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[De Thomson a Bohr, historia de un átomo] 0-Conceptos previos 6: Radiación

Empecemos con la última entrada de esta primera parte de la serie. Hoy terminaremos con los conceptos previos que requiere el modelo atómico de Thomson. En los últimos artículos nos introducimos en el mundo del electromagnetismo (aunque no salimos de la electroestática) hablando de la Ley de Coulomb y la Ley de Gauss  (en concreto la Ley de Gauss para el campo eléctrico). También hablamos del movimiento armónico simple, artículo que recomiendo que volváis a leer antes o después que éste, ya que tienen ciertos parecidos. Empecemos

6. Radiación

Primero de todo, ¿qué es la radiación? La radiación consiste en la propagación de energía en forma de partículas subatómicas a través de un medio. Yo sólo voy a hablar de la radiación producida por los fotones, es decir, la radiación electromagnética. La radiación electromagnética consiste simplemente en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas a través de un medio.

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Lo que se preguntan sus alumnos de 3º de la ESO – XX: ¿Por qué si ponemos el oído encima de la mesa y damos un golpe por debajo, escuchamos el sonido más fuerte?

Nuestro alumno de hoy se pregunta: ¿Por qué si ponemos el oído encima de la mesa y damos un golpe por debajo, escuchamos el sonido más fuerte? (sic)

Si alguien no ha hecho el experimento, éste es el momento de hacerlo:

  1. Sentaos en una silla, erguido, y dad un golpe con los nudillos por debajo de la mesa. Tomad nota de cómo suena.
  2. Acercad la oreja a la mesa, pero sin tocarla. Volved a dar el golpe. ¿Cómo suena? Debería sonar más o menos igual.
  3. Ahora tocad con la oreja la mesa, apoyándola fuertemente contra la mesa. Volved a dar el golpe. ¿Cómo suena? Debería sonar muuucho más fuerte.
¿Por qué ocurre esto?

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Biografía de lo Humano 17: Desde los 250 a 40 mil años antes de hoy I, los protagonistas

A partir de esta entrada damos un paso más en nuestra historia. En la entrada anterior de esta serie sobre la Biografía de lo Humano la habíamos dejado en el momento que llamé “la sutil frontera con el primer Homo sapiens. Nos vamos a adentrar en el tiempo “histórico” que abarca desde el entorno de los 250.000 a los 40.000/50.000 años antes de hoy, es decir, desde los primeros pasos del sapiens hasta cuando acabó de conquistar todo el planeta, a excepción del continente americano.

Comienza una época que en Europa se sitúa a caballo entre el Paleolítico inferior y el medio y en África se conoce como la Edad de Piedra intermedia. A lo largo de este periodo seguiremos encontrando una coexistencia temporal y geográfica de varias especies Homo, que conviven y entrecruzan sus caminos en los tres continentes antiguos. A su vez, va a aparecer un nuevo actor que, como veremos, a la postre se demostrará definitivo, aquel que a finales de la etapa dará un salto emergente tan grande y novedoso que condicionará definitivamente el futuro del género.

Copia del cráneo de Florisbad, clasificado con alguna controversia como Homo sapiens arcaicus (Wikimedia, CC BY-SA 2.0)

Pero no nos adelantemos y volvamos a enlazar con el final del periodo anterior, cuando en África habían quedado los Homo’s heidelbergensis y rhodesiensis, que quizás fueran individuos de la misma especie. Junto a ellos, en algún rincón del continente, surgió una nueva, la del Homo sapiens, cuyos fósiles más antiguos presentan morfologías muy variadas. El de mayor antigüedad pudiera ser el cráneo hallado en el yacimiento de Florisbad, en Sudáfrica, que cuentan con 259.000 años. Se le ha clasificado como de la especie Homo sapiens arcaicus, aunque realmente es una forma intermedia entre los heidelbergenses, los rhodesienses y los sapiens. La seguridad de estar ante el primer sapiens la encontramos en los fósiles de los hombre de Kibish, procedentes de un yacimiento etíope junto al río Omo. Se ha datado su antigüedad en 195.000 años.

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[De Thomson a Bohr, historia de un átomo] 0-Conceptos previos 5: Ley de Gauss

Vamos con una nueva entrada de esta serie donde pretendo, con la excusa de explicar los modelos atómicos, a lo que ya llegaremos, hablar un poco de física. Después de hablar sobre el Movimiento Armónico y sobre la Ley de Coulomb en el último artículo, vamos a continuar en la rama de la electrodinámica. Hablaremos hoy de una forma distinta de decir lo mismo que en el último artículo, pero una forma más general: hablaremos de la Ley o Teorema de Gauss.

Pedro dedicó un artículo a hablar de lo mismo: http://eltamiz.com/2011/08/29/las-ecuaciones-de-maxwell-ley-de-gauss-para-el-campo-electrico/

Os recomiendo que antes o después de leer este artículo os paséis por ahí porque sus explicaciones son inmensamente mejores que las mías.

5. Ley de Gauss

La ley de Gauss es una de las cuatro leyes de Maxwell, así que seguro que todos habéis oído hablar de ella en mayor o menor medida. Además, para cargas estáticas, la ley de Gauss y la ley de Coulomb dicen exactamente lo mismo (de hecho, daré una pequeña demostración en la segunda parte a partir de la ley de Coulomb), pero la ley de Gauss es más general, ya que se puede aplicar a cualquier carga, se esté moviendo o no.

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Biografía de lo Humano 16: Entre 1,8 millones y 250 mil años III, simbologías

Hoy vamos a completar la visión de la etapa que hemos nominado como la de “entre 1,8 millones de años y la sutil frontera con el primer Homo sapiens“. Hablaremos de simbologías. Conviene recordar lo que hemos visto hasta ahora en las dos anteriores entradas de esta serie sobre la ”Biografía de lo Humano“, la número 14 y la número 15, base para contextualizar y entender lo que viene. Gracias a ellas hemos sabido de los personajes y sus entornos familiares, cómo organizaban su vida -sus habitaciones, sus métodos de caza, sus herramientas…- y de cómo la obligación les empujó a salir de su tierra natal hasta “conocer” todo el viejo mundo.

No he podido evitar el compartir esta imagen que se maneja en la red. Me recuerda el Yacimiento israelí de Gesher Benot Ya´Aqov del que hablamos en la entrada anterior. Junto a la cueva, una zona de vida y, alejada de ella, una zona de talla y fuego. (Fair Use)

Los comportamientos observados -la caza coordinada en grupo, los enclaves habitacionales, los restos de fogatas en lo que suponemos hogares…-, aunque lógicamente muy variables a lo largo de un periodo tan extenso, permiten imaginar que los homos que vivían en aquellos momentos poseían unos sentimientos de grupo tribal arraigado. No obstante, todo permanece aún en el campo de lo controvertido, ya que algunos antropólogos creen que, a pesar de lo que tuvo que traducirse como un avance en la complejidad de las relaciones sociales, y a pesar de ser tan trascendental para la supervivencia, aquellos hombres aún no serían plenamente conscientes de ese sentimiento, el de pertenencia al grupo. Personalmente creo que esto pudo ser cierto en la primera parte del extenso periodo analizado -1,6 millones de años-, pero que de ninguna manera debió ser así en su final, cuando observamos unas pautas de comportamiento sociales ya muy complejas. Incluso, como veremos un poco más abajo, despuntan ya detalles que denotan el hecho de que algunos individuos comenzaban a diferenciarse dentro del grupo. Así, se habría sobrepasado la percepción de que el clan era el único elemento vital por excelencia. Las nuevas tecnologías, el mejor conocimiento de la naturaleza y la mejora en las comunicaciones verbales (que debemos suponer) habían reforzado las naturales habilidades sociales, lo que en su conjunto facilitó la supervivencia. El clan funcionaba con más soltura y, por tanto, quedaba tiempo para sentirse “importante” dentro del grupo.

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Lo que se preguntan sus alumnos de 3º de la ESO – XIX: ¿Para que sirven los dedos de los pies?

La entrada de hoy de la serie “Lo que se preguntan sus alumnos de 3º de la ESO” nos va a servir para pensar acerca de nuestro cuerpo y acerca de la evolución. Hoy “sus alumnos” -los del profesor Lorenzo Hernández- se han manifestado intrigados con la utilidad de los dedos de los pies. Así, a bote pronto, no da la impresión de que sea una pregunta menor… realmente ¿para qué deben servir estos pequeños pirulís que son los dedos meñiques de los pies, por ejemplo? Parece que para poco. Y si es para poco… ¿por qué los tenemos?… o incluso más, ¿por qué los mantenemos?

Se cree que hace unos seis millones de años unos simios africanos decidieron iniciar una nueva aventura evolutiva al dejar de lado a los que más tarde iban a ser sus primos chimpancés. La aventura se llamó “bajar al suelo y desplazarse a dos patas”. Estos animales provenían de unas estirpes que se movían por las copas de los árboles de las selvas ecuatoriales africanas “braquiando”… ¿y qué es eso de braquiando? Colgados de las ramas mediante las cuatro patas, avanzando gracias a un ágil balanceo. Manos y pies tenían la misma función: formaban una garra con la que podían cogerse bien seguros de las ramas. O manipular hábilmente con las cuatro extremidades el alimento.

Anatomía ósea del pie, con dos zonas de apoyo, anterior y posterior, y una flexible intermedia en donde son parte principal los cinco huesos metatarsianos (Wikimedia, dominio público)

Pero las circunstancias climáticas de aquellos momentos les obligaron a cambiar sus hábitats, ya que las superficies boscosas donde desde siempre habían vivido se fueron limitando y aislando, rodeadas por las cada vez más extensas áreas de monte bajo y de abiertas sabanas repletas de gramíneas. A veces la comida se encontraba en la isla boscosa de al otro lado de la pradera y no quedaba más remedio que ir allí. Imaginad las precauciones que debían tener que adoptar aquellos simios terrestres a la hora de cruzar una zona al descubierto, en donde los depredadores lo tenían fácil. Quien antes llegara al otro lado tendría más probabilidad de sobrevivir y de reproducirse. Su especie perduraría.

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Biografía de lo Humano 15: Entre 1,8 millones y 250 mil años II, los usos de vida

Reanudamos lo interrumpido al final de la entrada anterior de esta serie sobre la Biografía de lo Humano. Allí habíamos conocido a los actores de esta etapa y su entorno social y ambiental que llevó a algunos de ellos a salir de África, con el resultado de que llegaron a poblar el resto del viejo mundo. Seguimos en el periodo temporal que se extiende entre hace 1,8 millones de años y la sutil frontera con el primer Homo sapiens, que podemos imaginar a efectos de esta entrada, por comodidad, en hace 250.000 años.

Tras conocer las condiciones de contorno de los individuos de las especies Homo del momento, vamos a ver ahora si conseguimos encontrar, a través de los diversos restos arqueológicos, las pistas que dejó su conducta, evidencias que nos van a permitir colegir su grado de “humanización”. Recuerdo una vez más lo que ya sabemos, es decir, que las pistas se tienen que esconder en la fuerza con la que aquellos primitivos hombres llegaban a percibir las abstracciones básicas que conforman el Yo emotivo y racional: la individualidad -la del grupo como tal o la suya propia-; el uso del espacio y la percepción de la medida del tiempo. Todo ello nos irá sugiriendo, conjuntamente con el grado de desarrollo de la morfología cerebral y del aparato fonador, qué tipo de lenguaje simbólico practicaban. A mayor simbología en el lenguaje, mayor realimentación cerebral y, por tanto, un poder de pensamiento más eficaz. A la postre, más próximo a lo Humano.

Reconstrucciones forenses de algunos de los personajes del momento. Realizadas por el diseñador brasileño Cicero Moraes, especialista en este tipo de imágenes (extraídas de ATOR, CC BY 4.0)

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Lo que se preguntan sus alumnos de 3º de la ESO – XVIII: ¿Por qué la cebra es blanca y negra a rayas?

La pregunta que vamos a investigar en la entrad de hoy de la serie “Lo que se preguntan mis alumnos de 3º de la ESO” tiene una cierta relación con la de la anterior entrada, en donde hablamos sobre cómo la melanina nos ponía la piel más oscura al tomar el sol. La melanina es también uno de los principales pigmentos que colorea la piel y el pelo del resto de animales.

Y sí, las cebras tienen melanina en su piel y pelo, y de sobras sabemos que las decora de forma espectacular. Por eso ha surgido la pregunta en algún alumno de 3º de la ESO: ¿Por qué la cebra es blanca y negra a rayas? Vamos a intentar dar un poco de luz a su curiosidad.

Lo primero que quiero decir es que la aparición de esta circunstancia en el fenotipo de las cebras no es nada especial. Es la consecuencia de una serie de cambios evolutivos que conformó a los ancestros de estos animales con una característica corporal que seguramente les ayudó a sobrevivir y multiplicarse en su hábitat. Las manchas en la piel no son esenciales para vivir, como lo demuestran la mayoría de animales. Pero sí puede dar un plus de competitividad en determinados nichos ecológicos.

Vayamos, pues, al inicio y busquemos la raíz filogenética de estos animales. Son del género Equus, junto a los caballos, asnos y onagros, y en la actualidad viven tres especies de cebras, aunque en 1883 se extinguió una cuarta, la Equus quagga quagga, cuya característica más llamativa era que presentaba una pauta de rayado solamente en la parte delantera de su cuerpo. Las otras tres especies vivas son la Equus quagga o cebra común, la Equus zebra o cebra de montaña y la Equus grevyi o cebra de Grevy, también conocida como cebra imperial. Como podemos ver en la imagen que sigue las tres disponen de un patrón de rayas muy específico y particular de la especie. Todo un juego de zonas melanizadas, las oscuras, y desmelanizadas, las claras.

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Biografía de lo Humano 14: Entre 1,8 millones y 250 mil años. I, los protagonistas

En esta entrada seguiremos el hilo de la historia que comenzó en la anterior de esta serie sobre la Biografía de lo Humano, en donde nos asomamos al salón de la casa de los Homo habilis para intentar entender hasta qué punto había empezado en ellos la racionalidad propia de los hombres. Llegamos a la conclusión de que podíamos observar en ellos los primeros hilos de un sentimiento de grupo; del manejo de las abstracciones del tiempo y espacio; de un lenguaje mixto elemental o de una mente en la que se iniciaba un inconsciente pensamiento recursivo. Poco aún… pero mucho. Hoy continuamos lo iniciado para contemplar lo que sucedió a lo largo de un espacio temporal entre hace 1,8 millones de años y la sutil frontera de la aparición en escena del primer Homo sapiens: lo más seguro, 200 mil años… quizás 150 mil… Pero elijamos por comodidad para este escrito 250 mil años.

El tema es extenso, y lo voy a dividir en tres entregas. En esta primera hablaremos de los personajes y su entorno grupal y geográfico, que a la postre les llevó a emigrar de África.

Así sería el paisaje africano hace un millón de años, el momento de nuestra historia (Wikimedia, Dominio Público)

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[De Thomson a Bohr, historia de un átomo] 0-Conceptos previos 4: Ley de Coulomb

Seguimos con esta serie sobre los modelos atómicos, aunque aún no hayamos hablado de nada que se parezca a ningún modelo atómico… Pero bueno, nos vamos acercando (recordemos que esta serie no es más que una excusa para hablar de fenómenos físicos sin ninguna relación aparente). Después de ver las colisiones elásticas y ver por encima el Movimiento Armónico Simple, hoy vamos a hablar sobre la Ley de Coulomb y un poco sobre campos eléctricos.

Antes de leer este artículo puede que vaya bien repasar el siguiente: http://eltamiz.com/2009/10/20/electricidad-i-ley-de-coulomb/

4. Ley de Coulomb

Empecemos por lo más básico de todo: ¿qué dice la ley de Coulomb?

La ley de Coulomb puede enunciarse de la siguiente manera:

La fuerza ejercida por una carga eléctrica puntual sobre otra está dirigida a lo largo de la línea que las une. Es repulsiva si las cargas tienen el mismo signo y atractiva si las cargas tienen signos opuestos. La fuerza varía inversamente con el cuadrado de la distancia que separa las cargas y es proporcional al producto de las mismas.

La fuerza que describe la ley de Coulomb es la llamada Fuerza Eléctrica y es inevitable notar que tiene similitudes con la fuerza gravitatoria, pues las dos fuerzas son centrales (es decir, la fuerza que ejerce una partícula sobre otra está dirigida a lo largo de la línea que las une), las dos fuerzas varían inversamente con el cuadrado de la distancia que separa las partículas y son proporcionales al producto de cierta magnitud (la carga eléctrica en la fuerza eléctrica, la masa gravitatoria en la fuerza gravitatoria).

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