

Julián Esteban Maestre Zapata.