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sábado, 1 de junio de 2013

La Relatividad General CF N° 272


Autora:María Cristina Chaler.
CIENCIA FÁCIL Número: 272
La relatividad general


Las verdades cambian y debemos estar preparados para ello.

En la nota anterior, Relatividad I, nos referimos a la teoría de la relatividad especial. Los cuerpos se mueven en línea recta y mantienen su velocidad constante (Movimiento Rectilíneo Uniforme_ MRU).

Los ejemplos bastante sencillos: el tren en movimiento y el terraplén en reposo, el bote moviéndose y un observador  desde la costa. Los sistemas de referencia estaban en un lado y en otro y según las miradas de los protagonistas eran diferentes los resultados de las observaciones.Cada mirada tenía un contenido de verdad irrefutable, variaban las versiones de la realidad según el sistema de referencia desde el cual se observaba. La conclusión es que de acuerdo al lugar desde donde se tomen las mediciones las velocidades, las trayectorias y los tiempos de percepción varían.

Lo sorprendente


  • El tiempo transcurre más lento para el cuerpo que se mueve a mayor velocidad 
  • las distancias se hacen más cortas en el sentido del movimiento.


Estas dos conclusiones se deducen de cálculos matemáticos aplicando transformadas de Lorenz donde aparece un factor raíz de 1 - v2/c2 (v es la velocidad del móvil y c es la velocidad de la luz) que divide y multiplica a los valores de t (tiempo) y x (posición) lo que hace que se agrande y se achique el resultado en forma respectiva. (Ver CF N° 270) 

La relatividad general

Einstein en la segunda parte de su teoría amplia la relatividad especial y la transforma en general: los móviles poseen una aceleración, la velocidad varía con el tiempo y recorren un trayecto curvo, no rectilineo.

La teoría se basa en la equivalencia entre la masa inercial y la masa gravitatoria.

Masa inercial es aquella que se opone al movimiento cuando  se empuja un cuerpo o bien hace que continúe moviéndose cuando tratamos de frenarlo.Es la que forma parte de la fuerza que nos hace ir hacia atrás en un vehículo cuando arranca o nos arroja hacia adelante cuando frena.


Masa gravitatoria es la atraída por la tierra en la caída libre. Para Einstein ambas son equivalentes. El efecto de la gravedad no se distingue del efecto de una fuerza inercial.

Veamos un ejemplo

En una parte del espacio imaginemos una gran habitación (cajón) sin gravedad (podría ser un gran cohete) donde todo está atado al piso para que no flote y un hombre hace mediciones con su sistema de referencia fijo en el suelo del cajón.
Un motor exterior empuja al cohete, le hace adquirir una aceleración y  una velocidad.  La sensación que tendrá este hombre, es de estar pegado al piso, juzgará el proceso al igual que  cualquier persona en una habitación terrestre. Si suelta un cuerpo que sostiene en su mano sin darle impulso éste se acercará al piso,aunque en realidad es el piso el que se acerca al mismo. El hecho será juzgado, por el hombre que se encuentra en el cajón espacial como una caída ocasionada por la  fuerza gravitatoria, todos los cuerpos que deje caer llegarán al piso en el mismo momento independientemente del tamaño y de la masa que posean, como sucede en la tierra. Nuestro hombre creerá que se encuentra en el seno de un campo gravitatorio, cuando en realidad no lo está.Se encuentra en el vacío y lo que considera el campo gravitatorio es el efecto del empuje del motor al gran cajón espacial.

Si otro observador se encuentra flotando en el espacio exterior lo que ve es que la persona esta aferrada al piso debido a la aceleración que provoca el motor exterior y que los cuerpos no caen sino que es el piso va hacia ellos. La existencia de un campo gravitatorio para nuestro hombre es mera apariencia.Es su realidad no es la realidad.

Si el motor, cambiase sus impulsos, los efectos podrían ser tomados por el hombre como el efecto de un campo gravitatorio variable.

Einstein asegura que los campos gravitatorios varían en el espacio vació, se curvan con la presencia de las masas a modo de una gran red en donde los cuerpos se hunden en ella. Así todo cuerpo en la cercanía de otro caería deslizándose en esa pendiente, como en un pozo. La aparente atracción se debe a que se cae en la curvatura del espacio.

Estas curvas espaciales también afectan a la luz que se propaga a través de ellas. En el espacio cambia su trayectoria cerca de las masas haciéndose curva. La constancia de la velocidad de la luz no es tal en el espacio Universal. En se da esa constancia por ser un espacio pequeño que no le permite curvarse. Esto no afecta a las mediciones de los fenómenos ópticos en nuestro mundo ya que en los pequeños recorridos que realiza la luz la curvatura se puede despreciar.

No nos olvidemos de la rotación

En el espacio universal los cuerpos están rotando. Einstein  hace un estudio del movimiento rotatorio.

Pensemos en un disco que gira y en el cual se colocan tres personas, una en el centro, otra en el medio del radio y la tercera cerca del borde, cada una de ellas con un reloj y una vara de 1m de longitud en su mano que colocan en dirección al movimiento de rotación. De acuerdo a lo expuesto en la relatividad especial el que se encuentra en el centro no tendrá movimiento,su tiempo marchará más rápidamente que el de los otros dos. El que se encuentra en la mitad del disco se moverá con una velocidad menor que el del borde, el reloj de este último será el mas lento y estará atrasado, con respecto al del centro. Conclusión :simultáneamente los relojes marcaran horas diferentes.

A su vez tanto el que está en el medio del radio como el del borde experimentan la sensación de una fuerza que los tironea hacia fuera que podrían atribuir a la presencia de un campo gravitatorio. Mientras que el del centro consideraría que se trata de una fuerza inercial producto de la rotación. ¿Todo verdad, todo Ilusión?

¿Qué es el espacio?

La capacidad de una caja vacía es considerada espacio, si a su vez a esta caja la introducimos en otra aún más grande y así sucesivamente ampliaremos el espacio en forma infinita. Consideremos además que estas cajas están en movimiento constante unas respecto de otras.

El espacio no es un absoluto ni independiente sino que esta íntimamente relacionado con el tiempo y las masas que contiene. No hay quietud, sino movimiento continuo, no existen los cuerpos rígidos, sólo encontramos moluscos de referencia porque sus formas van variando según la velocidad y el sentido en que se muevan.

Espacio euclidiano y gaussiano

El espacio euclidiano es plano y se da en tierra con cuerpos rígidos y tridimensionales. Todos estudiamos desde los primeros pasos de la escuela primaria la geometría Euclidiana.
El espacio gaussiano es curvo y multidimensional en él los cuerpos no son rígidos (moluscos espaciales) y el tiempo no es independiente de la posición y de la velocidad.

¿Qué es el tiempo?

Considera Einstein que poseemos un concepto psicológico del tiempo que tiene que ver con el recordar hechos y ubicarlos en forma ordenada.
La relatividad introduce un concepto diferente de tiempo, se pierde la independencia del mismo, y éste constituye una cuarta dimensión que varía con la posición, la velocidad del punto donde se encuentra el reloj y con el sistema de referencia desde donde tomemos las medidas.
¿Qué es la longitud?

La longitud no es fija ni constante, se acorta o se alarga con el movimiento y también depende del sistema referencial.

La curvatura del espacio

La trayectoria de la luz que deja de ser rectilínea.
El tiempo como entidad dependiente de la velocidad de un cuerpo y de la posición que posee.Los tamaños que se acortan.
Los moluscos espaciales…. Nos asombran y estremecen.

Actualmente todo ya esta experimentalmente comprobado.

No somos dueños de la absoluta verdad.
Que ésto nos lleve a la reflexión.

sábado, 25 de mayo de 2013

La teoría de la Relatividad CF N° 271




Autora: María Cristina Chaler.
Ciencia Fácil Número: 271



Una teoría muy especial
La relatividad I




La vara rígida se quiebra, la flexible se adapta  a los cambios corriendo menor riesgo de ruptura. Así sucede con el pensamiento.Nada es absoluto. A medida que se avanza en el conocimiento unas “verdades” dejan de ser tal y otras surgen.




La humildad es reconocer que las verdades no son eternas y cambian.



Cada vez que hablamos de posiciones o movimiento debemos tener presente un sistema de referencia.Estamos a la derecha ¿de qué?. Nos movemos   ¿hacia dónde? o ¿desde dónde?
El sistema de referencia es el punto de origen desde el cual partimos o hacia dónde nos dirigimos.En la vida cotidiana  podría ser cualquier objeto material fijo, una pared, un árbol, una puerta, un mojón, etc
En las ciencias Físicas se usa un punto, un eje cartesiano  bidimensional o tridimensional, según sea la situación problemática que deseamos resolver.
Colocamos siempre al móvil en la posición inicial con respecto al sistema y calculamos las variaciones de  esa posición en el tiempo. Eso describirá una trayectoria de recorrido.





Si consideramos A como sistema de referencia.

B se encuentra,  a la derecha de A (ver figura a)

Si el sistema de referencia es C.

B está a la izquierda de C.

Figura a

------------B------------C



 Definición según Einstein de Sistema de referencia 

“Este sistema consta de tres paredes rígidas, planas, perpendiculares entre sí y ligadas a un cuerpo rígido. El lugar de cualquier suceso, referido al sistema de coordenadas  viene descrito (en esencia) por la especificación de la longitud de las tres verticales o coordenadas (x, y, z)” Einstein1916

Analicemos un experimento

Según Einsten cuando observamos desde la costa un personaje que puede estar en un bote que marcha a velocidad constante y desde él arroja una piedra hacia arriba veremos que ésta, realiza antes de llegar nuevamente a sus manos del remero una trayectoria curva (en forma de arco de parábola) en cambio para aquel que la arrojó desde el bote considerará que cayó en línea recta. La pregunta es: ¿Cuál es la verdad? En realidad la respuesta es que ambas verdades son válidas ya que según sea el punto de referencia (costa o bote) la trayectoria será distinta.




Podemos decir: la piedra describe, con relación a un sistema de coordenadas rígidamente unido al bote una recta. Con relación a un sistema de coordenadas rígidamente al piso, una parábola.

"En este ejemplo se ve claramente que en rigor no existe una trayectoria, sino sólo una trayectoria con relación a un cuerpo de referencia determinado.”Einstein 1916

Decimos que un cuerpo se mueve cuando cambia de posición con respecto a un sistema de referencia a medida que pasa el tiempo y en consecuencia describirá un camino que llamaremos trayectoria.

Imaginemos otra experiencia

Vamos en la ruta en un auto a la velocidad  V1 hacia el Norte. Dentro del mismo  todo está quieto (en reposo), nuestro acompañante lee el diario tranquilamente sentado en su butaca y en el asiento de atrás un niño duerme plácidamente, todos protegidos por su cinturón de seguridad. Para nosotros el único movimiento está afuera  los árboles de la carretera pasan con velocidad V2  hacia el sur, sabemos  por educación que somos los que estamos en movimiento. Algunos animales que no poseen nuestra educación enloquecen en el auto porque el mundo se les mueve cuando miran por las ventanillas.
Cuando otro vehículo nos quiere pasar, moviéndose a una velocidad (V3 ≥ V1) que podría ser apenas un poco mayor que V1 casi igual a la nuestra, al estar a la par no percibimos la sensación de alta velocidad. Estamos uno al lado del otro y hasta le podríamos conversar con el acompañante.

La explicación es sencillamente la siguiente:

  • V1 (norte) es la velocidad que llevamos considerada desde un sistema de referencia en la tierra.
  • V2 (sur) es la velocidad con que se mueven los objetos que están en la tierra desde nuestro auto.
  • V3 ( norte) es la velocidad de un auto que nos está pasando.  


Para nuestra sensación visual se anulan V2 (Sur)  con V3 (Norte)  porque son de sentidos opuestos y cuando estamos a la par la velocidad se percibirá nula aunque en realidad desde la tierra no lo es y desde nuestra cultura tampoco.

Si nos cruzamos con un vehículo con velocidad V4 (sur)  esta se sumará a la velocidad que  lleva la tierra (V2 sur)   y la sensación que percibimos es de altísimo velocidad con un enorme zumbido que la acompaña.

Desde la tierra nos verán a nosotros marchando con la velocidad V1norte al auto que nos supera V3 norte y al que nos cruza con la V4 sur  y por supuesto a la tierra estará en reposo.

El tren de Einstein



El tren se esta moviendo a velocidad constante, y sobre una recta. Si lo vemos parándonos en las vías se mueve con velocidad V. Sentados en el vagón estará en reposo aunque culturalmente sabemos que  se está moviendo, con él nos trasladarnos de un lugar a otro.

Si en lugar de estar sentados caminamos en el mismo sentido que el tren se mueve con velocidad S, desde la tierra parecerá que nos movemos a una velocidad mayor porque se sumará a la del tren 
( V+S). Si caminamos en sentido contrario nos verán caminar muy lentamente, porque nuestra velocidad se restará a la del tren.

Einstein ejemplificaba. “Supongamos que nuestro tan traído y llevado vagón de ferrocarril viaja con velocidad constante v por la línea, e imaginemos que por su interior camina un hombre en la dirección de marcha con velocidad w. ¿Con qué velocidad W avanza el hombre respecto a la vía al caminar? La única respuesta posible parece des­prenderse de la siguiente consideración:
Si el hombre se quedara parado durante un segundo, avanzaría, respecto a la vía, un trecho v igual a la velo­cidad del vagón. Pero en ese segundo recorre además, respecto al vagón, y por tanto también respecto a la vía, un trecho w igual a la velocidad con que camina. Por consiguiente, en ese segundo avanza en total el trecho”
W = v + w  Einstein1916

Luz y relatividad

En notas anteriores hablamos de la luz y los colores. Ahora al misterio de la luz le sumaremos el misterio de lo relativo. La velocidad de la luz se llama  C = 300000 km/seg en el vació y es considerada una constante universal.

Al igual que el auto que nos pasa en la ruta, si desde el terraplén se emite un rayo de luz con la misma dirección y sentido que el tren desde el vagón se percibirá una velocidad de la misma es c-v donde c es la velocidad de la luz y v la velocidad del tren. La velocidad  la luz respecto a la persona que se encuentra en el vagón es menor debido a que el vagón se mueve.

Aunque esto aparentemente atenta con la Ley general de la constancia de la velocidad de la luz la teoría de la relatividad especial explica prolijamente esta aparente contradicción

Para ello revisemos el concepto de tiempo y simultaneidad

Decimos que un suceso es simultáneo a otro si ambos se dan a la misma hora, es decir que colocados dos relojes perfectamente graduados y que son constitucionalmente iguales, cuando ambos ocurren las manecillas de ellos estarán en el mismo lugar .

Volvamos al caso del tren y el terraplén

Supongamos que tenemos dos puntos separados una cierta distancia AB y M es el punto medio entre ellos

A----------M( en el terraplen)----------B

Si saltan dos chispas en forma simultánea en A y B el observador que se encuentre en M percibirá a las mismas en el mismo momento,    (simultáneamente) siempre que M esté quieto.

Cuando M está en el tren en movimiento con velocidad V
A----------M( en un tren en movimiento)----------B

se ira acercando a B y alejando de A por lo que la luz de B le llegara mas rápidamente que la de A y el suceso que es simultáneo desde el terraplén no lo será desde el tren por lo que se deduce que el tiempo también es relativo y depende del sistema de referencia que estamos tomando.
Aunque los chispazos se dan simultáneamente la percepción de los mismos varía según el sistema de referencia desde donde los observamos.

“Sucesos que son simultáneos respecto al terraplén no lo son respecto al tren, y viceversa (relatividad de la simultaneidad). Cada cuerpo de referencia (sistema de coordenadas) tiene su tiempo especial; una localización temporal tiene sólo sentido cuando se indica el cuerpo de referencia al que remite”. Einstein1916

La relatividad de la distancia y el tiempo

En su teoría especial Einstein demuestra que la velocidad acorta las distancias y alarga los tiempos.

No abundaremos en cálculos complicados porque no es el objetivo de estas notas pero sí usaremos lo más sencillamente posible el razonamiento que el propio Einstein usó.

Coloco dos sistemas de referencia, uno en el terraplén que llamó K y otro en el tren que llamó K´ y en base a cálculos matemáticos basados en las trasformadas de Lorentz extrajo como conclusión que la longitud de una vara de 1 metro colocada en el vagón y vista desde el terraplén esta afectada por el siguiente factor (multiplicador √ 1-V2/C2 ) (lease raiz de 1 menos v al cuadrado dividido  C al cuadrado)( Vease  figura b)

Donde v es la velocidad del tren y c la velocidad de la luz. Vemos que al aumentar la velocidad del tren se resta a 1 un término positivo que hace que el factor disminuya y por lo tanto la longitud se acorta. Si la velocidad del tren alcanza la de la luz el factor seria igual a cero y la longitud desaparecería Lo que indica que en nuestro universo material la velocidad de la luz sería un límite que no se podría superar ya que desaparecería la materia.

Pregunto: ¿Qué pasa con la velocidad del pensamiento?Es más rápidas que la de la luz, para el pensamiento no hay distancias y no es material es pura energía.

“La regla rígida en movimiento es más corta que la misma regla cuando está en estado de reposo, y es tanto más corta cuando más rápidamente se mueva.” Einstein1916

Con respecto al tiempo


Aquí Einstein hace el mismo tipo de cálculos y el factor que extrae de las transformadas de Lorentz  para el tiempo es 
T = 1/ √ 1-V2/C2    (lease 1 sobre la raiz de 1 menos v al cuadrado sobre c al cuadrado) Ver figura b
FIGURA b


Con lo que se puede deducir que al aumentar la velocidad del tren el tiempo queda dividido por un termino cada vez menor  y crecerá ( es decir el reloj será mas lento por aumentar el tiempo)  tenderá a ser infinitamente lento cuando el tren tenga la velocidad de la luz.

Si salieran a pasear en el mismo instante dos amigos en dos vehículos distintos a velocidades diferentes y regresaran simultáneamente al mismo lugar terrestre, el que realizo el paseo en el móvil más veloz regresaría más joven que el otro.

“Como consecuencia de su movimiento, el reloj marcha algo más despacio que en estado de reposo. La veloci­dad de la luz c desempeña, también aquí, el papel de una velocidad límite inalcanzable”Einstein1916

La teoría introduce al tiempo como cuarta dimensión, y no lo toma como un parámetro  independiente del sistema de referencia, como lo hace la física clásica sino que considera que variará según se mida de un lugar u otro, para ello, Einstein se apoyó en la teoría de Minkowski sobre el espacio Cuadridimensional figuras c,d

“Análogamente ocurre con el universo del acontecer físico, con lo que Minkowski llamara brevemente «mundo» o «universo», que es naturalmente cuadridimensional en el sentido espacio-temporal. Pues ese universo se compone de sucesos individuales, cada uno de los cuales puede describirse mediante cuatro núme­ros, a saber, tres coordenadas espaciales x, y, z y una coordenada temporal, el valor del tiempo t.”Einstein1916


Figura C


“El que no estemos acostumbrados a concebir el mundo en este sentido como un continuo cuadridimensional se debe a que el tiempo desempeñó en la física prerrelativista un papel distinto, más independiente, frente a las coordenadas espaciales, por lo cual nos hemos habituado a tratar el tiempo como un continuo independiente.”Einstein 1916.


Figura d


Es mucho lo que nos tiene que hacer reflexionar la teoría de la relatividad de Albert Einstein
El respeto que nos infunde el científico y la verificación experimental de la misma tiene aplicaciones varias no sólo en el mundo de la física sino desde el punto de vista filosófico.
Nos preguntamos:
¿Cuánto conoce el hombre de las leyes Universales y cuánto le faltará por conocer?


Así introdujo Einsten su libro

“El presente librito pretende dar una idea lo más exacta posible de la teoría de la relatividad, pensando en aquellos que, sin dominar el aparato matemático de la física teórica, tienen interés en la teoría desde el punto de vista científico o filosófico”
“Espero que el librito depare a más de uno algunas horas de alegre entretenimiento.” A. EINSTEIN Diciembre de 1916.

Título ORIGINAL: Über die spezielte und allgemeine Relatiuitátstheorie
DISEÑO DE CUBIERTA: Neslé Soulé
EDICIONES ALTAYA, S.A.

© The Albert Einstein Archives, The Jewish National & University Library. The Hebrew University of Jerusalem, Israel
© de la traducción: Miguel Paredes Larrucea © 1984, 1986, 1988, 1991, 1994, 1995, 1996 Alianza Editorial, S.A.
Madrid © 1998, Ediciones Altaya, S.A.
ISBN Obra Completa: 84-487-1250-1
ISBN volumen 2: 8«87-l 252-8
DEPÓSITO LEGAL: B-40.417-98
Impreso en España-Printed in Spain FECHA DE REIMPRESIÓN: febrero de 1999

viernes, 17 de mayo de 2013

La materia frente a la electricidad CF N° 270


Autora:María Cristina Chaler.

CIENCIA FÁCIL Número: 270

Conductores, Aisladores y Semiconductores
La materia interacciona con el medio que la rodea y según su íntima estructura se comporta en de diferentes formas

¿Cómo se comportan las sustancias frente a la electricidad?

Hay ciertas sustancias que permiten el paso de la electricidad  con facilidad, son las llamadas conductoras.
La electricidad es un flujo de electrones,aquellas sustancia que en su intimidad no tienen tendencia a retenerlos son las que permiten su paso.Los metales forman parte de este tipo de sustancias.



El modelo metálico se describe como núcleos positivos sumergidos en un mar electrónico. Los electrones no pertenecen a ningún núcleo en especial sino que fluyen a través de los mismos, esa libertad  es lo que permite que se comporten como conductores.








El agua salada tiene disuelta en su interior grupos de átomos con cargas eléctricas (iones) que se encuentran en permanente movimiento, esto permite el paso de la electricidad a través, es conductora por ello resulta  tan peligroso manipular artefactos eléctricos con las manos húmedas o en lugares donde hay agua.

El grafito, es una sustancia formada por átomos de carbono que en su estructura consta de gigantescas moléculas formando lámina,s dispuestas paralelamente entre sí, dentro de cada lámina los átomos de carbono se enlazan compartiendo sus electrones (covalente) ocupando los vértice de un hexágono formando una gran red semejante a un panal, así cada átomo de carbono estará rodeado por tres átomos más y compartirá con ellos un par electrónico. Recordemos que el carbono posee cuatro electrones en su último nivel y debe compartir cuatro para alcanzar el estado ideal, por lo que en este caso al estar rodeado de tres átomos, el cuarto electrón queda sin preferencia con respecto a los núcleos y no se le atribuirá a ninguno en particular  fluirá a través de la estructura y el material será conductor.El grafito es una sustancia blanda, de color gris oscuro y presenta un brillo característico provocado por la movilidad electrónica de su estructura. Se usa para construir electrodos industriales.

Toda sustancia que posea movilidad de cargas eléctricas en su interior conducirá  la electricidad.

Los Opuestos 

En posición opuesta a las sustancias anteriormente descriptas encontramos a los aisladores. Sustancias que no poseen en su estructura movilidad electrónica, ni movimiento alguno de cargas eléctricas. La electricidad no fluirá a través de ellas de ahí que se utilicen como aislantes eléctricos.

Son sustancias aisladoras, el vidrio, la porcelana, el caucho, al plástico, la madera, pero ¡Cuidado¡ todos ellos secos, porque apenas se humedecen el agua los transforma en conductores.

Tanto unas sustancias como otras son de gran utilidad para el hombre, las primeras sirven para la conducción eléctrica cuando necesitamos que esto ocurra y las otras aíslan las zonas eléctricamente peligrosas.

Entre estos dos tipos de sustancias están los semiconductores. Poseen propiedades intermedias y se usan fundamentalmente en electrónica. Son no metales como el Silicio (Si) y el Germanio (Ge) que pertenecen al grupo IVA (grupo del carbono) de la tabla periódica, conducen en forma bastante imperfecta la electricidad pues tienen los electrones fuertemente aferrados al núcleo.  Al aumentar la temperatura los electrones  adquieren energía , se movilizan y la sustancia aumenta su capacidad conductora.

Podemos hacer un truco que consiste en agregarle impurezas controladas del grupo VA (P_ fósforo, As_ arsénico, Sb_ antimonio) Como estos elementos poseen 5(cinco) electrones en su último nivel compartirán fuertemente 4(cuatro) de ellos quedando uno a disposición de todos los núcleos con alta movilidad, lo que mejora muchísimo la conductividad del material, este tipo de semiconductor se clasifica como n (negativo) porque le sobran electrones.


También hay otro truco que es impurificarlos con elementos del grupo 3A (Al_ aluminio, Ga_ galio, In _ indio) como poseen 3 (tres) electrones en el último nivel sólo comparten éstos faltando un cuarto que deja una especie de hueco y por lo tanto esta falta favorece a la conducción eléctrica ya que los electrones circulan por el material para ocupar esos huecos .Estos se llaman semiconductores p (positivos) pues la escasez de electrones es considerada positiva.
Los semiconductores son utilizados ampliamente para la fabricación de productos electrónicos como transistores y circuitos integrados y forman parte del gran adelanto tecnológico de estos últimos años.


El hombre descubre y con su ingenio utiliza lo que la naturaleza le da y lo adapta para el logro de su confort y comodidad. La tecnología es la aplicación de los conocimientos científicos con el fin de generar adelanto y progreso que mejoren la calidad de vida de la humanidad.
Todo esto debe manejarse con el respeto y la cautela suficiente de modo que el avance tecnológico no perjudique el sutil equilibrio de la naturaleza, si lo alteramos, ésta para restablecerlo generará fuerzas que a veces pueden resultar perjudiciales en lugar de beneficiosas.

La Química entre nosotros CF N° 269





Autora: María Cristina Chaler.

CIENCIA FÁCIL Número: 269
El Amplio Mundo de la Química.

El estudio de las Ciencias Puras tiene por objetivo la apropiación del saber enfocado hacia los fenómenos de la Naturaleza y del Universo.En algún punto las Ciencias se unen a la Filosofía a pesar que en Imaginario social se toman como antagónicas. Ciencia y Filosofía caminan paralelamente y en a veces se cruzan. 


¿De qué hablamos cuando mencionamos la palabra química?

La química es una Ciencia Exacta, que estudia aquellos fenómenos que modifican la naturaleza íntima de la materia. Cuando  ocurren la sustancia deja de ser, se transforma.
El científico en general y en especial el químico tiene una mirada muy distinta a la del hombre común, observa con su interés puesto en el micro mundo de la materia. Cuando estudia un sistema material enfoca el proceder de las moléculas, por lo tanto lo ve muy distinto, se cuestiona las propiedades y busca las explicaciones de su comportamiento.
El brillo para el químico es movimiento de electrones, el color es la devolución por parte de las moléculas de una energía perteneciente a la luz, la fragilidad tiene que ver con el rechazo de cargas eléctricas en la estructura de la sustancia, los estados son producto de las fuerzas intermoleculares y la materia no es más que electricidad condensada y abundante espacio vació, que se presenta ante nuestros ojos con una apariencia contundente que no es tal. Todo es ILUSIÓN. La realidad es invisible a los ojos.

El químico necesita profundos conocimientos que le aportan la matemática y la física. El mundo es físico químico pero las teorías en que se apoyan los descubrimientos se rigen por leyes matemáticas.
Luego de estudiar y observar profundamente lo que le rodea el químico se anima a modificarlo y para ello desarrolla metodologías para sintetizar sustancias que le serán útiles al hombre y que le proveerán confort y progreso. La petroquímica fue una de las ramas de la química que hacen que la humanidad goce de beneficios y confort sin los cuales  no se podría vivir.
Si observamos lo que nos rodea, donde colocamos la vista aparece el  trabajo de un químico.
Las pinturas, los revestimientos, los plásticos, el papel, las tinturas, los vidrios, los cristales, el cuero sintético, la fotografía, la tecnología de alimentos, los medicamentos, las investigaciones criminologías, la descontaminación del medio ambiente, los análisis clínicos, los fertilizantes para el agro, las investigaciones arqueológicas, el genoma y etc,etc,etc.

Las Ciencias Químicas se dividen en dos grandes ramas Química Inorgánica y Química Orgánica. La primera estudia todo lo referente al reino mineral mientras que la segunda es la química de la materia viva y de sus productos derivados.
Dentro de ambos grupos tenemos las ramas de las Químicas Analíticas que se dedican a investigar sistemas y descubrir qué tipos de sustancias los componen y en qué cantidad.
La investigación de fenómenos en su intimidad está a cargo de la Físico Química que estudia los por qué de todo lo que ocurre químicamente en la materia e incluso las distintas teorías atómicas, la mecánica cuántica, la velocidad de las reacciones, los calores que emiten o absorben cuando se producen, cómo influyen determinadas sustancias como aceleradores o retardadores de algunas de ellas y explica todo ello con engorrosos cálculos matemáticos que confirman los resultados experimentales. Aquí encontramos el punto de contacto entre la física la química.
La tecnología y el análisis de los alimentos está estudiado por una rama de la química llamada Bromatología.
Lo referente a la industria lo estudia la Química Industrial que se ocupa de profundizar fenómenos que ocurren en los procesos industriales como la destilación, evaporaciones, formación de cristales, transmisiones de calor, mezclas y resistencia química de los materiales.
A nivel medicina la química se transforma en Bioquímica o Química Biológica y estudia las complejas reacciones de los organismos vivos.
El avance de los últimos años demostró cada vez más que las enfermedades comienzan en las bio-moléculas y tiene una íntima relación con la química biológica. La célula es un pequeño y complejísimo laboratorio que tiene que funcionar muy bien para que gocemos del estado de salud.

Conociendo profundamente la química biológica podemos diagnosticar en forma más precisa muchas enfermedades y llegar rápidamente a la cura de las mismas.
Todos estos estudios ampliados y profundizados con conocimientos de física y matemáticas hacen del científico químico un investigador con gran capacidad para encarar la solución de problemas que necesitan de una profunda investigación.


La ciencia pura investiga y la tecnología encuentra la aplicación a los descubrimientos.Todo ésto despierta un gran debate ético en el que profundizaremos en otras notas de Ciencia Fácil. Ciencia y  Tecnología en sí poseen una finalidad extremadamente positiva. Sólo la extrema ambición humana  desvirtúa y pervierte.

¿Cuáles son los mejores caminos?
Son aquellos que nos benefician manteniendo nuestra integridad como persona y no superponiéndose a los derechos de otros.
Son los que responden a valores universales que jamás deberían dejar de ser, para poder vivir en armonía con uno mismo, con quienes nos rodean y sobre todo con el Universo.
Son los que no alteran el sutil equilibrio del cual hablamos en notas anteriores.
Son los que respetan al ser y sobretodo a la naturaleza.
Son los que nos permiten vivir y dejar vivir.
Ojalá algún día caminemos juntos de esa forma y generemos un futuro mejor para las próximas generaciones.
¿Es mucho desear?

miércoles, 15 de mayo de 2013

Un posible comienzo CF N° 268




Autora:María Cristina Chaler

CIENCIA FÁCIL Número: 268

La gran explosión
Nuestro origen está en el polvo de estrellas y quizás allí esté  nuestro fin.

En la serie de notas publicadas hemos transitado desde el átomo hasta la molécula formadoras de la materia de la cual nos introducimos en el conocimiento de su evolución y algunas de sus misteriosas propiedades.

Pero por cierto, en este momento, cabe preguntarnos de donde proviene esta materia que nos conforma y la respuesta a esta inquietud nos lleva a las teorías del origen del Universo.
Una de las más difundidas y aceptadas es la Teoría del Big Bang pero sigue siendo teoría hasta que no se compruebe experimentalmente su realidad.

Sostiene que el universo se inicia con una gran explosión a partir de un estado de masa concentrada en un punto pequeño de alta temperatura, llamada Huevo Cósmico, tan inestable que explota. A partir de ese momento salen “disparadas” nubes de gas y polvo que al enfriarse durante la expansión se condensan formando núcleos constituyentes de estrellas, soles o galaxias universales.

Recordemos por notas de Ciencia Fácil anteriores que el color rojo es el que posee menor frecuencia (ciclos por segundo) en comparación con el azul.Cuando un objeto luminoso se aleja de un observador, su color se va haciendo cada vez más rojo pues al aumentar la distancia del punto de observación las ondas luminosas tardan cada vez más en llegar al mismo y la frecuencia “aparente” disminuye.En realidad, con el alejamiento de una fuente luminosa, la frecuencia cambia en forma ficticia, sólo para quien observa, la luz es siempre la misma.

El sonido,que también es una onda, se distorsiona con el movimiento haciéndose más agudo (con mayor frecuencia) cuando se acerca y más grave (con menor frecuencia) cuando éste se aleja. Recordemos aquellos avioncitos de publicidad en las costas argentinas.  Esto se debe al llamado “efecto Doppler enunciado por el científico en 1842.

El hecho es, que cuando el color cambia al rojo nos esta indicando que hay un alejamiento de la luz, en cambio si viésemos cambiar a azul nos indicaría que la luz de esta acercando.
Basándose en estos principios en 1929 E. Hubble elabora una ley que dice que “la velocidad de alejamiento de una galaxia es proporcional a su distancia”

Esto explica que al observar las galaxias  el color de las mismas cada vez resulta ser de un rojo más intenso reafirmando la teoría de Big Bang. A partir de la explosión inicial las Galaxias se alejan a gran velocidad.

Hay otras teorías del origen del universo.

Entre ellas la de un Universo Estable donde las galaxias se alejan entre sí cada vez más y las más alejadas irían a mayor velocidad (se comprueba con el acercamiento al rojo intenso) pero en esta teoría existiría un Horizonte del Universal en donde las galaxias se perderían. Y la materia perdida se compensaría con la creación de nuevas galaxias. Este universo permanece estable en cantidad de materia. Para esta teoría no existió el Big Bang el Universo se mantuvo siempre igual a través del tiempo. El cuestionamiento que se le hace es de dónde proviene la nueva materia que regenera a la que se pierde.

La otra teoría es la de un Universo Oscilante acepta la explosión del Big Bang pero expresa que no necesariamente el universo debe expandirse siempre, supone que en un momento se contraerá y hará una regresión al punto de partida de masa infinita para volver a explotar y así sucesivamente permanecerá en expansiones y contracciones.


El hombre se cuestiona, se inquieta, duda y investiga.
A través de la historia siempre quiso saber de dónde proviene y hacia donde va y esa curiosidad lo impulsa hacia el progreso.
Si aceptásemos todo tal como lo recibimos y no dudáramos de lo preestablecido no habría progreso.El científico posee un espíritu inquieto y moviliza energías, para alcanzar sus logros.

martes, 14 de mayo de 2013







Tabla periódica en "3D"_CHALER

La tabla periódica de Mendeleiev fue y será el principio del orden de los elementos. Al secuenciarlos por número atómico creciente, encontró periodicidad o repeticiones en las propiedades que justamente coincidían en los Grupos verticales de la misma.Su tabla fue una genialidad para la época e incluso dejaba huecos para elementos aún no descubiertos conociendo sus propiedades por la posición que ocuparían.
A medida que la tecnología avanzó se descubrió que las propiedades químicas tenían que ver con la configuración electrónica de los diferentes elementos y sobre todo con los electrones de las capas más externas ( configuración electrónica externa).
Si profundizamos en las propiedades y en la manera en que se combinan los átomos en la naturaleza para formar sustancias de la vida cotidiana, vemos la tendencia a completar su capa exterior con 8 electrones. Los Gases Nobles que tienen la órbita más externa completa son químicamente inertes a las condiciones del planeta y  a esa inercia es a la que tienden los elementos al unirse entre sí adecuando sus configuraciones electrónicas para lograr completar su capa externa ya sea compartiendo, ganando o perdiendo electrones. Esa es la clave de formación para la gran mayoría de las sustancias conocidas.

Analizando el comportamiento de los metales alcalinos y alcalinotérreos (grupos IA y IIA) vemos que pierden electrones convirtiéndose en cationes (átomos con carga positiva) para convertirse en isoeléctricos con el gas noble del período que les precede. Los no metales de los grupos VA, VI A Y VII A ganan electrones, se convierten en aniones (átomos con carga eléctrica negativa) y su configuración electrónica se modifica para ser isoelectricos con el gas noble de su propio período. Aquí observamos un principio de TRIDIMENSIONALIDAD de la tabla en donde la circulación electrónica es espiralada en forma horaria y anti horaria y donde la distancia entre metales y no metales no es tan grande como en la tabla bidimensional ya que se acercan en configuración a los  gases nobles hacia un lado o hacia el otro perdiendo o ganado electrones para lograr su fin.

 El hidrógeno es para los elementos como el cero es para los números reales. No ocupa un lugar fijo en la Tabla de Mendeleiev pero en esta propuesta constituirá un lugar de suma importancia: el vértice de una especie de pirámide espiralada y tridimensional para nuestro mundo. Multidimensional a nivel Universal. Se estabiliza electrónicamente con la configuración del Helio. En el Universo, el hidrógeno es el primero de los componentes.


El resto de los elementos, en el caso de los metales propiamente dichos tienden a los gases Nobles que le preceden, perdiendo sus electrones exteriores y quedando con sus octetos completos, esto provoca una rotación en sentido horario sobre una “semiespira espacial”.

Los no metales tenderán hacia los Gases Nobles que les siguen en el periodo, su sentido será anti horario.

Los elementos de transición forman parte de la inexplicable multidimensionalidad, electrónicamente poseen niveles internos incompletos pentadimendionales en donde se ubican los electrones entrantes (subnivel d) En este planeta de tres dimensiones cuando actúan como simples metales, rotarán en forma horaria y cuando no es así su rotación será contraria, estos elementos no son representativos y se manifiestan químicamente a veces como metales y otras como no metales, son anfóteros. A nivel físico se los denomina metales de transición ya que sus propiedades físicas son muy semejantes  a la de los metales.

Los elementos de transición interna forman parte de la séptima dimensión y hasta de la octava dimensión. Internamente son inexplicables dentro de nuestro mundo, pero se manipulan en la materia y forman parte de ella. El Subnivel f es imposible de comprender dentro de estas tres dimensiones y se lleganal mismo solo a través de complicados cálculos matemáticos y probabilísticos. Nos sirven como prueba de multidimensionalidad del interior de la materia que constituye el mundo y el universo que nos rodea.Lo que observamos con nuestros sentidos no es la realidad, La esencia de la materia es mucho más compleja de lo que creemos.

Volviendo a nuestro planeta tridimensional y en este mundo “comprendido” por casi todos nosotros los Nobles son el tronco atractor de los elementos de la Tabla y ocupan la vértebra de la “pirámide”.

La mayoría de las reacciones químicas de nuestro planeta se producen motivadas por las tendencias de cada átomo a adquirir la configuración electrónica de su gas noble afín.

La “espira o espiral” Multidimensional, es el modo que tiene la naturaleza para crecer con menor gasto de Energía y es la regente de múltiples fenómenos. Es lógicamente probable que los elementos químicos universales tengan una tendencia de ordenamiento "tridimensional" en nuestro planeta. 




















jueves, 25 de octubre de 2012

Tipos de reacciones químicas II CF N° 267






CIENCIA FÁCIL Nº 267
Autora: María Cristina Chaler.

Serie: Una mirada de la química diferente.

Tipos de reacciones químicas I I 

En esta nota profundizaremos las reacciones redox. La reducción que provoca un agente reductor nunca se da aislada, siempre junta a ella hay una oxidación que provoca el agente  oxidante.

Recordemos el concepto introducido en la nota anterior que aunque verdadero se encuentra incompleto  

Si la combinación con oxígeno se produce a nivel molecular en soluciones líquidas las reacciones se denominan REDOX.
Hay moléculas que incorporan oxígeno, se oxidan,  ese oxigeno se lo extraen a otras de modo que reciben el nombre de AGENTES REDUCTORES.
Otras moléculas pierden oxígeno, se reducen  pero ese oxigeno perdido lo toman otras de modo que trabajan como AGENTES OXIDANTES.

Observemos un esquema

AO +B--------BO + A

AO agente oxidante cede oxígeno que toma B agente reductor dando como productos A reducido y B oxidado.

Este tipo de reacciones se las clasifica como REDOX porque se dan siempre ambas al mismo tiempo. NO HAY OXIDACIÓN SIN REDUCCIÓN.

Las reducciones y oxidaciones no necesariamente se detectan sólo po transferencia de oxígeno, a nivel atómico hay otras pautas y cambios que indican que un elemento se oxida o se reduce.

Se considera oxidación.
·        Ganancia de oxígeno. Ejemplo: 2FeO +1/2 O2-------- Fe2O3 El oxido ferroso incorpora oxígeno pasando a ser oxido férrico.

·        Pérdida de electrones. Ejemplo: Zn---------Zn+2  + 2e-. El Zn  pierde 2 electrones pasando a ser un catión divalente de Zn.


·        Aumento del número de oxidación. Ejemplo: Fe2+-------Fe3+ + 1e- el hierro ferroso aumenta su número de oxidación positivo pasando perdiendo un electrón.

Se considera reducción

·        Pérdida de oxígeno. Ejemplo: CaO -------Ca + ½ O2. El oxido de calcio se reduce al perder oxígeno y transformarse en calcio.

·        Ganancia de electrones. Ejemplo: Cu+2 + 2e------- Cu. El ión divalente de cobre cúprico gana 2 electrones  transformándose en cobre metálico.

·        Disminución del número de oxidación.
      Ejemplo: Cl2 + 2e -----2 Cl-


Análisis del agente oxidante y  agente reductor

Dada la reacción redox buscaremos en ella el agente oxidante y el reductor.

 K2Cr2O7 + HI + HClO4 → Cr (ClO4)3 + KClO4 + I2 + H2O

Leemos la ecuación química que no ha sido equilibrada pero para el análisis del agente oxidante o del agente reductor no es necesario hacerlo.

Dicromato de potasio reacciona con acido yodídrico y acido perclórico dando como producto perclorato crómico, perclorato de potasio, yodo y agua.

Separemos los reactivos y productos en iones  

K2Cr2O7--------- 2K+ + Cr2O7=

HI ----------- H+ + I-

HClO4 -------- H+ + ClO4-

Cr (ClO4)3 -------- Cr+3 + 3 ClO4-


I2 no se disocia lo hacen sólo sales, ácidos e hidróxidos.
H2O no se disocia en gran cantidad.

Reescribimos la ecuación ionizada y señalamos los pares de reactivos y productos correspondientes.

 2 K+ + Cr2O7= + H+ +  I- + H+ +ClO4- → Cr+3 + 3ClO4- + K+ 

+ClO4- + I2 + H2O

Separamos los iones que han cambiado

Cr2O7= ---------- Cr+3  reducción  pérdida de oxígeno

I- -------------------   I2 oxidación aumento del número de oxidación (-1 a 0)

El dicromato es el agente oxidante y el I-el agente reductor

A los lectores

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