viernes, 19 de septiembre de 2014

No obligues a tus hijos a ordenar su cuarto, no merece la pena


Lo malo de estar en un Universo regido por Leyes, es que nos guste o no, se tienen que cumplir. Se puede intentar luchar con ellas, pero si son Leyes Universales la batalla está perdida.  Como la batalla de intentar que tus hijos ordenen su cuarto.

El cuarto de los niños, los propios niños, y el Universo en general está regido por la entropía. Esta misteriosa magnitud , también conocida vulgarmente como "desorden" es una magnitud física que, mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía de cualquier objeto que no puede utilizarse para producir trabajo. La energía inútil, vamos. Como sabéis todos los que tenéis hijos pequeños, este tipo de energía "inútil" es muy elevada para nuestras amadas criaturitas, y necesita ser "quemada" antes de acostarse, para asegurar un descanso plácido (de los padres).

Para entender un poco más a la poderosa entropía, podemos realizarnos preguntas como: "¿Por qué ocurren los sucesos en la Naturaleza de una manera determinada y no de otra manera?". Buscamos una respuesta que indique cuál es el sentido de los sucesos. Por ejemplo, si se ponen en contacto dos trozos de metal con distinta temperatura, se anticipa que finalmente el trozo caliente se enfriará, y el trozo frío se calentará, finalizando en equilibrio térmico. El proceso inverso, el calentamiento del trozo caliente y el enfriamiento del trozo frío es muy improbable que se presente, a pesar de conservar la energía. 
Otro ejemplo doméstico sería el de lanzar un vaso de cristal al suelo: tenderá a romperse ya esparcirse, mientras que jamás conseguiremos que, lanzando trozos de cristal, se construya un vaso por sí solo. Estos sencillos ejemplos muestran procesos en los que ha aumentado la entropía.

La entropía puede también aplicarse a conceptos como el de la energía. El Primer Principio de la Termodinámica, el más conocido, dice que “la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”.

De esa capacidad de transformación de la energía es de donde proviene el concepto de trabajo, que no es más que el aprovechamiento de un aumento de entropía. La energía sólo puede ser convertida en trabajo cuando, dentro del sistema en concreto, la concentración de energía no es uniforme.
Veamos otro ejemplo. Tenemos un embalse de agua situado a una gran altitud. Como la concentración de energía es uniforme, la entropía es máxima. Ahora, abrimos las compuertas de la presa de ese embalse de agua y al hacerlo cambiamos el sistema de referencia, al variar la distribución del agua a ambos lados de la compuerta. El agua fluye entonces con una gran energía gravitatoria y realiza un trabajo al hacer girar una turbina que convertirá esa energía gravitatoria en eléctrica.
Sigamos con la apasionante termodinámica. La tercera ley afirma que "No se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas". 
Introduce el apasionante concepto del cero absoluto, y por qué no se pueden enfriar cosas a 300 grados (Celsius) bajo cero.  Pero eso lo dejo para otro día.
Para lo que nos atañe hoy, puede decirse que al llegar al cero absoluto la entropía alcanza un valor mínimo. El desorden de ese objeto sería mínimo.  Si ese objeto fuera la habitación de nuestros hijos, se alcanzaría el sueño de toda madre: una habitación perfectamente ordenada. Aunque, como se puede deducir fácilmente, llegar a ese estado no sólo es imposible, sino que quedaría una habitación un poco "fría".

Pero lo jodido de la Termodinámica viene con el Segundo Principio, que afirma que "la cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo. El universo tiende a distribuir la energía uniformemente; es decir, a maximizar la entropía."

Para entender este principio, y resignarnos a lo evidente, partamos pues de la base de que todas las habitaciones infantiles deben tener cierto desorden. Por otro lado, la entropía global de un sistema es la entropía del sistema considerado más la entropía de los alrededores. 

Si consideramos que ordenar la habitación se trata de un proceso reversible, la variación de entropía del sistema es cero: el orden generado es igual al trabajo realizado. Pero esto sería en una situación ideal, ya que en la realidad el trabajo es en la vida real siempre mayor del estrictamente necesario, ya que hay multitud de pérdidas de energía en cosas que no son estrictamente generar más orden en el sistema.  Mientras los niños ordenan la habitación se despistan, sacan otras cosas, juegan un poco antes de meter cada cosa en su sitio, etc.
Como los procesos reales son siempre irreversibles, siempre aumentará la entropía global. Así como "la energía no puede crearse ni destruirse", la entropía puede crearse pero no destruirse.

Podemos decir entonces que "como el Universo es un sistema aislado, su entropía crece constantemente con el tiempo". Esto marca un sentido a la evolución del mundo físico, que llamamos principio de evolución. Cuando la entropía sea máxima en el Universo, esto es, exista un equilibrio entre todas las temperaturas y presiones, llegará la muerte térmica del Universo. El desorden total, no sólo de la habitación de los niños, sino de todo lo que la rodea.  Y no podemos hacer NADA para evitarlo.  Resignémonos, y dejemos de reñir a nuestros hijos por tener la habitación desordenada.  No es culpa suya. No pueden saltarse el Segundo Principio de la Termodinámica.




P.D: tranquilos, queridos padres, como os habréis imaginado ya, a una conclusión como ésta sólo puede llegarse haciendo unas tremendas simplificaciones, al estilo de "la vaca esférica"

En este caso hemos simplificado el Universo completo, como la habitación de nuestros hijos. Considerar la habitación, o como mucho la casa completa, como un sistema aislado, es tan falso como que una vaca es una esfera, pero puede ayudarnos a comprender conceptos tan difíciles de entender como la entropía, la irreversibilidad, o el cero absoluto. Y puede ayudarnos a comprender por qué es tan difícil conseguir que nuestros hijos ordenen su habitación. 

viernes, 29 de agosto de 2014

¿Qué es exactamente la espuma viscoelástica?



A veces es realmente difícil de explicar una propiedad o efecto, incluso si es muy cotidiano en nuestras vidas.
Las espumas viscoelásticas (denominadas en Inglés como "espumas con memoria o memory foam") juegan un papel importante en nuestro descanso diario, en los colchones y almohadas.
Pero, ¿qué son exactamente los materiales viscoelásticos?.
Viscoelástico es la yuxtaposición de viscoso y elástico. La pregunta es si puede ser posible que exista un material tanto viscoso como elástico.
Los materiales elásticos son bien conocidos: si se los somete a una fuerza de estiramiento aumentan su longitud, y al detener dicha fuerza recuperan la longitud inicial. Por ejemplo, un colchón de látex muestra este comportamiento, y en general los productos de caucho, elastómeros, gomas, neumáticos, etc.
Sin embargo, un material viscoso es un producto que, sometido a una fuerza, se deforma y fluye, y después de detener la fuerza el material no recupera la forma inicial. Todos los líquidos clásicos muestran un comportamiento viscoso. Pero no son todos igual de viscosos. La viscosidad de un fluido se puede medir con procedimientos muy simples. Por ejemplo, un embudo puede llenarse con líquido, cubriendo la parte inferior con un dedo. Cuando se retira el dedo, se mide el tiempo que tarda en vaciarse el embudo, y esta será una medida de su viscosidad. Si el embudo está lleno de agua, que se vaciará pronto; se necesitará más tiempo para drenar el aceite, e incluso más tiempo si el embudo está lleno de glicerina o alquitrán.
Todos estos tipos de líquidos se llaman fluidos newtonianos, porque siguen una ley de la fluidez de Newton, la cual establece que a mayor fuerza aplicada a un fluido, más velocidad cogerá (de hecho, la ley no dice exactamente eso, pero de esta manera es más fácil de entender).
Pero hay muchas sustancias que no se comportan como un líquido-sólido o viscoso elástico, sino con un comportamiento intermedio. Muchas sustancias cotidianas, como la mayonesa, el yogur, la miel, la leche condensada, salsa de tomate, las pinturas, la mayoría de los cosméticos o geles de baño tienen comportamientos muy complejos. Algunos de ellos pueden sostener una cuchara clavada en la parte superior, pero si se agitan ya no son capaces de sostenerla. Otros no caen de una botella con un agujero pequeño, pero caen si la botella se agita, o si el agujero es un poco más grande. Estos comportamientos son fluidos no newtonianos. Los hay de muchas clases. Quizás los más conocidos son los fluidos tixotrópicos, como por ejemplo las pinturas. Tienen menor viscosidad a medida que se trabajan, y eso es bueno para su uso, ya que de esta manera los cepillos o las brochas pueden extender la pasada.
Hay fluidos viscoelásticos, que tienen un comportamiento muy curioso. Tengo en casa una bola hecha de un material con un aspecto arcilloso, que depositada sobre la mesa se ​​comporta como un fluido viscoso: va desparramándose y chafándose, y va cogiendo forma plana. Pero cuando esta misma bola es lanzada al suelo rebota como una pelota de látex. Su estructura es tan especial que si el esfuerzo aplicado es corto -como en un bote- actúa elásticamente. Pero si el esfuerzo es continuo -cuando se deposita  en la mesa-, tiene un comportamiento viscoso.
Vamos a los colchones y almohadas. Cuando un colchón de látex se comprime, nuestro peso deforma la estructura del polímero, conforme con las leyes de la elasticidad: más peso, más deformación. Es el equilibrio de acción-reacción, la tercera ley de Newton. El material por debajo del peso quiere recuperar su forma y ejerce una fuerza contra el cuerpo, pero nuestro peso le impide recuperar su forma original.
Los colchones de material viscoelástico tienen un comportamiento radicalmente diferente. Estos materiales se inventaron para los astronautas de la NASA con el fin de evitar molestias en sus largos períodos sentados en posiciones inusuales, y se han aplicado por ejemplo a los materiales de hospital para evitar erosiones y escarificaciones en las zonas en contacto prolongado con el colchón.
¿Cómo funcionan?
Los colchones se componen de un conjunto complejo de capas de polímeros de diferentes propiedades. La capa inferior es generalmente un material elástico que actúa de soporte a las capas viscoelásticas superiores. Por encima suele haber una o dos capas de material viscoelástico, de espesor y densidad variable dependiendo de la calidad del colchón.
La idea básica se entiende más fácilmente en una almohada viscoelástica: al apoyar nuestra cabeza, el peso corporal y la temperatura ayuda al proceso mediante el cual el material "fluye", mientras se evacúa el aire a través de su estructura porosa, y el material se comprime mucho, sin ninguna fuerza elástica que actúe contra el cuerpo por encima suyo. La cabeza permanece sumergida en la almohada, con una sensación de una dureza mucho menor que en el caso de almohadas elásticas. De hecho algunas publicidades se refieren a una sensación de “ingravidez”.  Cuando se retira el peso de encima el material se comporta elásticamente, y vuelve a su forma original, de acuerdo con una propiedad llamada resiliencia.
El secreto de los ingenieros químicos que desarrollaron estos materiales ha sido encontrar materiales que muestren ambos comportamientos, con la densidad adecuada, alta porosidad –de manera que cuando la cabeza se coloque encima se evacúe el aire y se deforme siguiendo el comportamiento viscoso-, y una reticulación  y porosidad adecuada para lograr alta resistencia y recuperación de la forma inicial a través del mecanismo elástico.
Los materiales que son capaces de mostrar estas increíbles propiedades pertenecen a una familia de materiales llamados poliuretanos (PU).

Como podéis ver, el tema del comportamiento de los fluidos y los materiales semisólidos, a través de disciplinas como la reología o la mecánica de medios continuos es extraordinariamente complicado.  Intentar explicar algo tan sencillo como lo que aparece en el siguiente vídeo es todo un desafío, y eso que únicamente se han tratado los conceptos más básicos.

Pero la sensación de descanso al sumergirte en una de estas almohadas o colchones es, ciertamente, deliciosamente inexplicable.




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Este post está basado en el artículo “Viscoelàstica densoactiva” del catedrático y doctor en química de la Universidad de Barcelona, Claudi Mans, que realiza una increíble labor de divulgación en química, tanto en catalán como en castellano.




miércoles, 2 de julio de 2014

No es país para científicos



A veces veo  cosas que me indignan. Pequeños detalles que me cabrean y me hacen darle vueltas durante semanas, buscando una explicación. Cuando a veces la explicación es tan sencilla que me sorprende no haberla visto antes.

La última de esas veces ha tenido que ver con la cocina, la divulgación científica, y la estupidez humana.

Resulta que en el concurso de cocina Master Chef ha participado este año, entre otros, un doctor en biología molecular, llamado Jorge.

Este concursante no es uno de los más conocidos, y de hecho fue el quinto en ser eliminado, de un total de 16. Pero el mismo día en el que fue eliminado fue víctima de una de las burlas más lamentables que he visto en ese programa. 

El bueno de Jorge, apasionado de la cocina, pero también de su trabajo de investigación en el Centro Nacional de Biotecnología del CSICtuvo la necesidad de juntar ambos mundos, y crear un plato acompañado de una guarnición que él bautizó como "chaperoninas".  Cuando le tocó explicarlo, recibió desde el principio la burla de alguno de los representantes del jurado. 
La pasión con la que intentaba explicar su idea, su creación, no le permitió ver el tono de choteo de casi todos ellos.  Y el remate final, muy gracioso, eso sí, es lo más indignante que he visto en mucho tiempo.
"Por Dios, que estamos hablando de cocina".  Una frase para la posteridad.  Cuando a todos los grandes chefs se les llena la boca diciendo que la Cocina es creación, fusión de nuevas ideas con conceptos tradicionales, resulta que no les parece adecuado intentar plasmar el increíble mundo celular en la cocina.

El pobre Jorge cometió un tremendo error: creer que ese pequeño minuto de gloria le iba a servir para realizar una pequeña labor de divulgación científica.  Que iba a poder transmitir algo que a él le parecía apasionante, las proteínas chaperonas.

Pero no, este no es el lugar adecuado para ello.  Aquí no se viene a hacer divulgación.

Dónde íbamos a parar, ¡en un concurso de cocina!  

Aquí sólo se les permite insultarse, faltarse al respeto, y convertir el concurso en un reality más propio de Telecinco que en un concurso de cocina.

O sea, cocina + divulgación NO, pero cocina + crispación SI.  No vaya a ser que los telespectadores, horrorizados de ver el atrevimiento de un concursante de hablar de ciencia, huyan despavoridos en busca de otro programa como Sálvame, que consiga devolvernos a nuestro estado de aletargamiento previo.

Como he dicho al principio, la explicación a todo este sinsentido es bastante sencilla. Definitivamente éste no es un país para científicos.

Pero a pesar de todo ello, te animo Jorge a que sigas luchando para transmitir tu pasión a los demás.  A que sigas intentando que las personas que te escuchan tengan curiosidad, se informen, investiguen un poco, y acaben descubriendo el maravilloso mundo que a ti te tiene atrapado desde hace tanto tiempo.

Al fin y al cabo, necesitas soportar innumerables caras de burla, para conseguir una sola cara de interés, un diminuto instante, en el que el brillo en los ojos de la persona que te escucha te muestra con claridad que tu mensaje ha llegado, que has conseguido transmitir tu pasión, que algo ha nacido en su interior.
Ese es el instante por el que merece la pena todo lo anterior.  Ese brillo en los ojos lo paga todo con creces.

jueves, 13 de febrero de 2014

Lo héroes de los deportes minoritarios


El otro día conocí a una verdadera heroína, una persona que me causó una profunda impresión.  Un verdadero ejemplo para mis hijas, de que el esfuerzo y la constancia en cualquier cosa que te propongas tiene su recompensa en el momento que llegas a lo más alto.  Pero también una dura lección para la que creo que todavía no están preparadas.


Esa persona se llama Sheila Herrero. Para los que no la conozcáis, se trata nada menos que, por palmarés, la mejor deportista aragonesa de toda la Historiaincluso se puede decir que es la deportista española (hombre o mujer) con más títulos mundiales a sus espaldas, un total de 15 veces campeona del Mundo en patinaje de velocidad en línea. Sheila se puso a patinar con tan sólo cuatro años, y lo convirtió en su forma de vida hasta que se retiró a los veintisiete años, con un total de 340 títulos.  Incluso llegó a superar una grave lesión de clavícula, para ganar sus últimos 5 títulos mundiales.

Lamentablemente, Sheila eligió un deporte que ella amaba, pero que no tenía la repercusión mediática de otros como el fútbol, el baloncesto o el tenis. Se puede decir que era un deporte “castigado”, porque estaba reconocido por el COI, pero no estaba incluido en Juegos Olímpicos.  Una pena, porque seguro que Sheila nos habría conseguido unos cuantos oros, para ampliar el raquítico palmarés español.  Pero nada de eso pudo con el tesón y la ilusión de Sheila, y llegó a ser reconocida como una de las mejores patinadoras del mundo, premiada con el galardón “Aragonés del Año”, incluso galardonada con la Medalla de Oro al Mérito Deportivo de la Casa Real.

Uno puede esperar encontrar a una deportista de élite de este nivel en alguna charla para difundir los valores del deporte, con algún cargo honorífico en algún organismo público ligado a la competición deportiva, o algo similar.  Pues no, mis hijas y yo nos encontramos a Sheila trabajando en la pista de hielo de un centro comercial de Zaragoza.  No creo que ella piense que se trata de un trabajo denigrante, puesto que lo realizaba con profesionalidad y con una gran sonrisa.  Pero no puedo evitar pensar que es una gran injusticia que cualquier futbolista que juegue en Primera División, no hace falta que sean las estrellas de Barça o Madrid, cualquiera, pueda retirarse de la competición sin otra ocupación que rascarse los huevos a diario hasta el final de sus días.

Cuando recuerdo el brillo en los ojos de Sheila cuando la reconocimos (incluso en Zaragoza debe pasar desapercibida, supongo) y la sonrisa que me dedicó cuando les dije a mis hijas que era “muchas veces campeona del mundo”, me hierve la sangre al pensar en los méritos que han hecho niñatos malcriados como Neymar, o engreídos como Cristiano Ronaldo, para merecer el reconocimiento mundial que tienen, y por supuesto los indecentes sueldos que reciben.

Cuando, explicándole a mis hijas que tenía que entrenar muy duro, ella me reconoció que eran 11 horas diarias, no pude evitar pensar en las protestas de futbolistas, entrenadores incluso de periodistas, cuando sus jugadores mimados tienen que encadenar dos partidos a la semana durante un periodo de uno o dos meses.
Esta injusticia es demasiado grande para que se la pueda intentar justificar a mis hijas.  No la pueden llegar a entender.  No la entiendo ni yo mismo.  Pero me quedo con la ilusión con que te escucharon, la sonrisa con la que te hiciste una foto con nosotros, y la alegría con la que mi hija mayor le explicaba a sus amigas que “había conocido a una chica famosa”.  Para mí eso tiene mucho más valor que si hubiera conseguido un autógrafo de Messi o de Fernando Alonso.

Gracias, Sheila.