¿Relatividad?

agosto 14, 2014

Si avanzo 50 metros durante 10 segundos en dirección Oeste, decimos que llevo una “velocidad” de “5 metros por segundo.” En realidad deberíamos decir “5 metros entre segundo” o “5 metros cada segundo,” pero como que se acomoda mejor la lengua al decir “por.” Es más, para ser verdaderamente cuidadosos y precisos tendríamos que decir “5 metros entre segundo en dirección Oeste con respecto al árbol que se encuentra enfrente de mi casa,” en otras palabras, para hablar de “velocidad” se requiere lo siguiente: unidades – en qué se mide la velocidad, que en nuestro ejemplo son “metros entre segundo” (podrían ser kilómetros entre hora, pulgadas entre minuto, etc.). Se requiere también especificar la dirección en la que se mueve y esto conlleva a tener que especificar un “sistema de referencia,” en nuestro caso el árbol enfrente de mi casa.

Claro que cuando no es importante ser tan precisos, solamente decimos – ayer regresé por carretera y venía como a 140 – todos entenderemos que se refiere a kilómetros entre hora (y diremos kilómetros por hora) y que la dirección era hacia nosotros, es decir hacia Colima. Para no hacernos bolas ni aburrirnos, utilizaremos esa descripción menos precisa en lo que resta de este escrito.

relative-bikeSi voy en un coche a 50 km/hr y me dirijo derechito al árbol que se encuentra plantado enfrente de mi casa, y no freno, seguramente tendré algunos problemas. Ignoremos las obvias consecuencias de dicho encontronazo y pensemos en lo siguiente: desde la perspectiva de un pasajero de nuestro coche, el árbol se acerca a 50 km/hr, en otras palabras es posible verlo de esa manera. Si le pregunto a un insecto parado en árbol, el insecto también puede decir que el coche va a 50 hacia él o que el árbol (junto con él) va a 50 hacia el coche. Es equivalente.

Un choque más emocionante: si en lugar de que nuestro coche vaya en una trayectoria hacia un árbol va hacia otro coche, entonces la cosa es más emocionante (y peligrosa). Supongamos por ejemplo que con respecto a la banqueta nuestro coche va a 50 km/hr hacia la derecha y que el coche de nuestros desafortunados amigos va a 50 km/hr pero rumbo a la izquierda. Repitiendo el ejercicio de arriba, si deseamos podemos decir que el coche enemigo viene hacia nosotros a 100 km/hr y viceversa. La velocidad es precisamente relativa y depende del sistema o marco de referencia con respecto al cual se mida. Así, si yo mido la velocidad del coche enemigo con respecto al volante de mi coche, aquel se acerca hacia mi volante con una velocidad de 100 km/hr. Si la medimos con respecto a la banqueta, uno lleva 50 a la derecha y el otro 50 a la izquierda. Creo que la mayoría de nosotros estaremos de acuerdo con lo que acabo de decir, y es además es efectivamente correcto, bueno, a medias.

einstein-1894_approx-young-sizedResulta que hace un poco más de 100 años Albert Einstein llegó a la conclusión de que lo que acabamos de describir es verdad, o casi verdad, solo cuando las velocidades involucradas son pequeñas con respecto a la velocidad de la luz, la cual es de aproximadamente 300,000 km/seg. Una vez que las velocidades sean comparables a la de la luz, encontraremos fenómenos físicos muy diferentes a lo que nuestra intuición y experiencia nos dice. Claro está que en nuestra vida cotidiana esos efectos no son apreciables ya que nos movemos con velocidades extremadamente pequeñas (comparadas con la de la luz), sin embargo existen muchos fenómenos naturales, incluyendo algunos que nosotros generamos, en los que sí se manifiestan los cambios.

Para describir un poco de qué se trata consideremos lo siguiente. Como vimos arriba, la velocidad está relacionada con un desplazamiento espacial (avanzar una cierta distancia) realizado durante un cierto intervalo de tiempo. Si voy a 10 m/s quiere decir que me desplacé de un lugar a otro, separado por 10 metros, y que lo hize durante un segundo. Si efectivamente confirmo ese enunciado quiere decir que pude medir (o alguien lo hizo por mi) una distancia (10 metros) y un intervalo temporal (un segundo). Pues bien, lo que Einstein descubrió es que la velocidad de la luz es siempre la misma y es independiente del estado de movimiento de quien la observe. ¿Qué quiere decir esto? Quiere decir que si yo enciendo una luz en cierta dirección, un observador registrará que la luz llega a 300,000 km/seg independientemente de si yo me muevo o no. No importa si yo voy en un coche que viaje a la mitad de la velocidad de la luz y luego le “aviente” la luz de una linterna, el observador no verá la luz a 450,000 km/seg, la verá exactamente a 300,000 km/seg. De hecho, si en el ejemplo de arriba los coches fueran a 200,000 km/seg (comparable a la de la luz) en lugar de 50 km/hr, no determinarían 400,000, sino algo menor a 300,000.

¿Cómo es posible? ¿Qué sucede que haga esto posible? La consecuencia de la constancia de la velocidad de la luz es que cuando viajamos a velocidades tan grandes, el espacio y el tiempo se distorsionan de tal forma que la luz, independientemente de cómo nos movamos, mantiene su velocidad. A esto se le conoce como la relatividad especial que descubrió Albert Einstein, y al contrario de lo que comúnmente se le atribuye (de que todo es relativo y no podemos determinar nada), la relatividad especial está fundamentada en dos postulados bastante no-relativos: i) Las leyes de la naturaleza son iguales en todos lados y ii) la velocidad de la luz es constante e independiente del sistema de referencia.


Gracias

agosto 12, 2014

Agradecemos una nueva donación anónima al fondo de becas de ConCiencia en Colima. En esta ocasión se trata de una donación para una beca mensual a un estudiante de la licenciatura en física de la Universidad de Colima. La beca está basada en desempeño y necesidad económica. Muchas gracias.

Aprovecho la oportunidad para invitar, a quien esté en posibilidades de apoyar, a que se ponga en contacto con nosotros para explicar los detalles y procedimientos. Pueden ver el historial de donaciones aquí.


Trompo a la uña

agosto 8, 2014

Hace unos días platicaba con Aurelio Figueroa, un escritor mexicano próximamente famoso, sobre las granizadas que han estado cayendo en Colima y sus alrededores. Además de agradecer la temperatura que dejan después de caer, nuestro escritor, con un poder de observación que envidiaría cualquier halcón, mencionaba que el granizo no era como la aguanieve y mucho menos como la nieve. Comentaba estas verdades mientras fumaba. Yo no estaba seguro de qué era lo que en realidad quería decir (reconozco que casi siempre me pasa eso cuando hablo con él) pero decidí importunarlo con una pregunta: “¿cuáles son los estados de la materia? ¿recuerdas?” a lo que respondió con enjundia y malhumor “Pos sí, ¿cómo no?, son el líquido, gaseoso y sólido, ¿o no? ¿a ver?” “Sí, sí, tranquilo. No son todos pero sí son los que esperaba que supieras. Deja te pregunto algo más” “¡Chin! ¿por qué tienes siempre que seguir preguntando? Ninguna respuesta es suficiente para que te calles.” “Bien, gracias, entonces, la nieve ¿qué estado del agua representa?” “Pos el sólido, menso. ¿Pos no que muy científico?” “Muy bien, sólido. Correcto. ¿Y el hielo?” “Pos también … ah caray, pos creo que también ¿no?” “Sí, también, efectivamente, y entonces ¿por qué son diferentes?”

No recuerdo, y créanme estimados lectores, no quiero recordar qué dijo Aurelio Figueroa al respecto. Lo que sí recuerdo es que le pedí que investigara y luego me explicara. Le advertí que era algo interesante y que seguramente se divertiría haciéndolo. Me miro e hizo una cara de consternación paternalista llena de incredulidad. “No pueden simplemente disfrutar la lluvia, tienen que complicar todo,” susurró mientras olvidaba lo que acababa de suceder y terminaba su cigarro, mordido.

trompoalaunaOtra cosa que sí recuerdo, o más bien que esa pequeña interacción con Aurelio Figueroa me hizo recordar, es que hace tiempo publiqué aquí una sección llamada “Trompo a la uña.” La idea consistía en publicar un pequeño problema para que los lectores y participantes del blog propusieran respuestas y se armara la discusión. Ya que de recuerdos se trata, también recordé la muy reciente experiencia en este espacio, en el que muchos de ustedes participaron escribiendo sus ideas sobre la pregunta de ¿qué es el tiempo?, enviándolas a mi correo electrónico para que posteriormente yo las seleccionara y presentara aquí. Así fue y me divertí mucho.

Es así como se me ocurrió revivir el trompo de este espacio y de vez en cuando publicar algunos problemitas. La idea es motivar la creatividad e imaginación de algunos de ustedes para que investiguen y participen mandando soluciones, ya sea a mi correo o a través del blog. Lo mejor sería que al compartir las ideas, opiniones y puntos de vista, se generaran discusiones entre los interesados y así se enriqueciera un espacio de intercambio cultural que tenemos muy olvidado y segregado. ¿Cómo ven?

Para re-empezar la sesión del “Trompo a la uña” propondremos varios “trompos:” el primero ya está aquí, bueno, arribita, unos cuantos renglones. Se encuentra en la conversación que tuve con Aurelio Figueroa y se trata de explicar por qué la nieve y el hielo, siendo ambos agua en estado sólido, son distintos.

Van los otros “trompos” (Traten primero de contestar sin investigar y luego investiguen las siguientes preguntas. Les recomiendo que para honrar la honestidad, escriban en un papel la respuesta inmediata que les de su cerebro. Luego, ya con calma, averigüen las respuestas y contrástenlas con las suyas. Por último compartan con nosotros su experiencia): ¿Qué punto geográfico (piensen el nombre del Estado) de Gringolandia (es decir Estados Unidos de América) se encuentra más cercano a África?

¿Si están en el océano pacífico y cruzan al Atlántico por el canal de Panamá, ¿en qué dirección cruzarían (norte-sur, noreste – noroeste, etcétera)?

Si tomamos una hoja de papel o un pedazo de cartulina y cortamos una tiras muy delgadas, estas tienden a enrollarse, ¿por qué?

Todo mundo sabe (¿?) que si tomas una concha de mar y la acercas al oído puedes escuchar sonidos que asemejan el ir y venir de las olas en el mar. Explica esos sonidos.

He escuchado por ahí que se dice que poner llantas altas a los coches permite que aumente su velocidad. ¿Es esto verdadero? ¿para cualquier tipo de coche? ¿en cualquier tipo de condiciones?

Bueno, por ahora estos “trompos” son suficientes. Espero que alguno de ellos (si no todos) logre captar su interés un ratito y nos compartan sus experiencias. Desde luego que también se aceptan preguntas y sugerencias de temas a discutir en este espacio.


Simetrías

agosto 7, 2014

#HablemosDeCiencia

Imagina que tenemos un cuadrado dibujado en un trozo de papel. Si cerramos los ojos y alguien rota el cuadrado 90 grados, al abrirlos y mirarlo no notaremos ninguna diferencia. Claro que si lo giran 45 grados podremos percatarnos de que alguien lo movió. No es muy difícil ver que si el cuadrado es rotado por 90, 180, 270 o 360 grados (360 grados corresponde a una vuelta completa), el efecto será precisamente que no haya efecto. Una rotación por cualquier otro ángulo y será evidente que movieron el cuadrado. Esos cuatro ángulos especiales están relacionados con lo que llamamos una simetría (bauticémosla como la simetría del cuadrado).

simetria_en_la_naturaleza (4)Consideremos ahora un triángulo equilátero: si lo rotamos 120, 240 o 360 grados no cambia. Cualquier otro ángulo y se notará el movimiento. ¿Y un pentágono? 72, 144, 216, 288 o 360 grados. ¿Y un hexágono? 60, 120, 180, 240, 300 o…

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