Daredevil y las ondas sonoras

El sonido es una onda mecánica longitudinal originada por la propagación en un medio  elástico sólido, líquido o gaseoso, del movimiento vibratorio de un determinado objeto.

Los focos capaces de generar una onda sonora pueden producir sonidos que no sean audibles. Este hecho nos permite clasificar a las ondas sonoras en ondas audibles (frecuencias comprendidas entre 20 Hz (frecuencia umbral) y 20000 Hz (frecuencia máxima perceptible) y ondas no audibles (ondas infrasónicas, o infrasonidos, su frecuencia es inferior a 20 Hz; y ondas ultrasónicas o ultrasonidos, frecuencias superiores a 20000 Hz).

El oído humano constituye el último eslabón de la cadena sonora, ya que convierte las ondas sonoras que le llegan en señales eléctricas. 

Estas se transmiten por el nervio acústico hasta el cerebro, donde son interpretadas como sonido.

OJOS QUE NO VEN, CUERPO QUE SIENTE

Hijo de un boxeador venido a menos y bebido a más desde la muerte de su mujer, Matthew Murdock perdió la vista a los 8 años cuando un camión, cargado de productos radiactivos, pierde su carga y parte del contenido salpica los ojos del niño. El accidente despierta la faceta de luchador del padre que obliga a Matthew a no rendirse y a continuar, con más ahínco aún, sus estudios. Esto hace que abandone los juegos en la calle y sus amigos del barrio, viéndole como un empollón que temía hacerse daño le llaman, irónicamente, Daredevil (temerario). El accidente de Matthew tiene, también, consecuencias en su padre, Jonathan Murdok, que comienza a centrarse y retoma su carrera deportiva con un agente apodado El Arreglador. Los triunfos comienzan a acumularse y el futuro parece prometedor, al menos hasta que su agente le dice que en la siguiente pelea debe dejarse vencer y que si llegó hasta ahí fuer porque él, su agente, amañó los combates. Jonathan Murdock desafía al promotor y vence, pero la victoria resulta amarga: unos matones de El Arreglador acaban con él. Matthew queda huérfano y decide erigirse en vengador de su padre y del crimen en general. Se confecciona un disfraz rojo y gracias a sus sentidos restantes, mejorados por la sustancia radioactiva y misteriosa, se convierte en Daredevil. Su oído funciona como ECOLOCALIZADOR, un sistema 'visual' similar al utilizado por murciélagos y algunos mamíferos marinos, pero también y debido nuevamente a la misteriosa sustancia, su sentido del equilibrio, residente en el oído, se ha incrementado a niveles superiores a los de un acróbata, lo que le permite controlar los movimientos de su cuerpo a un nivel superior a cualquier humano.

¿Es posible que la pérdida de un sentido aumente la percepción de los restantes? Aunque parezca increíble, la respuesta es sí. Nuestro cerebro es capaz de compensar no sólo la pérdida de un sentido, sino la de toda una región. Estudios realizados en el departamento de neurología de la Universidad de California han descubierto que pacientes que carecían de un área denominada amígdala (encargada de las memorias emotivas), el cerebro se encargaba de re-conectarse para que otras regiones hicieran el trabajo. Esta habilidad es conocida como neuroplasticidad. La importancia de esta investigación es que si los científicos logran descubrir cómo funciona, podrían ayudar de un modo más eficaz a pacientes con enfermedades neurodegenerativas, como el Parkinson o el Alzheimer.

¿Y qué ocurre con el caso de Daredevil? ¿Qué pasa con aquellas personas con ceguera? Pues que su cerebro también se adapta, utilizando la región que normalmente se encargaría del procesamiento visual para estimular los sentidos restantes. En particular las tareas del oído y del tacto. Así lo descubrió un estudio recientemente realizado por Josef P. Rauschecker, de la Universidad de Georgetown, sometiendo a un análisis con Imágenes por Resonancia Magnética a 24 voluntarios mientras realizaban una serie de tareas relacionadas con el oído y el tacto. De los voluntarios, 12 eran ciegos de nacimiento, y su córtex visual presentaba una actividad mucho mayor que la de los otro 12 voluntarios sin problemas visuales.

Este descubrimiento muestra que las neuronas presentes en esta región del cerebro de los no videntes sigue funcionando, pero en lugar de responder a estímulos visuales, lo hacen a sensaciones auditivas o táctiles.

Para que una persona pueda diferenciar mediante el tacto entre dos puntos sobre cualquier superficie, la distancia entre ellos no puede ser menor a 2 mm. La distancia entre los puntos que conforman el lenguaje Braille es de 2'34, es decir, la habilidad para leer en este sistema está muy cerca del límite físico. Este es un claro ejemplo del aumento de la sensibilidad del tacto.

Más impresionante es el aumento del sentido auditivo. Los ciegos chasquean los dedos o chocan la lengua con el paladar para que el sonido que emiten interactúa con el ambiente y les devuelva un eco que les permita saber su localización. Esta habilidad, si la entrenamos, la podemos desarrollar todos, aunque difícilmente con el nivel de habilidad de los invidentes.

EL VERDADERO CAMPEÓN

Un caso que demuestra esta habilidad es el de Alfredo Acosta. Este español de 30 años, se quedó ciego a los 7 debido a una degeneración visual. Y fue subcampeón mundial de fútbol para ciegos en categoría B1 (ciego total). Alfredo es capaz de correr por un campo de fútbol sala sin salirse del límite, sin chocarse con adversarios y, al mismo tiempo, dar pases, interceptarlos y marcar en portería con un portero que sí puede ver. La clave, el oído. Los balones son casi idénticos a los de fútbol sala, solo que en su interior tiene 4 o 5 canicas metálicas que suenan cuando el balón se mueve. Esto le permite ubicarlo. Para saber las dimensiones del terreno, primero da una vuelta por los laterales. El público o las paredes le ayudan a saber cuan cerca está. Regatear o correr en la dirección correcta es posible gracias a los ruidos. Los jugadores profesionales de fútbol para ciegos son capaces de distinguir a su rival al menos a 5 metros de distancia, gracias a los sonidos que emiten. Finalmente, para disparar a portería, los deportistas cuentan con un ayudante que se coloca detrás de ella y le guía.

Fuente: ‘La ciencia de los superhéroes’ de Juan Scaliter.

El movimiento ondulatorio

Se llama movimiento ondulatorio a la propagación de la perturbación de alguna magnitud física a través del espacio. Se suele denominar ONDA a la propia perturbación.

Lo que diferencia una onda de otras cosas que se mueven de un punto a otro (los coches, los aviones, el agua de la lluvia, una bala,...) es que, cuando la onda se propaga, lo que viaja no es materia (metal en el caso de una bala o agua en el caso de la lluvia) sino la perturbación del medio. En el caso de los anillos de agua, la perturbación es la altura del agua que se propaga. Si tiramos una piedra en el medio de un lago, un anillo se propaga hacia la costa pero el agua que estaba a su alrededor es la misma que estaba antes de tirar la piedra. No se movió el agua sino la perturbación. Las olas del mar se mueven constantemente hacia la playa, pero la costa no se inunda porque lo que fluye hacia la costa no es el agua sino la perturbación del agua.

Una onda armónica es la propagación de una perturbación descrita por un movimiento vibratorio armónico simple. Su forma se corresponde con una función armónica (seno o coseno). 

FUNCIÓN DE ONDA

La función de onda es la expresión matemática que permite conocer el estado de vibración instantáneo de cada punto del medio por el que se propaga la onda.

ecuación que expresa la doble dependencia, espacial (según x) y temporal (según t), del valor de la perturbación. La combinación de ambos aspectos en una sola ecuación constituye una onda. La VISUALIZACIÓN completa de una onda es, por tanto, imposible en una única imagen.

Toda onda armónica unidimensional es doblemente periódica.

M.A.S. y el columpio de Heidi

Definimos el movimiento vibratorio armónico simple como aquel  movimiento oscilatorio y periódico, rectilíneo y acelerado, de manera que en todo momento el vector de aceleración ā es proporcional y de sentido contrario al vector de posición x̄: ā = -ω^2 · x̄, siendo -ω^2 la constante de proporcionalidad.

¿Cuánto mide el columpio de Heidi?

 

Las dimensiones del columpio con el que Heidi se balanceaba casi de forma suicida por los Alpes suizos ha sido un tema muy comentado en foros de física desde hace mucho tiempo. Para averiguarlo, usaremos el único dato que tenemos para realizar el cálculo: el periodo de oscilación, obtenido gracias a la intro de la serie en la que se ve que tarda 9 s en hacer el trayecto completo del columpio.

Considerando el movimiento como un M.A.S. y que la gravedad es constante, se tiene que:

Considando, para simplificar los cálculos, una gravedad , .

Lo cual parece que si puede ser cierto ya que la cuerda sostiene al columpio de Heidi se ve bastante grande.

Fuente: Quo

Google lleva a los usuarios a un viaje por la Tierra Media

La segunda parte de El Hobbit se espera para diciembre de este año y para celebrarlo desde Google han creado uno de sus Experimentos de Chrome en el que se promete un "paseo por la Tierra Media". Se trata de un mapa de la Tierra Media interactivo, que empieza con una imagen de satélite realmente espectacular y quepermite entrar en algunos sitios escogidos. Dentro de estas localizaciones podemos ver algunas imágenes y textos relativos a las escenas, personajes y lugares que aparecen en las películas. Podéis visitarlo en este enlace: http://middle-earth.thehobbit.com/map.

 

¿Existe Santa Claus? Parte II

Si respondemos a un niño cuando nos pregunte por la existencia de Santa Claus, con la entrada anterior el niño puede llevarse un disgusto tremendo. Por suerte, hay una contraexplicación al análisis hecho que considera los fenómenos cuánticos y que son bastante significativos en este caso. Así que no os preocupéis que Santa Claus os traerá los regalinos el 25 de Diciembre para que podáis jugar hasta hartaros.

Física cuántica

La mecánica cuántica forma parte de lo que los físicos llaman Física Moderna. Este es un sinónimo para la física del siglo XX. En realidad su nacimiento se debe al aporte de muchas personas, físicos y matemáticos. Podría escribirse un libro (y de hecho existen varios) sobre la historia de la mecánica cuántica. Aquí simplemente voy a enumerar los hechos relevantes para poder entender sus principios básicos:  

1. En 1900, Planck propuso que la luz era absorbida por la materia en cantidades específicas. Esto fue necesario para poder explicar observaciones en experimentos. Dicha afirmación fue retomada en 1905 por Einstein para poder explicar el efecto fotoeléctrico, trabajo por el cual ganó el Premio Nobel de Física en 1921. Quedó demostrado que la energía en el universo está cuantizada, y de ahí el nombre mecánica cuántica. 
2. Dualidad partícula - materia: el efecto fotoeléctrico puede interpretarse pensando en la luz como partículas y no como ondas. A estas partículas se les llamó fotones. Posteriormente, en 1925, de Broglie hizo la propuesta complementaria: las partículas pueden comportarse como ondas, lo cual logra comprobarse mediante experimento de difracción de electrones. Schrödinger propuso entonces la mecánica ondulatoria, nombre por el cual a veces se llama a la mecánica cuántica.
3. En 1925, Heisenberg postula su principio de incertidumbre, el cual recalca la necesidad de cambiar nuestra forma de percibir el mundo cuando se trata de fenómenos a nivel atómico. El principio de incertidumbre es simplemente una restricción: en el mundo de partículas tan pequeñas como los átomos, no podemos saberlo todo. Si sabemos exactamente donde está la partícula, no sabemos muy bien a qué velocidad y en qué dirección viaja; y viceversa. Esto nos impide trazar la trayectoria de cualquier objeto de la manera en que estamos acostumbrados en el mundo clásico. El principio de incertidumbre es el corazón mismo de la mecánica cuántica. Inicialmente nos puede parecer muy restrictivo estar sujetos él, pero en realidad permite comportamientos totalmente imposibles en nuestro mundo macroscópico, como es el efecto túnel. El concepto es simple: si tomás una bola y la hacés rebotar contra una pared, sabés que siempre regresará y que al menos que rompa la pared, la pelota estará siempre de tu lado de la pared. Pero si en vez de una bola tuviéramos un átomo, una molécula o un electrón, esto no es necesariamente verdad. Si sabemos a qué velocidad y hacia donde lanzamos la partícula, no sabríamos muy bien a donde se encuentra, y existe una posibilidad de que la partícula esté del otro lado de la pared. Es como si en vez de tener un partícula, estuviéramos hablando de una onda que al incidir sobre la pared se refleja parcialmente y se transmite parcialmente. Estas reflexiones y transmisiones parciales se concocen como efecto túnel y en la mecánica cuántica se interpretan como que existe una cierta probabilidad de que la partícula se encuentre del otro lado de la pared. Suena un poco loco, pero es un hecho de que muchos dispositivos electrónicos modernos funcionan basados en este principio.

En el mundo clásico podemos expresar perfectamente la posición y velocidad de una partícula, su estado, el lugar en el que se encontrará mañana a las once, todo. Pero en el reino de la mecánica cuántica, todo lo que podemos hacer es hablar de probabilidades. De ese modo, los electrones ya no "giran" alrededor del núcleo atómico como planetas en torno al Sol sino que se "encuentran" en todo el Universo a la vez, en el sentido de que hay una probabilidad más o menos pequeña, pero no nula, de que se halle en cualquier parte. Cuando miremos, y solamente cuando miremos, lo veremos en un lugar en concreto. La idea subyacente es que toda la información que tenemos sobre un electrón está contenida en una ecuación matemática de probabilidad, llamada función de onda. Esa función de onda tiene muchos estados posibles, y cuando efectuamos una observación la función de onda colapsa en un estado concreto. O dicho en román paladino, el electrón "decide" que se encuentra en un lugar.

Vamos a mejorar las cosas con un famoso ejemplo. ¿Les suena el gato de Schrödinger? Este simpático felino es uno de esos "experimentos mentales" que nos ayudan a explicar conceptos. Imaginemos que tenemos a un gato dentro de una caja, donde también guardamos una botella de veneno, un martillo y una partícula radiactiva. Si la partícula radiactiva se desintegra, activa un mecanismo que mueve el martillo, éste rompe la botella de veneno y el gato muere; si, por el contrario, no se desintegra, la botella permanece intacta y el gato tan contento. El problema es que, mientras no miremos, la función de onda de la partícula es una superposición de estados. Por decirlo así, hay un 50% de probabilidades de que se desintegre, y otro 50% de que no. Cuando hacemos una observación, se dice que la función de onda colapsa, y entonces sabremos si la partícula se ha desintegrado o no. Así pues, cuando miremos será cuando se decidirá si el gato vive o muere. Pero mientras no miremos, el gato estará en una superposición de estados. Es nuestra observación la que determinará su estado final. En cierto modo, mientras no miremos, el gato está vivo y muerto a la vez.

Esto aclara algunas incógnitas sobre Santa Claus. En primer lugar, su ubicuidad. Si fuese un sistema clásico, tendría que recorrer las casas de los niños uno por uno. Sin embargo, como sistema cuántico, tiene una función de onda que se extiende por los hogares de todos los niños buenos del mundo, de forma que en cierto sentido está en todos los lugares a la vez. Ignoramos el proceso exacto que utiliza en sus desplazamientos, pero en la actualidad se están haciendo experimentos relacionados con un fenómeno llamado teleportación cuántica, que permite trasladar partículas de un lugar a otro de forma instantánea. En realidad, lo que se transmite es la información que conforma la partícula, pero para el caso también nos vale. Quizá Santa se ha conseguido un análogo al transportador de Star Trek. La idea de que vuela por ahí en un trineo tirado por renos con nombres ridículos puede ser, sencillamente, una concesión a las mentes infantiles, poco dadas a pensar en términos mecanocuánticos. Quién sabe, tal vez dentro de cien años la imagen que tengan los niños sobre Santa Claus sea más parecida a la que vemos ahora en las pelis de Star Trek. Teletranspórtame, duende, y !zas!, ya está Santa donde quiere en nada de tiempo.

También podemos entender ahora la insistencia en decirles a los niños que, si oyen ruidos en el cuarto de estar, ni se les ocurra ir a mirar. La advertencia es sabia: si se nos ocurre hacer una observación, la función de onda "colapsa" y Santa Claus se encontrará en un solo lugar... muy probablemente a miles de kilómetros. Tendrá que volver a su estado cuántico, lo que significa tiempo perdido, ¡y solamente dispone de una noche! Es mucho mejor permanecer en silencio debajo de las sábanas y dejar que la mecánica cuántica siga su curso. Y si hemos dejado leche con galletas para reforzar la función de onda de Santa, mucho mejor.

Eso también explica por qué no encontramos la aldea de Santa Claus. Sabemos que se halla en algún lugar de Escandinavia septentrional. En esta época de satélites de espionaje-observación, GPS y Google Earth, encontrar su escondrijo debería ser tarea de chinos. Puede que, sencillamente, se encuentre protegido por una especie de escudo mecanocuántico de ocultación. En cuanto pasa un satélite con la intención de hacer una foto, el escudo y todo lo que hay debajo "colapsa" a un estado de inexistencia local, haciéndose temporalmente indetectable. Cuando pase el satélite, la aldea vuelve a su lugar. ¿A que mola?

Veamos ahora cómo un tipo tan gordo puede entrar por una chimenea... especialmente cuando no hay chimenea. Se trata del  efecto túnel. Santa Claus entra y sale de cualquier casa sin problemas, así que podemos suponer que su función de onda le permite atravesar ventanas y paredes a voluntad mediante efecto túnel. Por supuesto, si la barrera de potencial es menor, le resultará mucho más fácil. De ahí su preferencia por introducirse a través de la chimenea.

Espero que os haya convencido la explicación. O eso, o creernos que Santa Claus no existe. De modo que ya sabes lo que tienes que hacer: leche con galletas en la mesita del cuarto de estar, ni se te ocurra levantarte de la cama a medianoche ... y espero que hayas sido bueno este año. 

Fuente: Física de película

¿Existe Santa Claus? Parte I

Se acerca la navidad y eso me hace recordar un chiste de hace algunos años que circula por internet y que explica si es o no posible que el simpático y jocoso Santa Claus reparta regalos entre todos los niños del mundo en una sola noche.

Teniendo en cuenta que los niños de ahora no se conforman con cualquier cosa, vamos a dar una respuesta científica desde dos puntos de vista diferente.

Física tradicional

Ninguna especie conocida de reno puede volar. No obstante, existen 300.000 especies de organismos vivos pendientes de clasificación y, si bien la mayoría de ellas son insectos y gérmenes, no es posible descartar completamente la posible existencia entre ellas del reno volador que sólo Santa Claus conoce.

Hay unos 2.000 millones de niños en el mundo (considerando únicamente a las personas con menos de 18 años). Pero dado que Santa Claus no parece que se ocupe de los niños musulmanes, hindúes, judíos y budistas, la cifra se reduce a un 15% del total (unos 378 millones, según las estadísticas mundiales de población). Según estas estadísticas, se puede calcular una media de 3'5 niños por hogar, por lo que estamos hablando de unos 91'8 millones de hogares (suponiendo que en cada uno de ellos, haya al menos un niño que se haya portado bien).

Santa Claus dispone de 31 horas en Nochebuena para realizar su trabajo, gracias a los diferentes husos horarios y a la rotación de la Tierra (se supone que viaja de este a oeste, lo cual parece lógico). Esto supone 822'6 visitas por segundo. En otras palabras, en cada hogar cristiano con niño bueno, Santa Claus tiene 1 milésima de segundo para aparcar, salir del trineo, bajar por la chimenea, llenar los calcetines, repartir los demás regalos bajo el árbol, comerse lo que le hayan dejado, trepar otra vez por la chimenea, subir al trineo y marchar hacia la siguiente casa.

Suponiendo que cada una de estas 91'8 millones de paradas esté distribuida uniformemente sobre la superficie de la Tierra (lo cual es falso, pero puede valer como aproximación para los cálculos), hay 1'2 km entre casa y casa. Esto da un recorrido total de 110 millones de km, sin contar lo necesario para las paradas y hacer lo que cada uno de nosotros haría al menos una vez en 31 horas. Se deduce de ello que el trineo de Santa Claus se mueve a unos 1000 km/s, 3000 veces la velocidad del sonido. Como comparación, el vehículo fabricado por el hombre que mayor velocidad alcanza, la sonda espacial Ulises, se mueve a unos míseros 43 km/s. Un reno convencional puede correr a una velocidad punta de unos 24 km/h.

La carga del trineo añade otro elemento interesante al estudio. Suponiendo que a cada niño sólo se lleve un Tente de tamaño mediano (0'9 kg), el trineo transporta unas 321300 toneladas, sin contar a Santa Claus, a quien siempre se le describe como bastante rellenito. En la tierra, un reno convencional no es capaz de transportar más allá de 150 kg.

5353000 toneladas viajando a 1000 km/s crean una resistencia aerodinámica enorme, que provocará un calentamiento de los renos similar al que sufre una nave espacial en su reentrada a la atmósfera terrestre. La pareja de renos que vaya a la cabeza absorberá 1 trillón de julios de energía por segundo, cada uno. En pocas palabras, se incendiarán y consumirán casi al instante, quedando expuesta la pareja de renos posterior. También se originarán unas ondas sonoras ensordecedoras en este proceso. EI tiro de renos al completo se vaporizará en 4'26 milésimas de segundo. Santa Claus, mientras tanto, sufrirá unas fuerzas centrífugas 17500'06 veces superiores a las de la gravedad. Santa Claus pesará 120 kg (lo cual es incluso demasiado delgado), sería aplastado contra la parte posterior del trineo con una fuerza de más de 2 millones de kg.

Por consiguiente, si Santa Claus existió alguna vez y llevó los regalos a los niños en Navidad, ahora está muerto.

Fuente: naukas

El domingo 18 de noviembre las Leónidas alcanzarán su máxima actividad

Las Leónidas no son una lluvia de estrellas fugaces tan importante como las Cuadrántidas o las Perseidas, pero como todos los noviembres volverán a ser un verdadero espectáculo astronómico que iluminará el cielo para disfrute de sus observadores.

Aunque esta lluvia de estrellas puede observarse desde el 6 al 30 de noviembre con una intensidad media de 20 meteoros por hora, su punto de máxima actividad se producirá durante las noches de los días 17 y 18, en la que se podrán llegar a ver hasta 100. Sin embargo, la visualización de las Leónidas se verá perjudicada por la luz de la Luna llena, que hará que la visión máxima del fenómeno sea imposible.


Los especialistas sugieren a quienes quieran disfrutar de esta lluvia de estrellas fugaces que lo hagan en su inicio o final para evitar así la luz de la Luna. Los meteoros podrán alcanzar una velocidad de hasta 71 kilómetros por segundo y tendrán una duración visible de entre un segundo o más de un minuto



Descendientes del cometa Tempel-Tuttle


Las Leónidas son una lluvia de estrellas fugaces que surge cuando algunas de las pequeñas partículas de polvo que desprende el cometa Tempel-Tuttle se desintegran cuando entran en contacto con la atmósfera terrestre.


Los cometas incrementan su actividad cuando orbitan cerca del Sol, y el Temple-Tuttle pasará por ese zona el próximo 18 de noviembre, con lo que se creará una nueva fuente de material fresco en forma de pequeñas partículas que dará lugar a la lluvia de estrellas fugaces.

El color de estás Leónidas suele ser rojo, aunque al encontrarse frontalmente con la tierra suelen dejar tras de sí una estela de color verde que puede ser observada a simple vista.

El Temple-Tuttle fue descubierto en 1865 y tiene un período orbital de 33'2 años que coincide con la mayor intensidad de las Leónidas. Sin embargo cada vez son más difíciles de predecir porque suelen ser desviados de sus órbitas iniciales atraídos por la gravedad de planetas dominantes como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.