¿Por qué los rayos y los truenos? CF Nº 181

CIENCIA FÁCIL                                                       Nº 181

Autora: María Cristina Chaler.

Serie Juguemos a los ¿por qué?

¿Por qué los rayos y los truenos?

Todos habremos vivido una noche de tormenta, los truenos acompañados de los relámpagos son estremecedores y  muchos se atemorizan ante esta situación, pero algunos espíritus inquietos observando el cielo entran en curiosidad: ¿primero un resplandor luminoso y más tarde un enorme estampida llamada trueno?

Quizás nos preguntemos: ¿por qué rayos y truenos?  

 La respuesta a esta pregunta puede formularse con leyendas, mitos o verdades científicas como esta.

La  materia es electricidad combinada de tal modo, que se presenta en forma diversa ante nuestros ojos: sólida y contundente, líquida y movediza o gaseosa e invisible, conteniendo vida o siendo abiótica, pero todo no es más que pura electricidad maravillosamente combinada.

Los átomos que conforman moléculas, son núcleos  positivos neutralizados por las cargas negativas de los electrones que se encuentran a su alrededor y se diferencian entre sí,  sólo por la cantidad de carga eléctrica que poseen. Los 92 elementos que forman todo lo que nos rodea se combinan de forma que generan la diversidad material del planeta.

Si frotamos la materia, quizás le podemos arrancar algunos electrones y alterar  su neutralidad transformándola en positiva, también puede  suceder lo contrario, le transmitimos electrones y se carga negativamente. Debido a esto, en los días de tormenta el viento frota a las nubes y éstas  se cargan de grandes cantidades de electricidad de uno de los dos signos, estas masas de vapor de agua cargadas, atraen de la tierra cargas opuestas  por el fenómeno llamado inducción, lo que posibilita la descarga generando lo que conocemos como rayos,  que pueden tener sentido desde la nube hacia la tierra o inverso y van  acompañados  de un gran estruendo llamado trueno.

¿Por qué la diferencia  de tiempo  para percibirlos?

La velocidad del a luz es de 300000km  en 1 segundo (300000km/s) mientras que la del sonido es de 343 metros por segundo  (343m/s),  con esta diferencia de velocidades es obvio ver  primero la luz y pasado un cierto tiempo percibir el sonido del estruendo que  dicha descarga produce.

Recordemos la nota de Ciencia fácil Nº 14  
“En estos fenómenos  de frotamiento de la materia, las cargas eléctricas se distribuyen uniformemente sobre la superficie de los cuerpos, pero  si los cuerpos tienen puntas en ellas se acumulan y se da lo que se denomina el poder de las puntas:  la densidad (número de cargas/superficie) en ellas es tan grande que las cargas saltan, las moléculas de aire que las rodean se cargan eléctricamente con igual signo y se rechazan entre sí  generando un movimiento que recibe el nombre de viento eléctrico.Una aplicación de este poder, fue el pararrayos, inventado por Benjamín Franklin en 1752, compuesto por una varilla metálica con una o varias puntas. Se coloca en los techos de los edificios altos unido a un cable conductor que a su vez está conectado a una placa metálica que se entierra a cierta profundidad.

Cuando una nube se acerca al pararrayos, le induce cargas de sentido contrario que generan un viento eléctrico de iones (partículas de aire cargadas) que al alcanzarla la neutraliza (quita las cargas) e impide la formación del rayo. Si este viento no llegase a la nube o la acumulación de cargas en ella fuese muy grande como para ser neutralizada, se generará un rayo que descargará a través del pararrayos sin provocar daños.”

Sigamos pensando como científicos y observando a todo lo que nos rodea con suma curiosidad.

¿Por qué cocina el microondas? CF Nº 180

   
CIENCIA FÁCIL                          Nº 180

Autora: María Cristina Chaler. 

Serie Juguemos a los ¿por qué?  

¿Por qué cocina el microondas?  


 La luz blanca está formada por un cúmulo de energías, algunas más poderosas que otras, dependiendo de su frecuencia (número de ondas por segundo). Cuanto mayor sea la   frecuencia más  energética es la onda  y en consecuencia más penetrante. 

A una onda electromagnética que se propaga en el espacio,  la podemos pensar como un continuo de crestas y valles, la longitud de onda es la distancia entre cresta y cresta o valle y valle y a mayor longitud de onda menor frecuencia, es decir, menos ondas pasarán en  un segundo.

Dentro del espectro de la luz blanca se encuentran los colores visibles ocupando un pequeño espacio con mínimas diferencias energéticas entre sí  entre sí, el azul es más energético que el rojo. Por debajo del rojo, están los rayos infrarrojos que son invisibles pero los detectamos con el sentido del tacto, por la sensación de calor que producen. Por encima del violeta, los ultra violeta, muy  energéticos, también invisibles a nuestros ojos, no lo podemos captar con el sentido del tacto, pero nuestro cuerpo biológico los recibe y transforma  una sustancia que hay debajo de la piel en vitamina D dando lugar al  color tostado tan característico de la exposición a los rayos solares.

¿Dónde se ubican las microondas dentro de este espectro?

Las microondas son de baja frecuencia que se ubican por debajo de los infrarrojos y por encima de las ondas de radio, son poco penetrantes  pero lo suficiente como para que el hombre haya encontrado una tecnología de avanzada que permita usarlas en la cotidianeidad y aplicarlas para cocinar alimentos desde adentro a diferencia del horno tradicional, cuyos rayos infrarrojos del fuego cocinan desde el exterior 

Vamos al núcleo del por qué 

Los alimentos tienen en su interior un gran porcentaje de moléculas de agua formadas por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno (H2O), que se caracterizan por poseer una  nube de electrones asimétrica, retenida en la zona del átomo de oxígeno (zona negativa) más que en la de los hidrógenos(zona positiva). Molécula con dipolo permanente, que se comporta  frente a un campo magnético como un pequeño imán y orienta sus polos al polo contrario de del campo magnético. Las microondas son capaces de penetrar la materia, su entrada genera  campos magnéticos variables que  hacen que las moléculas de agua se orienten según sus cargas eléctricas, con movimientos constantes de giro.  Giran  2, 45 millones de vueltas por segundo, este giro genera calor,  que se trasmite al resto de la sustancia. 

Cualquier otra molécula que sea polar y que esté presente en el alimento vibrará como el agua  y ayudará al calentamiento. Como en una sustancia habrá millones y millones de moléculas vibrando, la cocción será mucho más rápida que en un horno común donde las ondas de calor (infrarrojo), no penetran  la materia y la cocinan  desde afuera hacia adentro y con lentitud.

Los alimentos en el horno común se  doran porque se seca su exterior, en cambio en el microondas,como la cocción se produce desde adentro no se doran y quedan como hervidos.

Toda sustancia que  posea en su interior, moléculas polares se calentará por el pasaje de las microondas  Las sustancias que tienen poca agua o que no posean moléculas polares en su interior no se calentarán, sólo se entibiarán.

La famosa bandeja doradora está fabricada de un material que es capaz de calentarse por la acción de las microondas, al tomar contacto con los alimentos secan su superficie y los doran.

Los metales son capaces de reflejar las ondas, por esa razón muchos microondas poseen paredes metálicas para favorecer la reflexión y distribución de las mismas y el frente de vidrio del aparato tiene una malla metálica para evitar que las microondas salgan al exterior. 

El generador de ondas recibe el nombre de magnetrón, dispositivo que emite las microondas a través de unas perforaciones que se  observan en una de las paredes del aparato, el exceso de metales dentro del horno, no es conveniente pues si las ondas se reflejan demasiado vuelven al magnetrón y lo van quemando.

Las microondas movilizan a los electrones a lo largo del metal, cuando éste tiene puntas,  se acumulan en ellas y pueden escaparse en forma de chispas que llegarían a quemar alguna sustancia inflamable del alimento, por ello no es conveniente colocar objetos  metálicos en el microondas sobre todo los que posean puntas o filos en donde la electricidad escapa por ellos.

Y ahora…  ¡A cocinar con microondas sabiendo de qué se trata!

¿Por qué se dice que el sol es vida? CF Nº 179

CIENCIA FÁCIL                                                       Nº 179

Autora María Cristina Chaler.

Serie Juguemos a los ¿por qué?

¿Por qué se dice que el sol es vida?

La frase el sol es vida la hemos escuchado en reiteradas oportunidades y quizás nunca nos preguntamos ¿por qué? Si en realidad es una verdad o simplemente es una frase social estereotipada que surgió sólo del placer que nos provoca la exposición a sus cálidos rayos.

Recordemos la nota de Ciencia Fácil Nº 49 donde hablaba de la necesidad de la vitamina “D

Esta vitamina interviene

v     En la absorción de fósforo (P) y Calcio (Ca++) en el intestino de modo que favorece el crecimiento tanto de huesos como de dientes.

v     En la protección del sistema inmunológico.

v     En la regulación de los niveles de calcio (Ca++) que resulta esencial para que el sistema nervioso central y la musculatura funcionen correctamente. Evitando calambres y convulsiones.

La luz solar es la fuente más importante de esta vitamina porque transforma una sustancia que se encuentra debajo de la piel (7 dihidrocolesterol) en pro vitamina D3 y al ergo colesterol en pro vitamina D2 para que luego ambas a través de otro proceso químico se transformen en vitamina D.

De modo que los rayos solares favorecen la síntesis de esta vitamina tan necesaria para nuestra vida.
Aunque es muy importante  tener en cuenta que no debemos abusar de esto, ya que la exposición permanente y prolongada puede llegar a dañar el genoma de la piel y provocar cáncer (melanoma).

El cuidado de la piel frente al sol es imprescindible para  conservar nuestra salud

Este ¿por qué? necesita aún de una respuesta

Sigamos recordando otra nota de  Ciencia Fácil  Nº 158 en donde hablábamos de los equilibrios gaseosos de nuestra atmósfera cuya composición general esta dada por:

Nitrógeno------78,03 %
Oxígeno--------20,99 %
Dióxido de carbono-----0,03 %
Gases raros y otros junto con el vapor de agua -----0,94%

Es necesario que estos gases atmosféricos se mantengan en equilibrio para la buena preservación de la vida, la alteración de estos porcentajes perjudica notablemente al bioma.
El  Oxígeno   

El oxigeno  es un gas importantísimo para el bioma del planeta. El reino animal lo utiliza en el proceso de respiración. Inspira, absorbiendo oxígeno que es transportado por la sangre a cada una de las células del organismo vivo, para que se haga efectiva la combustión del alimento  y se genere  la energía necesaria para sostener todo lo que involucra vivir, desde el mantenimiento del metabolismo (cadenas de reacciones químicas del organismo viviente) hasta todas las acciones que un ser vivo realiza a lo largo de su vida.

El reino vegetal expele oxigeno durante el día y  absorbe dióxido de carbono  el proceso compensa y equilibra a la respiración del reino animal. Ese oxígeno atmosférico es liberado   por las plantas por la fotosíntesis, donde una de sus etapas necesita  imprescindiblemente de la presencia  de luz solar  generando como producto   de la descomposición del agua  que el vegetal absorbe por sus raíces, este gas. En  una etapa posterior llamada etapa oscura  porque no necesita  la presencia de la luz el vegetal fija al  dióxido de carbono  como nutriente (glucosa) y fabrica múltiples sustancias más que le servirán para vivir.

Si el sol no estuviera presente, este proceso no se daría,  ya que el reino vegetal transforma la energía luminosa  en energía química para  favorecer su propia vida, pero la consecuencia es el  beneficio del reino animal. Sin el sol el reino vegetal desaparecería del planeta, también lo harían los animales que dependen de él y el sutil equilibrio de los gases atmosféricos se descompensaría, generando un caos en el bioma planetario.

El sol es el promotor de la vida vegetal, que a su vez es el pulmón de la naturaleza.

Todo el planeta vive  y mantiene un sutil equilibrio que debe ser respetado por el hombre, la ambición desmedida y la ignorancia hizo que se alterara  lo  que se había logrado  a través de millones de años  de evolución y por esta razón se  sufren las consecuencias en estos momentos. El cambio climático, la pérdida de la biodiversidad, las contaminación del agua, suelo y aire son el resultado de la falta de cuidado del planeta.

Es necesario conocer para poder respetar  y hacer respetar  las condiciones que hacen del planeta un lugar apto para la vida presente y la de las generaciones futuras.

¿Por qué el agua y el aceite no se mezclan? CF Nº 178

CIENCIA FÁCIL                                                       Nº178

Autota: María Cristina Chaler.

Serie Juguemos a los ¿por qué?

¿Por qué el agua y el aceite no se mezclan?

La materia  visible o invisible que conforma todo lo que nos rodea, aún la de nuestro cuerpo, está constituida por átomos que son básicamente electricidad, es decir, cargas positivas o protones, concentradas en un pequeño núcleo y electrones que las neutralizan girando a su alrededor.  Estos átomos  se unen entre sí a través de sus propiedades eléctricas, formando moléculas de distintas formas y tamaños que conforman toda la materia del planeta. 

La materia, a nivel macro, se presenta  con diferentes propiedades  y los millones de millones de moléculas que la conforman interaccionan entre sí atrayéndose en mayor o menor grado y generando los diferentes estados.

Tanto el agua como el aceite  a temperatura ambiente son líquidos y lo notable es que cuando agregamos aceite al agua o viceversa, éste quedará flotando sobre la superficie y no se mezclará. Formarán un sistema de dos fases líquidas inmiscibles.

Para poder encontrar la respuesta a l ¿por qué? debemos conocer la naturaleza íntima de   de las sustancias y en especial la del agua y el aceite.

Los átomos se unen entre sí para formar moléculas  y estas resultan ser un conglomerado de núcleos positivos rodeados de electrones que los estabilizan. Las moléculas adoptan en el espacio tridimensional diferentes formas y en general toman las de la geometría que les confiere mayor estabilidad. Se respeta la simetría y los electrones se colocan en las posiciones de máxima repulsión, formando un conglomerado eléctrico que suele tener dos características diferentes

•     Con cargas eléctricas simétricas: molécula no polar.

•    Con cargas eléctricas asimétricas: molécula polar

Las densidades eléctricas diferentes les confieren zonas con menor cantidad de electrones o  positivas y otras zonas densamente  cargadas de electrones o negativas.

Cuando las moléculas son polares se transforman en pequeños imanes permanentes que se atraen entre sí desde los polos opuestos y se facilita la conformación del estado líquido.

Veamos qué pasa con el agua…

El agua (H2O) es una molécula polar, la zona negativa se encuentra sobre el átomo de oxígeno que es un gran atractor de electrones y los hidrógenos son densamente positivos. Cuando millones de moléculas se juntan, el oxígeno se encontrará pegado a los hidrógenos y viceversa y a pesar de sus movimientos, mantendrán esa atracción, esto facilita la formación del estado líquido a temperatura ambiente.

Les llamaba la atención a los químicos que siendo una molécula tan pequeña poseyera un punto de ebullición tan alto (100ºC) y se preguntaron ¿por qué? comenzando la investigación. La respuesta resultó ser que además de la atracción entre los dipolos moleculares, en el agua, el átomo de hidrógeno refuerza la unión entre las moléculas formando una especie de puente llamado “puente de hidrógeno” que le confiere   estabilidad al estado líquido y hace que sea necesario darle mayor cantidad de energía para llegar a la ebullición, es decir  pasaje de toda la masa acuosa a estado de vapor.

Las moléculas de aceite…

Son no polares pero mucho más grandes que las de agua, la no polaridad favorece al estado gaseoso, pero el tamaño de las moléculas y la gran cantidad de electrones que poseen a su alrededor, hace que se presenten dipolos transitorios y se generen atracciones entre las moléculas, así que el aceite se presentará en estado líquido con moléculas fluidas de bastante movimiento y con menor atracción entre sí en comparación con las del agua, de modo que  una masa de aceite igual que la del agua ocupará mayor volumen y como la densidad responde a la ley d = masa/volumen  el aceite será menos denso que el agua . Por eso  flota sobre ella.

Las moléculas de aceite son de naturaleza diferentes a las del agua, de modo que no tienden a penetrar la fase acuosa porque no son atraídas por la misma  y tienden a quedarse atraídas entre sí,  en su propia materia,  formando una interfase de separación definida y visible ante la presencia de agua, las propiedades físico químicas de la masa acuosa no permiten la difusión de las moléculas de aceite dentro de ella.

El aceite y el agua  son sustancias que naturalmente se rechazan entre sí. A las moléculas de aceite se las clasifica como hidrofóbicas, que significa que le tienen fobia al agua, de modo que no son capaces de difundir  espontáneamente en ella.

Si forzamos la situación con agentes emulsionantes podemos generar una suspensión de aceite en agua que se estabiliza por un tiempo, como es el caso de las cremas o lociones faciales pero a la larga tienden a separarse.

El hecho de que el aceite y el agua no se mezclen es una propiedad que mantiene estable a la materia viva, nuestro cuerpo  o el cuerpo de cualquier ser vivo, es un conglomerado de agua y grasa (aceites en estado sólido) en donde se producen reacciones químicas de vida, si estas sustancias se solubilizarían entre sí la vida dejaría de ser.

Es otra de las maravillas construidas por la naturaleza para permitir la existencia de los seres vivos.

Nota de Prensa a María Cristina Chaler_ Diario Clarín_ Buenos Aires_ Argentina

Quiero compartir esta nota con mis lectores.

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¿Por qué iluminan las lamparitas? CF Nº 177

 CIENCIA FÁCIL                                                       Nº 177

Autora: María Cristina Chaler.. 
Serie Juguemos a los ¿por qué?  
¿Por qué  iluminan las lamparitas? 


Pensemos en una lámpara de las comunes, aquellas de vidrio transparente. Nos acercamos, la observamos y… Dentro de la misma vemos que  hay un soporte de vidrio que tiene unos alambres que a su vez sostienen a otro muy finito, enrollado llamado filamento. 


¿Cómo funciona? 


Cuando apretamos la tecla (interruptor) para encenderla, nuestra acción permite que la electricidad (millones y millones de electrones en movimiento) pase a través de ese filamento y lo ponga  incandescente por un efecto que en electricidad se llama: Joule, de modo que emite luz su entorno se ilumina. Esto es un ejemplo de transformación de energía eléctrica en luminosa, pero si tocamos el vidrio es posible que nos quememos, porque parte de la energía se transforma en calor.  Antes de ser inventada esta pequeña maravilla, la iluminación se hacía con lámparas de gas. ¿Quién fue su inventor? El invento se le atribuye a Thomás Alva Edison nacido en Estados Unidos en 1847, se cuenta que no fue un niño valorado por sus maestros ya que decían que era poco inteligente. La cuestión es que fue un gran inventor y  en 1879 creó la lamparita,  en 1880 se la patentan y en 1882 se instala la luz eléctrica por primera vez en Nueva York. Cuando decimos que una lamparita está quemada muchas veces hablamos con propiedad ya que  el filamento de tanto ponerse incandescente luego de cierto tiempo se funde y se rompe, es decir termina la vida útil de la lamparita. Para aumentarla se han ido fabricando filamentos cada vez más resistentes. El más aceptado es el de tungsteno que resiste bastante y conduce la electricidad con facilidad y con él se pueden fabricar filamentos bastante finos. Pero esta lamparita de incandescencia pesar de los esfuerzos para que rinda cada vez más,  pierde mucha energía en forma de calor, en consecuencia no es muy rendidora y poco  a poco se va retirando del mercado y es reemplazada por otras lámparas que consuman menos energía  y generen luz semejante, como las llamadas de bajo consumo. C F L (compact fluorescent lamp). Son pequeños tubos pintados en su interior con una sustancia que al pasaje de la electricidad se pone fluorescente, emite luz con menor gasto energético y pierde menos calor. Estas lámparas, tienen mayor vida útil y consumen menor cantidad de energía produciendo igual iluminación. En estos momentos de crisis energética mundial son sumamente útiles. Continuaremos pensando como científicos en potencia

¿Por qué la luna se muestra con diferentes formas? CF Nº 176

CIENCIA FÁCIL Nº 176

Autora: María Cristina Chaler.

Serie Juguemos a los ¿por qué?
¿Por qué la luna se muestra con diferentes formas?
Gran inspiradora de poetas y románticos, la luna fue un misterio y fuente de leyendas.

¿Compañera del planeta desde siempre?
Hay varias teorías al respecto, algunas asocian a la luna y a la tierra un origen común, otras explican que en realidad fue atraída en algún momento por la tierra o bien que se trata de un desprendimiento del planeta y la más aceptada hasta el momento es que se formó luego de un gran impacto de la tierra con otro cuerpo celeste.
Está clasificada como satélite natural, es decir girando alrededor del planeta lo acompaña en la translación alrededor de la estrella central (sol). Es uno de los satélites de mayor tamaño del sistema solar y aunque la veamos brillar, no tiene luz propia, sólo vemos el reflejo de la iluminación del sol y como su rotación (giro sobre su eje) está en sincronía con su translación observamos siempre la misma cara. Esto parece no ser casual ya que se repite en varios de los satélites de nuestro sistema solar.
Todos habremos visto las diferentes formas en que la luna se presenta en el cielo. Esas formas se llaman fases y dependen de la posición que tiene la luna respecto del sol y la tierra.

Como la tierra gira alrededor del sol y la luna lo hace alrededor de la tierra, las posiciones que adopta frente a la luz solar pueden ser las siguientes
T (tierra) ----L (luna) ---- S (sol) en donde desde la tierra vemos la cara oscura y la luminosa enfrenta al sol, esta es la fase invisible llamada luna nueva. Que se hace invisible a nuestros ojos.
Cuando se aparta de esa posición con la rotación en sentido horario se colocará
T------S comenzamos a observar la luna nueva creciente que en nuestro
L
Hemisferio sur aparece como una pequeña letra C de ancho fino, esa letra poco a poco va creciendo hasta la posición
T-------S
L donde se transformó en un semicírculo o cuarto creciente cuando se encuentra a 90º con respecto a la línea que une al sol con la tierra:

Continúa rotando hasta
L------T-------S el plenilunio o luna llena en donde vemos su cara totalmente iluminada.
En su giro horario hasta adquirir la siguiente posición::
L
T-------S comienza a mostrarse como una letra D cuando decrece la fase iluminada o sea en los cuartos menguantes mostrándose como un semicírculo en forma de D cuando se encuentra a 90º pero del lado opuesto al del cuarto creciente y continúa menguando hasta volver a la posición de luna nueva invisible.
Este recorrido dura aproximadamente 28 días de modo que en un año suele hacer 13 recorridos lunares. En el hemisferio norte la forma C corresponde a menguante mientras que la D corresponde a creciente.
Este pequeño satélite por leyes físicas ejerce sobre la tierra fuerzas atractivas al igual que el sol, de modo que los fluidos (el mar y la atmósfera) van a ser traídos hacia ella provocando las mareas y variaciones en la presión atmosférica entre 990 Hp (hecto pascales) y 1040 Hp siendo la presión normal de 1013 Hp. Cuando la presión baja la marea sube y viceversa.
Un Hp provoca una variación de 1cm en la marea barométrica. Generando las mareas alta o pleamar o la marea baja o bajamar.
En nuestro país, el servicio de hidrografía naval perteneciente a la Secretaría de planeamiento del Ministerio de defensa, publica las predicciones diarias con el horario y las alturas de las pleamares y bajamares de los puertos de la República Argentina y las predicciones diarias de las corrientes de marea. Los cálculos los realiza el Centro de Cómputos del departamento de oceanografía.
Preguntándonos ¿por qué? vamos de a poco avanzando en el camino del Conocimiento Científico.