El microscopio electrónico

En el laboratorio de ciencias del instituto tenemos varios microscopios ópticos que, desafortunadamente, son bastante antiguos. Los microscopios de este tipo tienen un límite físico de 2000 aumentos, es decir, su capacidad máxima les permite aumentar 2000 veces el tamaño aparente de la imagen que vemos en ellos. Claro que esa capacidad sólo la tienen los buenos microscopios de laboratorios profesionales. Los del instituto no llegan tan lejos.

El problema es que usan luz visible y la luz visible está formada por fotones, unas diminutas partículas que no podemos ver y que son demasiado energéticas para mirar los detalles de las cosas más pequeñas. En 1930 se inventó un microscopio que no usaba fotones de luz sino electrones y se le llamó, lógicamente, microscopio electrónico.

La ventaja de los electrones es que tienen menos energía que los fotones de luz visible, por lo que cuando impactan con el objeto que queremos ver apenas lo alteran. Son, por así decirlo, más suaves y delicados. Gracias a eso se consiguen aumentos espectaculares, hasta 2 000 000.

El de la foto es un microscopio electrónico.

Mide unos 2 m de alto.

Y claro, con semejante capacidad las imágenes son espectaculares:

Una hormiga sosteniendo un pequeño microchip.

Superficie de un microchip (los colores son falsos)

Nacimiento de las pestañas (colores falsos)

Velcro

Cabeza de un mosquito común

Y si os gusta, hay una página que tiene una foto por microscopio electrónico muy ampliada, del embrión de un pez cebra.

Si pincháis en este enlace iréis hasta la foto original. Se puede ampliar y ampliar, podéis moveros de una parte a la otra. ¡Llega a verse el núcleo de las céculas!

¿Cómo funciona la nevera?

Desde pequeños todos entendemos que el calor pasa de las cosas calientes a las frías. Nunca podemos calentar la comida con hielo ni enfriar el agua con una llama.

Pero en una nevera pasa justo eso. El interior está más frío que el exterior y, sin embargo, cuando metemos el cartón de leche recién empezado, se acaba enfriando, mientras que en la parte trasera de la nevera sale el calor que tenía el tetrabrik. ¿Y como se hace eso?

La clave está en el llamado ciclo de refrigeración, que se basa en dos cosas muy simples: cuando comprimimos aire éste se calienta (probad a apretar fuerte una jeringuilla tapando el pitorro y veréis cómo se calienta) y si se descomprime se enfría (deshinchad la rueda de la bici y veréis lo frío que sale el aire).

Y todo es aprovechar esto. Comprimamos aire y este se calentará. Comprimido como está lo enfriamos en el exterior de la nevera. Ahora volvemos al interior y lo descomprimimos. El aire se enfriará, pero como estaba ya fresco, ahora estará muy frío. Si dejamos allí el aire frío, irá calentándose poco a poco con el calor del tetrabrik, del pescado y de la fruta. Y entonces repetimos el proceso. Volvemos a comprimirlo, con lo que se calentará...

El ciclo, diseñado así, funciona pero es muy poco eficaz. Para mejorarlo se usa un gas especial llamado freón en lugar de simple aire. Lo mejor que tiene el freón es que cuando se comprime llega a hacerse líquido (se condensa). Por eso se calienta mucho más, lo que hace más fácil enfriarlo fuera de la nevera. De vuelta a la nevera se descomprime y se convierte de nuevo en gas (se evapora), con lo que se enfría mucho más. Entonces es más fácil que absorba el calor de los alimentos.

Esquemáticamente el proceso es este:

El paso en el que se comprime el freón consume mucha energía, y es el motivo de que las neveras gasten tanta electricidad.

Por cierto, un sistema de aire acondicionado funciona igual, pero en vez de enfriar el interior de la nevera enfriamos el interior de un edificio o de un coche.

Ahora ya sabéis cómo es posible que algo se enfríe pasando su calor a otro sitio más caliente.

El tubo de escape de los submarinos

Esta entrada es una pequeña modificación de la publicada por www.curiosoperoinutil.com el 6 de febrero de 2007

¿Os habéis preguntado por dónde tiene el tubo de escape un submarino?

Cuando está sumergido, la presión del agua hace muy difícil que los gases de escape salgan hacia el mar ¿cómo lo hacen entonces?

Los submarinos diesel son como los coches híbridos, tienen dos motores. El diésel que se usa en superficie y otro eléctrico, que se alimenta de baterías que se recargan con el motor diésel. Como el eléctrico no necesita oxígeno y no emite gases de escape, es el que se utiliza en inmersión.

Durante la Segunda Guerra Mundial, los submarinos alemanes tenían graves problemas con este asunto, pues las baterías de entonces duraban lo justito para atacar un convoy en inmersión y escapar del lugar de los hechos. La mayor parte del tiempo, los submarinos estaban en superficie. En 1942 apareció un invento que dotó de mucha mayor autonomía a los submarinos: el snorkel. Gracias a este tubo, el submarino podía navegar a profundidad de periscopio (unos 8 metros) con los motores diésel encendidos, pues el tubo permitía intercambiar aire y gases de combustión con la atmósfera.

 

Si se obstruye el snorkel (le entra agua por una ola, por ejemplo), el submarino puede seguir operando un rato, pero los gases se quedan dentro y la tripulación empieza a percibir las maravillas de la “respiración diésel”. En esos momentos hay que subir a superficie, aunque el motor sigue funcionando.

Hoy día, hay otro aparato mucho más conocido al que se le llama también snorkel, por razones obvias:

Espero que os haya gustado

Resonancia - Segunda parte

En la entrada anterior vimos cómo la resonancia podía partir una copa si se la hacía vibrar en su frecuencia natural de vibración. Pero, ¿podríamos romper cosas más grandes, como por ejemplo, un puente?


Los que hacían la mili recuerdan que al cruzar un puente una formación militar a pie se ordena romper el paso (esto es, caminar cada uno a su aire). La razón es que si entra en el puente todo el mundo pisando al compás, y ese compás coincide con la frecuencia de resonancia del puente, se tendrían vibraciones enormes del puente al cabo de muy pocos segundos.

Otra causa que puede provocar resonancia es el viento. Y ésta es mucho más peligrosa. Que se lo digan si no a los ingenieros del puente de Tacoma Narrows (USA). Es un ejemplo clásico de estudio en las facultades de ingeniería. El puente se abrió al tráfico en 1940 y sólo unos pocos meses después se vino abajo por culpa de la resonancia. Vayamos por partes:

Cuando un viento a velocidad constante se encuentra con un obstáculo lo que ocurre es que tras el obstáculo se forman los llamados “vórtices de von Karman”, en honor al ingeniero que los explicó. En la siguiente imagen puede verse una representación de estos vórtices:

Pero ¿qué ocurre si el viento le llega a un puente por un lado? Los vórtices pasarán por encima y por debajo, “golpeando” al puente. Si la frecuencia de esos golpes coincide con la frecuencia de resonancia del puente, tenemos un problema. Y eso ocurrió en Tacoma, estado de Washington. A 68 km/h, la frecuencia de los vórtices de von Karman se igualó con la frecuencia de resonancia del puente. El resultado:

El viento empezó a agitar el puente y, ayudado por fenómenos posteriores, acabó por derribarlo. ¿Espectacular o no? De nuevo quiero recordar que este artículo y el anterior han sido extraídos de curiosoperoinutil.com.

Resonancia - Primera parte

Este artículo y el posterior son una adaptación del publicado en curiosoperoinutil.com el 10/11/2005

Para hablar de resonancia, necesitamos algo que pueda vibrar. Esto es fácil, ya que casi todas las cosas a nuestro alrededor vibran. Tomemos un vaso y démosle una toquecito: ¡ping! El vaso emite un tono que se va apagando. La frecuencia a la que vibra un objeto cuando le damos un toque se llama su frecuencia natural de vibración. Cada cuerpo tiene la suya.

Expliquemos ahora el fenómeno de la resonancia. Un simple columpio nos servirá:

Cuando damos un empujón al columpio, éste va y viene, tardando un cierto tiempo en cada oscilación. A ese tiempo se le llama el periodo de oscilación (y es el inverso - uno partido por - de la frecuencia). Si empujamos el columpio al tuntún a  veces lo empujaremos cuando esté viniendo hacia nosotros, con lo cual se detendrá casi por completo, y otras veces lo empujaremos cuando esté empezando a alejarse de nosotros, con lo que conseguiremos elevarlo más. Imaginemos ahora que empujamos el columpio con exactamente su frecuencia natural de oscilación. Es decir, empujamos siempre en el mismo momento, cuando empieza a alejarse de nosotros. Aunque usemos una fuerza pequeña, veremos cómo cada vez se aleja más, y más, hasta que llegue casi a superar la altura del poste donde está suspendido. En ese momento la cadena ya no sujeta el columpio y se dobla. Al empezar a caer, la cadena se tensa de golpe y el viajero sufrirá un tirón repentino. ¿A quién no le pasó esto de pequeño alguna vez? Lo que ha ocurrido es que a base de meter energía justo en su frecuencia de resonancia, lo hemos hecho saltar.


El ejemplo más clásico del poder de la resonancia es romper copas con la voz. Si se emite una nota que corresponda exactamente con la frecuencia de resonancia de la copa, y con un volumen muy alto, la copa se romperá:

O, si se prefiere algo más moderno:

Habrá una segunda parte, y prometemos que será más espectacular.

Hasta la próxima