Categoría: Diálogos

Del mapa al calendario

Lector: Quería preguntarle una cosa

Autor: Hombre, lector, hacía tiempo que no se pasaba por aquí. ¿De qué se trata?

L.: Verá, un amigo mío me ha pasado esta imagen y me ha preguntado si sería capaz de decir a que día del año corresponde y qué hora es en Madrid. Y tengo alguna idea, pero me parece que no se puede saber con tanta precisión como él dice.

A.: ¿Con qué precisión dice?

L.: Por lo visto se lo han preguntado en un examen, y le pedían el mes y la hora aproximada.

A.: Sí, eso es fácil. Saber el día exacto no, pero para saber el mes no hay problema. Y la hora, si es aproximada, también. En realidad, la hora se puede saber con bastante precisión.

L.: Pues ya me explicará cómo. Yo con esta imagen lo único que puedo decir es que es invierno y que es más o menos a media tarde…

A.: ¿Cómo lo sabe?

L.: Es invierno… bueno, voy a ser más preciso: es invierno en el hemisferio norte porque en el Polo Norte es noche perpetua. Y es más o menos a media tarde porque veo que ya es de noche en Turquía, así que en dos o tres horas se hará de noche en España.

A.: No está mal. Mucha gente no se habría dado cuenta de lo de la noche perpetua en el Polo…

L.: Eso es fácil, porque las distintas longitudes (es decir más o menos a la izquierda o la derecha en el mapa) corresponden a horas distintas, y aquí se ve que para todas las posiciones el Polo Norte está en oscuridad.

A.: Pero con eso que ha dicho ya puede precisar más: la extensión completa del mapa en horizontal son 24 horas, así que podemos ver cuantos píxeles corresponden a una hora. El tamaño de la imagen es 605×301, así que si 24 horas son 605 píxeles, 1 hora son 25,2 píxeles.

L.: Ya veo. Eso me sirve para saber diferencias de horas: por ejemplo, voy a mirar cuantos píxeles hay entre Estambul y Madrid… unos 54… dividiendo entre 25,2, sale 2,14: eso serían dos horas y diez minutos de diferencia. Yo había dicho a ojo dos o tres horas, así que no estaba mal, pero veo que se puede hacer con mucha más precisión. Lo que pasa es que esto me sirve para calcular diferencias de hora entre dos lugares, no la hora que es en un sitio concreto.

A.: No se crea: hay una manera de saberlo. Le doy una pista: ¿En qué sitio sería mediodía?

L.: Pues en el punto medio de la zona en la que es de día, claro. En el mapa quedaría más o menos en el Atlántico… bueno, podríamos decir que en el extremo este de Venezuela.

A.:¡Pues con eso ya puede calcular la hora!

L.:¡Claro: ahí son las doce del mediodía! Voy a ver la distancia en píxeles… Me salen justo 100, o sea que la distancia en horas sería 100/25,2, casi cuatro: en Madrid son las 4 de la tarde, hora solar.

A.:¿Y en Estambul?

L.: Hombre, pues unas dos horas más, hemos dicho: las 6 de la tarde, más o menos.

A.: Fíjese que ahí se está poniendo el Sol… Como son horas solares, si se pone a las 6 de la tarde significa que salió a las 6 de la mañana, así que el día ha durado 12 horas.

L.: Bueno, eso no tiene nada de raro, ¿no?

A.: No digo que sea raro, pero fíjese que si el día es igual de largo que la noche, es que estamos en el equinoccio, y usted me dijo que era invierno, ¿no?

L.: Ya estamos buscando problemas… Espere que lo piense. En el equinoccio, la noche y el día son igual de largos en todo el planeta, eso seguro. Pero aquí se ve que las noches son un poco más largas que los días en el hemisferio norte, así que no hay duda de que todavía no es el equinoccio. O para ser más precisos, que estamos en un día entre el solsticio de invierno y el equinoccio. Pero hay dos equinoccios, más o menos el 20 de marzo y el 20 de septiembre. O sea que estamos antes del 20 de marzo y después del 20 de septiembre. Vale, rectifico: puede que no sea invierno, también podría ser otoño.

A.: Pero ¿entonces no estamos en el equinoccio?¿Y por qué en Estambul el día dura doce horas entonces?

L.: Y dale… A ver, esto es un poco aproximado… quizá he medido los píxeles un poco mal. Y, mire, la línea que separa la noche el día es casi vertical salvo cerca del Polo. Eso significa que en casi todas las latitudes la duración del día y la noche es muy parecida, pero desde luego no lo es cerca de los Polos, y desde luego en el Polo Norte es noche perpetua. Supongo que lo que pasa es que no estamos en el equinoccio pero falta muy poco…

A.: Bueno, veo que al final me va a decir el día y la hora exacta…

L.: Pues sí, me voy a atrever. Apuesto a que el mapa corresponde más o menos al 10 de marzo o el 1 de octubre, y que son las cuatro de la tarde, hora solar. ¿Acierto?

A.: Bueno, lo mejor es que lo mire usted mismo en esta web: http://www.skyviewcafe.com. Busque la pestaña “map” y juegue con ella… pero no olvide que que el horario oficial en España va adelantado una hora o dos respecto del solar (según estemos en el “horario de invierno” o en el “horario de verano”, respectivamente).

L.: Ya me podía dar la respuesta directamente… y encima tengo que actualizar el java para que funcione. En fin, que le vamos a hacer.

 

La paradoja del cambio de fecha (y III): Por fin entendemos qué le pasó a Phileas Fogg

A.: ¿Ya tiene una solución para la paradoja del cambio de fecha?

L.: ¡Creo que sí!

A.: Pues adelante…

L.: A ver, le explico. Hay una cosa clara, y es que se produce un cambio de fecha en el punto en el que sea la medianoche, la línea horizontal de trazos de los posts anteriores. Pero también está claro que hace falta otra línea, porque hay que dividir el globo en dos partes (dos fechas) y con una sola línea no lo dividimos. Mi primera idea era poner esa otra línea justo en el extremo opuesto de la medianoche, pero el resultado era un desastre: ¡los días tenían 12 horas y el calendario oscilaba entre dos fechas, sin avanzar nunca!

Pensando sobre el asunto me di cuenta de que el problema es inevitable si la segunda línea de cambio de fecha la ponemos fija en el espacio. Pero desaparece si hacemos que esa línea se mueva con la Tierra.

A.: No suena mal, pero lo tendrá que explicar mejor.

L.: Claro, pero es que me ha interrumpido… sigo. Mi idea entonces es: uso el mismo dibujo del post anterior….

TierraRelojSolucionM

… pero ahora el límite entre las dos fechas que hay a la izquierda en vez de estar fijo debe moverse con la Tierra. Es decir, que siempre estará en el meridiano de 180º de longitud. Para explicarle mejor lo que pasaría he hecho este esquema:

TierraRelojSolucionOK

¿Qué le parece? Como siempre, empezamos por arriba a la izquierda, pero cuando llegamos a la cuarta figura ya ha empezado el 2 de enero, y la siguiente ya no sería igual que la primera, por eso no he puesto la flecha azul de arriba. O mejor dicho, la siguiente sería igual que la primera salvo que las fechas serían un día posteriores. ¡Así consigo que los días duren 24 horas y vayan progresando!¿Qué le parece?

A.: Magnífico: ha descubierto usted la línea internacional de cambio de fecha.  Es la única solución razonable a la paradoja del cambio de fecha. Pero se habrá dado cuenta de que la solución sigue siendo un tanto paradójica, porque desplazarse unos kilómetros cruzando la línea no cambia apenas la hora solar pero cambia un día completo la fecha… y eso a cualquier hora del día: al este de la línea siempre es un día menos que al oeste.

L.: Eso que dice, espere a ver… por ejemplo, si salimos de Londres y viajamos siempre hacia el este (sería movernos en sentido contrario a las agujas del reloj en la figura anterior)…  cuando cruzamos la línea estamos “más al este todavía”… y sí, pasamos del 1 de enero al 31 de diciembre.  Ahora que lo pienso… ¡esto es lo que la pasaba a Phileas Fogg en La vuelta al mundo en 80 días! Ganaba un día al viajar hacia el este y por eso ganaba la apuesta… ¿Sabe que en el fondo nunca lo había entendido hasta ahora?

A.: No me extraña, a mí me pasó lo mismo muchos años. Es de esas cosas que se pueden explicar en una frase y parece que hay que entenderlo enseguida porque si no uno queda como un tonto… pero me gustaría saber cuánta gente que dice “sí, claro” lo entiende de verdad. Por cierto, que la paradoja del cambio de fecha tiene su historia, si quiere puede leerla aquí. Uno de los primeros que lo advirtió fue el genial Nicolás de Oresme, en el siglo XIV, pero se le había adelantado, espere que lo mire… Isma‘il ibn ‘Ali ibn Mahmud ibn Muhammad ibn Taqi ad-Din ‘Umar ibn Shahanshah ibn Ayyub al Malik al Mu’ayyad ‘Imad ad-Din Abu ’l-Fida (1273-1331)

L.: ¡Casi ná! 🙂 Pero oiga, me surge una duda. Ha dicho que el día del año es un convenio (a diferencia de la hora del día), y la propia línea de cambio de fecha es un convenio. Si damos la vuelta al mundo viajando hacia el este ¿ganamos de verdad u día o es una consecuencia del convenio de la línea de cambio de fecha?

A.: Pues… como ya es un poco tarde no se lo voy a contestar, seguro que da con ello en cuanto lo piense un poco. Una pista: el primero que hizo eso fue Juan Sebastián Elcano ¿qué le pasó a él)

La paradoja del cambio de fecha (II): ¿Qué día es en las islas Fiyi?

Lector.: A ver, dónde está esa paradoja que me decía ayer…

Autor.: Pues ahora que he explicado lo que llamé “el reloj terrestre” es sencillo. Fíjese en este dibujo: está claro que por encima de la línea de trazos estamos en una fecha y por debajo en otra. Supongamos que es Nochevieja. La situación sería ésta:

TierraRelojCambioFecha

L.: Está clarísimo: acabamos de comer la uvas en España, en el este de Europa hace un rato que ya están en el 1 de enero y en Canarias falta poco para que llegue el Año Nuevo.

A.: Sí, pero ¿qué pasa si nos alejamos de esa línea? Supongamos que congelamos el tiempo nada más dar las campanadas y nos movemos por el mapa, partiendo desde España y yendo cada vez más al este. Iremos pasando por Italia, Grecia, Rusia…, y cada vez será más tarde: la 1 de la madrugada del uno de enero, las 2, las tres… Cuando estemos en el pacífico, serán ya las 10 de la mañana, las 11… y cuando alcancemos las islas Fiyi, a 180º de longitud, serán las 12 del mediodía. Pero ahora hagamos el recorrido desde la península hacia el este: Canarias, el Atlántico, América… serán sucesivamente las 11 de la noche del 31 de diciembre, las 10, las 9… cuando lleguemos al Pacífico, serán las 2 de la tarde, la una… y cuando alcancemos las islas Fiyi serán las 12 del mediodía.

L.: Bueno, como debe ser, ¿no?: la misma hora que cuando llegamos por el otro lado.

A.: ¡La misma hora pero no el mismo día! Cuando llegamos viajando hacia el este, era siempre el uno de enero (y cada vez más tarde), y cuando viajamos hacia el oeste era siempre el 31 de diciembre (y cada vez más temprano). No sabemos qué fecha es, por eso he puesto un interrogante.

L.: Vaya… ya veo que hay una paradoja. Dos viajeros que hubieran salido a la vez, cada uno en sentido contrario, estarían de acuerdo en la hora pero no en el día…

A.: Eso es, y es que la hora es algo objetivo, determinado por el Sol, pero el día del año es un convenio.

L.: Pues vaya problema… de todos modos, espere, creo que tengo una solución. Como ha puesto en el dibujo, justo encima de la línea de las 0 horas es sin duda 1 de enero. Y justo debajo es sin duda 31 de diciembre. Según nos vamos alejando de ahí, por arriba o por debajo, al principio no hay duda de que sigue siendo el mismo día. En realidad, el problema sólo se plantea en el punto opuesto a las 12 de la noche. ¿Por qué no dividir la Tierra en dos mitades, y hacer que en “la de arriba” sea 1 de enero y en “la de abajo” 31 de diciembre? Una cosa así:
TierraRelojSolucionM

¡Se trataría tan sólo de prolongar la línea de trazos, que marcaba el cambio de fecha, hacia la izquierda! En el punto dónde había puesto el interrogante simplemente lo que pasa es que se cambia de fecha, y ya está arreglado.

A.: Pero piense esto: Imagínese que está en Londres. En el dibujo es medianoche y justo empieza el 1 de enero. Doce horas después, a las 12 del mediodía, la Tierra habría girado 180º y nuestro triangulito cortaría de nuevo la línea de cambio de hora, pero ahora por la izquierda: ¡pasaríamos del 1 de enero al 31 de diciembre! Así que con su propuesta, tendríamos días de 12 horas, y a las doce del mediodía la fecha cambiaría hacia atrás. Estaríamos siempre oscilando entre el 31 de diciembre y el 1 de enero.

L.: ¡Pues sí que la he hecho buena! Debe haber otra solución…

A.: ¿Se la cuento?

L.: ¡No, no me lo estropee!¡Deje que lo piense y se lo cuento en el próximo post!

A.: De acuerdo. Pero no lo busque en internet…

L.: Claro que no: esto es como las películas, odio los spoilers

La paradoja del cambio de fecha (I): La Tierra como reloj

Lector.: El fin de semana que cambiaron la hora me acordé de usted. Pensé que quizá contaría algo en el blog, pero ya vi que no. ¿Y ahora esto del “cambio de fecha”, qué es?

Autor: Pues algo más interesante que el cambio de hora, que al fin y al cabo no es más que un incordio y una cuestión política… Verá, le voy a hacer una pregunta: ¿Cuándo cambia la fecha?

L.: ¿Quiere decir cuándo pasamos de un día a otro?¿Por ejemplo, de martes a miércoles?

A.: Sí, es eso tan sencillo.

L.: Pues hombre, a las doce de la noche, todo el mundo lo sabe.

A.: Pero eso significa que no se cambia de fecha a la vez en todo el mundo, ¿no?

L.: Claro, pero no tiene nada de particular. Por ejemplo, como en Canarias es una hora menos que en la península, cambian de día una hora más tarde. Y de año también: en Nochevieja suelen conectar con Canarias, una hora más tarde de dar las campanadas de la Puerta del Sol en la tele. Lo habrá visto, ¿no?

A.: Sí, claro. Pero lo que me interesa es la regla general: dado un punto, por ejemplo la Puerta del Sol de Madrid, más al oeste siempre es más temprano (como en Canarias) y más al este siempre es más tarde. Por eso el Sol sale antes en Grecia que en España, y a las regiones que están al este se las llama “Levante”, porque es por dónde el Sol se levanta por la mañana…

L.: Hombre, eso último no se me había ocurrido, pero lo que me está diciendo no es ninguna novedad… Lo que todavía no me ha explicado es qué quiere decir con eso de la paradoja del cambio de fecha.

A.: Enseguida llegamos. Antes quería ponerle un dibujo que resume lo que estamos diciendo:

TierraReloj1

Nos podemos imaginar la Tierra como el disco de un reloj, pero que gira en sentido antihorario. La hora en un lugar es la que indican las letras negras: por ejemplo, en Londres, a 0º de longitud, donde hemos puesto el triángulo, sería en este momento justo la medianoche. En Bangladesh, a 90º de longitud este, serían las 6 de la mañana, en las islas Fiyi, con longitud 180º, las 12 del mediodía, y finalmente, en Chicago,  a 90º de latitud oeste, serían las 6 de la tarde, es decir, las 18 horas.

L.: A ver, si entiendo bien el reloj, los rectángulos y el triángulo granates, con las marcas de longitud, giran con la Tierra, y la letras negras están siempre fijas ¿no?

A.: Exacto. Ahora voy a dibujar cómo va cambiando la situación según va pasando el tiempo, cada seis horas. El primer dibujo es el de antes y lo he puesto arriba a la izquierda, luego hay que seguir las flechas:

TierraReloj4

La línea de trazos horizontal en la que pone “24h=0h” es la que marca el cambio de fecha. Está fija en el espacio, y cada vez que un punto de la tierra pasa por ella, cambia el día.

L.: Bonito dibujo, pero eso ya lo sabía. ¿Para esto me está entreteniendo? No hay ninguna paradoja.

A.: Es que es ahora justo cuando llegamos. Pero me va a disculpar, tengo que irme ahora…

L.: Vaya… ¿Pero lo contará en el próximo post, no?

A.: ¡Claro!

Ola de calor (y V): Una postdata

Autor: Vaya, yo creía que habíamos acabado…

Lector: Es que buscando en internet me ha surgido una duda… ¿Le importa que le pregunta mientras se acaba el granizado?

A.: Claro que no, pero con este calor el granizado se derrite corriendo. ¿Será breve, no?

L.: Muy breve. Busqué la ley de Stefan-Boltzmann en la Wikipedia y me encontré que la fórmula del post anterior, esta:

J=\sigma T^4

sólo es válida para un “cuerpo negro” que por lo visto es un objeto que absorbe toda la radiación que le llega. Pero en general hay que usar esta ecuación:

J= \epsilon \sigma T^4

que está modificada por un factor \epsilon que se llama emisividad y está entre cero y uno. Así que repasando lo que hacíamos ayer veo que hemos ignorado esa emisividad, que es lo mismo que hacer que valga uno. ¿Pero por qué va a tener que valer uno la emisividad de la chapa?

A.: Ya veo. Es que en realidad, la temperatura que nos sale no depende de la emisividad. Si, por ejemplo, \epsilon=0,2, se emite el 20% de lo que se emitiría si fuera \epsilon=1. Pero también se absorbe el 20% de lo que se absorbería si fuera \epsilon=1, porque resulta que la fracción de la radiación incidente que se absorbe ¡es justamente \epsilon! Esa fracción suele llamarse absortancia, \alpha, pero resulta que la absortancia es igual que la emitancia: \alpha = \epsilon.

L.: O sea que la ecuación que usábamos se convertiría en:

\epsilon \sigma T_p^4 = \alpha 697 \,\, W/m^2

pero como \alpha = \epsilon, se simplifica y queda

\sigma T_p^4 = 697 \,\, W/m^2

que es lo que poníamos, ¿no?

A.: Eso es, y lo mismo pasa con las demás ecuaciones en las que íbamos teniendo en cuenta más términos, todas las aportaciones a la radiación incidente van multiplicadas por \alpha.

L.: ¡Pues ya es casualidad que sea \alpha = \epsilon! ¿no?

A.: En realidad es una consecuencia de las leyes de la termodinámica. Imagine que metemos un objeto dentro de un horno que está a una temperatura fija, por ejemplo 300ºC. Al cabo del tiempo, dice la termodinámica, ese objeto alcanzará el equilibrio térmico con las paredes del horno y se pondrá a 300ºC también, ¿no?.

L.: Claro.

A.: Y eso no dependerá de que la emisividad del objeto sea grande o pequeña, la termodinámica dice que pasará para cualquier objeto. Si lo piensa, eso sólo es posible si \alpha = \epsilon. Imagine que metemos dos objetos en el horno, uno con \alpha=0.9 y otro con \alpha=0.1 (por cierto, el primero lo veríamos de un color muy oscuro porque absorbería toda la radiación que le llega, y el segundo lo veríamos de un color muy claro). Los objetos no están en contacto con las paredes, se calientan sólo por radiación (si quiere, quitamos el aire del horno para asegurarnos que no hay convección ni conducción). El objeto oscuro absorbe de la radiación nueve veces más potencia que el claro. Se calentará, por lo menos al principio, nueve veces más deprisa, y para conseguir que las pérdidas fueran iguales que las ganancias tendría que ponerse a más temperatura que el objeto claro. Su temperatura de equilibrio sería mayor… ¡en contradicción con la termodinámica, que dice que los dos objetos acabarán a la temperatura de las paredes!

La única manera de que, ganando 9 veces más energía, alcance el equilibrio térmico a la misma temperatura, es que sus perdidas sean 9 veces mayores: las pérdidas tienen que estar en la misma proporción que las ganancias, por eso tiene que ser \alpha = \epsilon. Esto se llama ley de Kirchhoff.

L.: ¿Pero no era la ley de los circuitos eléctricos?

A.: Bueno, esta es la ley de Kirchhoff de la radiación… ¡no está prohibido hacer descubrientos en varios campos!

L.: Claro, claro. Pero una cosa: ¿entonces para qué sirve la \alpha o la \epsilon, si al final se llega a la misma temperatura?

A.: Es que aunque el estado de equilibrio sea el mismo, el transitorio es diferente. Si la absortancia (igual a la emisividad) es más pequeña, se absorberá menos radiación, y se tardará más en alcanzar el equilibrio. Un cuerpo con \alpha=1, que es lo que se llama un cuerpo negro (¡el más oscuro de todos!) sería el que más rápido se calentaría (a igualdad del resto de las condiciones, como la radiación incidente, el área, la masa y la capacidad calorífica). Aquí he modificado la gráfica que pusimos el otro día, para tener esto en cuenta:

La velocidad de calentamiento depende de la emisividad, aunque la temperatura final es la misma en los tres casos. Los datos de la chapa son los del 3er post de la serie: espesor de 1 mm de acero expuesto a una potencia de 1 cal/cm2·s de radiación.

La velocidad de calentamiento depende de la emisividad, aunque la temperatura final es la misma en los tres casos. Los datos de la chapa son los del 3er post de la serie: espesor de 1 mm de acero expuesto a una potencia de radiación de 1 caloría por cm2 y minuto.

L.: Ya veo. Y por cierto, el cuerpo negro también será el que más rápido se enfría, ¿no? Precisamente porque \alpha= \epsilon=1 y ese es el máximo valor que puede tener.

A.: Justo. Así que para una temperatura determinada, el cuerpo que más energía radía es el cuerpo negro.

L.: ¡Curioso, siendo negro!

A.: Curioso, sí, pero no olvide que sólo lo veríamos como negro si estuviera frío. Si su temperatura sube mucho, según la ley de Stefan-Boltzmann, su emisión sube muchísimo (¡fíjese que la temperatura va elevada nada menos que a la cuarta potencia!). Y le aseguro que, dados dos objetos a la misma temperatura, suficientemente elevada para que los veamos brillar, el cuerpo negro brilla más. Por cierto, este Sol que nos está achicharrando estos días es, con muy buena aproximación, un cuerpo negro. Pero hace tiempo que se me acabó el granizado, ya tenemos que acabar.

L.: Vale. No pase demasiado calor estos días.

A.: Igualmente.

Ola de calor (IV): Calculando

Lector.: Íbamos por que podíamos calcular la temperatura a la que se pone la chapa del techo de un coche cuando está al sol…

Autor.: Bueno, le recuerdo que es una estimación, pero nos servirá para hacernos una idea. Necesitamos una ecuación sencilla pero muy importante, la ley de Stefan-Boltzman. Si llamamos J a la energía por unidad de tiempo y área que emite un cuerpo en forma de radiación, esta ley nos dice que:
J=\sigma T^4
Es decir, que las pérdidas son proporcionales a la cuarta potencia de la temperatura, pero, muy importante, la temperatura tiene que ir en grados Kelvin. La constante de proporcionalidad vale \sigma=5.67 \cdot 10^{-8} W/m^2 K^4

L.: ¿Y esas unidades?

A.: Fíjese que la temperatura va en grados Kelvin, así que al hacer el producto \sigma T^4 las unidades que quedan para J son W/m^2. Como un Watio es un Julio por segundo, al final nos salen Julios por segundo y metro cuadrado, o sea, energía (perdida) por unidad de área y de tiempo, como debe ser.

L.: Pero antes lo medimos en calorías por cm2 y por minuto…

A.: Sí, porque era más cómodo, pero el cambio de unidades es sencillo. No me entretengo en hacer las cuentas, pero sale que la caloría por cm2 y minuto que recibimos del sol son 697 W/m2.

L.: Bueno, ¿y cómo calculamos la temperatura de la chapa?

A.: Pues como hemos quedado en que se estabiliza cuando las pérdidas son iguales a las ganancias, basta escribir esta condición. Si la temperatura final de la placa es Tp,
\sigma T_p^4 = 697 \,\, W/m^2 \,\,\, \Rightarrow \,\,\, T_p = \sqrt[4]{697/\sigma} = 333 K

L.: Pues sí es fácil… ¡pero esa temperatura es demasiado baja! 333 K son 60ºC y la chapa se ponía a un poco más de 100ºC!

A.: Efectivamente. Es que nos hemos olvidado de un detalle importante. ¿Qué temperatura nos habría salido para la chapa si no estuviera al sol?

L.: Si no estuviera al sol… en vez de 697 W/m2 habría que haber puesto cero…¡saldría que la chapa estaría al cero absoluto!¿Absurdo, no?

A.: Justo: esto que acabamos de hacer es una de las costumbres del buen científico, comprobar qué pasa en casos extremos, y aquí vemos enseguida que algo falla. Afortunadamente es fácil detectar el error: se nos estaba olvidando que la chapa no sólo recibe radiación directa del sol, sino del ambiente. Por suerte, ésta la podemos calcular también con la ley de Stefan-Boltzmann. Si el ambiente está a 30ºC, es decir, a 303 K, la placa está recibiendo del ambiente \sigma 303^4 = 478 \, W/m^2. Esto hay que añadirlo a los Watios recibidos del sol, así que queda:
\sigma T_p^4 = (697 + 478) = 1175 \,\, W/m^2 \,\,\, \Rightarrow\,\,\, T_p = \sqrt[4]{1175/ \sigma}= 379 K = 106^{\circ}C

L.: Ah, pues eso ya es casi exactamente lo que salía en el artículo del periódico, el “termómetro laser” medía 102.6ºC

A.: No me lo llame “termómetro láser”… el nombre correcto es pirómetro, y no usa el láser nada más que para apuntar…pero perdone, eso no importa en realidad. Como ve, no tiene nada de raro que una chapa de un coche se ponga a esas temperaturas tan altas. Pero no olvide que en nuestro cálculo hemos ignorado las pérdidas por convección y conducción.

L.: A ver, que lo piense… si las tuviéramos en cuenta, la temperatura sería más baja, ¿no?

A.: Claro, porque la chapa ahora pierde calor con más facilidad y conseguiría equilibrar las pérdidas con las ganancias sin tener que calentarse tanto.

L.: O sea que nos hemos pasado, hemos calculado una temperatura demasiado alta.

A.: Sí, pero por otra parte hemos puesto que recibimos del sol 1 caloría por minuto y cm2 y en realidad es algo más (recuerde que dividimos por 2 el valor de la constante solar, por hacer la cuenta más fácil y redondear a 1). Así que más o menos va lo uno por lo otro. Pero hay otra aproximación que he hecho sin avisar… ¿sabe cuál?

L.: Uf, sé tan poco de la radiación y todos eso que no tengo ni idea de qué puede ser.

A.: En realidad es tan obvio que pasa desapercibido: una chapa tiene dos caras, pero hemos hecho la cuenta como si tuviera una.

L.: Pero es que la cara de dentro no recibe radiación solar

A.: Pero ahí está precisamente: sólo recibe radiación solar por una cara pero pierde por las dos.

L.: Ya veo. O sea, que la temperatura es más fría, ¿no?

A.: Pero no mucho, porque no se olvide que lo que sí recibe la chapa por la cara de dentro es radiación del ambiente, que dentro del coche está muy caliente. Supongamos que está a 60ºC, es decir, a 333 K. Si el área es A, la chapa recibe por el interior \sigma 333^4 A = 697 A \,\, W/m^2

L.: Ese número me suena, 697 W/m2 es lo que recibía del sol. ¿Por qué son los mismos Watios?

A.: ¡Pura coincidencia! Esas cosas pasan a veces. Lo que importa es que podemos hacer la cuenta. Tenemos cuidado de poner que el área por el que está perdiendo energía es 2A y lo que queda es:
\sigma T_p^4 2 A =(697 {+} 478 {+} 697) A = 1872 \, W/m^2 \, \Rightarrow \, T_p {=} \sqrt[4]{1872/ 2 \sigma} {=} 358 K {=}85^{\circ}C
Como ve, no cambia mucho. Y si tenemos en cuenta que la chapa está aislada por dentro, y por tanto no pierde tanto calor por dentro como por fuera, los 106ºC que nos salieron al principio, con la cuenta más sencilla, son un resultado muy razonable.¿Qué le parece?

L.: Me parece impresionante que con una cuenta tan sencilla calculemos tan bien la temperatura. Pero por otra parte, todo esto de las aproximaciones que me ha contado me ha hecho sospechar. Yo me había creído el primer cálculo que hizo, pero ahora veo que había dejado de lado muchas cosas que no se me habían ocurrido, pero cuando las tiene en cuenta me muestra que al final casi no importan… No sé, podría estar haciéndome trampa y no me daría cuenta. Esto de las aproximaciones es un poco escurridizo, y nunca me lo habían contado así.

A.: Porque en los libros de texto suelen barrerse todas las cuestiones un poco incómodas debajo de la alfombra… Pero uno sólo sabe física de verdad hasta que sabe hacer aproximaciones, así que debería de irse enseñando poco a poco este “arte del buen aproximar”, porque es una parte esencial del “oficio” del científico y del ingeniero. No es fácil, hay que tener una idea del orden de magnitud de los distintos efectos que intervienen para poder hacer un “modelo” aproximado que recoja lo esencial, y esto es algo que sólo se aprende con los años. Pero si siempre se barre debajo de la alfombra el asunto, no se aprende nunca.

L.: Bueno, en resumen, que es normal que la chapa esté a más de 100ºC. Oiga, pero ¿por qué el interior del coche está tan caliente? ¿Es por lo mismo, sólo que se calienta a través de las ventanillas y por eso no se pone a 100ºC sino “sólo” a 60ºC?

A.: En parte sí, pero intervienen más cosas. Porque curiosamente el aire en el interior del coche también está muy caliente, y si recuerda habíamos dicho que la atmósfera se calentaba muy poco porque es transparente a la radiación solar. .. ¿Ha oído hablar del efecto invernadero?

L.: Hombre, claro.

A.: Pues tiene mucho que ver con que el interior del coche puesto al sol se convierta en un horno. Pero ya es hora de dejarlo, ¿no? ¡Que llevamos cuatro posts sobre la ola de calor, estoy deshidratado!

L.: Vaaale, vamos a por un granizado. Pero se lo volveré a preguntar.

Ola de calor (III): Un termostato en cada chapa

Lector: Creo que ya sé lo que faltaba en su cálculo.

Autor: Adelante.

L.: Como usted mismo dijo, cuando hay una diferencia de calor entre dos objetos, pasa calor del caliente al frío. Entonces, en cuanto la chapa se calienta por encima de la temperatura ambiente, pasará calor de la chapa al ambiente, y la chapa se enfriará.

A.: ¿Seguro que se enfriará?

L.: Bueno, por lo menos la ganancia neta de calor será menor, porque a la caloría por cm2 y por minuto que recibe del sol habrá que restarle lo que pierda al ambiente. Supongo que es posible que las pérdidas fueran muy grandes y que la placa se llegara a enfriar… pero realidad no tengo ni idea de cuánto valen esas pérdidas. ¿Podríamos calcularlas?

A.: Hacer un cálculo exacto es difícil porque hay tres procesos diferentes por los que se pierde calor: convección, conducción y radiación, y ocurren a la vez. Los dos primeros no son fáciles de calcular, pero del último sí nos podemos hacer una idea bastante aproximada. De todos modos, hay una cosa que sí que sabemos: en todos los procesos, las pérdidas de calor dependen de la diferencia de temperatura con el ambiente. A mayor diferencia de temperatura, más calorías por cm2 y por minuto pasarán de la chapa al ambiente.

L.: Parece lógico. Pero entonces, cuanto más caliente está la chapa, más calor pierde. ¿No llegará un momento en el que pierda más calor que gana?

A.: Espere, que nos estamos acercando a una conclusión muy importante. Piense esto: por una parte, cada cm2 de chapa recibe del sol una potencia constante (la potencia es el calor por unidad te tiempo, las calorías por minuto). Pero según va calentándose, y aumentando por tanto su diferencia de temperatura con el ambiente, las pérdidas crecen cada vez más. Así que si por una parte recibe una energía del a un ritmo constante, y por otra parte la pierde al ambiente a un ritmo creciente, ¿qué va a pasar?

L.: Pues lo que yo decía: que a la fuerza llegará un momento en el que las pérdidas (que siempre crecen) superen a las ganancias (que se mantienen constantes). Y entonces la chapa se enfriará.

A.: Pero está omitiendo un detalle importante: antes de que las pérdidas superen a las ganancias habrá un momento en que las igualen, ¿no?

L.: Claro

A.: Pero en ese momento, como las pérdidas de energía son iguales a las ganancias, la temperatura ya no variará, ¿no?

L.: No, claro, el efecto neto es que la chapa ni gana ni pierde energía y entonces la temperatura se mantendrá constante.

A.: ¡Entonces la temperatura se estabiliza en ese valor y no sube más! Las pérdidas nunca llegan a superar a las ganancias. Pero si se deja el tiempo suficiente, ¡siempre las acaban alcanzando! Esa es justo la conclusión importante. Es la idea de equilibrio dinámico, y aparece en muchos problemas de la física y de la química. Lo mejor es que se llega a ese equilibrio automáticamente, con tal de que uno espere lo suficiente…

Placa al sol

La temperatura de la placa sube muy rápido al principio (aquí, a razón de 10ºC por minuto) pero al calentarse aumentan las pérdidas y disminuye el ritmo de calentamiento, hasta estabilizarse en un valor (en este caso, 100ºC) para el que las pérdidas igualan a las ganancias.

L.: Ya veo, mientras la temperatura aumenta las pérdidas aumentan, pero cuando lleguen a alcanzar a las ganancias la temperatura se estabiliza en el valor que tenga en ese momento… Pero ese valor puede ser mucho más alto que el de la temperatura ambiente, ¿no?

A.: Si el objeto está recibiendo radiación solar, seguramente lo será. Además, el valor al que se estabilice la temperatura dependerá de cómo sean las pérdidas de calor. Si por ejemplo la chapa del coche está muy bien aislada por la parte del interior y sólo pierde calor por el exterior, tendrá que ponerse a una temperatura más alta para que, aun perdiendo sólo por el lado de fuera, las pérdidas iguales a las ganancias. Vamos, que se pondrá más caliente que si pierde calor por las dos caras.

L.: Y si ponemos un ventilador…

A.: Aumentamos las pérdidas por convección, y no hará falta que la chapa se ponga a una temperatura tan alta para que igualen a las ganancias. Por eso la chapa se enfría.

L.: O sea que es como si la chapa buscara el equilibrio… pero la chapa no sabe lo que hace, y se comporta como lo supiera, como si tuviera voluntad, ¿no? Es un poco raro…

A.: Esto es lo que quería que viera: efectivamente, hay una tendencia al equilibrio, todo ocurre como si la chapa lo buscara, pero obviamente la chapa ni siente ni padece. Ese comportamiento es una consecuencia del hecho de que la transmisión de calor sea proporcional a la diferencia de temperatura (bueno, para la radiación no es exactamente proporcional, pero como si lo fuera). Es lo que hemos estado discutiendo, y si lo piensa, sólo lo hemos explicado cuando la chapa empieza estando más fría que su temperatura de equilibrio, pero ocurre lo mismo si partiera de una temperatura más alta, se iría enfriando hasta alcanzarla. Es una especie de mecanismo de realimentación.

L.: Como si tuviera un termostato…

A.: Pues sí, solo que el termostato está fijado a una temperatura que no sabemos a priori, y que depende de cuanta radiación solar reciba la placa y de si pierde poco o mucho calor… de cuál sea su grado de aislamiento térmico, podríamos decir.
L.: Pero ¿no se puede calcular cual va a ser esa temperatura de equilibrio?

A.: Bueno, ya le dije que normalmente no conocemos bien las pérdidas de calor por conducción y por convección. Pero podemos hacer la cuenta si sólo consideramos las pérdidas por radiación. Nos saldrá un valor de la temperatura de equilibrio un poco más alto de la cuenta (porque estamos poniendo menos pérdidas de las reales) pero de todos modos es una cota superior que tampoco está muy equivocada… Si quiere lo hacemos, es fácil.

L.: Vale, pero ya sabe lo que le voy a decir

A.: Que en el próximo post, ¿verdad? Vale, ya estaba empezando a sudar…

Ola de calor (II): Un calentamiento muy rápido

Hemos visto en la noticia que comentábamos en el post anterior que mucha gente no comprende que una tapa de alcantarilla o el techo de un coche puedan estar a temperaturas cercanas o superiores a 100ºC. Por mucha ola de calor que estemos padeciendo, podemos alcanzar los 35ºC o hasta los 40ºC, pero… a 100ºC parece que “los ciudadanos deberían estar carbonizados”, como decía alguien en los comentarios a la noticia. ¿Es posible que sean correctas esas temperaturas?

Sí lo es, y la verdad es que parece extraño. Sabemos que cuando dos objetos a distinta temperatura se ponen en contacto, pasa calor del caliente al frío, y ese flujo de calor acaba por igualar las temperaturas. Como la alcantarilla o el coche están en contacto con el ambiente, parece que, aunque los caliente el sol, deberían acabar a la temperatura ambiente de unos 35ºC que tenemos ahora en Madrid. Pero no es cierto, y todos tenemos la experiencia de que la chapa de un coche puesto al sol (sobre todo si es oscuro) puede quemar.

¿Por qué la chapa no está a temperatura ambiente? Cuando hablamos de “temperatura ambiente”, lo que queremos decir es “temperatura del aire a la sombra”. ¿Quizá la placa está a la temperatura del aire al sol? No, claro que no: el aire al sol está sólo un poco más caliente que el aire a la sombra, ¡desde luego no a los 100ºC de la chapa del coche!

La clave del distinto comportamiento de la chapa y el aire está en que el aire es transparente: no absorbe la radiación solar, al contrario que la chapa. La radiación solar es una forma de energía, y al absorberla, la chapa va aumentando su temperatura.

Podemos incluso hacer una cuenta para estimar ese ritmo de calentamiento:

  1. La potencia (energía por unidad de tiempo) que llega a la Tierra en forma de radiación solar son 2 calorías por cm2 y por minuto (es lo que se llama constante solar). Como parte se absorbe en la atmósfera (que es transparente para la radiación visible, pero no para todas las longitudes de onda) , parte se refleja en la chapa, y además, incide con cierta oblicuidad sobre ella (ni siquiera en pleno verano los rayos de sol caen verticales sobre Madrid), vamos a suponer que sólo se absorbe 1 caloría por cm2 y por minuto.
  2. El calentamiento que esto produce en la chapa puede calcularse fácilmente usando su calor específico. Para el acero son aproximadamente 0.1 calorías por gramo y grado Celsius, lo que significa que cuando un gramo de acero absorbe 0,1 calorías, aumenta su temperatura en un grado Celsius. Si absorbiera 1 caloría, subiría 10ºC.
  3. Supongamos ahora que la chapa tiene 1 mm de espesor. La densidad del acero son aproximadamente 8 gramos por cm3, pero vamos a redondearlo a 10, de modo que 1 cm2 de esa chapa tenga una masa de 1 g.
  4. Entonces, como ese gramo de acero recibe 1 caloría por minuto, aumenta 10ºC por minuto.

¡La chapa se calienta muy rápido! Lo raro es que después de estar una hora al sol esté sólo a 100ºC…

Lector: ¡Y tan raro! Es imposible que se caliente así de rápido. Ha debido hacer mal las cuentas.

Autor: Me encanta su sentido crítico, lector. Las cuentas están bien hechas, pero efectivamente, hay algo mal: he omitido un efecto físico importante aquí. Seguro que si lo piensa se le ocurre.

L.: ¿Me deja tiempo hasta el próximo post?

A.: ¡Claro! Mientras voy a tomarme un granizado.

La física en la ESO (III): Barriendo debajo de la alfombra

Autor: Ayer nos quedamos en que me iba a preguntar una cosa…

Lector: Sí. Por lo que veo, está haciendo dos críticas al libro de segundo de la ESO: que lo que cuenta no sirve para precisar las nociones intuitivas y por eso es inútil (o incluso contraproducente), y que para aprender física los alumnos deberían pensar, pero no se les induce a ello. ¿Es así?

A.: Efectivamente.

L.: Pero ¿cómo hay que hacerlo entonces?

A.: Hay que ser muy riguroso con la lógica de lo que contamos. No se puede exigir al alumno que piense con rigor si en los libros hay incongruencias a cada página. El alumno puede que no las vea porque no ha desarrollado lo suficiente su capacidad de pensamiento crítico, pero eso no es excusa: precisamente por eso hay ser más cuidadoso, para que pueda desarrollar esa capacidad.

Por ejemplo, en este tema, el problema con la definición de posición (“posición=distancia al origen”) viene de que implícitamente los autores están considerando movimientos rectilíneos. Si la trayectoria es una recta (y, habría que añadir, si siempre estamos al mismo lado del origen, por ejemplo, a la derecha), entonces sí podemos definir la posición como la distancia al origen. Pero si no es así, la definición no vale y da lugar a incongruencias, como vimos en el post anterior.

¿Qué habría que hacer? Decir esto explícitamente. Explicar que, aunque hay muchas trayectorias posibles, vamos a empezar a estudiar el caso más sencillo, que es cuando la trayectoria es recta, y en ese caso, la posición viene medida por la distancia al origen. Aquí no se hace; y al contrario, se mencionan movimientos circulares y parabólicos, para los que la posición no puede medirse así [1].

Por cierto, un inciso: Se dice de pasada, pero no se pone ningún énfasis en ello, que esos dos movimientos son sólo dos ejemplos. Habría que decir explícitamente que en realidad hay infinitos tipos posibles: cualquier curva continua es una posible trayectoria –piénsese en la trayectoria de una mosca en vuelo-. Puedo dar fe de que cuando estos alumnos llegan al primer curso de la carrera muchos piensan que sólo hay tres tipos de movimiento posible: rectilíneo, circular y parabólico.

L.: ¿En serio?

A.: Seguro que tienen claro que una mosca puede volar como les de la gana… pero mientras están en el aula sólo conciben esos tres movimientos: ahí tiene el poder de la educación. 😦

En física es vital conocer el intervalo de validez de las definiciones, las fórmulas y los conceptos, pero esto casi nunca se explica bien. Nunca se apunta a que la realidad no se acaba en el libro y que estamos empezando a explorar un camino que nos llevará muy lejos, pero que de momento empezamos por lo más sencillo y lo tendremos que ir modificando y perfeccionando.

En estos libros de texto nunca se dice que “tal cosa es complicada y se estudiará más adelante, en otro curso”. Parece que reconocer esto es tabú. Los problemas conceptuales se barren debajo de la alfombra en vez de sacarse a la luz. Pero uno sólo piensa si se encuentra con dificultades. Al ocultar sistemáticamente las dificultades, privamos a nuestros estudiantes de la posibilidad de pensar y de entender de verdad lo que están haciendo.

Esto se hace desde la primera página de física propiamente dicha que estudian nuestros alumnos, en 2º de la ESO. Pero si seguimos leyendo, nos encontramos esta estrategia de barrer las dificultades debajo de la alfombra a cada paso.

L.: ¿Algún ejemplo?

A.: Sin ir más lejos, en la siguiente doble página del libro:

3MRU

[Click para ampliar]

¿Ve cómo define velocidad instantánea? “La velocidad que tiene un móvil en cada momento”. Pero ¿cómo se calcula eso? Acaba de dar una fórmula para la velocidad media, pero no da ninguna para la velocidad instantánea. ¿Por qué? Porque para hacerlo necesita un concepto matemático avanzado del que no disponen estos alumnos: la derivada. Así que es lógico que no se de la fórmula. Lo que no es lógico es que no se mencione el problema, cuando sería una ocasión excelente para pararse a pensar: ¿por qué la fórmula de la velocidad media no nos da “la velocidad que tiene un móvil en cada momento”?¿cómo podríamos calcular esto?, etc.

Estas preguntas podrían llevar a algunos alumnos a entender los problemas que hay en juego, e incluso algunos podrían concebir, guiados por el profesor,  una intuición de la idea de derivada. Nuestro libro echa tierra sobre el asunto y regala al alumno una incongruencia: allí había fórmula y aquí no. ¿Por qué? No preguntes.

En la página siguiente se repite el esquema. Fíjese:

3MRU_detalle1

Una vez más tenemos una fórmula en el primer caso (para el movimiento rectilíneo y uniforme) pero no en el segundo. Lo normal sería que el alumno se extrañase y pensara: si también estamos en el caso de velocidad constante, ¿por qué no despejamos ahora de la fórmula de la velocidad media, como hace un momento?

Eso sería lo normal. Pero a estas alturas el alumno, si es un  poco espabilado, ya se habrá dado cuenta de que pensar no sirve de nada: las cosas simplemente son así en el libro, y si lo memorizas te irá bien. Así que si en el libro sólo se habla de tres tipos de movimientos, sólo hay tres tipos de movimiento y punto.

(La razón de que no den la fórmula en el segundo caso es, claro está, que la definición de velocidad media en realidad sólo vale tal cual para el movimiento rectilíneo; para el movimiento circular debería modificarse, redefiniendo espacio recorrido como “espacio medido a lo largo de la trayectoria”, algo que, como comentamos en la nota al pie, no es inmediato).

Y ya para acabar: ¿qué le parece lo que se dice sobre la aceleración?

3MRU_detalle2

Y se acabó. Nadie puede entender qué es la aceleración con esta “explicación”. Y que las unidades sean m/s2  resulta un misterio. Qué significa un metro por segundo se puede entender, pero ¿segundos al cuadrado?¿eso qué es? Sólo se puede entender si se explica que 1 m/ses la aceleración que tiene un cuerpo que cada segundo aumenta su velocidad un metro por segundo. Y aún así no es fácil de entender.

L.: Ya veo, no hace falta que ponga más ejemplos. Los autores están constantemente evitando las cuestiones delicadas. Pero ¿de verdad piensa que es posible mostrarlas de frente? ¿No es mejor dejarlas de lado, y ya se irán viendo más adelante?

A.: Si lo que queremos es que los alumnos “cubran mucho temario”, pues lo más eficaz es escurrir el bulto como se hace en el libro. Pero de esta manera, como he intentado explicar, estamos desincentivando el pensamiento y la comprensión. Mostrar las dificultades conceptuales que se están barriendo aquí bajo la alfombra no va a hacer daño a nadie, al contrario. En realidad, no son difíciles de reconocer si se señalan, y hacer ver a los alumnos que hay una dificultad es muy formativo, es empezar a acostumbrarlos a pensar como se piensa en física. Eso es lo más importante que deberían aprender. Y es justo la habilidad que no tienen cuando llegan a la universidad…

L.: Una cosa, ¿vamos a seguir despellejando ese libro de 2º de la ESO en los próximos posts?

A.: Me temo que me he puesto un poco pesado… pero quería que fuera una crítica constructiva. Y que conste que no tengo nada contra este libro en particular, es sólo el que estudió mi hijo, pero creo que lo que cuento es común a todos.

L.: Bueno, constructivo no sé… de todos modos, no estaría mal cambiar un poco de tema.

A.: Cambiaremos para dar un respiro, pero aún no he acabado con el libro.

L.: Bueno, por lo menos un respiro nos vendrá bien.

*

[1] Podríamos definir la posición como distancia medida a lo largo de la trayectoria, pero este no es un concepto precisamente sencillo (la definición rigurosa de longitud de una curva necesita del cálculo integral) y es mejor evitarlo a estas alturas. Resulta, además, innecesario:  es mucho mejor esperar a introducir las coordenadas cartesianas y aprender entonces a descomponer  el movimiento según los ejes x e y.

La física en la ESO (II): El difícil arte de definir bien

El primer contacto con la física en nuestro libro de 2º de la ESO no ha sido muy afortunado, pero ¿qué pasa cuando entramos en materia? Tras la doble página que vimos en el post anterior, viene esta otra:

2_ElMovimiento

Si hacemos abstracción de las fotos, lo que tenemos es un conjunto de definiciones, una tras otra:

Primero, definición de movimiento:

2_ElMovimiento_detalle1

Luego, definición de trayectoria:

2_ElMovimiento_detalle2

Hasta aquí nada que objetar. Pero pronto nos encontramos con dos definiciones más:

2_ElMovimiento_detalle3

¡Un momento! ¿Definimos ahora la posición? ¡Si habiamos definido movimiento precisamente en términos de posición!: “Un objeto está en movimiento cuando cambia de posición a lo largo del tiempo” son las primeras palabras que nos hemos encontrado.

Lector.: Le veo demasiado quisquilloso, señor autor. A mí no me parece mal. Primero han usado el concepto intuitivo de posición, porque si no no se puede definir movimiento, y ahora lo han precisado. ¿No funciona así la ciencia, precisando nuestras nociones intuitivas?

Autor.: Claro, pero esta tarea de precisar los conceptos intuitivos es muy delicada y se tiene que hacer bien. Aquí se equiparan distancia al origen y posición, pero son conceptos muy distintos. Imagine un objeto con movimiento circular. Su distancia al centro no varía, pero su posición cambia constantemente. Con la definición que nos dan aquí ¡su posición no variaría y por tanto no se estaría moviendo!

L.: Vaya pues… no se me había ocurrido.

A.: No se le había ocurrido porque en realidad usted ya tiene una noción intuitiva de posición; precisamente por eso entendió sin ningún problema la definición inicial de movimiento. Esta presunta “aclaración” del concepto de posición lo que hace es embarullarlo y usted, en realidad, la pasa por alto. Todos evitamos inconscientemente la disonancia cognitiva.

L.: Pero ¡un momento! Usted ha hecho trampa: lo he vuelto a leer y aquí dice que el origen tiene que ser un punto de la trayectoria, pero en su ejemplo el origen era el centro de la circunferencia, que no está en la trayectoria…

A.: Es verdad, pero le puedo contestar dos cosas. Primero, que en la física real (quiero decir, fuera del libro de 2º de la ESO) lo que se entiende por  “origen” es el “origen del sistema de referencia”, y cualquier físico lo colocaría en el centro de la circunferencia. Y segundo, que si quiere podemos modificar un poco la trayectoria para que pase por el centro de la circunferencia:

orbita

¿Ve? Es más o menos la trayectoria de un satélite en su lanzamiento, no es nada raro. El punto O pertenece a la trayectoria, y cuando el satélite está en órbita, se mantiene a distancia constante de él. Seguimos teniendo el mismo problema.

L.: Tiene razón, pero ¿de verdad cree que los alumnos de segundo de la ESO van a pensar estas cosas?

A.: Pero es que no se trata de eso. Ellos (y ellas ¡faltaría más!) tienen ya unas ideas intuitivas muy desarrolladas sobre el movimiento. El único sentido que tiene venirles ahora con definiciones de cosas que conocen perfectamente (¿¿quién no sabe lo que es la posición con trece o catorce años??) es precisar esas nociones de manera que sean útiles para su estudio riguroso en la física. Y esto es justo lo que no se consigue aquí; al contrario, la definición que se da de posición (posición=distancia al origen) ¡es peor que la idea intuitiva que ya tenían!

Es verdad que los alumnos seguramente no van a pararse a pensar estas cosas y no van a encontrar ningún problema. Pero es que ¿por qué van a pensar, si no hay nada aquí que les induzca a pensar? Uno sólo se pone a pensar si se encuentra con algún problema, pero si memorizan la definición de posición que les da el libro y por lo demás siguen usando su idea intuitiva, no se van a encontrar ningún problema.

L.: Ya veo. Le iba a preguntar una cosa, pero ¿qué le parece si lo dejamos para el próximo post?

A.: Me parece perfecto. Con este calor, se agota uno sólo con pensar en el movimiento…