jueves, 28 de febrero de 2013

LOS JUGUETES DE MIS HIJOS Y LA ENTROPÍA

La verdad es que el concepto de entropía es uno de los más complicados que existe en química, es de difícil comprensión porque su significado físico no es nada evidente. Sin embargo, yo no puedo evitar acordarme de él cada vez que ordeno los juguetes de mi hijos por toda la casa, sobre todo las dichosas piezas de los Lego de mi hijo mayor, que tiene cien mil, o al menos eso a mí me parece.

El caso es que la entropía es un concepto termodinámico, así que creo que será interesante repasar los principios de la termodinámica, de forma cortita y facilita antes de llegar al concepto de entropía y los juguetes  :-) . 

La  primera ley de la termodinámica explica que el calor (Q) cedido a un sistema es igual al aumento de la energía interna del sistema (deltaU) más el trabajo que realiza el sistema (W), si es que realiza alguno.

Esto que parece muy complicado es muy sencillito, por ejemplo, si caliento un biberón de agua al baño maría (soy mamá! ;-)) cedo calor al sistema que en este caso es el agua del bibéron, ¿qué pasará con el agua? pues que la moléculas de agua al recibir calor comienzan a moverse más rápido, aumentan su energía cinética y eso qué significa...que aumenta la temperatura del agua, es decir que aumenta su energía interna, y, ¿se produce algún trabajo? pues no porque el biberón está cerrado y el agua no puede aumentar su volumen. O sea en este caso todo el calor cedido se convierte en energía interna, ¡acuérdate la energía siempre se conserva!, ¿fácil, verdad?.

Ahí va una foto de las moléculas de agua moviéndose (son como Mickey Mouse en pequeñito, otra vez soy mamá!), cuanto mayor sea el calor cedido mayor será la energía cinética, mayor la temperatura y, en consecuencia, mayor la energía interna.

Por cierto, este dibujo tan gracioso está cedido por Chica Chocolate que tiene un blog estupendo y muy recomendable:
http://experimentosyalimentos.blogspot.com.es/2010_05_01_archive.html. Gracias Chica Chocolate :-).

Bueno, continuamos con la termodinámica. No obstante, existe un resquicio que no resuelve la primera ley de la termodinámica y por eso hace falta la segunda, ¿hacia donde se mueve el calor? Volvamos al biberón, tras muchas experiencias en nuestra vida sabemos que el calor se mueve desde el objeto más caliente al más frío, es decir, en nuestro caso desde el baño maría hacía el agua del biberón. Sin embargo, si fuera el biberón el que cediera calor al baño maría y se enfriará aún más no se violaría la primera ley de la termodinámica, la energía seguiría conservándose, pero todos sabemos que eso es imposible!.

Así que para poner orden en todo esto surgió la segunda ley de la termodinámica que dice simple y llanamente que el calor nunca puede fluir de un objeto frío a uno caliente. ¡Ésto sí que es superfácil! Por ejemplo, en invierno el calor de las casas calentitas se escapa hacia el frío exterior y, en verano, el bochornoso calor de la calle siempre logra meterse en tu fresca casita.

Como podemos comprobar a partir de la segunda ley de la termodinámica la energía se dispersa desde un foco concentrado donde es útil y sirve para realizar un trabajo hacia emplazamientos más fríos perdiendo calidad. El orden tiende el desorden. Y que me lo digan a mi que me paso el día ordenando cosas en casa y dura nada!. Así llegamos al concepto de entropía, que mide el desorden de un sistema.

Tal como antes hablamos el orden tiende al desorden en consecuencia el valor de la entropía de cualquier sistema siempre  aumenta. Las moléculas del gas de un perfume pasan de estar confinadas y más o menos ordenaditas en su envase a un desorden mayor cuando se pulsa el pulverizador y se escapan, aumenta la entropía. Vamos, el Universo se expande, es decir, aumenta su entropía. La entropía siempre crece!

Y ya por fin llegamos  a los juguetes de mis hijos. Mi casa que yo siempre intento tenerla más o menos ordenadita dura nada porque en cuanto llegan casa mis pequeñajos, todo se desordena, en cuestión de segundos un montón de juguetes se encuentran tirados por el salón ¿Pero es que los juguetes tienen vida propia? Y yo otra vez los recojo y dejo todo muy ordenadito intentando que la entropía de mi casa no aumente, pero claro la entropía siempre crece ¿cómo puede esto explicarse? Pues muy fácil es mi  propia entropía la que crece, y me van a salir arrugas y me voy a a hacer vieja en dos días, jajaja. MALDITA ENTROPÍA!.

Antes de acabar quiero aprovechar para saludar a Antonio A., mi preparador de opos, que me abrió los ojos al respecto de esto de la entropía.

Así que colorín colorado este cuento se ha acabado. Besitos y hasta la próxima. 


jueves, 21 de febrero de 2013

UNA BALANZA, NEWTON Y LA GRAVEDAD



He encontrado esta foto por Facebook en el perfil de mi prima (Hola Michelle besitos) . Me parto de risa con estas niñas. Qué razón tienen ;-). Bromas aparte, al ver la foto me he acordado de Newton, ¿porqué? os preguntaréis, porque la física de una balanza  está directamente relacionada con las fuerzas y, además, es muy sencilla e interesante.

Para comprender como funciona una balanza, vamos una báscula de las de toda la vida, debemos comprender en profundidad las leyes de Newton, en concreto la segunda y la tercera.

En su segunda ley Sir Isaac Newton enuncia una de las ecuaciones más importantes de la física: F=ma (donde F es fuerza, m masa y a aceleración), que lo que viene a decir es que una fuerza causa una aceleración. Si le doy una patada a un balón en reposo se pondrá en movimiento, en otras palabras, se acelerará, y tal como predice la segunda ley de Newton está aceleración será tanto mayor conforme mayor sea la fuerza aplicada en la patada. Además, esta ecuación nos sirve para conocer el peso, o mejor dicho la atracción gravitatoria, de cualquier cuerpo en la Tierra si empleamos como valor de la aceleración g, la aceleración de la gravedad (g=9.8 m/s2).

Lo que nos explicó Newton en su tercera ley  denominada acción-reacción es que las fuerzas siempre van en pares y que cada acción tiene una reacción opuesta de igual magnitud. Por ejemplo, si me apoyo en una pared ¿porqué no me caigo? porque la pared realiza sobre mí la misma fuerza en sentido contrario soportando mi peso, ambas fuerzas son de igual magnitud, en consecuencia, se anulan y existe lo que llama equilibrio de fuerzas.
Otro ejemplo, para clavar un clavo en una tabla de madera con una martillo debes darle un martillazo, en otras palabras, debes aplicar una fuerza para introducir el clavo en la tabla. No obstante, ¿qué pasa con el martillo? pues que el clavo ejerce la misma fuerza sobre el martillo en sentido contrario, así  detendrá su movimiento, e incluso en algunos casos si la fuerza inicial es muy grande el martillo no sólo se detendrá sino que se elevará tras el martillazo. Lo dicho, ¡las fuerzas siempre van en pares!.
Ahora que hemos recordado la segunda y la tercera ley de Newton podemos volver a nuestra balanza. Una báscula no es más que un muelle que se comprime cuando te pesas. Y ¿porqué se comprime el muelle? porque cuando te pesas en una báscula la gravedad te empuja hacia abajo con una fuerza mg (recuerda m es tu masa). Del mismo modo, tal como explica la tercera ley de Newton el muelle devuelve la fuerza en forma de reacción en sentido contrario y, en realidad, ésto es lo que mide la báscula y se usa para registrar tu peso. La fuerza neta sobre ti es cero por eso no te mueves ni tú ni la báscula. La fuerza con la que te empuja hacia arriba la báscula es lo que marca la aguja que da tu peso. 

Imagínate ahora que te pesas dentro de un ascensor. Si el ascensor está parado la aguja marcará tu peso, exactamente el mismo que dentro de tu casa. Si el ascensor sube el muelle de dentro de la báscula  se comprime más, en consecuencia la lectura de tu peso aumenta, es como si la gravedad del planeta fuera superior. Cuando el ascensor desciende ocurre al contrario, el muelle interior está más distendido y la lectura del peso es menor, menor gravedad planetaria. Y si el cable del ascensor se rompe y comienza a caer libremente ¿qué lectura daría la báscula en este caso? ¿y con relación a la gravedad en que caso nos encontraríamos?. Piénsalo y dímelo tú.

Antes de acabar quiero agradecer su enorme contribución a Walter Lewin y a Paul G. Hewitt, grandes maestros de la física, a esta entrada. No es que los conozca ;-), que ya me gustaría a mí, es que he utilizado sus maravillosos libros (os los recomiendo) para contaros todo este rollo que espero os haya gustado o que al menos os sea útil. 


Muchos besos para todos y hasta la próxima. 


martes, 19 de febrero de 2013

GRACIAS

Muchísimas gracias por vuestra acogida, ha sido alucinante. Hoy ha habido nada más y nada menos que 77 visitas. No tengo más que palabras de gratitud. GRACIAS.

FÍSICA DE SUPERHÉROES

Hola a todos,
ufffffffffffffff, cuanto tiempo sin escribir en el blog!
Ahora tengo algo más de tiempo libre, estoy en el paro (creo que a estas alturas lo sabe media España :-), ¡malditos recortes en educación!) y he decidido concentrar mis esfuerzos en una actividad positiva como es escribir en el blog y aprender más física y química cada día. I LOVE THEM! 
¿Alguien se apunta?
Me gustaría enseñaros una unidad didáctica que realicé el pasado curso. A mí me resulta apasionante, se trata del estudio de la Cinemática y la Dinámica a través de la lectura de cómics. Me encanta!
No os creáis que la idea es mía existen varios libros que analizan las pelis y los cómics de ciencia ficción desde el punto de vista de la física clásica como es Kakalios, un doctor en física un poco friki que es un tío muuuuuuuuuuuuuuyyyyyy listo, en su libro basé mi unidad. Hay gente muy inteligente por el mundo amigos!
Un beso muy grande para todos y espero que disfrutéis la entrada.