Física experimental

El magnetismo es un fenómeno por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión a otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influenciados, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.
También el magnetismo tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los dos componentes de la onda electromagnética, como por ejemplo la luz.
• Historia
Los fenómenos magnéticos fueron conocidos por los antiguos griegos. Se dice que por primera vez se observaron en la ciudad de "Magnesia" en Asia Menor, de ahí el término magnetismo. Sabían que ciertas piedras atraían el hierro y que los trocitos de hierro atraídos, atraían a su vez a otros. Estas se denominaron imanes naturales.
El primer filosofo que estudio el fenómeno del magnetismo fue Tales de Mileto, filósofo griego que vivió entre 625 a. C. y 545 a. C. En China, la primera referencia a este fenómeno se encuentra en un manuscrito del siglo IV a. C. titulado Libro del amo del valle del diablo: «La magnetita atrae al hierro hacia sí o es atraída por éste». La primera mención sobre la atracción de una aguja aparece en un trabajo realizado entre los años 20 y 100 de nuestra era: «La magnetita atrae a la aguja».
El científico Shen Kua (1031-1095) escribió sobre la brújula de aguja magnética y mejoró la precisión en la navegación empleando el concepto astronómico del norte absoluto. Hacia el siglo XII los chinos ya habían desarrollado la técnica lo suficiente como para utilizar la brújula para mejorar la navegación. Alexander Neckham fue el primer europeo en conseguir desarrollar esta técnica, en 1187.

El conocimiento del magnetismo se mantuvo limitado a los imanes, hasta que en 1820, Hans Christian Ørsted profesor de la Universidad de Copenhague, descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente ejercía una perturbación magnética a su alrededor, que llegaba a poder mover una aguja magnética situada en ese entorno. Muchos otros experimentos siguieron, con Andrés-Marie Ampare, Carl Friedrich Gauss, Michael Faraday y otros que encontraron vínculos entre el magnetismo y la electricidad. James Clerk Maxwell sintetizó y explicó estas observaciones en sus ecuaciones de Maxwell. Unificó el magnetismo y la electricidad en un solo campo, el electromagnetismo. En 1905, Einstein uso estas leyes para comprobar su teoría de la relatividad especial, en el proceso mostró que la electricidad y el magnetismo estaban fundamentalmente vinculadas.
El Electromagnetismo continuó desarrollándose en el siglo XX, siendo incorporada en las teorías más fundamentales como la Teoría de campo de gauge, electrodinámica cuántica, teoría electro débil y finalmente en el modelo estándar.

Se llaman así porque en su composición llevan los elementos aluminio, níquel y cobalto. Se fabrican por fusión de un 8 % de aluminio, un 14 % de níquel, un 24 % de cobalto, un 51 % de hierro y un 3 % de cobre. Son los que presentan mejor comportamiento a temperaturas elevadas. Tienen la ventaja de poseer buen precio, aunque no tienen mucha fuerza

Un solenoide es un conductor enrollado en forma de belice por el que circula una corriente eléctrica. Se considera que un solenoide es largo cuando su longitud es unas 10 veces mayor que el radio. El campo magnético creado es el interior de un solenoide presenta las siguientes características:

• B es uniforme en el interior de un solenoide largo, exceptúen los extremos de el mismo.

• Las líneas de fuerza tienen el mismo sentido que el de avance de un sacacorchos que gira siguiendo la corriente.

• El valor del campo magnético es proporcional a la intensidad de la corriente que circula y al número de espiras que tiene por unidad de longitud. Es decir:
B = k • n • I, siendo la k en el sistema internacional el valor de la permeabilidad magnética del vacío.

Es un instrumento que sirve de orientación, que tiene su fundamento en la propiedad de las agujas magnéticas. Por medio de una aguja imantada señala el Norte magnético, que es ligeramente diferente para cada zona del planeta, y distinto del Norte geográfico. Utiliza como medio de funcionamiento el magnetismo terrestre. La aguja imantada indica la dirección del campo magnético terrestre, apuntando hacia los polos norte y sur. Únicamente es inútil en las zonas polares norte y sur, debido a la convergencia de las líneas de fuerza del campo magnético terrestre.
Probablemente fue inventada en China, aproximadamente en el siglo IX, e inicialmente consistía en una aguja imantada flotando en una vasija llena de agua. Más adelante fue mejorada para reducir su tamaño e incrementar su practicidad, cambiándose la vasija de agua por un eje rotatorio, y añadiéndose una "rosa de los vientos" que sirve de guía para calcular direcciones. Actualmente las brújulas han recibido pequeñas mejoras que, si bien no cambian su sistema de funcionamiento, hacen más sencillas las mediciones a realizar. Entre estas mejoras se encuentran sistemas de iluminación para toma de datos en entornos oscuros, y sistemas ópticos para mediciones en las que las referencias son objetos situados en la lejanía.
En la actualidad la brújula está siendo reemplazada por sistemas de navegación más avanzados y completos, que brindan más información y precisión; sin embargo, aún es muy popular en actividades que requieren alta movilidad o que impiden, debido a su naturaleza, el acceso a energía eléctrica, de la cual dependen los demás sistemas.
Historia previa
Antes de la creación de la brújula, la dirección en mar abierto se determinaba con la posición de los cuerpos celestes. Algunas veces la navegación se apoyaba con el uso de sondas. Las dificultades principales que se presentaban con el uso de estos métodos eran las aguas demasiado profundas para el uso de sondas, y que muchas veces el cielo estaba demasiado nublado, o el clima era muy neblinoso. La brújula se usaba principalmente para paliar estos problemas, por lo que culturas que no los padecían adoptaron poco el uso de dicho instrumento. Tal es el caso de los árabes, que generalmente contaban con cielos despejados al navegar el Golfo Pérsico y el Océano Índico. Por su parte, los marineros del relativamente poco profundo Mar Báltico hicieron uso extensivo de las sondas. El astrolabio, antigua invención griega, también ayudaba en la navegación.
Mesoamérica
El descubrimiento de un artefacto Olmeca de hematita que funcionaba de forma similar a una brújula ha generado teorías de que "los Olmecas podrían haber descubierto y usado una brújula de magnetita desde antes del año 1000 AC".1
China
Joseph Needham atribuye la invención de la brújula a China en Ciencia y Civilización en China, pero debido a que existen desacuerdos en la fecha de aparición del artefacto, es apropiado listar literatura antigua que hace referencia a su posible invención, en orden cronológico:
• La más antigua referencia al magnetismo en la literatura china se encuentra en un libro del siglo IV llamado “Book of the Devil Valley Master “(鬼谷子): "La magnetita hace que el hierro venga, o lo atrae."3
• La primera referencia a un dispositivo magnético usado como señalador de direcciones está en un libro de la Dinastía Song con fechas de 1040-44. Allí se encuentra una descripción de un "pez que señala al sur" en un tazón de agua, que se alineaba a sí mismo hacia el sur. En el escrito, el objeto se recomienda como método de orientación en "la oscuridad de la noche". No hay, sin embargo, ninguna mención a su uso en navegación, ni de cómo el pez fue magnetizado.
• La primera referencia indiscutible a una aguja magnetizada en escritos chinos aparece en 1086.0. El Dream Pool Essays escrito por Shen Kuo, de la dinastía Song, contenía una descripción detallada de cómo los Geomantes magnetizaron una aguja frotando su punta con magnetita, y colgando la aguja magnética con una fibra de seda con un poco de cera pegada en el centro de la aguja. Shen Kuo señaló que una aguja preparada de este modo algunas veces apuntaba hacia el norte y otras hacia el sur.
• El primer escrito que hace alusión al uso de una aguja magnetizada en navegación es el libro Pingzhou Table Talks, de Zhu Yu, con fecha del año 1117: "El navegante conoce la geografía, él observa las estrellas en la noche, observa el sol en el día; cuando está oscuro y nublado, él observa la brújula". Esto, por supuesto, habría recibido una valiosa ayuda del descubrimiento de Shen Kuo del concepto del norte verdadero: la declinación magnética hacia el polo norte magnético.

27 de Octubre de 2008.
Al descubrir el mecanismo físico que explica el rápido transporte del agua que a veces se da en los nanotubos de carbono, los científicos de la Universidad de Illinois a cargo de la investigación han dado un importante paso adelante para lograr dispositivos nanofluídicos de una nueva generación y extremadamente eficientes para inyectar medicamentos, purificar agua y permitir procesos mejores de nanofabricación.

El transporte extremadamente rápido del agua en los nanotubos de carbono se ha atribuido por regla general al hecho de que sus paredes son muy lisas y sus superficies son hidrófobas.

Narayana R. Aluru, profesor de ciencia e ingeniería mecánica de la Universidad de Illinois y sus colaboradores, han logrado demostrar ahora que el transporte rápido puede reforzarse mediante la estrategia de orientar las moléculas del agua en el nanotubo. La orientación puede dar lugar a un acoplamiento entre los movimientos rotatorios y de traslación de las moléculas de agua, resultando en un movimiento helicoidal, del tipo que sigue un tornillo, a través del nanotubo.

Utilizando simulaciones de la dinámica molecular, Aluru y Sony Joseph estudiaron el mecanismo físico que explica el transporte rápido promovido por la orientación.

Para los nanotubos muy pequeños, las moléculas de agua llenan los nanotubos adoptando una configuración de fila única, y se orientan en una dirección como resultado de los efectos del confinamiento. Esta orientación produce el transporte del agua en una dirección. Sin embargo, las moléculas del agua pueden cambiar colectivamente y a intervalos sus orientaciones, invirtiendo el flujo, lo cual impide que haya un transporte neto significativo.

En los nanotubos más grandes, las moléculas de agua no están orientadas en ninguna dirección en particular, y de nuevo no se produce el transporte.

El agua es una molécula con polos que consta de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Aunque su carga neta es cero, la molécula tiene un extremo positivo (el hidrógeno) y un extremo negativo (el oxígeno). Esta polaridad hace que la molécula se oriente en una dirección particular en presencia de un campo eléctrico.

Los investigadores han comprobado que el transporte rápido se produce al crear y mantener esa orientación, ya sea aplicando directamente un campo eléctrico o por los grupos funcionales químicos acoplados en los extremos de los nanotubos.

29 de Octubre de 2008.
El interior profundo de Neptuno, Urano e incluso la Tierra puede contener algo de hielo sólido. A través de simulaciones de dinámica molecular, unos científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, junto con colaboradores de la Universidad de California en Davis, utilizaron un método de dos fases para determinar la temperatura de fusión del hielo VII (una fase de alta presión del hielo) a presiones que van desde 100.000 a 500.000 atmósferas. Para presiones entre 100.000 y 400.000 atmósferas, el equipo, dirigido por Eric Schwegler, encontró que el hielo se funde como un sólido molecular (de modo comparable a cómo se funde el hielo en un refresco).

Pero para presiones por encima de las 450.000 atmósferas, hay un marcado aumento en la pendiente de la curva de fusión debido a la disociación molecular y la difusión de protones en el sólido antes de fundirse, lo que se llama típicamente fase sólida supersónica. El marcado aumento en la pendiente de las curvas de fusión abre la posibilidad de que el agua exista como un sólido en el interior profundo de planetas como Neptuno, Urano y la Tierra.

Determinar la curva de fusión del agua es importante para muchos campos de la ciencia, incluyendo la física, la química y las ciencias planetarias. Se ha propuesto que podría darse una combinación entre las zonas frías de subducción de la Tierra y la curva de fusión de alta presión del agua, con profundas implicaciones sobre la composición y el transporte de materiales en el interior del planeta, así como sobre la evolución de éste a largo plazo a medida que se enfría.

En la nueva investigación se ha logrado establecer con bastante precisión la curva de fusión a presiones sumamente altas (de 350.000 a 450.000 atmósferas de presión), que es similar a las presiones reinantes en el interior de Neptuno, Urano, y la Tierra. A presiones más altas, el equipo constató que el comienzo de la disociación de las moléculas y la difusión de los protones bajo presión se manifiesta de manera gradual.

31 de Octubre de 2008.
Un equipo de astrónomos de la Universidad de Toronto ha desvelado lo que probablemente es la primera foto de un planeta alrededor de una estrella similar al Sol.

La joven estrella 1RXS J160929.1-210524 y el astro que la acompaña y que según todos los indicios tiene una masa lo bastante baja como para ser un planeta, han sido recogidos en una fotografía tomada por el Telescopio Gemini Norte de Mauna Kea, en Hawai. Este sistema solar está a unos 500 años-luz de la Tierra.

Los astrónomos también han obtenido datos espectrales para confirmar la naturaleza del astro compañero, al que se le calcula una masa de aproximadamente ocho veces la de Júpiter, y que se encuentra a una distancia de su estrella equivalente a 330 veces la que existe entre la Tierra y el Sol. Como referencia, el planeta más distante de nuestro sistema solar, Neptuno, orbita al Sol a sólo unas 30 veces la distancia entre la Tierra y nuestra estrella. La estrella madre tiene una masa similar al Sol pero es mucho más joven.

"Ésta es la primera vez que hemos visto directamente un objeto de masa planetaria en una probable órbita alrededor de una estrella como nuestro Sol", subraya David Lafrenicre, uno de los autores del estudio.

La existencia de un compañero con masa planetaria tan lejos de su estrella madre llega como una sorpresa y presenta un desafío a los modelos teóricos de la formación de las estrellas y los planetas.

"Este descubrimiento es otro recordatorio de la diversidad verdaderamente notable de los mundos que hay ahí fuera y es una pista sólida de que la naturaleza puede tener más de un mecanismo para producir los compañeros de masa planetaria de las estrellas normales", explica el profesor Ray Jayawardhana, autor de un libro de inminente publicación sobre los planetas de otros sistemas solares titulado "Worlds Beyond".

Las observaciones del equipo del Géminis se beneficiaron de la tecnología de la óptica adaptativa para reducir de manera espectacular las distorsiones causadas por las turbulencias en la atmósfera de la Tierra.

Aunque la probabilidad de una alineación casual entre un objeto como éste y una estrella similarmente joven es bastante pequeña, se necesitará observarlos durante dos años para verificar que ambos se están moviendo juntos a través del espacio y que por tanto pertenecen a un mismo sistema solar. "Por supuesto, es prematuro decir de manera concluyente que el objeto está girando alrededor de esta estrella, pero las evidencias son muy fuertes. Éste será un objeto intensamente estudiado durante los próximos años", indica Lafrenicre

31 de Octubre de 2008.
Una creencia científica de larga tradición indica que en cada galaxia las estrellas tienden a permanecer en la misma región donde se formaron. Recientemente algunos astrofísicos han puesto en duda la hipótesis, y ahora nuevas simulaciones demuestran que por lo menos en las galaxias similares a la nuestra, las estrellas como el Sol pueden emigrar a grandes distancias.

Lo que es más, si nuestro sol se ha movido lejos de dónde se formó hace más de cuatro mil millones de años, eso podría cambiar por completo la noción de que hay zonas dentro de las galaxias, las denominadas zonas habitables, que resultan más aptas que otras para sostener las condiciones necesarias para la vida.

El punto de vista actual sobre la extensión de la zona habitable está basado en parte en la idea de que ciertos elementos químicos necesarios para la vida están disponibles en algunas partes del disco de una galaxia pero no en otras. Si las estrellas emigran, entonces esa zona habitable no puede ser un lugar fijo y estacionario.

Si, tal como parece, la idea de una zona habitable fija se confirma como errónea, eso cambiaría el concepto científico actual sobre dónde y cómo puede evolucionar la vida en una galaxia.

La investigación ha sido realizada por Rok Roskar y Thomas R. Quinn, ambos de la Universidad de Washington, Víctor Debattista, de la Universidad de Lancashire Central en Inglaterra, y Gregory Stinson y James Wadsley de la Universidad McMaster en Canadá.

Los científicos habían asumido previamente que si una estrella, durante su giro alrededor del centro de la galaxia, es interceptada por un brazo espiral de ésta, la órbita de dicha estrella se hace más errática de la misma forma que la rueda de un automóvil puede tambalearse al pasar por un bache.

Sin embargo, en las nuevas simulaciones, realizadas mediante potentes supercomputadoras, se constató que las órbitas de algunas estrellas podían hacerse más grandes o más pequeñas, pero manteniéndose muy circulares, después de cruzarse con un masivo brazo espiral.

Nuestro Sol tiene una órbita casi redonda, por lo tanto los resultados indican que cuando se formó hace 4.590 millones de años (aproximadamente 50 millones de años antes que la Tierra), pudo estar más cerca o más lejos del centro de la galaxia de lo que hoy lo está en la zona que ahora ocupa a medio camino hacia el borde exterior.

La migración de las estrellas también ayuda a solventar el enigma sobre el mapa químico de las estrellas en la vecindad de nuestro sistema solar. Se sabe desde hace mucho tiempo que la mezcla y la dispersión son mayores de lo que cabría esperar si las estrellas pasaran toda su vida donde nacieron. Al albergar estrellas procedentes de ubicaciones iniciales muy diferentes, el vecindario de nuestro sistema solar disfruta de una diversidad mucho mayor.

http://www.amazings.com/ciencia/noticias/311008a.html