lunes, 22 de febrero de 2016

29 de febrero –día bisiesto-


El último lunes de este mes agregamos un día más (
"día bisiesto") al calendario regular del mes de febrero.
Esto se hace para mantener más o menos acopladas las fechas del calendario, con la ocurrencia de las estaciones, la revolución de la Tierra alrededor del Sol, los patrones de estrellas y constelaciones que observamos en el cielo nocturno, de manera repetitiva por las mismas fechas, todos los años.

Si no lo hiciéramos, ese comportamiento específico y esperado de la naturaleza se correría a lo largo de los meses del año (!en el calendario, solamente!), provocando inconsistencias, por ejemplo cielo y clima de invierno (como el actual de enero y febrero), durante los meses de verano (julio y agosto).

El ajuste calendárico podría no hacerse, por ejemplo estableciendo un almanaque rígido de 12 meses de 30 días, pero tendríamos que aceptar que en algún momento celebraríamos el solsticio del sur  en abril. Además, en este caso corregir de alguna manera los más de 5 días de desfase anual.

Contar los días solares, en enteros es una actividad sencilla y práctica, no importa el sistema numérico que se utilice, con base a esto se diseñan los calendarios.

Pero la naturaleza no trabaja con enteros, sino con decimales y de varias cifras, por eso el avance de la revolución de la Tierra es irreconciliable con un calendario sin ajustes.

Lo que sucede es más o menos algo como esto:

  • Suponga que estamos a las 12 de la noche del viernes 31 de diciembre de 2016 y hacemos una marca en el cielo que nos recuerde dentro de un año (365 días) donde estábamos.
  • Bueno, cuando llegue el 31 de diciembre de 2017, notaremos que nos faltan unos grados para llegar a la posición de “vuelta completa” groso modo unas seis horas más de viaje.
  • Pero para efectos civiles es apropiado decir “feliz año 2018” en ese momento y olvidamos que “nos ganamos seis horas”.
  • Eso sucederá en los siguientes 31 de diciembre de 2019 y de 2020, que agregado a la ganancia del 2017 y el 2018, da un total acumulado de 4 x 6 = 24 horas, esto es un día aproximadamente, un ajuste perfecto es imposible.
  • ¿Dónde colocamos ese día ganado para que otra vez volvamos a estar en la marca de partida del 2016?
  • En realidad no importa, pero el diseño del Calendario gregoriano justifica agregárselo al mes regular de menos días, febrero.

Cualquier otro calendario (Maya, Chino, Islámico, Hebreo, etc.), si pretende un acople con los fenómenos naturales, también requiere ajustes.

Un año tropical (o año solar), de equinoccio a equinoccio, tiene una duración de 365 días 5 horas 28 minutos, 45 segundos, aproximadamente, medido con los extraordinarios relojes atómicos ultra precisos que ahora poseemos. Acoplar esto a un almanaque de 365 días (o cualquier otro número), requiere ajustes periódicos frecuentes, no importa el diseño del calendario que se use.

?Sabia que a veces se hacen ajustes de "segundos bisiestos" a la duración del día?

Referencias adicionales:

lunes, 15 de febrero de 2016

¿Cuáles serían algunas propiedades de las ondas gravitacionales?

http://fisica1011tutor.blogspot.com/2016/02/y-que-es-la-energia-gravitatoria.html
http://fisica1011tutor.blogspot.com/2016/02/es-como-una-telarana-el-espacio-tiempo.html
http://fisica1011tutor.blogspot.com/2016/02/ondas-gravitacionales-detectadas-por.html

Para un físico de 73 años que creció sin la educación formal en relatividad general (espero que mis nietos sí), yo diría que casi todas las propiedades que le conocemos a las ondas electromagnéticas, veamos:

  •  Deben ser producidas por un “fenómeno repetitivo”, para no ser un simple “pulso”. Como ocurre con cualquier fuente de ondas, aunque no necesariamente con periodo constante .
    En este caso la danza espiral de los dos agujeros negros masivos, satisface bien este aspecto, pues provocan una fuerte oscilación en la distribución de masa del sistema y así, curvan periódicamente el espacio-tiempo para que exista la fuente requerida.
    No le puedo explicar cómo sería en el caso del big-bang, o de una supernova, pero parece que estos dos eventos que producen bastas cantidades de energía, también son fuentes de ondas gravitacionales, según LIGO y sus colaboradores.
    Después de todo, cuando usted da un solo golpe a una campana, no solo se escucha el "taann" sino que ademas contin
    úa vibrando, produciendo armónicos de ondas sonoras por un rato.
  • ¿Satisfacen algún tipo de “ecuación de onda”? Probablemente si.
  • “No son ondas longitudinales” (como las sonoras), pues se propagan en el espacio intergaláctico, interestelar, interplanetario. Las ondas longitudinales requieren un medio para propagarse.
  • Son entonces “ondas transversales”, es decir, la perturbación “oscila” a ‘ángulo recto con la dirección de propagación. Las radiaciones electromagnéticas son ondas transversales que no necesitan de un medio para propagarse.
  • Pueden estar polarizadas”. Esto parece estar confirmado por el equipo de LIGO, pues es la manera en que las dos ramas de las antenas del interferómetro varian su longitud y producen la señal.
  • “Viajan a la velocidad de la luz c”, esto es, con la misma velocidad de las ondas electromagnéticas.
  • Participan de las propiedades típicas de una onda: “Amplitud (A)” que sería como el “tamaño de la perturbación transversal en el espacio-tiempo; “frecuencia (f)” que es el número de perturbaciones (ondas) por unidad de tiempo que pasan por un punto y “longitud de onda (λ)”, la distancia mínima entre dos máximos de la onda.
    Estas últimas se relacionan de manera simple por la ecuación c= f  λ.
  • Desde luego “transportan energía proporcional a la amplitud de la onda”. Esa es la energía que hace el trabajo de perturbar la longitud de las antenas en el interferómetro de LIGO.
  • ¿Podrán “reflejarse” y refractarse”, cuando encuentren en su camino una curvatura en el espacio-tiempo, diferente a la que les dio origen?
    Supongo que habrá que investigar sobe las condiciones de frontera involucradas.
  • ¿Participarán de los fenómenos de interferencia y “difracción? Posiblemente.
  • ¿Podrán ser enfocadas como las ondas electromagnéticas, cuando encuentre en su camino fuertes distorsiones es el espacio-tiempo? Quizás.

Bueno, hay muchas posibilidades para estudio e investigación y hasta para especular con ciencia ficción.
Deles una probadita, a lo mejor usted produce alguna contribución valiosa.

sábado, 13 de febrero de 2016

¿Y qué es la energía gravitatoria?

http://fisica1011tutor.blogspot.com/2016/02/ondas-gravitacionales-detectadas-por.html
Quizás desde la escuela y el colegio usted ha escuchado algo sobres este concepto, y hasta pudo haber hecho algunos cálculos.
Con toda seguridad a su maestra se le olvido la segunda parte del adjetivo, cuando le trato de enseñar la “energía potencial”, no la llamó correctamente “energía potencial gravitatoria”. Creo que en adelante en el mundo escolar debemos abandonar más bien esa primera parte del adjetivo, y llamarla simplemente “energía gravitatoria”.

En efecto, la energía gravitacional (o gravitatoria, usted escoge), a nivel de la escuela, es la que tiene el sistema Tierra-cuerpo, cuando están separados un poco, o si le parece, cuando el cuerpo de masa m esta a una cierta altura del suelo. Esta energía se puede usar (dejando caer el cuerpo) para quebrar un maní, clavar un pilote, o llevarnos un majonazo, si no tenemos cuidado.
Su cálculo simple es

  • E.G. = (masa en kg)(9,8 newton/kilogramo)(altura en metros) = m g h.

Y como todos sabemos se expresa en joule (J), pero se puede convertir a unidades que usted maneja más como calorías, usadas para el valor energético de los alimentos (1 cal = 4,187 J), o kilowatt hora, como le cobra la compañía eléctrica la energía que consume cada mes (1 kWh= 3 600 000 J).

Si tuvo suerte, en el colegio o en la universidad aprendió una formulación más cercana a la realidad, basada en la Ley de Newton de Gravitación Universal (F=GMm/r2).
En este caso, la energía gravitacional entre dos cuerpos de masas M y m, separados una distancia r es:

  • U= - GMm/r.
(Lo del signo negativo es un detalle relacionado con el marco de referencia, que puede estudiar en un texto universitario de física).

Astronomy Picture of the Day.
La ventaja de la energía sobre la fuerza, es que la primera es una cantidad escalar, solo tiene magnitud, no dirección, y entonces es más manejable.
La energía gravitatoria de un conjunto de cuerpos como el Sistema Solar, por ejemplo, es la sumatoria algebraica de todas las posibles combinaciones de un cuerpo con todos los demás (sin repetición), aplicando la ecuación anterior. Se reduce simplemente a un problema de mera contabilidad.

La formulación relativista, es desde luego más compleja, tanto en concepto físico, como en su expresión matemática, pero como ve, seguro si ha tenido algún contacto previo con la energía gravitacional.

Otro detalle que es importante recordar, que tiene que ver con la energía que trasporta una onda gravitacional, y cómo perturbó la antenas de LIGO, también comenzó a estudiarlo desde la escuela: 
  • “La energía puede –transformarse-, para provocar movimiento (cambios en general) en un cuerpo”.
Así lo hace la energía de la gasolina en el motor de un carro, la de los alimentos en el cuerpo de un ser vivo, la solar en una fotocelda para producir electricidad, la aplicada a una cuerda de guitarra para ponerla de vibrar y producir notas musicales.

Cuando pasa una onda gravitacional a través de las antenas de LIGO, la energía que transporta se emplea para producir “el trabajo” de deformarlas y producir diminutos cambios de longitud en sus dos brazos. Entonces el ultra preciso interferómetro óptico detecta un cambio y descubre el paso de la onda, que de otra manera pasaría desapercibida, como sucedió por millones de años antes de la construcción de ese tipo de detector.