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La sorprendente mesa rotatoria

Hay un experimento en el Exploratorio del Museo de las Ciencias de Valencia que me resultó fascinante. Aquí lo tienen:

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Se llama “Mesa con memoria” y la explicación es ésta:

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Como de costumbre, la primera impresión es de desconcierto. ¿Dónde están esas bolas de goma? Lo único que hay es discos y anillos de plástico así que uno piensa “las habrán robado” y prueba a lanzar suavemente los discos, desde la parte fija de la mesa hacia la plataforma giratoria.

Ahora ¿qué debería ocurrir? La explicación es ambigua: eso de que el disco sale “con la misma trayectoria recta” con la que entró puede significar que una vez perdido el contacto con la plataforma giratoria, sale despedido en línea recta. Es lo que ocurre, claro, pero no tiene nada de particular. Así que sospecho que pueden querer decir que salen en la misma dirección (o paralela) a la dirección con la que entraron.  Pero esto no pasa: el disco, mientras está en contacto con la plataforma, es arrastrado un poco por ella, y cuando sale despedido lo hace en la dirección que llevaba cuando llegó al borde… como no podía ser de otra manera.

Así que uno está tentado de irse una vez más pensando “ni memoria ni nada: otro chisme que no funciona”. Pero quedaba por probar lo último: poner un disco de canto sobre la plataforma. Y ahí empezaron a ocurrir cosas realmente curiosas:

Experimentando un rato, veo que si se lanza el disco rodando, en el sentido del giro de la plataforma, se desequilibra enseguida; pero si lo lanzamos en el sentido contrario, dura un rato estable y se queda dando vueltas. Finalmente doy con la idea (o quizá se lo vi hacer a alguien) de sujetar el disco por el centro, entre los dedos, de manera que la plataforma lo ponga a rodar. Cuando lleva un rato rodando, se suelta… et voila!:

La danza de los discos es fascinante… y nada fácil de entender.

Lo que ocurre al principio no es tan difícil. Si espera lo suficiente antes de soltar el disco, el borde en contacto con la plataforma alcanzará la velocidad que tenga ésta (llamémosla v). Y entonces, cuando se suelte, ocurrirá algo curioso: el disco no se moverá, permanecerá rodando en el sitio, porque avanzará respecto del suelo con velocidad v, pero el suelo retrocederá con la misma velocidad. Más o menos lo mismo que quien corre sobre la cinta en un gimnasio.

Ahora, si no se espera lo suficiente, el disco correrá menos que la plataforma, y será arrastrado por ella. Eso es lo que ocurre en nuestro vídeo. Lo que no es nada evidente es que al ser arrastrado iniciará la curiosa e imprevisible danza que vemos…

*

De vuelta a casa, pasé un buen rato buscando información sobre la sorprendente mesa rotatoria. Encontré, como no, que el experimento es un clásico del Exploratorium de San Francisco, en cuya web tienen este vídeo (en inglés):

Esto ya aclara que lo de la “memoria” de la mesa se refiere a que una bola rodante debería salir en dirección paralela a la que entró… pero que lo bonito es lo que hacen los discos (que fue descubierto por el público), hasta el punto de que han prescindido de las bolas por completo.

El guía del museo dice al principio algo que me llamó la atención: que la idea provenía de un artículo en una revista de física. Tras un rato de gugleo, encontré que el problema del movimiento de una bola que rueda sobre una plataforma rotatoria es un clásico sobre el que viene discutiéndose desde hace muchas décadas (parece que en los años 40 le preguntaron a Einstein sobre el tema, y respondió que prefería no gastar su tiempo en ese problema). Resulta además que ese movimiento es, mientras la bola (o el disco) no deje de rodar, exactamente análogo al de una partícula cargada en un campo magnético…

La versión más sencilla es un problema interesante a nivel de física universitaria, pero las versiones más complicadas (mesa inclinada, plataforma que gira libremente con la bola en vez de tener velocidad angular fija…) siguen estudiándose: ¡he encontrado papers hasta del año 2011!

En definitiva: la plataforma giratoria es un sistema fascinante del que se puede aprender mucho (aquí sólo hemos rascado la superficie). Pero, desde luego, las explicaciones del Museo de la Ciencia de Valencia no permiten sospecharlo…

Explorando el Exploratorio

El Exploratorio del Museo de las Ciencias de Valencia es un espacio del primer piso, oscuro y lleno de gente, en el que se acumulan los experimentos interactivos en los que está “prohibido no tocar”: el corazón de todo museo de la ciencia desde que Frank Oppenheimer creó el Exploratorium original en San Francisco.

Dos imágenes del Exploratorio del Museo de las Ciencias de Valencia

Cada experimento tiene una breve explicación e invita a realizar una actividad. Y aquí empiezan los problemas. La mayoría de las explicaciones no se entienden, hablan de cosas que faltan o no se corresponden con lo que ocurre.

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Por ejemplo, lo primero que se encuentra uno es un montaje de tres espejos en ángulo recto (arriba). El cartel se titula “EL OJO ARRINCONADO” y dice “El retrovisor te tiene arrinconado. Reenvía la luz por donde vino”. A continuación, cuenta lo que hay que hacer (en verde cursivo, mis reacciones):

Observa y experimenta:

Cierra un ojo. Mira hacia el ángulo donde convergen los tres espejos. Mueve la cabeza y fíjate en que la pupila de tu ojo abierto siempre apunta hacia dicho ángulo. [Hago esto y sí, aunque se ve muy mal con la oscuridad, parece que mi pupila se mantiene en el rincón, pero no me parece sorprendente.]

Abre los ojos. La esquina te parecerá más cercana del ojo que tengas más fuerte o dominante. [No lo entiendo bien ¿Se supone que tengo que ver el rincón donde confluyen los tres espejos más cerca de un ojo que de otro? No noto nada.]

Ves tu imagen invertida y al revés de la imagen normal reflejada en un espejo. Es que estás viendo una cadena de tres reflexiones. [La frase es confusa. Todos los espejos invierten la izquierda y la derecha. Lo que veo es mi imagen cabeza abajo (de hecho, se me ve en la figura, sujetando la cámara de fotos). No sé si se refiere a eso cuando dice “al revés de la imagen normal reflejada en un espejo”. Por lo demás, la imagen tiene también invertida la izquierda y la derecha.] Mira el reflejo de la llave en un espejo convencional. [¿La llave? No veo ninguna llave. Y no sé qué quieren que vea ni dónde hay que verla reflejada.]

Como ven, la experiencia es un tanto frustrante. Y lo triste es que es un experimento curioso y que merece realmente la pena. Hay aquí un fallo de base: quieren que nos sorprendamos de que vemos nuestro ojo siempre en el rincón, aunque nos movamos, pero eso no nos sorprende. Es verdad que cuando nos movemos ante un espejo convencional la pupila reflejada se va moviendo. Pero normalmente no somos conscientes de ello. Para darnos cuenta de que hay algo raro en el espejo triple, deberían habernos pedido antes que hiciéramos lo mismo en un espejo convencional: así nos daríamos cuenta de que, si nos ponemos de manera que veamos nuestra pupila sobre una marca en el cristal, en cuando nos movemos la pupila cambia de sitio.

El comportamiento raro del espejo triple (que, por cierto, se llama retrorreflector de esquina) se hace sin embargo evidente si lo que hacemos no es movernos nosotros sino mover el espejo. Entonces, intuitivamente esperamos que dejemos de vernos reflejados. Y es una sensación muy extraña ver que, aunque giremos el retrorreflector, seguimos viéndonos.

Pero vamos ahora con la explicación:

¿Qué sucede?

El retrovisor arroja luz de un espejo a otro hasta que vuelve a reflejar la dirección de la que provenía. [¿“Vuelve a reflejar la dirección de la que provenía”? Esta frase es ininteligible.] Como los únicos haces que tu ojo puede interceptar te llegan por el espejo que está junto a la esquina, tu ojo siempre parece estar en el rincón. [Sigue sin entenderse nada: ¿de qué espejo hablan? ¡si están todos junto a la esquina!]

Los espejos convencionales son un cristal al que se le aplica una capa de pintura metálica en su parte posterior. Por eso además de la imagen del espejo se puede apreciar la sombra de otra imagen producto del reflejo del propio cristal. Los tres espejos centrales tienen esta capa de pintura en su parte superior anulando el efecto del cristal. [Vale, pero esto desvía la atención sobre otro tema que no tiene nada que ver con la idea del experimento.]

Después de leer esto, nos hemos quedado del todo a oscuras. Y sin embargo el funcionamiento del retrorreflector se entiende bien con dibujo sencillo que se encuentra, como no, en la Wikipedia:

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Si tenemos dos espejos formando 90º y perpendiculares al papel, las leyes de la reflexión implican que un rayo que incide en el plano del papel, sale reflejado siempre en la misma dirección en la que ha entrado. Por eso, aunque giremos el conjunto, mientras los espejos formen 90º, los rayos vuelven por dónde han venido y nos seguimos viendo reflejados. El retrorrefector real tiene tres espejos en vez de dos para que esto ocurra con rayos de cualquier ángulo, no sólo los contenidos en el plano del papel (la geometría es un poco más complicada en ese caso, pero la idea es la misma).

474px-Corner_reflector3D.svgY finalmente, el párrafo en el que se explican las aplicaciones…:

¿Y qué?

Los retrovisores angulares permiten retroproyectar una luz sobre su fuente. Los retrovisores de los coches, de las bicicletas y de las marcas viales de las autovías se componen de pequeños reflectores angulares para que la luz se refleje sobre el conductor [¿Los retrovisores de los coches? Yo juraría que son espejos normales… ¿y tienen que reflejar la luz sobre el conductor? No se entiende.]

En realidad a lo que se refieren aquí no es a los “retrovisores” sino a los “retrorreflectores” que todos hemos visto en las bicicletas y en los coches:

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Están formados por un panel de pequeños retrorreflectores de esquina, de manera que la luz que incide sobre ellos siempre es devuelta a quien la emitió: siempre brillan, con independencia de cuál sea el ángulo que forman con el haz del faro del coche que viene detrás. Si en vez de estos ingeniosos inventos tuvieran espejos normales, sólo devolverían la luz cuando su superficie estuviera perpendicular al rayo… lo que sería completamente inútil.

*

En fin: la tarea de deconstruir cada experimento de la exposición sería agotadora, así que me disculparán que me quede en el primero… Sin embargo, hay uno que me resultó fascinante, así que no puedo evitar dedicarle un post más: el siguiente.

La visión del Dr. Frank Oppenheimer

Frank Oppenheimer

Las grandes ideas (y la de “prohibido no tocar” lo es) no surgen por generación espontánea. El exploratorio del que hablamos en el post anterior es la creación de toda la vida de un ilustre desconocido: Frank Oppenheimer. Si, “Frank”, no “Julius Robert”: estamos hablando del hermano pequeño del célebre padre de la bomba atómica.

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Julius Robert Oppenheimer

Frank, nacido en 1912, estudió física como su hermano y trabajó en el proyecto Manhattan a sus órdenes. Pero después de la guerra salió a relucir que había estado afiliado al Partido Comunista en los años 1937-1939, y en la época de la “caza de brujas” eso suponía la muerte civil. Tuvo que abandonar su plaza de profesor en la Universidad, le retiraron el pasaporte; y, vetado para cualquier trabajo que tuviera que ver con la física, acabó por establecerse como ganadero con su mujer en un pueblo de Colorado.

Diez años después (en 1957) se le permitió trabajar dando clase en el instituto de enseñanza media del pueblo. Resultó ser un profesor extraordinario, y cuando, al cabo de otros dos años, pudo volver a la investigación física en la Universidad de Colorado, encontró que su auténtica pasión era la docencia. Consiguió una beca de la National Science Foundation para reunir una “Biblioteca de experimentos” que sirvieran para enseñar  física básica en primaria y secundaria; trabajó con el Physical Science Study Committee (el célebre PSSC que reformó los programas de física en la enseñanza media tras el shock del Sputnik), y en los años 60 recorrió minuciosamente los museos científicos de toda Europa.

Frank Oppenheimer había concebido la idea de un museo interactivo, que tuviera como núcleo su “biblioteca de experimentos”. A su vuelta a Estados Unidos, consiguió poner en marcha un museo de un tipo nunca visto: el Exploratorium de San Francisco, que abrió sus puertas en 1969. Simplemente abrió sus puertas: no hubo inauguración, no acudieron autoridades. A diferencia de nuestros museos de la Ciencia, apenas se invirtió dinero público, y las instalaciones no ocupaban ningún edificio emblemático. Nada más entrar, el público se encontraba con el taller en el que muchas exhibiciones estaban todavía en construcción.

Oppenheimer fue el alma del Exploratorium hasta su muerte, en 1985. Implicado en cada detalle, en cada nueva exposición, consiguió que su museo se convirtiera en una referencia mundial. Hoy es visitado por más de un millón de personas al año, tiene una de las mejores webs de divulgación científica, alberga un centro de formación de profesores… Y sobre todo, su concepto ha sido copiado una y otra vez: se calcula que hay unos 400 centros en 43 países construidos sobre su plantilla.

El Exploratorium de San Francisco

Es el concepto que yo me encontré por primera vez hace cosa de 20 años en el Museo de la Ciencia de Barcelona (hoy CosmoCaixa), que fue dirigido muchos años por Jorge Wagensberg. Y es el concepto que inspira la sección que se llama así, Exploratorio, en el Museo de las Ciencias de Valencia.  Lo que para mí, quizá por mi deformación profesional de físico, me parece que debería ser el núcleo del museo.

Lo veremos en el próximo post.

Una visita al crustáceo gigante

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Con Tales, en el Museo de las Ciencias Príncipe Felipe de Valencia, agosto de 2014: Muchas palabras nunca indican mucha sabiduría.

Supongo que todo el mundo está encantado con los museos de las ciencias. Para los gobernantes, son un emblema de modernidad (y más si tienen un envoltorio espectacular, como el de Santiago Calatrava en Valencia). ¿Qué puede haber más progresista, más ilustrado, que estos templos de la razón, es decir, de la ciencia?¿Y qué más vanguardista y acorde con el siglo XXI que esa ciencia sea, naturalmente, divertida?

Los gobernados, por su parte, se lo pasan muy bien: no hay más que verlos, apretando botones como locos.

Así que todos contentos. Y sin embargo, después de pasar el día en el Museo de las Ciencias de Valencia me preguntaba ¿sirve para algo todo esto? O para ser más precisos: aparte de para ser modernos y para apretar botones como locos, ¿sirven para aprender algo de ciencia estos museos?

Museo de las ciencias Valencia

El gigantesco crustáceo de Calatrava alberga muchas exposiciones, con un orden discutible, una oportunidad opinable, y un mantenimiento… digamos que mejorable (en palabras de mi hijo: ¡no funciona nada!)

Pero no es mi intención hacer una crítica fácil de este museo en particular (y menos en esta época de crisis). Lo que me cuestiono es si funciona el concepto. Y para ello voy a centrarme en una sección que, quizá por mi deformación profesional de físico, me parece el núcleo del museo: el Exploratorio, esa sección llena de experimentos interactivos en la que está prohibido no tocar.

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Pero antes de cruzar su puerta, vamos a dedicar un rato a su historia, que merece la pena conocer.  Será en el próximo post.