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Observar el mundo que nos rodea siempre es un ejercicio de humildad interna que nos hace darnos cuenta de cuán insignificantes somos dentro del marco del universo. Durante estos capítulos hemos estado hablando sobre todo: física cuántica, física de partículas, física básica, física aplicada… Hoy os traemos una nueva entrega donde intentamos explorar otro tipo de experiencias cotidianas pero para nada aburridas.

Guardar el coche en el garaje. Toda una aventura relativista.

Seguro que nuestro querido lector se ha tenido que ver alguna vez en la tesitura de guardar su automóvil en la cochera o no. Los más jóvenes puede que no se hayan enfrentado aún a ese problema pero les aseguramos que lo harán. Por tanto imaginemos que un día nos acercamos a una empresa especializada en construcción de garajes, donde atentamente nos atienden dos personas: Galileo y Lorentz. El lector pondría en conocimiento que su coche mide 5 metros y que no le gustaría gastarse mucho dinero en la compra de la cochera.

Galileo sin duda le ofrecería que comprase un garaje de 7 metros de longitud, de esta forma el coche no tendría problema en entrar y le sobraría espacio. Sin embargo, nuestro bueno de Lorentz nos recomendaría uno de 4 metros, que es más barato, y nos aseguraría de que nuestro automóvil cabría perfectamente. Obviamente esto sorprendería a nuestro lector, que se quedaría pensando un buen rato y se maldeciría a sí mismo por querer comprarse una cochera en este lugar tan esperpéntico. ¿Qué es lo que le ocurre a Lorentz?

File:Galileo Galilei (1564-1642). Oil painting by an Italian pain Wellcome  V0023487.jpg - Wikimedia Commons
Galileo Galilei desarrolló, entre otras muchas cosas, una forma de transformar las coordenadas de un sistema de referencia a otro, a estas transformaciones se les llaman de Galileo, y por supuesto no tenían en cuenta los factores relativistas.

Portret H.A.Lorentz Teylers Museum Haarlem | Crop | rob koopman | Flickr
Hendrik Antoon Lorentz fue un físico reconocido del pasado siglo y que también representa a un conjunto de transformaciones de coordenadas que también llevan su nombre. Por supuesto estas si tienen en cuenta los factores relativistas y, para velocidades pequeñas, recuperan la forma de las de galileo.

No se me vaya a asustar el lector, obviamente que el coche no cabe ni cabrá nunca en una cochera más pequeña que él. Lo que ocurre es que si nuestro automóvil fuera capaz de entrar en el garaje a una velocidad cercana a la de la luz, para un observador que viera el movimiento desde la acera de en frente, el coche sí que “entraría” dentro del garaje durante un breve tiempo. Esto se debe a que, desde el punto de vista del observador de la acera, el coche sufriría una contracción de Lorentz. Estos fenómenos son frecuentes cuando trabajamos en velocidades cercanas a las de la luz. Todo esto ocurre porque la luz, en cualquier sistema de referencia que tomemos, tiene la misma velocidad, algo “a priori” poco intuitivo. Este es uno de los postulados fundamentales de la relatividad especial.

La física de un vaso indestructible.

Sin duda alguna en algún momento de su vida alguno de nuestros lectores ha tenido el maravilloso privilegio de romper un vaso o una copa. Todos hemos reconocido ese glorioso momento en que, por puro azar, el destino nos escoge para ser el centro de atención durante un tiempo. ¡Mira que te lo he dicho! o ¡Si es que estás acelerao’! son frases típicas que hemos escuchado decir a nuesta madre en ese momento, ¡Alegría! se apresura también alguna vez a gritar tu tío. Pero sin duda hay algo que le pudiera rondar por la cabeza a nuestro queridísimo lector. Algunas veces, los vasos se caen y no se rompen, o incluso otras veces, se hacen pedazos con un mínimo toque. ¿Qué hay de magia en este extraño comportamiento?

La respuesta es enlaces iónicos. Sin duda algún lector con buena memoria lo recordará de su etapa en el instituto. Este concepto guarda muchas más curiosidades de lo que pueda parecer. Este tipo de enlace entre átomos se produce cuando tenemos dos elementos con una alta diferencia de electronegatividad, normalmente uno metálico y otro no metálico. Lo curioso es que debido a su naturaleza, las estructuras que se forman cuando coexisten muchos átomos se llaman estructuras cristalinas. Estas son las que nos dan las respuestas para este aparentemente extraño comportamiento.

Ejemplo de red cristalina para el NaCl, se puede observar como en un color aparecen los átomos del Cl y en otro los del Na.

Lo curioso de estas estructuras es que, viéndolo de una manera simple, los iones se ordenan de una forma muy ordenada y bien rígida. Es muy complicado deformarlos e incluso si se caen no tienen por qué romperse. El problema viene cuando justo se consigue dar un golpe que desestabiliza este orden, ya que iones de igual signo se repelen de manera muy brusca durante un breve instante en el que la red se ha descolocado y se produce irremediablemente una rotura casi inmediata. Incluso con un breve toque, si es el adecuado, este efecto es posible de ver.

Para los más curiosos.

La deducción explícita de una manera más o menos fácil de las transformaciones de Lorentz no es excesivamente complicada y animo a los valientes que se atrevan con este reto, un truco para lograrlo es: suponer dos sistemas de referencia, uno en reposo y otro a velocidad v que solo se mueve en uno de los ejes, a partir de aquí propóngase una expresión genérica en función de constantes y téngase en cuenta que la velocidad de la luz es la misma en los dos. De todas formas como ya viene puesto en el enlace tenemos varios posts escritos por Carlos donde desarrolla un poco más en profundidad todos los aspectos de la relatividad especial.

Para aquellos que se sientan apasionados por los tipos de enlaces que existen, les animo a que busquen más información sobre ellos. A nivel simple resaltamos dos más: el covalente y el metálico, con unas propiedades completamente distintas. La física que subyace de estos enlaces es altamente interesante, en mécanica cuántica se utilizan métodos diversos para hacer cálculos matemáticos como la teoría de las perturbaciones. Si os gusta lo que leéis, pedidlo en los comentarios y seguiremos profundizando más y más.

Bibliografía

  • Enlace de la foto de la red cristalina: https://snappygoat.com/o/bdc44c505dd2369ec8add72f9ca3a4fa4248d90b/Sodium-chloride-3D-ionic.png
  • Foto de Lorentz: https://www.flickr.com/photos/koopmanrob/5554397156/
  • Foto de Galileo: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Galileo_Galilei_(1564-1642)._Oil_painting_by_an_Italian_pain_Wellcome_V0023487.jpg

Miguel Jimenez Ortega

Estudiante de último curso de Física en la Universidad de Granada (UGR). Apasionado de la física y las matemáticas, trabajando por una divulgación científica clara e interesante.

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