Ciencia a presión: Periodistas que avalan patrañas
La expresión publish or perish (publica o perece) es de sobra conocida en el ámbito científico. Quiere expresar la importancia que tienen las publicaciones en los currículos del personal investigador. En ciencia no basta con hacer observaciones, obtener unos resultados y derivar conclusiones. Hay, además, que hacerlo público y, a poder ser, en medios de la máxima difusión internacional. La ciencia que no se da a conocer, que no se publica, no existe. El problema es que de eso, precisamente, depende el éxito profesional de los investigadores, sus posibilidades de estabilización y de promoción. De ahí la conocida expresión del principio.
El mundo de la comunicación tiene también sus normas. En comunicación se trata de que lo que se publica sea consumido. De la misma forma que la ciencia que no se publica no existe, en comunicación tampoco existen los contenidos que no se consumen: o sea, no existen los artículos que no se leen, los programas de radio que no se oyen, los de televisión que no se ven o los sitios web que no se visitan. En comunicación valdría decir “sé visto, oído o leído, o perece”.
Ambas esferas tienen ahí un interesante punto en común. Y por supuesto, en comunicación o difusión científica el ámbito de confluencia se aprecia en mayor medida aún. Confluyen aquí ambas necesidades, la de hacer públicos los resultados de investigación y, además, conseguir que lleguen a cuantas más personas mejor.
El problema es que la presión por publicar y por tener impacto comunicativo puede conducir tanto a unos como a otros profesionales, a adoptar comportamientos deshonestos, contrarios a la ética profesional e, incluso, a desvirtuar completamente el fin de la ciencia y de su traslación al conjunto del cuerpo social. Y también puede conducir, y de hecho ha conducido, a que se haya configurado un sistema de publicaciones científicas con patologías.
De todo esto se trató el pasado 31 de marzo en “Producir o perecer: ciencia a presión”, el seminario que organizaron conjuntamente la Asociación Española de Comunicación Científica y la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.
2ª Conferencia
José Antonio Pérez Ledo, autor del blog Mi Mesa cojea y colaborador en distintos medios de comunicación: Periodistas que avalan patrañas
Periodistas que avalan patrañasEdición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por eitb.eus
El artículo Ciencia a presión: Periodistas que avalan patrañas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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Zaldi haragia, osasuntsuagoa?
Zaldi haragia ezaugarritzeko helburuarekin, bere konposizio kimikoa eta gantz-azidoen profila aztertu dira. Horretarako, laginketa egin da Kantauri mendilerroaren bi aldeetan kokaturiko herrialdeetan (Euskadi, Nafarroa, Kantabria, Asturias, Galizia eta Gaztela eta Leon; 5-7 lagin/lurralde), udaberrian (n=41) eta neguan (n=41). Urtaro bakoitzeko haragiaren kalitatea aztertzeko aziendaren maneiuan egon daitezkeen aldaketetan du oinarria. Orokorrean, udaberrian jaiotako moxalek, amaren esnea hartuz mendietako larreetan igarotzen dute uda. Beraz, udazken/neguko hilabeteetan saltzen den haragiak modu estentsiboan ekoiztutako animalia izan dezake jatorri. Bestalde, negu giroa heltzean, ukuiluratu egin ohi dira, titia kendu, eta agian beren elikadura pentsu kontzentratuaz osatu. Ondorioz, udaberrian merkaturatutako haragia aipatutako azken animalietatik etor daiteke.
Konposizio kimikoari dagokionez, beste espezietako haragiaren antzera, balio biologiko altuko proteinen kopurua adierazgarria da (%23.2-23.8). Gantzaren kopuruan desberdintasun garrantzitsuak ikusi dira herrialde desberdinetan jasotako laginen artean. Gaztela eta Leonen eskuratutakoak izan dira koipetsuenak (%2.77), eta Galizia (%1.37) eta Asturiaskoak (%1.12) gantz urrienak dituztenak. Segur aski, lurraldearekin loturiko arraza eta produkzio-sistema desberdinak dira honen arrazoi. Edonola ere, herrialde guztietako laginen batez besteko gantz kopuruak %3ren azpitik daude.
Esan bezala, herrialdeen arteko laginen gantz kopurua desberdina izan da, eta hauen gantz-azidoen profilean ere desberdintasun nabariak ikusi dira. Oro har, Galiziako eta Asturiasko (gantz urrieneko haragia) laginen kate luzeko n-6 eta n-3 gantz-azido poliasegabeen ehunekoak altuagoak izan dira. Gaztela eta Leoneko laginen artean (koipetsuenak), aldiz, gantz-azido monoasegabeen ehunekorik altuenak ikusi dira. Orokorrean, trans gantz-azidoen eta azido linoleiko konjugatuen pilaketa baxua ikusi da. Zaldiak monogastrikoak dira, eta hauen dietako lipidoak mikrobiotak eraldatu aurretik (itsua/kolona), heste meharrean xurgatu egiten dira. Ondorioz, biohidrogenazio bitartekarien xurgapena eta pilaketa baxua da zaldian.
Urtaroari dagokionez, neguan jasotako laginen gantz-azido monoasegabeen ehunekoa (%32.3) udaberrikoena (%35.4) baino baxuagoa izan da. Bestalde, udaberriko (%23.4) laginekin alderatuta, gantz-azido poliasegabeen ehunekoak altuagoak azaldu dira neguan (%26.6). Lortutako kate luzeko omega-3 edo n-6 gantz-azido poliasegabeen ehunekoak ere altuagoak izan dira neguko haragian, eta azken hauen poliasegabeen/aseen erlazioa onuragarriagoa izan da. Desberdintasunek ziur aski animalien maneiu aldaketekin izango dute erlazioa. Emaitzak, neguko laginen jatorria baldintza estentsiboagoan ekoiztutako animaliak direnaren adierazgarri izan daitezke. Dena den, aipagarria da zaldi haragiaren n-3 motako gantz-azido poliasegabeen kopuru altua (%8.49).
Ondorioz, zaldi haragia gantz urriko eta n-3 motako gantz-azido poliasegabeen kopuru altua duen haragia dela esan genezake. Koipe gutxi eta gantz-azidoen profil onuragarria duen haragia desiratzen duten kontsumitzaileentzat egokia izan daitekeen produktua da. Amaitzeko, lortutako emaitzak kontsumitzaileek produktu honekiko duten harrera hobetzeko baliagarriak izan daitezkeelakoan gaude.
Artikuluaren fitxa:- Aldizkaria: Ekaia
- Zenbakia: Ekaia 30
- Artikuluaren izena: Zaldi-haragiaren ezaugarritzea: konposizio kimikoa eta gantz-azidoen profila.
- Laburpena: Zaldi-haragiaren ekoizpen-, merkataritza- eta biztanleriarekiko eskuragarritasun-balioak laburbildu dira artikulu honetan. Gainera, zaldi-haragia ezaugarritzeko helburuarekin (konposizio kimikoa eta gantz-azidoen (GA) profila), laginketa egin da Kantauri mendilerroaren bi aldeetan kokaturiko herrialdeetan, udaberrian (n=41) eta neguan (n=41). Oro har, urtaroak GA monoasegabe eta poliasegabeetan izan du eragina. Bestalde, herrialdeen arteko haragiaren gantz kopuruan eta honen GAen profilean desberdintasun esanguratsuak ikusi dira. Lagin koipetsuenetan, GA monoasegabeen ehunekorik altuenak eta GA poliasegabeen eta dimetil azetalen ehunekorik baxuenak lortu dira. Desberdintasun horiek lurraldearekin erlazionatutako arraza eta ekoizpen-sistema izan dezakete oinrri. Dena den, zaldi haragia gantz urriko eta n-3 gantz-azidoen iturri garrantzitsu izan daitekeen produktu bezala ezaugarritu da.
- Egileak: Xabier Belaunzaran eta Noelia Aldai
- Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
- ISSN: 0214-9001
- Orrialdeak: 37-50
- DOI: 10.1387/ekaia.16278
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Egileaz: Xabier Belaunzaran eta Noelia Aldai UPV/EHUko Farmazia eta Elikagaien Zientziak Sailekoak dira.
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Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.
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Redescubriendo las integrales en 1994
Los científicos a menudo nos quejamos, especialmente desde foros como este en el que escribo, del desinterés por la cultura científica que existe en gran parte de la sociedad. Frecuentemente esta falta de interés está relacionada con la sensación de que la ciencia es demasiado difícil para ser comprendida, la creencia de que “la ciencia no es para mí”[1].
Por su reputación de asignatura hueso y su terrible capacidad para traumatizar estudiantes, las matemáticas se llevan la palma en el ránking de “cosas demasiado difíciles”. La idea de la inaccesibilidad de las matemáticas llega a calar incluso entre científicos de otras ramas. Para mayor drama, en todas las ramas de la ciencia surgen problemas matemáticos de forma natural. Abordar este tipo de problemas dando la espalda a las matemáticas suele ser una mala idea. Lo ilustraremos con un ejemplo, un ejemplo bastante extremo:
Sucedió en febrero de 1994, cuando se publicó este artículo en la revista Diabetes Care: “A mathematical model for the determination of total area under glucose tolerance and other metabolic curves”, firmado por Mary M. Tai, que pasaría inmediatamente a la historia de la ciencia, aunque por motivos poco halagadores.
El artículo trata del análisis de curvas metabólicas. Simplificando mucho, la diferencia entre un paciente sano y un paciente con diabetes es que este último es mucho más lento eliminando de su sangre la glucosa recién consumida. Una forma fácil de visualizar esto es midiendo su concentración de glucosa en sangre, pongamos, cada hora, y representándola en figuras como la siguiente:
La forma de este tipo de curvas es, pues, de vital importancia. Concretamente, el problema que se pretende resolver en el artículo y, de hecho, se resuelve, es el de determinar el área bajo una de estas curvas. El método propuesto consiste en rellenarla con pequeños trapecios y sumar las áreas de cada uno de ellos, como se aprecia en la figura:
Lo curioso del caso es que el método propuesto como novedoso, y bautizado nada menos que como “modelo de Tai”, se conoce desde tan antiguo que resulta difícil establecer la fecha concreta de su descubrimiento. Hay sospechas fundadas de que los Babilonios lo usaban para sus cálculos astronómicos; de lo que no cabe duda de que era un método bien conocido en los tiempos de Euler. En matemáticas se conoce con el nombre, mucho más humilde, de regla del trapecio.
Es posible que todo lo anterior les resulte familiar. En las matemáticas del instituto se estudia algo llamado integral. Las integrales sirven, entre otras cosas, para calcular el área bajo una curva. Es decir: existe un método (conocido desde finales del siglo XVII) enseñado en los libros de texto de secundaria, que responde a la pregunta de investigación que se plantea el artículo[1], y que constituye uno de los pilares de la rama matemática conocida como cálculo infinitesimal. En resumen, se publicó un artículo que redescubría una operación básica con tres siglos de retraso (como mínimo).
Que un artículo como este resultase publicado es, cuanto menos, chocante. Más chocante aún es saber que recibió una apreciable cantidad de citas por parte de colegas, que encontraron el “modelo de Tai” útil para su trabajo. Hubo también colegas que comentaron acertadamente que el artículo estaba redescubriendo (y rebautizando) la regla del trapecio. A estos, la autora responde enrocándose en su posición, considerando la regla del trapecio “mero sentido común” y un conocimiento tan irrelevante “que no es de Premio Nobel”. A pesar de esto, no tiene reparos en reclamar su nombre para el método de “sentido común” pocas líneas más abajo. El resto de respuestas van en la misma línea y tono, dejando claro que no estamos ante un problema de comunicación entre disciplinas. Lejos de ser retractado, las citas del artículo siguen aumentando gracias al revuelo formado, aunque fundamentalmente es citado como ejemplo de ciencia patológica.
Las reacciones habituales que he encontrado cuando he contado esta historia a mis colegas son risa, incredulidad, e incluso algunas veces indignación. Pero yendo un poco más allá de lo superficial, esta historia tiene varias lecturas interesantes.
Para empezar, pone de manifiesto que la falta de cultura científica se da también dentro de la comunidad científica. El hecho de que nadie en todo el proceso de publicación levantase la ceja ante un método con siglos de antigüedad, con un papel central en la historia de la ciencia y descrito en los libros de texto de secundaria, es prueba de ello.
Por otro lado, el problema original es obviamente un problema geométrico básico, que incluso tiene cierto “aroma” a geometría griega. La autora tiene un nivel de matemáticas suficiente para desarrollar desde cero un método aproximado que lo resuelve. Un vistazo a cualquier libro de matemáticas le habría ahorrado tiempo y esfuerzo. ¿Por qué no empezó por ahí?, ¿estamos quizá ante otra forma enrevesada de enfrentar un problema en esencia matemático, pero “dando la espalda a las matemáticas”?
Siendo un poco más sutiles, uno puede preguntarse si realmente es lícito “rescatar” un método conocido para aplicarlo dónde no se ha aplicado antes. Al fin y al cabo, el uso de métodos conocidos en áreas “exóticas” es la esencia de la investigación multidisciplinar. En el caso del artículo mencionado, casi todo el mundo opina que se cruzó una línea roja. Pero, ¿y un artículo que, por ejemplo, rescate un teorema matemático del siglo XIX para llegar a conclusiones sobre un modelo de crecimiento de plankton? En este caso casi todo el mundo opinará que se trata de una investigación totalmente lícita, a pesar de que la novedad de los resultados puede también ponerse en entredicho. Suele ser fácil ver en qué lado de la línea roja estamos, pero no es nada sencillo trazarla.
Y, por último, la anécdota deja patente que el proceso de revisión por pares dista mucho de ser perfecto. Es buena idea mantener un sano escepticismo a todos los niveles, incluso al leer artículos revisados, publicados… e incluso altamente citados.
Seguro que hay más opiniones. Les invito a dejarlas en los comentarios.
Este post ha sido realizado por Pablo Rodríguez (@DonMostrenco) y es una colaboración de Naukas.com con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.
Referencias, citas y más información:
[1] Cuando la ciencia se “disfraza” en forma de historia (véase el extraordinario ejemplo del podcast Catástrofe Ultravioleta o los eventos Naukas) y se rompe esta primera barrera, los resultados son sorprendentes: resulta que la ciencia no solamente interesa a casi todo el mundo, sino que también gusta.
[2] El concepto renacentista de integral es incluso más avanzado que el mostrado en el artículo de 1994, pues en este último se pasan por alto los problemas derivados de escoger anchuras arbitrarias para los trapecios (problema que las integrales evitan usando el concepto de límite para tomar rectángulos infinitamente estrechos).
M. M. Tai, “A Mathematical Model for the Determination of Total Area Under Glucose Tolerance and Other Metabolic Curves,” Diabetes Care, vol. 17, no. 2, pp. 152–154, Feb. 1994.
El artículo Redescubriendo las integrales en 1994 se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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«Una copita de vino es buena para el corazón». Claro que sí, guapi.
Hemos escuchado tantas veces eso de que «Una copita de vino es buena para el corazón» que parece verdad. Recuerdo a mi abuela, que no solía tomar alcohol, diciendo que el vino era salud. En los días de fiesta, con las mejillas encendidas y los labios tintados, disfrutaba mojando un pedazo de pan en sus sopas de burro cansado. Las sopas de burro cansado son un postre típico gallego: vino tinto caliente con azúcar y migas de pan duro. Si es tradicional, tiene que ser bueno. Si toda la vida se ha dicho que el vino es bueno para el corazón, será cierto. ¿O no?
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El origen de la creencia
Hay intereses de diversa naturaleza que han llevado a perpetuar hasta nuestros días la idea de que el vino es saludable, al menos una copita. Las bondades se las atribuímos a algunas de las sustancias que contiene, como flavonoides y antioxidantes como los polifenoles, entre ellos el más famoso es el resveratrol. Del resveratrol incluso se ha llegado a decir que era algo así como el elixir de la eterna juventud, que ayuda a prevenir daños en los vasos sanguíneos, que previene la obesidad y la diabetes, ambos factores de riesgo cardíaco. Ninguna de estas virtudes ha podido demostrarse con estudios en seres humanos.
El mito no surgió de la nada. Algunas de estas bondades del resveratrol se probaron en ratones, gusanos y moscas, y de ahí el resveratrol llegó con fuerza al mercado de los suplementos alimenticios. Pero se encontraron con un problema, y es que no es legal decir que un producto «ralentiza el envejecimiento celular» por llevar resveratrol, porque no funciona así en humanos. Pero sí se puede decir si contiene selenio. Y tampoco se puede decir del resveratrol que «ayuda al funcionamiento normal del corazón». En cambio, esto último sí se puede decir de la Vitamina B1. Añadir vitamina B1 a estos suplementos fue la treta que emplearon algunas marcas para poder afirmar legalmente que sus productos con resveratrol son buenos para el corazón.
De la tradición informativa e interesada sobre los beneficios del vino, a los modernos suplementos alimenticios, el caso es que seguimos creyendo que un consumo moderado de vino es saludable. Decir lo contrario es ser un aguafiestas e ir en contra de todo lo que se ha dicho hasta ahora. Pero, ¿qué dicen sobre el consumo moderado de vino las principales organizaciones de la salud? ¿Qué conslusiones se han extraído de los numerosos estudios científicos que se han hecho al respecto?
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Lo que dice la ciencia sobre consumo de vino y salud
Ya en 2012 la Organización Mundial de la Salud publicaba en su informe Alcohol in the European Union que «el alcohol es perjudicial para el sistema cardiovascular». La Comisión Europea también publicó que «un consumo moderado de alcohol aumenta el riesgo a largo plazo de sufrir cardiopatías».
En 2014 la revista British Medical Journal publicaba una extensa revisión de 56 estudios epidemiológicos sobre consumo de alcohol. La conclusión fue clara y contundente: «el consumo de alcohol aumenta los eventos coronarios en todos los bebedores, incluyendo aquellos que beben moderadamente».
En 2016, en la revista BMC Public Health se publicó que cada año mueren 780.381 personas por enfermedades cardiovasculares atribuibles al consumo de alcohol.
Tampoco es cierto que el consumo moderado de alcohol previene la mortalidad, sino que «el bajo consumo de alcohol no ejerce beneficios netos en la mortalidad al compararlo con la abstinencia de por vida o el consumo ocasional de alcohol», tal y como se ha publicado en 2016 en la revista Journal of Studies on Alcohol and Drugs.
No sólo ha quedado claro que el consumo de vino incrementa el riesgo de sufrir cardiopatías, sino que múltiples estudios científicos han concluído que el consumo de alcohol está relacionado con otras patologías y enfermedades. Estas conclusiones son extrapolables a todas las bebidas alcohólicas: cerveza, ginebra, ron, etc.
Resulta que el consumo de bebidas alcohólicas también se relaciona con el riesgo de cáncer, con el mayor nivel de evidencia posible. La Organización Mundial de la Salud en su Informe Mundial de Situación sobre Alcohol y Salud publicado en 2015 concretó que «un consumo tan bajo como una bebida diaria causa un aumento significativo del riesgo de algunos tipos de cáncer».
En 2016 el Fondo Mundial para la Investigación del Cáncer detalló que «existen evidencias científicas sólidas de que el alcohol incrementa el riesgo de padecer 6 cánceres: mama, intestino, hígado, boca/garganta, esófago y estómago». Las conclusiones fueron rotundas y reveladoras. Hasta entonces se deconocían los mecanismos biológicos por los cuales el alcohol aumentaba el riesgo de padecer cáncer. En este estudio se descubrió que el vínculo entre consumo de alcohol y cáncer iba más allá de la estadística. «No se trata de un simple vínculo, sino de una relación causal bien establecida: el agente responsable directo del desarrollo de los cánceres citados es el consumo de alcohol, incluso a dosis relativamente bajas».
No es casualidad que en la imagen que figura en el documento informativo del Fondo Mundial para la Investigación del Cáncer aparezcan unas copas de vino. El vino es, sin duda, la bebida alcohólica sobre la que se han creado más mitos relacionados con la salud. Ya es hora de dejarlos atrás.
Conclusiones
Consumimos vino como parte de nuestra tradición cultural, como parte de los actos sociales, por sabor y por placer. Que cada cual juzgue si estas razones son buenas o no y valore los riesgos asociados que acarrean. En cambio, sabemos con certeza que la salud cardiovascular no es una razón por la que consumir vino, sino todo lo contrario. El consumo de vino, incluso el moderado, el de una copita no hace daño a nadie, aumenta el riesgo de padecer cardiopatías y produce hasta seis tipos de cáncer. Si quieres buscarte una excusa para tomarte esa copita de vino, que no sea tu salud. La razón que encuentres siempre será a costa de ella.
Si te interesa saber más:
¿Es sana esa “copita de vino” diaria?. Vídeo de Julio Basulto en el que se mencionan gran parte de las referencias que aparecen en este artículo.
Beber alcohol produce cáncer. Artículo de Juan Ignacio Pérez.
Consumo de alcohol y salud en el mundo. Artículo de Juan Revenga.
Sobre la autora: Déborah García Bello es química y divulgadora científica
El artículo «Una copita de vino es buena para el corazón». Claro que sí, guapi. se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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Dozena erdi ariketa 2017ko udarako (4): Lorategiaren neurriak
Gogoan izan ahalegina bera –bidea bilatzea– badela ariketa. Horrez gain tontorra (emaitza) lortzen baduzu, poz handiagoa. Ahalegina egin eta emaitza gurekin partekatzera gonbidatzen zaitugu. Ariketaren emaitza –eta jarraitu duzun ebazpidea, nahi baduzu– idatzi iruzkinen atalean (artikuluaren behealdean daukazu) eta irailean emaitza zuzenaren berri emango dizugu.
Hona hemen gure laugarren ariketa: Lorategiaren neurriak
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Ariketak “Calendrier Mathématique 2017. Un défi quotidien” egutegitik hartuta daude. Astelehenetik ostiralera, egun bakoitzean ariketa bat proposatzen du egutegiak. Ostiralero CNRS blogeko Défis du Calendrier Mathématique atalean aste horretako ariketa bat aurki dezakezu.
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Frank Stella, la forma del lienzo
En mi anterior entrada del Cuaderno de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea Mosaicos hexagonales para el verano se mostraban algunas obras de arte relacionadas con los mosaicos hexagonales, e incluso solo con el propio hexágono. En particular, se mencionaba a un artista abstracto y minimalista norteamericano, Frank Stella, y su obra Sydney Guberman (1964), cuya forma es hexagonal. Y es precisamente la forma de esta obra, no por el hecho de que sea hexagonal, sino porque no es el típico lienzo rectangular, lo que me ha hecho volver a mirar desde este espacio la obra de este artista.
“Emperatriz de la India” (1965), de Frank Stella, de la serie V del artista
La revolución artística que se produjo con la llegada de la abstracción en el siglo XX trajo consigo también una reflexión sobre la forma de la obra de arte, y en particular, del lienzo sobre el que se pintaba. Esta reflexión está muy presente en la obra del artista de Massachusetts (EE.UU.), Frank Stella, quien juega con la forma del lienzo, no solo rompiendo con la forma rectangular usual, sino haciendo que la forma del lienzo sea parte de la propia obra.
No estamos hablando simplemente de elegir otra forma para el lienzo sobre el que se va a pintar, como por ejemplo, en el Autorretrato con Endymion Porter (1635), del pintor flamenco Anton van Dyck (1599 – 1641), que es ovalado, sino de una ruptura total con las formas clásicas de la pintura, rectangular, ovalada o circular, y la incorporación de la forma como parte de la propia obra, de la propia creación artística.
“Autorretrato con Endymion Porter” (1635), de Anton van Dyck, en el Museo del Prado de Madrid
Frank Stella no es en único artista que juega con la forma de los “lienzos”, de hecho en la década de 1960 muchos artistas abstractos decidieron incorporar la reflexión de la forma del lienzo a sus obras, aunque sí es uno de los más significativos, y es del que vamos a mostrar algunas obras en esta entrada.
El pintor y grabador norteamericano Frank Stella nació en Malden, Massachusetts, en 1936. Si leemos un poco sobre la obra de este artista descubriremos que se inició en el expresionismo abstracto, movimiento artístico al que pertenece su serie de obras Black Paintings (pinturas negras), que están formadas por bandas negras paralelas, separadas por estrechas líneas blancas que realmente son espacios no pintados entre las blandas negras paralelas. Como podemos leer en la página The Art Story, Modern Art Insight [theartstory.org] este recurso artístico plantea una reflexión al espectador sobre la naturaleza bidimensional de la pintura, realizando así un camino inverso al que se produjo con la invención de la perspectiva en el renacimiento.
Las bandas negras paralelas de cada obra seguían un patrón diferente, por ejemplo en la siguiente obra, Matrimonio entre razón y miseria II (1959), las bandas negras tenían forma de U invertida, pero en general cada obra tenía su propio patrón geométrico.
“Matrimonio entre razón y miseria II” (1959), de Frank Stella, y que se encuentra en el MoMA
Una de las frases más famosas de Frank Stella para definir su arte es
“Mi pintura se basa en el hecho de que solo lo que se puede ver allí está allí… lo que ves es lo que ves”.
Esta serie de obras tuvo una gran importancia dentro del minimalismo, movimiento artístico dentro del cual Stella fue uno de sus artistas más significativos.
A partir de 1960 Frank Stella empezaría a utilizar aluminio y cobre para sus lienzos, y también pintaría bandas paralelas de diferentes colores, no solamente negras, como en su obra Harran II (1967), que pertenece a la serie de obras Protractor (trasportador). Se producirían sus primeras obras cuyos lienzos tendrían formas particulares, no rectangulares.
“Harran II” (1967), de Frank Stella, que pertenece al Museo Guggenheim y que tiene un tamaño considerable, 3 metros de alto por 6 metros de largo
A continuación, mostramos otra obra de Frank Stella perteneciente a la serie Protractor, Firuzabad (1970), cuando se exhibió en el Museo de Arte Moderno de San Francisco. En la imagen vemos al propio artista posando para la fotografía de Liz Mangelsdorf.
El artista Frank Stella delante de su obra “Firuzabad” (1970), que es el nombre de una ciudad iraní, en el Museo de Arte Moderno de San Francisco, en 2004
Una serie de obras de Frank Stella que es en sí misma una reflexión sobre la forma de los lienzos, es su serie Irregular polygons (polígonos irregulares), de mediados de la década de 1960. En esta serie de obras, Stella fusiona formas sencillas, para crear formas irregulares más complejas. De nuevo el color es una parte esencial de las obras.
“Moultonboro III” (1966), de Frank Stella, cuyo nombre hace referencia, al parecer, a un pueblo de New Hampshire (EE.UU.)
La obra Moultonboro III (1966) está formada por un triángulo trazado por una banda ancha amarilla y de interior también amarillo, aunque diferente al anterior para diferenciarlos, colocado en la parte superior izquierda de una forma de color rojo que nos sugiere un cuadrado, ya que no está completo sino que el espectador puede formarlo o no en su mente mientras observa la obra, como si descansara debajo del triángulo. Además, separando el cuadrado rojo y el triángulo amarillo se forma una banda en forma de algo similar a una letra Z, de color azul. El contraste entre formas y colores es un elemento esencial en las obras de la serie Irregular Polygons, que además crea una ilusión de objetos planos que saltan a la tercera dimensión superponiéndose, plegándose o arrugándose.
Stella hace varias versiones de esta obra, utilizando diferentes colores, al igual que con otras obras. Por ejemplo, en Moultonboro II el triángulo es blanco, con una banda ancha verde y el cuadrado es negro.
Fotografía de la exposición “Irregular Polygons 1965-66” de Frank Stella en el Toledo Museum of Art, en 2011. Las obras que aparecen son “Ossipee II” (1966), “Chocorua IV” (1966), “Effingham IV” (1966) y “Moultonville I”I (1966)
Los nombres de la serie Irregular Polygons son nombres de pueblos, y otros lugares, de New Hampshire.
Posteriormente, en series como Polish Villages (pueblos polacos), e influenciado por el constructivismo ruso, utiliza formas geométricas no tan sencillas como en la serie Irregular Polygons, creando imágenes cada vez más complejas. Los nombres de las obras de esta serie son nombres de pueblos polacos y las obras hacen referencia a las sinagogas destruidas por los Nazis.
“Olkienniki III” (1972), de Frank Stella, perteneciente a la serie “Polish Villages”
En obras posteriores, como en la serie Indian Birds (pájaros de la India), Stella traspasa el concepto de “pintura” para realizar obras más cercanas a lo podíamos llamar “esculturas verticales para paredes”, con una complejidad enorme.
“Jungli Kowwa” (1979), de Frank Stella, perteneciente a la serie “Indian Birds”
Pero volvamos a los lienzos geométricos de la década de los años 1960, donde realiza obras con formas geométricas sencillas a base de bandas anchas, como por ejemplo sencillos polígonos (triángulos, cuadrados, pentágonos, hexágonos,etc), realizados por bandas anchas, ya sean pintadas en negro o realizadas en aluminio o cobre.
Fotografía de Rudy Burckhardt de la exposición de Frank Stella en la Galería Leo Castelli en 1964
“Henry Garden” (1963), de Frank Stella, perteneciente a su serie realizada en aluminio, que consiste en una serie de octógonos concéntricos
Pero vamos a terminar esta pequeña introducción a la obra de lienzos con diferentes formas del artista norteamericano Frank Stella con algunas de sus esculturas geométricas. En la primera de estas esculturas, Estrella inflada y estrella de madera (2014), aparecen dos dodecaedros estrellados, realizados en aluminio y madera de teca.
“Estrella inflada y estrella de madera” (2014), de Frank Stella, dentro del International Sculpture Route Amsterdam – ARTZUID 2015
Y la segunda escultura Estrella negra (2014) es un icosaedro estrellado, realizado en fibra de carbono.
“Estrella negra” (2014), de Frank Stella, dentro de la exposición “Frank Stella: A Retrospective” en el Whitney Museum of American Art, fotografiada por Nic Lehoux
Bibliografía
1.- Frank Stella – Connections – Haunch of Venison – London, Art Splash Contemporary Art
2.- Liz Rideal, Cómo leer pinturas, una guía sobre sus significados y métodos, Blume, 2015.
3.- Entrada sobre Frank Stella en la página web The Art Story, Modern Art Insight
5.- Exposiciones de Frank Stella en la galería Leo Castelli
7.- International Sculpture Route Amsterdam – ARTZUID
8.- Anna Painchaud, Unbounded Doctrine, encountering the art-making career of Frank Stella, Arts Editor, 2015
Sobre el autor: Raúl Ibáñez es profesor del Departamento de Matemáticas de la UPV/EHU y colaborador de la Cátedra de Cultura Científica
El artículo Frank Stella, la forma del lienzo se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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Sistemas nerviosos: las áreas sensoriales
Las áreas sensoriales son las que reciben y procesan información procedente de los receptores sensoriales, normalmente pertenecientes a los que denominamos “órganos de los sentidos”. Se denominan áreas sensoriales primarias a aquellas que reciben señales cuyo origen inmediato anterior es el tálamo. Como vimos aquí, el tálamo ejerce la función de estación de relevo de la información sensorial y de filtro -de acuerdo con su potencial relevancia- de dicha información. En general, cada hemisferio cerebral recibe información procedente del lado del cuerpo opuesto. Así, la corteza visual izquierda recibe las señales procedentes de la retina del ojo derecho.
Por otro lado, la información visual, auditiva y somatosensorial da lugar a la definición en la corteza de mapas sensoriales topográficos, de manera que la información procedente de células sensoriales adyacentes llega a neuronas corticales adyacentes también. Se pueden elaborar mapas sensoriales de todos los vertebrados y, lógicamente, a cada especie corresponde el suyo propio, que cuya configuración depende de la importancia relativa de cada modalidad sensorial para dicha especie. Los siluros, por ejemplo, tienen mapas sensoriales en el rombencéfalo con áreas muy extensas para los receptores gustativos de su superficie corporal y de boca y faringe. No obstante, la mayor parte de la información disponible se refiere a los mamíferos. A ellos, principalmente, nos referiremos a continuación.
La información visual llega de los ojos hasta la denominada “corteza visual primaria” (V1) (área de Brodmann 17) tras pasar por el núcleo geniculado lateral del tálamo. La corteza visual primaria se encuentra en el lóbulo occipital (zona posterior) y en ella se configura un mapa (retinotópico), en el que la configuración espacial de los puntos que reciben las señales reproduce la de los fotorreceptores en la retina. La información visual es posteriormente procesada de manera parcial en diferentes áreas de la corteza, pues se trata de una información con varios componentes (color, posición, trayectoria, contexto, etc.) que son procesados de manera independiente hasta que otras áreas (asociativas) de la corteza recrean la imagen.
La corteza auditiva primaria se halla en el lóbulo temporal (áreas de Brodmann 41 y 42) y es, como su nombre indica, el área cortical encargada de un primer procesamiento de la información auditiva. La información llega de los oídos tras pasar por el núcleo geniculado medial del tálamo, y también aquí se halla definido un mapa sensorial, denominado tonotópico. En este caso, las células de la corteza próximas entre sí reciben información relativa a frecuencias de sonido similares; ha de tenerse en cuenta que la recepción de sonidos en el oído se produce de tal forma que los tonos se reciben con arreglo a una disposición espacial de los receptores (células pilosas). La corteza auditiva primaria –que identifica tono y volumen del sonido- se halla rodeada por la secundaria, y esta a su vez, por la terciaria. Cada una de ellas iría procesando aspectos cada vez más complejos de la información sonora.
Con la denominación de corteza somatosensorial se hace referencia a una franja de los lóbulos parietales del cerebro de mamíferos (áreas de Brodmann 1, 2 y 3) a la que llegan las denominadas sensaciones somáticas procedentes de receptores situados en la superficie corporal y en músculos y articulaciones. Se trata de receptores de tacto, presión (barorreceptores), temperatura (termorreceptores), dolor (nociceptores), los superficiales, y de posición (propioceptores), los musculares y articulares. En vertebrados no mamíferos la propiocepción es procesada en otras áreas encefálicas; así, en peces es el cerebelo el que procesa la información procedente de piel y aletas, y en tortugas y ranas son los ganglios talámicos los que generan respuestas somatotrópicas.
Como ocurre con la información visual y auditiva, cada región de la corteza somatosensorial recibe inputs de un área específica del cuerpo; a esas regiones se las denomina “áreas de representación”. Además, cuanto mayor es la densidad de receptores en una determinada zona del cuerpo, mayor es la superficie de la corteza dedicada a procesar esa información. Esa proporcionalidad y la disposición en que se encuentran las “áreas de representación” han permitido elaborar el correspondiente mapa somatotrópico, en el que se pueden localizar las diferentes sensaciones. También han permitido elaborar una forma de representación muy ilustrativa que corresponde a un cuerpo del animal en cuestión en la que el tamaño de cada parte del cuerpo es proporcional a la superficie de su correspondiente área de representación. Cuando la imagen representa una figura humana se denomina “homúnculo sensorial”.
La información olfativa llega, en primer lugar, al bulbo olfativo, donde es procesada parcialmente. Las células mitrales del bulbo olfativo envían las señales a diferentes áreas cerebrales siguiendo dos rutas principales: (1) una subcortical, que se dirige principalmente a regiones del sistema límbico, y (2) otra talámico-cortical. La ruta subcortical implica al hipotálamo, dada la importancia de los olores en el comportamiento alimenticio y sexual. La talámico-cortical, sin embargo, es importante para la identificación precisa de olores y su percepción consciente.
Aunque la información gustativa alcanza a diferentes áreas de la corteza, se considera que la responsable de la percepción del gusto es la corteza gustativa primaria. Se subdivide en dos subestructuras, la ínsula anterior (en la ínsula) y el opérculo frontal (en el giro frontal inferior del lóbulo frontal).
Finalmente, cada región de la corteza sensorial proyecta la información recibida, a través de la materia blanca, hacia áreas de la corteza próximas, donde es sometida, junto con la de otras regiones, a elaboración, análisis e integración. En dicha integración intervienen otros elementos (memoria, emociones evocadas, etc.) y, como consecuencia de ello, pueden elaborarse las correspondientes respuestas, motoras principalmente.
Fuentes:
Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell, Steven A. Siegelbaum & A. J. Hudspeth (2012): Principles of Neural Science, Mc Graw Hill, New York
Lauralee Sherwood, Hillar Klandorf & Paul H. Yancey (2005): Animal Physiology: from genes to organisms. Brooks/Cole, Belmont.
Sobre el autor: Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) es catedrático de Fisiología y coordinador de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU
El artículo Sistemas nerviosos: las áreas sensoriales se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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La ley del gas ideal y la tercera ley de la termodinámica
Boyle se dio cuenta de que si la temperatura de un gas cambia durante un experimento, la relación P = a/V ya no es correcta. Por ejemplo, la presión ejercida por un gas en un recipiente cerrado de tamaño fijo aumenta si el gas se calienta, aunque su volumen permanece constante. Sin embargo, si la temperatura de un gas se mantiene constante, entonces la regla de Boyle sí funciona. Así, modificamos la regla de la siguiente manera:
P = a/V, si T es constante (a)
Muchos científicos a lo largo del siglo XVIII también investigaron cómo, por ejemplo en un globo de paredes delgadas, los gases se expanden cuando se aporta calor, a pesar de que la presión sigue siendo la misma. Finalmente, se acumularon suficientes indicios como para formular una regla general sorprendentemente simple. El químico francés Joseph-Louis Gay-Lussac (1778-1850) encontró que todos los gases que estudió (aire, oxígeno, hidrógeno, dióxido de carbono, etc.) cambian su volumen de la misma manera. Si la presión se mantenía constante, entonces el cambio de volumen era proporcional al cambio de temperatura. Esto puede expresarse en símbolos:
ΔV ∝ ΔT, si P es constante (b)
Por otra parte, si el volumen se mantenía constante (usando, por ejemplo, un contenedor rígido), el cambio en la presión del gas era proporcional al cambio de la temperatura:
ΔP ∝ ΔT, si V es constante (c)
Los datos experimentales obtenidos por Boyle, Gay-Lussac y muchos otros científicos se expresan en las tres proporcionalidades, (a), (b) y (c). Éstas relacionan las tres características principales de una cantidad fija de un gas: la presión, el volumen y la temperatura, medidos cada uno desde cero, cuando una variable se mantiene constante. Introduciendo una nueva constante, k, estas tres proporcionalidades pueden unirse en una sola ecuación general conocida como ley del gas ideal.
P·V = k·T
Esta ecuación es uno de los descubrimientos más importantes sobre los gases, pero al usarla se debe tener un cuidado extremo con las unidades. La constante de proporcionalidad k depende del tipo de gas (en concreto de su masa molar); T, la temperatura del gas, tiene que ser dada en la escala absoluta, o Kelvin, donde, como ya mencionamos, T (K) = T (° C) + 273,15. La presión P es siempre la presión total (en unidades de N / m2, a la que se da el nombre de Pascal, abreviatura Pa), e incluye la denominada presión ambiente de la atmósfera. Esto es algo que se suele olvidar. Así, si inflo en neumático trasero de mi coche hasta los 2,2 ·105 Pa por encima de la presión atmosférica tal y como indica el fabricante, la presión real dentro del neumático es de 2,2 ·105 Pa + 1,0 ·105 Pa = 3,2 ·105 Pa.
La ecuación que relaciona P, V y T se denomina “ley” del gas ideal porque no es completamente exacta para gases reales a presiones muy bajas. Tampoco se aplica cuando la presión es tan alta, o la temperatura tan baja, que el gas está a punto de pasar a ser líquido. Por lo tanto, no es una ley de la física en el mismo sentido que la majestuosa ley de la conservación de la energía, que es válida en todas las circunstancias.
En realidad es simplemente es un resumen útil aproximado de resultados experimentales de las propiedades observadas de gases reales. No hay más que considerar lo que sucedería si intentamos bajar la temperatura del gas al cero absoluto; Es decir, T = 0 K (o, en Celsius, t = – 273,15 ° C). En este caso extremo, todo el término de la ecuación en el que está la temperatura sería cero. Por tanto, el término PV también debe ser cero. A presión constante, el volumen se reduciría a cero, lo que no tiene sentido si tenemos una cantidad de gas distinta de cero.
De hecho, todos los gases reales se vuelven líquidos antes de alcanzar esa temperatura. Tanto el experimento como la teoría termodinámica indican que es realmente imposible enfriar cualquier cosa -gas, líquido o sólido- exactamente a esta temperatura de T = 0 K. Este hecho se conoce como tercera ley de la termodinámica.
Sin embargo, una serie de operaciones de enfriamiento pueden producir temperaturas que se acercan mucho a este límite. En vista del significado único de la temperatura más baja para un gas que obedece a la ley del gas ideal, Lord Kelvin (William Thomson) propuso la escala de temperatura absoluta y puso su cero a – 273,15 ° C. Esta es la razón por la que la escala absoluta se denomina a veces escala de Kelvin, y por qué las temperaturas en esta escala se miden en kelvins.
La ley del gas ideal, P·V = k·T, es una ley fenomenológica, es decir, resume hechos experimentales sobre gases. La teoría cinética de los gases ofrece una explicación teórica de estos hechos. Para prepararnos para eso, necesitamos desarrollar un modelo cinético de un gas.
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
El artículo La ley del gas ideal y la tercera ley de la termodinámica se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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Zientziaz haratago
Pedro Miguel Etxenike: “Zientzia ez da egiazko jakintza eskuratzeko modu bakarra”.
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Egileez: Eduardo Herrera Fernandez, Leire Fernandez Inurritegi eta Maria Perez Mena UPV/EHUko Letraz – Diseinu Grafikoko eta Tipografiako Ikerketa Taldeko ikertzaileak dira.
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Aipua eta irudia UPV/EHUko Zientzia Astea: Alfabetatze zientifikoa Alfabetización científica liburutik jaso dugu. Eskerrak eman nahi dizkiegu egileei eta UPV/EHUko Zientzia Astearen arduradunei, edukia blogean argitaratzeko baimena emateagatik.
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Gradualismo o saltacionismo… en evolución lingüística
El gradualismo y el saltacionismo son dos grandes corrientes de pensamiento en biología evolutiva. Los gradualistas sostienen que la evolución de las especies ocurre de forma gradual, mientras los saltacionistas defienden la idea de que los cambios son abruptos, y que antes y después de los mismos, prácticamente no se produce variación alguna durante largos periodos de tiempo; en otras palabras, que la evolución no ocurre poco a poco sino a saltos.
Se han planteado incógnitas similares en relación con la evolución de las lenguas. Hace unos años, un grupo liderado por el británico Mark Pagel analizó la evolución de diferentes grupos de lenguas: indoeuropeas (en Europa), bantúes (en África) y austronesias (en el Pacífico). Encontraron que los cambios más importantes ocurren en los periodos en que se produce la divergencia de distintas variedades dentro de una misma lengua y que acaban dando lugar a nuevas lenguas. Así, han llegado a la conclusión de que un tercio de la variación del vocabulario en las lenguas bantúes se ha producido en los periodos de diferenciación, y que esas proporciones han sido de un 20% en las lenguas indoeuropeas, y de un 10% en las austronesias.
La hipótesis que proponen para explicar ese fenómeno es que la diferenciación que da lugar a la aparición de nuevas lenguas es un proceso de evolución cultural que no ocurre, como pasa con otros, de manera pasiva. Según los autores, esa diferenciación tendría una cierta componente activa, una componente que obedecería al interés de las comunidades de hablantes por diferenciarse unas de otras. A eso se debería que en los momentos iniciales de la diferenciación los cambios se produzcan de forma especialmente rápida, haciéndose más graduales posteriormente.
Es interesante valorar las diferencias observadas entre las tres familias lingüísticas. Las distintas proporciones de diferenciación en las bifurcaciones dentro de cada familia de lenguas son coherentes con la idea de la componente activa en el proceso de generación lingüística. Allí donde la separación entre comunidades vino muy determinada por barreras físicas (todo un amplio mar separando diferentes archipiélagos), no era necesario acentuar las diferencias, pues las comunidades ya estaban separadas físicamente; y así, el proceso de diferenciación ha sido mucho más pasivo. Esto es, el mismo aislamiento de las comunidades actuaría diferenciando pasivamente a unas lenguas de otras. Muy probablemente las comunidades bantúes experimentaban, por comparación, una mayor necesidad de diferenciación cultural, por lo que la diferenciación de esas lenguas ha contado con una componente más activa que las de las otras familias.
Las lenguas, en todo el mundo, son algo más que meras herramientas de comunicación, tanto si nos gusta como si no.
Fuente:
Atkinson, Q., Meade, A., Venditti, C., Greenhill, S., Pagel, M. (2008): Language evolves in punctuational bursts. Science 319 (5863), p. 588. doi: 10.1126/science.1149683
Sobre el autor: Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) es catedrático de Fisiología y coordinador de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU
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Verdín, eucaliptos y cambio climático
Un estudio del Departamento de Biología Vegetal y Ecología de la UPV/EHU evidencia que los efectos del cambio climático, en este caso la escasez de agua en los sistemas acuáticos junto con la presencia de plantaciones de eucaliptos, están cambiando el metabolismo de dichos sistemas. Se trata, según Aingeru Martínez, uno de los autores del estudio, de otra evidencia de la alteración de los ciclos de nutrientes a nivel global.
El aumento de temperatura es, normalmente, el aspecto más destacado del cambio climático; sin embargo, no es el único. Las variaciones en el nivel de agua constituyen otro aspecto a tener en cuenta. Según Martínez, “se está observando que existen periodos cada vez más pronunciados y prolongados de escasez de agua en los sistemas acuáticos, lo cual es normal en regímenes áridos y mediterráneos; pero se está dando también en zonas de ambiente templado como la nuestra. Es importante saber qué impacto tiene eso sobre los ecosistemas acuáticos”.
El estudio contempla, además, el efecto que producen las plantaciones de monocultivo de Eucalyptus grandis, una de las especies de árboles más plantadas del mundo, en los ecosistemas acuáticos. Y es que las hojas de eucalipto, una vez sumergidas, transfieren al agua materia orgánica disuelta, “algo similar a lo que ocurre cuando hacemos una infusión”, aclara. Así es como se crean los lixiviados de hojarasca que, en el caso del eucalipto, “son muy recalcitrantes, ricos en compuestos secundarios complejos y aceites que son difícilmente metabolizables por las comunidades biológicas; incluso llegan a ser tóxicos”, explica Martínez. “Nos parecía importante unir estos dos aspectos: por una parte, el modo en el que puede afectar la escasez de agua, y por otra parte, el hecho de que los sistemas acuáticos estén rodeados de plantaciones de eucalipto”, añade.
La investigación se ha centrado en el análisis de los citados efectos en el biofilm, “el verdín que vemos en las piedras de ríos y embalses”, aclara Martínez. El biofilm es uno de los componentes básicos de las cadenas tróficas, y “juega un papel fundamental tanto en el ciclo biogeoquímico de la materia orgánica disuelta como en la transferencia de materia, nutrientes y energía a niveles tróficos superiores. Así, alteraciones en el metabolismo del biofilm podrían generar una reacción en cascada, y afectar al funcionamiento de los ecosistemas de agua dulce”, afirma Aingeru Martínez.
Para poder conocer los efectos de los lixiviados de hojarasca en el biofilm, han llevado a cabo un experimento en el que han sumergido sustratos artificiales colonizados por biofilm en cinco diferentes concentraciones de lixiviados de E. grandis, “a fin de simular las concentraciones que se pueden encontrar en los sistemas naturales según el grado de escasez de agua”. Han medido los efectos sobre el crecimiento, la respiración, la producción primaria, la concentración de nutrientes y la actividad exoenzimática. “Los efectos más significativos se observaron sobre la respiración y la producción primaria. Esto altera el metabolismo de la comunidad, ya que se vuelve más heterótrofa, es decir, existe un mayor consumo de oxígeno y liberación de CO2 al medio”.
Por lo tanto, debido a la importancia del biofilm sobre el funcionamiento de los sistemas de agua dulce, “se podría decir que los periodos de escasez de agua, junto con la presencia de plantaciones extensivas de eucaliptos, alteran el metabolismo y, por tanto, el funcionamiento de los sistemas de agua dulce a nivel mundial. Teniendo en cuenta la importancia de los sistemas acuáticos de agua dulce en el ciclo del carbono, a nivel global, se trataría de una evidencia más de que nuestras actividades están produciendo cambios en los ciclos de nutrientes a nivel global”.
Referencia:
Martínez A, Kominoski JS & Larrañaga A, (2017) “Leaf-litter leachate concentration promotes heterotrophy in freshwater biofilms: Understanding consequences of water scarcity”.. Science of the Total Environment. Vol. 599–600. Pages 1677–1684.. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.05.043.
Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa
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Retrodiagnósticos
Goya atendido por el doctor Arrieta (Francisco de Goya, 1820). La cartela de abajo reza (sic): “Goya agradecido, á su amigo Arrieta: por el acierto y esmero con qe le salvo la vida en su aguda y / peligrosa enfermedad, padecida á fines del año 1819, a los setenta y tres de su edad. Lo pintó en 1820” . Cuadro del Instituto de Arte de Mineápolis.
Acertar con los pronósticos o, lo que viene a ser lo mismo, predecir con éxito lo que ocurrirá no es fácil. Y en muchas ocasiones, tampoco lo es acertar con los diagnósticos. La dificultad aumenta cuando de lo que se trata es de indagar acerca de las enfermedades de personas desaparecidas hace tiempo. Eso es lo que intentan hacer en la Historical Clinicopathological Conference, que se celebra todos los años en la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland (EEUU), con personalidades de las que se sabe que sufrieron alguna enfermedad y se dispone de alguna información acerca de sus síntomas.
Cada año se escoge una figura histórica y se propone a un especialista que realice un diagnóstico a partir de la información disponible. Este año le ha tocado a Goya, y la especialista que ha tratado de diagnosticar su enfermedad ha sido Ronna Hertzano, experta en audición. Goya cayó enfermo de “cólico” en 1792 a la edad de 46 años. Un año más tarde una enfermedad misteriosa le obligó a guardar cama. Tenía dificultades de visión, pérdida de equilibrio, fuertes dolores de cabeza y pérdida de audición. Necesitó dos años para recuperarse, al cabo de los cuales quedó sordo para el resto de su vida.
La doctora Hertzano barajó la posibilidad de que se tratase de una intoxicación con plomo, pues lo utilizó con abundancia para pintar, pero en ese caso, los síntomas se hubieran prolongado en el tiempo, como le ocurrió con la sordera. Más probable que haberse intoxicado con plomo, Goya pudo haber contraído la sífilis, pero esta enfermedad muestra síntomas de deterioro neurológico progresivo a lo largo de muchos años, y no hay datos que avalen ese deterioro. Ronna Hertzano se ha inclinado finalmente por una enfermedad autoinmune, el síndrome de Susac. Se trata de una enfermedad muy rara que se caracteriza porque el paciente sufre alucinaciones, parálisis y pérdida de audición. El sistema inmune ataca pequeños vasos sanguíneos encefálicos y el daño puede extenderse a ojos y oídos. No suele durar más de tres años.
En la Historical Clinicopathological Conference se han diagnosticado otros personajes célebres. Lenin pudo haber muerto a causa de una ateroesclerosis cerebral acelerada. Darwin, quien padeció durante buena parte de su vida una molesta enfermedad gastrointestinal, pudo haber sufrido el denominado síndrome de vómitos cíclicos; se trata de una enfermedad de causa desconocida aunque con una cierta componente genética y que no tiene cura, pero cuyos síntomas pueden ser tratados en la actualidad. Poe pudo haber muerto de rabia o, quizás, de delirium tremens. Es probable que la enfermera Florence Nightingale sufriese un trastorno bipolar con rasgos psicóticos o, alternativamente, síndrome de estrés postraumático; la enfermedad se le declaró con 35 años cuando se encontraba en Turquía trabajando como enfermera del ejército británico en condiciones terribles. Mozart quizás falleció por culpa de una fiebre reumática aguda. Es muy posible que Beethoven sufriera sífilis, aunque también pudo haberse envenenado con plomo. Y Pericles pudo haber muerto de tifus. Estos son algunos de los personajes retrodiagnosticados en Maryland.
Tratar de diagnosticar una enfermedad de forma retrospectiva, como se hace en este congreso no deja de ser un divertimiento. Pero tiene su interés. Por un lado, puede arrojar luz acerca de las causas de la muerte de personajes históricos relevantes, lo que en algunos casos tiene importancia histórica. Pero tiene también interés científico, ya que se trata de un ejercicio sometido al escrutinio del resto de especialistas y, muy probablemente, sirve para mejorar las técnicas de diagnóstico que se aplican a los enfermos de hoy. Es, cuando menos, un espléndido ejercicio docente.
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Sobre el autor: Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) es catedrático de Fisiología y coordinador de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU
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Una versión anterior de este artículo fue publicada en el diario Deia el 4 de junio de 2017.
El artículo Retrodiagnósticos se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
Entradas relacionadas:Ciencia a presión: Científicos que avalan patrañas
La expresión publish or perish (publica o perece) es de sobra conocida en el ámbito científico. Quiere expresar la importancia que tienen las publicaciones en los currículos del personal investigador. En ciencia no basta con hacer observaciones, obtener unos resultados y derivar conclusiones. Hay, además, que hacerlo público y, a poder ser, en medios de la máxima difusión internacional. La ciencia que no se da a conocer, que no se publica, no existe. El problema es que de eso, precisamente, depende el éxito profesional de los investigadores, sus posibilidades de estabilización y de promoción. De ahí la conocida expresión del principio.
El mundo de la comunicación tiene también sus normas. En comunicación se trata de que lo que se publica sea consumido. De la misma forma que la ciencia que no se publica no existe, en comunicación tampoco existen los contenidos que no se consumen: o sea, no existen los artículos que no se leen, los programas de radio que no se oyen, los de televisión que no se ven o los sitios web que no se visitan. En comunicación valdría decir “sé visto, oído o leído, o perece”.
Ambas esferas tienen ahí un interesante punto en común. Y por supuesto, en comunicación o difusión científica el ámbito de confluencia se aprecia en mayor medida aún. Confluyen aquí ambas necesidades, la de hacer públicos los resultados de investigación y, además, conseguir que lleguen a cuantas más personas mejor.
El problema es que la presión por publicar y por tener impacto comunicativo puede conducir tanto a unos como a otros profesionales, a adoptar comportamientos deshonestos, contrarios a la ética profesional e, incluso, a desvirtuar completamente el fin de la ciencia y de su traslación al conjunto del cuerpo social. Y también puede conducir, y de hecho ha conducido, a que se haya configurado un sistema de publicaciones científicas con patologías.
De todo esto se trató el pasado 31 de marzo en “Producir o perecer: ciencia a presión”, el seminario que organizarono conjuntamente la Asociación Española de Comunicación Científica y la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.
1ª Conferencia
José Manuel López Nicolás, profesor de la Universidad de Murcia y divulgador científico: Científicos que avalan patrañas
Científicos que avalan patrañasEdición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por eitb.eus
El artículo Ciencia a presión: Científicos que avalan patrañas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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CO2 bahiketa klima-aldaketa arintzeko
1. irudia: Klima-aldaketari aurre egiteko hainbat bide ikertzen eta lantzen ari dira zientzialariak.
Gizakion jarduerak Lurraren tenperatura igotzea ekarri du (berotegi-efektua). Fenomenoa ulertzeko Lurraren energia-fluxuei erreparatu behar zaie. Eguzkitik datorren erradiazioa Lurraren gainazalera iristen denean, zirkulazio atmosferiko eta ozeanikoek banatu egiten dute, eta geroago espaziora itzultzen da. Jasotako eta itzulitako erradiazioaren arteko orekak biziarentzat egokiak diren baldintzak mantentzen ditu. Berotegi-efektuko gasen kontzentrazioa igotzen bada, aldiz, Lurrak espaziora irradiatzen duen energia kantitatea murriztu egiten da, eta horrek gehiago beroarazten du atmosfera.
Badira berotegi-efektuko gas ugari; horietatik sei araututa daude klima-aldaketari buruzko nazioarteko araudian (Kyotoko protokoloa): karbono dioxidoa (CO2), oxido nitrosoa (N2O), metanoa (CH4), hidrofluorokarbonoak (HFC), perfluorokarbonoak (PFC) eta sufre hexafluoruroa (SF6). Horien artean CO2 da ugariena. Konposatu hori era naturalean sor daitekeen arren (jarduera bolkanikoan izan dezake jatorria, adibidez), karbonodun materialen erabilera antropogenikoaren ondorioz (energia-iturri fosilen errekuntzaz) bilakatu da klima-aldaketaren eragile nagusia.
Karbono dioxidoa konposatu ez-erreaktiboa da, eta ondorioz, atmosferan denbora luzez irauten du. Karbono dioxidoaren isuriak atmosferan metatzen dira, eta horregatik beharrezkoa da horiek murriztea. Helburu hori betetzeko hainbat estrategia proposatu dira. Aukera guztietan lehen pausua CO2-a bahitzea da, atmosferara isuri aurretik, eta ondoren, bi aukera daude: i) CCS, Carbon Capture and Storage; eta ii) CCU, Carbon Capture and Utilization. Teknologia bien arteko desberdintasuna bahitutako CO2-aren azken erabileran datza: i) CCS teknologiaren bidez, bahitutako CO2-a iraupen luzeko biltegiratzea bermatuko duten guneetara (akuifero gazi sakonetara, edota petrolio- edo gas-gordailuetara) bideratzen da; ii) CCU teknologiarekin, aldiz, bahitutako CO2-a produktu komertzial bihurtzen da.
2. irudia: CCS estrategiaren irudikapen eskematikoa.
Artikulu honen helburua CCS teknologiaren testuingurua aztertzea da, berrikuspen kritiko baten ikuspuntua hartuta. Nahiz eta CCU teknologiak soluzio ideala dirudien, teknologia bien artean komenigarriena zein den aukeratzeko, egoera zehatz bakoitzean teknologia biek duten kostu-errentagarritasuna eta ingurugiroarekiko eraginak era sakon batean aztertu behar dira, faktore bien arteko oreka egokia bermatzeko. Gainera, CCU teknologia ezin da CCS teknologiaren alternatiba moduan hartu, kudeatu dezakeen CO2 kantitatea desberdina baita. Adibide moduan, kalkulatzen da produktu kimiko eta erregai sintetikoak ekoizteko bideek CO2-isurketen % 10 inguru kudea dezaketela.
CCS teknologiak erregai fosilen erabilera jarraitua ahalbidetzen du, CO2-aren atmosferarako isurketak murrizten dituen bitartean. Hala ere, baditu zenbait arazo, hala nola, inbertsio ekonomiko eta energia-beharrizan handiak, epe luzerako biltegiratzea iraunkorra dela egiaztatu beharra, biztanleriaren erresistentzia, eta biltegiratzeko lekuen falta herrialde batzuetan.
Artikuluaren fitxa:- Aldizkaria: Ekaia
- Zenbakia: Ekaia 30
- Artikuluaren izena: Azterketa informatizatu eraginkor baten bila.
- Laburpena: Gero eta arreta gehiago eskaintzen ari zaio klima-aldaketari. Gizakion jardueraren eraginez Lurraren tenperatura igotzen ari da. Berotegi-efektuko gasen artean karbono dioxidoa (CO2) ugariena da, eta energia-iturri fosilen errekuntzan du jatorri antropogeniko nagusia. CO2-ak denbora luzez irauten du atmosferan eta, ondorioz, beharrezkoa da haren isurketak murriztea. Helburu hori betetzeko, karbono dioxidoaren bahiketa- eta biltegiratze-teknologia (CCS teknologia) erabil daiteke. Horretan, lehenengo pausoa, ekoitzitako CO2-a bahitzea da, atmosferara isuri aurretik. Ondoren, garraiatu eta formazio geologiekoetan (akuifero gazi sakonetan, edota petrolio- edo gas-gordailuetan) biltegiratzen da. CCS teknologiak erregai fosilen erabilera jarraitua ahalbidetzen du, CO2-aren atmosferarako isurketak murrizten dituen bitartean. Hala ere, baditu zenbait arazo, hala nola, inbertsio ekonomiko eta energia-beharrizan handiak, epe luzerako biltegiratzea iraunkorra dela egiaztatu beharra, biztanleriaren erresistentzia eta biltegiratzeko lekuen falta herrialde batzuetan.
- Egileak: Ainara Ateka, Irene Sierra eta Javier Ereña
- Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
- ISSN: 0214-9001
- Orrialdeak: 81-92
- DOI: 10.1387/ekaia.16204
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Egileaz:
Ainara Ateka eta Javier Ereña UPV/EHUko Ingeniaritza Kimikoa Sailekoak (Zientzia eta Teknologia Fakultatea) dira eta Irene Sierra Ingeniaritza Kimikoa Sailekoa (Farmazia Fakultatea) da.
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Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.
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Los límites del Hyperloop
Durante el pasado mes de julio hemos asistido a las primeras pruebas integradas de un sistema hyperloop en las instalaciones de Hyperloop One —la empresa más destacada de las que compiten por poner en marcha este sistema— en Las Vegas, Nevada. Pero ¿qué es un hyperloop? Es difícil no estar al menos vagamente familiarizado con la propuesta de un «quinto modo de transporte» realizada por el magnate Elon Musk, conocido por SpaceX y Tesla, en un white paper de 2013 [1] dado el tratamiento masivo que cualquier avance técnico o propuesta relacionada con el asunto tiene en todos los medios de comunicación.
En breve: un hyperloop es un sistema de cápsulas de transporte que se desplazan sin contacto a velocidades cercanas a la del sonido a través de un tubo en el que se ha evacuado el aire hasta llegar a condiciones de casi vacío, y que aceleran mediante motores de inducción lineales ubicados a intervalos regulares dentro de los tubos. Un sistema así puede sorprender por lo atrevido de la propuesta, pero una lectura rápida de las especificaciones técnicas y las estimaciones de costes avanzadas por Musk levanta, legítimamente, más de una ceja en la comunidad de expertos en transporte [2][3]. Más allá de análisis teóricos, los propios progresos de la empresa que más ha avanzado en la implementación física del concepto desvelan cuáles serán los problemas a los que tendrá que enfrentarse en un futuro inmediato y que tienen el potencial de dar al traste con todo el proyecto.
Durante la madrugada del sábado 29 de julio, Hyperloop One realizó su primera prueba de «fase 2» [4]. La cápsula de prueba denominada XP-1 recorrió un total de 437 metros en un tubo evacuado a una presión inferior a 100 Pa (la milésima parte de la presión atmosférica), alcanzando en el proceso una velocidad máxima de 310 km/h. El motor de inducción lineal utilizó para ello un estátor de 300 metros de longitud, de donde podemos deducir algún parámetro más de la prueba aplicando algo de cinemática elemental.
Suponiendo que la cápsula partió del reposo y que la aceleración impartida fue constante, resulta que debió estar sujeta a 12,36 m/s², unos 1,26 g. La frenada debió ser algo más intensa, de 2,76 g: afortunadamente, la XP-1 no es más que un chasis cubierto con una estructura hueca de fibra de vidrio [5]. Unos potenciales pasajeros habrían encontrado el viaje extremadamente poco confortable. No hay que olvidar, sin embargo, que la limitación de longitud que presenta el tramo de pruebas de Hyperloop One en Las Vegas prácticamente obliga a sostener aceleraciones y frenadas de semejante intensidad si se desea probar el sistema a cualquier velocidad significativa.
Vista frontal de la sección del tubo de pruebas de Hyperloop One. Fuente: Hyperloop One
Hyperloop One es un tanto parca ofreciendo datos técnicos relacionados con sus pruebas, aunque un poco más de estudio sobre el vídeo y los materiales de prensa publicados deberían permitir hacer alguna inferencia más allá de la cinemática del sistema. Será importante conocer con alguna precisión las dimensiones de la cápsula: en la documentación disponible se afirma que mide 8,69 metros de longitud y 2,71 metros de altura. Examinando las imágenes disponibles esta altura parece excesiva; además, el parámetro fundamental de la anchura de la cápsula, necesario para calcular su sección y sus características aerodinámicas, no aparece por ninguna parte. Un pequeño trabajo de estimación sobre el vídeo de la prueba permite conjeturar que el diámetro interior del tubo debe rondar los 4 metros, mientras que la cápsula misma debería tener una anchura de alrededor de 3 metros.
La altura del carenado parece no superar los 1,80 metros a la vista de las fotografías. Tomemos una altura de 2 metros para arrojar una sección transversal aproximada de 6 m²; el tubo mismo tendría una sección interior de 12,67 m². Estos datos son consistentes con la intención de Hyperloop One de centrarse en el segundo de los diseños propuestos por Musk: el hyperloop de mercancías —aunque Musk lo concibió como un medio mixto de viajeros y carga que podría transportar vehículos como (naturalmente) un Tesla S. El primer diseño, de menor sección y supuestamente de construcción más barata, sería prácticamente un homoducto [6] que lanzaría a un pequeño grupo de personas reclinadas en el interior de un tubo de 1,35 por 1,10 metros como si fueran fajos de billetes en un supermercado. En cualquier caso, la incertidumbre propia de las medidas nos permite estimar que la cápsula ocupa alrededor de la mitad de la superficie disponible en su desplazamiento. ¿Por qué es esto importante?
El límite de Kantrowitz
El mismo equipo de Elon Musk, en la redacción del artículo original que sirvió como pistoletazo de salida para la definición del hyperloop, resaltó un parámetro clave de dinámica de gases que resulta limitante en el diseño de un sistema de transporte que debe alcanzar velocidades transónicas —cercanas a las del sonido— en el interior de un tubo, por analogía con el flujo de aire a través de la boca de una turbina en un motor a reacción. Se trata del llamado «límite de Kantrowitz», por Arthur Kantrowitz, ingeniero estadounidense que derivó la expresión de un límite en el flujo de un gas a velocidades transónicas cuando atraviesa una zona en la que se fuerza una reducción en su sección [7]. Como el flujo del gas debe ser continuo, un estrechamiento supone un aumento correspondiente de su velocidad hasta alcanzar la velocidad local del sonido; en este momento el flujo de gas resulta obstruido.
En el hyperloop el límite de Kantrowitz puede visualizarse como un «efecto jeringa». En una jeringa, si se impide el flujo de aire a través de su boquilla, el émbolo no puede seguir avanzando si no es comprimiendo el aire que haya en su interior realizando un esfuerzo inconmensurable con el necesario para hacerlo avanzar en condiciones de flujo normal —es decir, con la boquilla sin tapar. El límite de Kantrowitz es, entonces, la velocidad a la que la sección mínima del hueco entre la cápsula y el tubo provoca un aumento súbito en la resistencia del aire, por poco que sea. De hecho, la ecuación del límite relaciona la razón entre el hueco citado y la sección interna del tubo con la velocidad, y ni siquiera tiene en cuenta la presión local del aire [8].
Las estimaciones que hemos realizado antes sobre las dimensiones de la cápsula XP-1 permiten averiguar la velocidad a la que el sistema debería encontrarse con el límite de Kantrowitz: ocurrirá alrededor de Mach 0,55, o suponiendo una temperatura interior del tubo de 20 °C, a 188 m/s², es decir, 677 kilómetros por hora. Una cifra algo decepcionante teniendo en cuenta que el relato de Hyperloop One de la prueba incluye la siguiente cita textual, un tanto fanfarronesca dadas las condiciones actuales de las instalaciones de ensayo:
With an additional 2000 meters of stator, we would have hit 1100 km per hour […]
Es decir, 2 kilómetros adicionales de aceleración habrían permitido alcanzar los 1100 km/h. Esto, simplemente, no es cierto salvo que el sistema disponga de potencia suficiente para arrastrar la cápsula más allá del pico de resistencia impuesto por la dinámica de gases, algo que sin duda dispararía el consumo energético de todo el conjunto mucho más allá de lo previsto, afectando de forma crítica a su viabilidad.
El artículo original de Musk discutió —correctamente— la pertinencia del límite de Kantrowitz en el sistema del hyperloop. Las velocidades previstas tanto por Musk como por Hyperloop One para el sistema se encuentran en el entorno de Mach 0,9 (aproximadamente 1100 km/h), lo que arroja una relación de sección libre frente a total de 0,99. Es decir, un hyperloop solo podría funcionar a la velocidad objetivo en el interior de un tubo gigantesco respecto a su propia sección transversal, eliminando así toda posible ventaja que la existencia del tubo pudiera conllevar. Pero Musk abordó el problema proponiendo una solución decididamente ingeniosa: ¿por qué no incorporar en el frontal de la cápsula un compresor axial similar al de los turborreactores? De esta forma, sería la propia cápsula la que evacuaría el aire que se fuera encontrando, aumentando así la sección libre en función de la tasa de compresión que proporcionara el sistema. Yendo un paso más allá, Musk y su equipo calcularon que el compresor debería ofrecer una relación de compresión de 20 a 1, y realizaron los cálculos necesarios para aprovechar parte del aire para los sistemas de soporte vital de la cápsula, a la vez que tenía en cuenta el resultado impuesto por la termodinámica para un gas que se comprime: un aumento de su temperatura.
Frontal de la cápsula de Hyperloop One. Obsérvese la ausencia de ningún tipo de estructura. En la fotografía, de izquierda a derecha, Josh Giegel y Shervin Pishevar, cofundadores de Hyperloop One. Fuente: Hyperloop One.
Sin embargo, una simple inspección de la cápsula XP-1 permite descartar que disponga de compresor axial alguno montado en su frontal —mostrado, por otro lado, en prácticamente todas las recreaciones artísticas de la cápsula del hyperloop como la que encabeza este artículo, realizada por Hyperloop One (aunque ya no puede encontrarse en su web). Esta falta de compresor es la que permite calcular con tanta seguridad a qué velocidad encontrará el límite de Kantrowitz; ahora bien, ¿no bastará con instalar un compresor en el frontal para solventar el problema? Después de todo, según afirmó a principios de año el Dirk Ahlborn, director de Hyperloop Transportation Technologies (y competencia de Hyperloop One en la carrera por traer a la realidad los tubos), «la tecnología [para construir un hyperloop] no es la cuestión —ya existe» [9].
Pues bien, esta afirmación es falsa. Hoy por hoy no existe un compresor axial con las características necesarias para equipar una cápsula de hyperloop como la que Hyperloop One está proponiendo, ni de hecho como ningún otro diseño. Los compresores de las turbinas utilizadas en aviación superan con frecuencia las relaciones de compresión de 20:1, pero funcionan con keroseno. Sin duda no es imposible desarrollar una turbina eléctrica que realice esa función, aunque la incógnita sobre su desarrollo obligaría a ser más prudente con los plazos y no realizar afirmaciones como las que acostumbran a hacer los participantes en la «carrera del hyperloop» —y a difundir, sin crítica ni comentario, los medios de comunicación. El consumo eléctrico de este teórico compresor eléctrico es también una incógnita, por más que simples cálculos termodinámicos permitan establecer un límite inferior.
Por esto, el balance energético total del sistema citado por Musk debe ser puesto claramente en duda. Si además tenemos en cuenta que el gasto energético mostrado para los diferentes medios de transporte en la primera figura del paper es clara ¿e intencionadamente? erróneo —en lo que respecta, al menos, al ferrocarril— no es ninguna insensatez dudar, como muchos llevamos tiempo haciéndolo, de la viabilidad del sistema en su conjunto.
Gastos energéticos por trayecto citados por Musk en su paper. Los valores «por pasajero y trayecto» y no por pasajero-kilómetro hacen la gráfica ambigua, aunque suponiendo que se refiere al proyecto de alta velocidad Los Ángeles-San Francisco, un valor más razonable basado en cálculos realistas [10] es al menos cuatro veces inferior (!) al reportado por Musk
¿Tener compresor o no tener compresor?
Llegados a este punto nos encontramos con una disyuntiva: o bien se desarrolla el compresor axial eléctrico necesario para el funcionamiento del sistema tal y como fue diseñado, o no. En el primer caso podríamos, teóricamente, incrementar la velocidad punta del sistema de transporte hasta un régimen cuasi-transónico. Nos encontraríamos entonces con una limitación termodinámica por la que pasa de puntillas el diseño original: como quiera que un gas sujeto a compresión incrementará fuertemente su temperatura, es necesario hacer algo con la energía adicional si no deseamos que la cápsula se transforme en una especie de horno de aire —un horno de aire es un artefacto ideal para hacer patatas fritas con muy poca grasa, pero no muy indicado para transportar personas o mercancías. Musk concibe un sistema de refrigeración basado en agua, un par de intercambiadores térmicos (intercoolers) y varios tanques dispuestos para almacenar agua y vapor, y los dimensiona de acuerdo con sus cálculos.
Un poco más adelante, en una sola línea de la descripción del sistema compresor y como pretendiendo que pase inadvertido (apartado 4.1.3) se afirma lo siguiente:
Water and steam tanks are changed automatically at each stop.
Es decir, «los tanques de agua y vapor son intercambiados [por otros frescos] automáticamente en cada parada». Este curioso y poco reportado (¿por trivial?) paso tiene una cierta reminiscencia a los depósitos de agua de las antiguas locomotoras de vapor. Tiene también el defecto de complicar la logística de la gestión de las cápsulas, algo que para mantener el flujo previsto de pasajeros del sistema tiene que realizarse con total precisión y a gran velocidad al objeto de mantener el flujo de pasajeros previsto que da sentido al sistema en su conjunto. Es, además, una complejidad a añadir al previsto cambio de batería tras cada viaje: como quiera que la cápsula no obtiene energía de la infraestructura como lo haría un tren eléctrico, toda la operación interna del sistema (compresor, intercambiadores de calor, válvulas y sistemas de soporte vital, entre otros) tiene que sustentarse con baterías.
El mismo Musk, a través de Tesla, su empresa automovilística, lleva ya años preconizando la creación de una infraestructura de intercambio rápido de baterías para sus coches eléctricos. Esto tendría la ventaja obvia de sustituir los potenciales largos tiempos de carga de las baterías de los vehículos por un futurista y automático intercambio robotizado. Sin embargo, la creciente disponibilidad de sistemas de carga rápida (y, potencialmente, la introducción de un punto clave de fallo en una conexión eléctrica fundamental en los vehículos, con el consiguiente y previsible descenso en la fiabilidad) ha impedido que esta tecnología se desarrolle [11]. Ni siquiera hay prototipos que puedan adaptarse para su uso en las cápsulas del hyperloop: cuánto menos los habrá si se trata de intercambiar baterías junto con tanques de aire y vapor de agua a presión y sobrecalentado, que deben conectarse no ya mediante un contacto eléctrico, sino mediante válvulas robustas.
La otra opción en la disyuntiva de diseño es olvidar el compresor frontal y operar el sistema a velocidades subsónicas por debajo de Mach 0,5. Un hyperloop que opere a una velocidad punta en el entorno de los 600 km/h podría ser factible, aunque está mucho menos claro que el sistema de transporte resultante sea atractivo en costes de construcción por km, costes de mantenimiento, consumo energético y confort respecto de su competencia más obvia, el tren de alta velocidad. Décadas de desarrollo por parte de empresas y organismos públicos en los EE.UU., Alemania, Japón y China han llevado al despliegue comercial de un sistema presentado por muchos expertos como «el transporte del futuro»: el tren de levitación magnética o maglev.
Hoy hay una línea en el mundo funcionando comercialmente como un tren de levitación magnética de alta velocidad: el Transrapid de Shanghai que cubre una distancia de 30,5 kilómetros en 8 minutos a una velocidad máxima récord de 430 km/h. El resto de los trenes de levitación magnética existentes en el mundo son líneas automáticas de baja o media velocidad, concebidas según el modelo people mover propio de grandes aeropuertos. En el futuro la Chūō Shinkansen [12][13], una línea de mayor alcance y más similar al perfil de transporte al que aspira hyperloop, deberá cubrir el trayecto Tokio-Nagoya-Osaka en algo más de una hora, alcanzando una velocidad punta de 505 kilómetros por hora. Según la planificación actual esta línea —una auténtica maravilla de la ingeniería, con más del 86% del trayecto en su primer tramo ejecutado en túnel— debería poner en servicio su primer tramo (Tokio-Nagoya) en 2027 y el segundo (Nagoya-Osaka) en 2045. No puedo dejar pasar la oportunidad de que estos y no otros son plazos realistas para una infraestructura de transporte puntera; en ningún caso lo son los que se están divulgando desde el entorno de hyperloop y Elon Musk.
De todos modos, la mayoría de expertos en sistemas de transporte opinan que los grandes proyectos de trenes de levitación magnética son «elefantes blancos» [14]: obras realizadas más como forma de señalar el prestigio de un país que como forma práctica de mover grandes flujos de personas entre ubicaciones populosas. El potencial incremento en la velocidad comercial de un sistema maglev requiere de unos costes por kilómetro consecuentemente elevados, que solo se justifican con una demanda de transporte extremadamente intensa. A falta de tales condiciones y con un riesgo tecnológico inexistente, el tren de alta velocidad se erige como la alternativa al transporte privado. Fiable [15] y maduro aunque todavía con margen de mejora, permite conectar entre sí centros urbanos separados por centenares de kilómetros con mínimo impacto ambiental y costes conocidos.
El concepto del hyperloop plantea, además de las aquí reseñadas, muchas otras dudas y limitaciones técnicas no menos importantes desde puntos de vista tecnológicos, operativos y de seguridad. Es por todo esto que puede afirmarse con rotundidad que hyperloop no ocurrirá. Desde luego no en cuatro años, como afirma Hyperloop One. Tampoco en veinte años —el mínimo razonable para un proyecto con tanta tecnología en el aire. Y quizá nunca.
Este post ha sido realizado por Iván Rivera (@Brucknerite) y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU
Para saber más
[1] Musk, E. R. et al. (12/08/2013). Hyperloop Alpha. Visitado el 14/08/2017 en http://www.spacex.com/sites/spacex/files/hyperloop_alpha-20130812.pdf.
[2] Bradley, R. (10/05/2016). The Unbelievable Reality of the Impossible Hyperloop, MIT Technology Review. Visitado el 14/08/2017 en https://www.technologyreview.com/s/601417/the-unbelievable-reality-of-the-impossible-hyperloop/.
[3] Konrad, A. (18/11/2016). Leaked Hyperloop One Docs Reveal The Startup Thirsty For Cash As Costs Will Stretch Into Billions, Forbes. Visitado el 14/08/2017 en https://www.forbes.com/sites/alexkonrad/2016/10/25/hyperloop-one-seeks-new-cash-amid-high-costs/#4f78547d125c.
[4] Giegel, J., Pishevar, S. (02/08/2017). Hyperloop Gets More Real Every Time We Test, Hyperloop One. Visitado el 14/08/2017 en https://hyperloop-one.com/blog/hyperloop-gets-more-real-every-time-we-test.
[5] Hyperloop One. (10/08/2017). What Testing Has Taught Us. Visitado el 14/08/2017 en https://hyperloop-one.com/blog/what-testing-has-taught-us.
[6] «Homoducto», del latín homo (ser humano) y ductus (conducto), palabra acuñada por @Mssr_Pecqueux en conversación de Twitter https://twitter.com/brucknerite/status/733684888033984512.
[7] Kantrowitz, A., Coleman, duP. (05/1945). Preliminary Investigation of Supersonic Diffusers. Advance Confidential Report L5D20, National Advisory Committee for Aeronautics. Visitado el 14/08/2017 en http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/b184216.pdf.
[8] Una expresión apropiada para el límite de Kantrowitz según se aplica al Hyperloop es:
Donde Abypass es la sección libre, Atube la sección interna total, γ el factor de expansión isentrópica y M el número de Mach del flujo de aire (equivalente a la velocidad de avance de la cápsula).
[9] Carlström, V. (26/01/2017). HTT’s CEO says a hyperloop line will be up and running within three years: “The technology is not the issue – it already exists”, Business Insider Nordic. Visitado el 14/08/2017 en http://nordic.businessinsider.com/htts-ceo-says-a-hyperloop-line-will-be-up-and-running-within-three-years-the-technology-is-not-the-issue–it-already-exists-2017-1/
[10] García Álvarez, A. (01/2008). Consumo de energía y emisiones del tren de alta velocidad en comparación con otros modos. Vía Libre, (515). Visitado el 14/08/2017 en https://www.vialibre-ffe.com/PDF/Comparacion_consumo_AV_otros_modos_VE_1_08.pdf
[11] Korosec, K. (10/06/2015). Tesla’s battery swap program is pretty much dead, Fortune. Visitado el 14/08/2017 en http://fortune.com/2015/06/10/teslas-battery-swap-is-dead/
[12] Chuo Shinkansen Maglev Line. Railway Technology. Visitado el 14/08/2017 en http://www.railway-technology.com/projects/chuo-shinkansen-maglev-line/.
[13] JR Central (2012). The Chuo Shinkansen using the Superconducting Maglev System. JR Central Annual Report. Visitado el 14/08/2017 en http://english.jr-central.co.jp/company/ir/annualreport/_pdf/annualreport2012-05.pdf
[14] Binning, D. (11/02/2008). Maglev – the Great Debate, Railway Technology. Visitado el 14/08/2017 en http://www.railway-technology.com/features/feature1606/
[15] European Commision. (10/02/2017). Rail accident fatalities in the EU. Visitado el 14/08/2017 en http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Rail_accident_fatalities_in_the_EU
El artículo Los límites del Hyperloop se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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Más allá de los experimentos
Un error muy extendido, usado también como argumento a favor de algunas pseudociencias y en contra de ciertas teorías como la de la Evolución por Selección Natural, es postular que sólo puede ser conocimiento científico aquel que surge de un experimento. Según esta idea la ‘verdadera ciencia’ es la que sale de los laboratorios, de la comprobación de hipótesis en un entorno controlado con estricta determinación de variables sistemáticamente bien controladas para evitar la interacción. Todas las fuentes de error son localizadas y eliminadas, todas las fuentes de ruido minimizadas y cada variable independiente es determinada y su influencia sobre el fenómeno estudiado es medida; la ciencia es o debe ser como la física o la química, un ejercicio de extrapolación controlada a partir de casos limitados estudiados en laboratorio, porque el único conocimiento real es el que tiene base experimental.
En ocasiones se llega a discutir incluso la posibilidad de generalizar y se intenta argumentar que ninguna ley puede ser considerada verdaderamente científica a no ser que se pueda demostrar que se cumple en todos y cada uno de los casos; es el origen del ‘amimefuncionismo’ tan típico para defender pseudociencias como la homeopatía. En el fondo, y dada la imposibilidad práctica de cumplir esta condición, se trata de negar la existencia misma de la ciencia o el conocimiento: si es imposible generalizar es imposible saber, dado que cada caso concreto es independiente de todos los demás y cualquier abstracción es imposible. Si cada caso es un caso particular nunca podemos saber nada en general y el conocimiento es imposible: nihilismo epistemológico, o la ignorancia disfrazada de escepticismo extremo.
Igual ocurre con la exigencia de que todo conocimiento científico provenga de un experimento, que para empezar niega la consideración de ciencia a cualquier proceso histórico: como no podemos hacer un experimento que repita la historia de la Tierra la Evolución por Selección Natural no es una teoría científica. Como tampoco puede serlo el Big Bang, la tectónica de placas o la secuencia principal de la evolución estelar. En su interpretación más extrema hasta la historia humana sería imposible de conocer, ya que el Imperio Romano, las sociedades paleolíticas o el Siglo de Oro español son imposibles de reproducir experimentalmente. El pasado sería por tanto incognoscible.
Muchos de quienes usan este tipo de argumentos para defender las bondades de una pseudoterapia o como garrota contra Darwin no son conscientes de que en realidad están rechazando la existencia de cualquier posibilidad de conocimiento al hacerlo; tampoco es que a la mayoría de ellos les moleste demasiado. Llevado al extremo el nihilismo epistemológico haría también imposible cosas como perseguir a un criminal: en ausencia de testigos directos o grabaciones no habría ninguna forma de demostrar la comisión de un crimen, ya que ninguna pista sería suficiente prueba. No sólo el conocimiento, sino la misma sociedad dejaría de funcionar si nuestros criterios de confirmación fuesen tan estrictos. La exigencia de experimentación y de estudio caso por caso son formas de rechazo del intelecto mismo; incluso de los elementos clave de la Humanidad, una especie de auto odio en versión intelectual.
El universo que hay ahí fuera es cognoscible; las leyes existen, las generalizaciones son posibles y el experimento es una herramienta más a disposición de quien busca el conocimiento. A partir de casos concretos se pueden crear conclusiones generales que pueden ser útiles en presencia de nuevos casos. Lo ocurrido en el pasado deja pistas en el presente que pueden ser utilizadas para reconstruir lo ocurrido. Las leyes científicas existen y se pueden usar, aunque pocas sean inmutables y eternas. El cosmos es sutil, pero no malicioso, lo que nos permite usar la razón y fiarnos de las conclusiones obtenidas con ella incluso cuando se refieren a un pasado remoto. El avance de la ciencia nos demuestra que podemos conocer el universo y los intentos de rechazar esta idea para defender absurdas teorías no muestran más que la bancarrota intelectual de quienes están dispuestos a rechazar la idea misma de conocimiento sólo por no dar su brazo a torcer.
Sobre el autor: José Cervera (@Retiario) es periodista especializado en ciencia y tecnología y da clases de periodismo digital.
El artículo Más allá de los experimentos se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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Dozena erdi ariketa 2017ko udarako (3): Saskibaloi txapelduna
Gogoan izan ahalegina bera –bidea bilatzea– badela ariketa. Horrez gain tontorra (emaitza) lortzen baduzu, poz handiagoa. Ahalegina egin eta emaitza gurekin partekatzera gonbidatzen zaitugu. Ariketaren emaitza –eta jarraitu duzun ebazpidea, nahi baduzu– idatzi iruzkinen atalean (artikuluaren behealdean daukazu) eta irailean emaitza zuzenaren berri emango dizugu.
Hona hemen gure hirugarren ariketa: Saskibaloi txapelduna
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Ariketak “Calendrier Mathématique 2017. Un défi quotidien” egutegitik hartuta daude. Astelehenetik ostiralera, egun bakoitzean ariketa bat proposatzen du egutegiak. Ostiralero CNRS blogeko Défis du Calendrier Mathématique atalean aste horretako ariketa bat aurki dezakezu.
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Amelia quiere explorar el desierto
Sí, Amelia quiere explorar el desierto. Ha conseguido el patrocinio de una millonaria que le impone unas cuantas reglas para que agudice su ingenio. Las explicamos a continuación.
Amelia tiene a su disposición una cantidad ilimitada de gasolina almacenada en el lugar de salida, en el límite del desierto.
Para realizar su viaje, dispone de un jeep en el que puede transportar como máximo, en cada momento, una unidad de combustible. Con cada unidad de gasolina puede viajar una unidad de distancia; se supone que el consumo de combustible es constante.
En cualquier momento del viaje, Amelia puede dejar cualquier cantidad de combustible en un depósito para poder recogerlo más tarde al volver a pasar por allí. La mecenas le exige, además, que siempre que el jeep comience a salir del desierto debe regresar necesariamente al punto de partida.
Con todas estas normas impuestas, la pregunta es: ¿hasta dónde puede llegar Amelia en su paseo por el desierto?
Vamos a intentar ver que puede llegar tan lejos como quiera, solo con un poco de estrategia por su parte. Para ello, vamos a explicar lo lejos llegaría realizando tres viajes –saliendo tres veces del punto de partida– para describir después el caso general.
La estrategia de Amelia si realiza tres salidas
Amelia sale de la base una unidad de gasolina en el depósito del jeep y conduce 1/6 de unidades de distancia. Es decir, ha consumido la sexta parte del combustible. Deja 2/3 de unidades de combustible en un depósito, y regresa al punto de partida con el 1/6 de combustible que le queda.
Figura 1: Sobre el coche, en blanco aparecen las unidades de gasolina en el depósito, y en los bidones, en rojo, la cantidad de combustible almacenada. Fuente: Marta Macho Stadler
Amelia vuelve a cargar el depósito del jeep al máximo –es decir con una unidad de combustible– y conduce 1/6 de unidades de distancia. Ha gastado 1/6 de unidades de gasolina; llena el depósito del coche con 1/6 de combustible tomado del depósito, y vuelve a adentrarse en el desierto, dejando en el primer depósito 1/2 de unidades de fuel. Desde ese punto conduce 1/4 de unidades de distancia y deposita 1/2 unidad de gasolina en un segundo recipiente. Le quedan 1/4 de unidades de fuel, lo justo para llegar al primer bidón. De ese recipiente toma 1/6 de unidades de combustible –es decir, deja el primer bidón con 1/3 de unidades de fuel– y llega a la base con el depósito del coche vacío.
Figura 2 : Sobre el coche, en blanco aparecen las unidades de gasolina en el depósito, y en los bidones, en rojo, la cantidad de combustible almacenada. Fuente: Marta Macho Stadler
Amelia carga el coche con el máximo de gasolina, llega al primer bidón y utiliza 1/6 de combustible para volver a llenar el depósito del jeep –así, en el primer depósito, deja 1/6 de unidades de gasolina–. Llega al segundo recipiente tras recorrer 1/4 de unidades de distancia, y allí vuelve a llenar el vehículo con fuel, dejando en el segundo depósito 1/4 de unidades de combustible, y continúa su viaje hacia el interior del desierto. Tras recorrer 1/2 unidad de distancia, da la vuelta, llega al segundo recipiente gastando todo el combustible que le queda, usa el fuel del segundo recipiente para llegar al primero y de nuevo toma la gasolina del primer bidón para regresar al punto de partida.
Figura 3: Sobre el coche, en blanco aparecen las unidades de gasolina en el depósito, y en los bidones, en rojo, la cantidad de combustible almacenada. Fuente: Marta Macho Stadler
Así, con estas tres idas y vueltas, Amelia se ha adentrado en el desierto 11/12 de unidades de distancia.
Entendiendo el caso general
La estrategia utilizada por Amelia con tres salidas desde el límite del desierto puede generalizarse para cualquier n:
-
El jeep realiza n viajes de ida y vuelta.
-
En la primera salida, viaja 1/(2n) de unidades de distancia, deja (n − 1)/n unidades de gasolina en el primer depósito, quedándose con el combustible justo para llegar a la base.
-
En cada una de las n − 1 siguientes salidas, y en dirección hacia el interior del desierto, Amelia va tomando de cada depósito el combustible necesario para llenar al máximo el jeep y llegar al siguiente depósito. Y al regresar, va tomando solo la gasolina suficiente para llegar al depósito anterior.
-
Esta operación la puede realizar n veces, dejando en su último viaje todos los bidones vacíos, y habiendo recorrido en la dirección del desierto
1/2 + 1/4 + 1/6 + … + 1/(2n) = 1/2 (1 + 1/2 + 1/3 + … + 1/n)
de unidades de distancia.
Recordemos que 1 + 1/2 + 1/3 + … + 1/n es el n-ésimo número armónico,la suma parcial n-ésima de la serie armónica, que es una serie divergente.
¿Y que tiene esto que ver con el viaje de Amelia? Si la exploradora utiliza la estrategia anteriormente descrita, podrá adentrarse en el desierto todo lo que desee, porque para n suficientemente avanzado,
1/2 (1 + 1/2 + 1/3 + … + 1/n)
es tan grande como se desee… Como el desierto, sea cual sea el que ha elegido Amelia, tiene dimensiones finitas, la exploradora puede recorrerlo por completo. Solo necesita suficiente tiempo –que no sobrepase su tiempo de vida–: Amelia completará su aventura. Aunque es probable que arruine a su mecenas y, sobre todo, que desperdicie un combustible precioso de manera un tanto caprichosa…
Más información:
-
Jeep problem, Wikipedia
-
Jeep problem, Wolfram Math World
Sobre la autora: Marta Macho Stadler es profesora de Topología en el Departamento de Matemáticas de la UPV/EHU, y colaboradora asidua en ZTFNews, el blog de la Facultad de Ciencia y Tecnología de esta universidad.
El artículo Amelia quiere explorar el desierto se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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Sistemas nerviosos: el cerebro de vertebrados
Áreas de Brodman en un cerebro de primate
El cerebro, que se desarrolla a partir del telencéfalo embrionario, es la estructura encefálica de vertebrados que ha alcanzado en mamíferos su máximo desarrollo. Contiene, a su vez, el bulbo olfatorio, los ganglios basales, el hipocampo y la corteza cerebral.
El prosencéfalo de todos los vertebrados posee una estructura en láminas denominada pallium. El pallium de agnatos (lampreas), peces condrictios (tiburones) y anfibios obedece a un esquema básico general, consistente en dos hemisferios unidos por una región denominada septum. Cada uno de los hemisferios asemeja un cilindro formado por tres capas, en cuyo interior quedan cavidades llenas de líquido denominadas ventrículos. La capa que da al ventrículo y la que da al exterior son de materia blanca, y la que queda entre ellas, de materia gris. En el resto de los grupos (peces teleósteos, reptiles, aves y mamíferos) se produce una fuerte modificación del esquema básico, debido al crecimiento diferencial de diferentes zonas del pallium original en cada uno de ellos. En mamíferos se diferencian cuatro zonas en el contorno de la forma cilíndrica antes mencionada, que se denominan pallium dorsal, medio, ventral y lateral, cuyo desarrollo daría lugar, respectivamente, al neocortex, el hipocampo, la amígdala y la corteza olfativa. El neocortex es la región que alcanza un mayor desarrollo de todas ellas.
El cerebro es un órgano con simetría bilateral y su desarrollo en mamíferos da forma a dos mitades o hemisferios cerebrales que, en los placentarios, se encuentran conectadas por el corpus callosum, una especie de “autopista de información” por la que se estima atraviesan unos 300 millones de axones neuronales. Cada hemisferio cerebral consiste en una fina capa de materia gris (corteza o córtex cerebral) que cubre una capa gruesa interna de materia blanca (médula cerebral). En el interior de la materia blanca se encuentra otra región de materia gris, los ganglios basales. La materia gris está formada por cuerpos neuronales empaquetados, sus dendritas y células gliales. La materia blanca está formada por ramos o fascículos de axones cubiertos de vainas de mielina. El color blanco se debe a la vaina de mielina, que está formada por lípidos.
Simplificando, se puede decir que la materia gris procesa la información, o sea, integra inputs de diferentes procedencias y elabora nuevas señales, mientras que la blanca la conduce, esto es, envía las señales a otros destinos. Las fibras de la materia blanca transmiten información de una zona a otra de la corteza o, también, a zonas que no se encuentran en ella. Es así como se produce la integración que permite el procesamiento de las señales que se reciben y la consiguiente elaboración de respuestas.
En los grupos de mamíferos en que alcanza su máximo desarrollo, la corteza cerebral presenta múltiples hendiduras o pliegues, lo que permite que aumente de forma considerable el número de neuronas que alberga. En lo que a su configuración tisular se refiere, es una estructura dispuesta en seis capas (procedentes del pallium dorsal), y se organiza en columnas verticales que se extienden perpendicularmente hasta la materia blanca, a dos milímetros de profundidad desde la superficie de la corteza. Se cree que cada una de esas columnas constituye un “equipo” formado por las neuronas contenidas en ella, cada una de las cuales desempeñaría una función en la tarea propia de la columna. Las diferencias funcionales entre unas y otras columnas tienen su reflejo en diferentes grosores de alguna de las seis capas.
Cada mitad de la corteza cerebral se divide en cuatro lóbulos: occipital, temporal, parietal y frontal, nombres que hacen referencia a los correspondientes huesos del cráneo. Los lóbulos occipitales, que se encuentran en la parte posterior, son los responsables del procesamiento inicial de las señales visuales. La información sonora se recibe, en primera instancia, en los lóbulos temporales, que tienen una disposición lateral a ambos lados de la cabeza. Los lóbulos parietales y frontales se encuentran en la parte superior del encéfalo y están separados por el denominado surco central del cerebro, un pliegue o invaginación profunda que discurre de arriba abajo hacia la mitad de la superficie lateral de cada hemisferio. Los lóbulos parietales quedan en la parte posterior, detrás del surco central, mientras los frontales quedan por delante. Los parietales reciben y procesan la información sensorial. Los frontales desempeñan varias tareas: (1) actividad motora de carácter voluntario; (2) producción vocal en los mamíferos que poseen esta capacidad; y (3) funciones superiores, como planificación y otras.
Si bien la descripción de la anatomía cortical por lóbulos resulta útil en una primera aproximación, suele recurrirse a las denominadas “áreas de Brodmann” para una caracterización más precisa. Un área de Brodmann es una región de la corteza del cerebro de primates definida por su estructura histológica, organización celular y citoarquitectura. Hay 52 áreas de Brodmann, aunque alguna está, a su vez, subdividida en dos áreas, y alguna de ellas sólo se halla presente en primates no humanos.
Fuentes:
Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell, Steven A. Siegelbaum & A. J. Hudspeth (2012): Principles of Neural Science, Mc Graw Hill, New York
Lauralee Sherwood, Hillar Klandorf & Paul H. Yancey (2005): Animal Physiology: from genes to organisms. Brooks/Cole, Belmont.
Sobre el autor: Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) es catedrático de Fisiología y coordinador de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU
El artículo Sistemas nerviosos: el cerebro de vertebrados se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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Presión y volumen de un gas
Terminábamos la entrega anterior preguntándonos por qué las bombas de pistón manuales, también llamadas bombas de elevación o aspirantes, no pueden elevar el agua más de 10 metros y cuestionándonos por qué funcionaban. Estas preguntas se resolvieron a lo largo del siglo XVII gracias al trabajo experimental de varios investigadores, entre ellos, Torricelli (un alumno de Galileo), Guericke, Pascal, y Boyle.
Para 1660, estaba bastante claro que el funcionamiento de una bomba de aspirante depende de la presión del aire. Al eliminar un poco de aire por encima del agua por la acción de la bomba, simplemente se reduce la presión en la parte superior del agua que está dentro del tubo sumergido en el pozo. Como inicialmente la presión es la atmosférica, eso quiere decir que la acción de la bomba consigue que ahora haya una presión inferior a la atmosférica por encima de la columna de agua que está en el tubo. Es entonces la presión que ejerce la atmósfera en la masa de agua del pozo la que fuerza a que el agua suba por el tubo hasta que se igualan las presiones (la presión dentro del tubo es ahora la de la columna de agua que está por encima del nivel de la superficie del agua del pozo más lo que quede de presión atmosférica). Una buena bomba puede reducir la presión en la parte superior del tubo a casi cero. La presión atmosférica puede, por tanto, forzar el agua del tubo a elevarse considerablemente por encima del nivel del agua del pozo.
Pero ocurre que la presión atmosférica al nivel del mar no es lo suficientemente grande como para soportar una columna de agua de más de 10 m de altura. Como el mercurio es casi 14 veces más denso que el agua, la misma presión atmosférica solo podría soportar una columna 14 veces más pequeña, esto es, de aproximadamente 0.76 m (760 mm). Resulta que esta altura está muy bien para construir un instrumento con el que medir la presión atmosférica.
Por lo tanto, gran parte de la investigación del siglo XVII sobre la presión atmosférica se realizó con una columna de mercurio, un barómetro de mercurio. Torricelli diseñó el primero de estos barómetros. La altura de la columna de mercurio que puede ser soportada por la presión del aire no depende del diámetro del tubo, es decir, no depende de la cantidad total de mercurio, sino sólo de su altura. Esto puede parecer extraño al principio. Para entenderlo, debemos considerar la diferencia que existe entre presión y fuerza. La presión se define como la magnitud de la fuerza (F) que actúa perpendicularmente (esto lo indicamos con el símbolo ┴ como subíndice) sobre una superficie dividida por el área (A) de esa superficie, P = F┴ / A , y se mide, por tanto, en N/m2.
Por lo tanto, una fuerza grande puede producir una presión pequeña si se distribuye por un área muy grande. Por ejemplo, se puede caminar sobre la nieve sin hundirse en ella si se emplean raquetas de nieve Por otra parte, una pequeña fuerza puede producir una gran presión si se concentra en un área pequeña. El tacón de los zapatos de tacón de aguja puede producir una presión enorme, mayor que la hay debajo de la pata de un elefante; de hecho, pueden perforar suelos de madera y alfombras con mucha facilidad.
En definitiva, la medida de la presión no se ve afectada por el área de la sección transversal del tubo del barómetro ni por el peso (que es una fuerza) de la masa de mercurio en la columna, porque la presión es precisamente el cociente entre las dos. En una columna de mercurio que pese el doble que otra porque el tubo sea el doble habrá la misma presión porque el área será también el doble.
Este tipo de variables que no dependen de la masa se llaman intensivas. Existe otro tipo de variables, las llamadas extensivas que si dependen de la cantidad de materia, como el volumen. Pero sabemos que si aumentamos la presión, por ejemplo soplando más en un globo, el volumen puede aumentar. Es muy interesante esta relación de propiedades intensivas y extensivas.
En 1661, dos científicos ingleses, Richard Towneley y Henry Power, descubrieron una importante relación básica. Encontraron que en un globo de paredes delgadas, la presión ejercida por un gas es inversamente proporcional al volumen ocupado por ese gas. Duplicar la presión (al dejar entrar más gas) duplicará el volumen del globo. Usando P para la presión y V para el volumen, esta relación es P = a /V, donde a es una constante de proporcionalidad; también lo podemos escribir, P·V = a .
Si el volumen de una cantidad dada de aire en un globo es reducido a la mitad (por ejemplo, comprimiéndolo), la presión ejercida por el gas en el interior se duplica. Por otro lado, si se dobla el volumen del recipiente cerrado con una cierta cantidad de aire dentro, la presión interior se reduce a la mitad. Robert Boyle confirmó esta relación mediante multitud de experimentos. Es una regla empírica, ahora generalmente conocida como la ley de Boyle. Sin embargo, la ley se aplica exactamente sólo bajo condiciones especiales, como veremos.
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
El artículo Presión y volumen de un gas se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.
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