¿Por qué un cubo de hielo tiene parte blancas y partes transparentes?

Si observamos un cubo de hielo, ¿qué vemos? Podemos notar que lo forman dos partes, una más transparente que la otra. Pero, ¿por qué se da esto?​​

Pregunta: Camila Izquierdo, 9 años .

Responde: Ana María Jaramillo, ingeniera de diseño de producto.

Asesor: Daniel Velásquez, magíster en Física​​.

​Empecemos por observar un cubo de hielo, ¿qué ves? El cubo a simple vista es transparente, pero al mirar con más atención vemos algunas manchas blancas.

¿Y si miramos muy de cerca? Veremos que el agua, al congelarse, dejó atrapadas burbujas de aire justo ahí donde vemos las manchas. Pero el aire es transparente como el agua, ¿por qué vemos manchas blancas?

Decimos que un objeto o material es transparente cuando la luz puede viajar a través de él sin ser absorbida.  Esto ocurre en materiales como el agua, el aire o el vidrio que nos permiten ver lo que está detrás de ellos. Pero cuando estos medios o materiales tienen perturbaciones, esta propiedad puede cambiar.

Por ejemplo, si rayamos un vidrio con algo afilado, los rayones no nos dejarán ver bien lo que está al otro lado, porque van a impedir que la luz viaje normalmente a través del vidrio. Lo mismo ocurre en el cubo de hielo.

Las burbujas de aire atrapadas en medio del agua congelada, logran perturbar el viaje de la luz, y la hacen rebotar de un lado a otro devolviendo ondas de todos los colores a nuestros ojos. Y como la suma de todos los colores de la luz da como resultado la luz blanca, entonces vemos manchas blancas en el hielo.

Lo mismo sucede en la nieve y en las nubes donde hay atrapadas millones de burbujas de aire y gotas de agua que reflejan la luz en todas las direcciones. 

¿Por qué existen los agujeros negros?

Pregunta: Valeria Mejía, 11 años.

Responde: Daniel Barrera, estudiante de Geología.

Antes de entender por qué existen y cómo se crean los agujeros negros, propongo imaginarnos algo. Pensemos en dos autos, un tractor muy grande y un carro pequeño. Supongamos que estos automóviles se encuentran en la gasolinera y tanquean exactamente la misma cantidad de combustible. Supongamos, además, que ambos salen al mismo tiempo a la carretera. Ahora bien, habiendo imaginado esta situación, debemos preguntarnos: ¿cuál de los dos autos consumirá primero todo su combustible? La respuesta es que lo hará primero el tractor grande debido a que necesita mayor cantidad de energía para funcionar.

 

Estrella Pistola - 213 millones km​ de diámetro.

Crédito: D. F. Figer (UCLA) et al., NICMOS, HST, NASA.

Una situación similar ocurre con las estrellas. Una estrella grande, de varias veces el tamaño de nuestro Sol (695.700 km de diámetro), ​​consumirá primero todo su combustible (hidrógeno) que una estrella pequeña, de aproximadamente el tamaño de nuestro Sol.  De igual manera que con el tractor, esto se da porque una estrella masiva necesita de más energía para funcionar. Así, las estrellas gigantes están condenadas desde su nacimiento a morir primero, ya que a diferencia de los carros, no pueden ir a una gasolinera y tanquear.

En este punto surge una cuestión de suma importancia, que puso a pensar a los científicos durante mucho tiempo: ¿qué ocurre, entonces, cuando muere una estrella? La primera respuesta que surgió fue que una vez se hubiera agotado todo su combustible, una estrella empezaría a enfriarse y por ende, a contraerse. Pero, ¿qué le ocurriría cuando empezara a contraerse? A esta pregunta le dio respuesta un científico hindú​ de apellido Chandrasekhar. Él predijo que una estrella en contracción, con masa dos veces y media mayor a la de nuestro sol, sería incapaz de soportar su propia gravedad. ¿Qué implicaciones tiene esto?, pues veámoslo.

Hoy en día, los científicos llaman límite de Chandrasekhar a esta masa. E​​ste límite le permitió a los astrofísicos predecir lo que ocurriría con las estrellas que estuviesen por debajo o por encima de él.  A una estrella con una masa menor a la del límite, le pueden ocurrir dos cosas: la primera es que, las estrellas con menos de 8 veces la masa total del Sol, se conviertan en una enana blanca, es decir, una estrella de varios miles de kilómetros y muy pesada. La segunda es que se genere una gran explosión, conocida como supernova​, produciendo una pesada estrella de neutrones, que se caracteriza por ser muy pequeña (unos 12 o 15 kilómetros). 

 

Las enanas blancas son remanentes estelares con un tamaño que puede ser similar al de la Tierra. / ESA/NASA​.

​Una estrella de neutrones es del m​ismo tamaño de la ciudad de​ Medellín.

La situación cambia para una estrella de masa superior al límite de Chandrasekhar. ​Si es tan alta como 3 veces nuestro Sol, la gravedad hará que la materia colapse en un solo punto y, debido a la grandísima cantidad de materia, es ahí cuando se convertirá en un agujero negro.

 

El color existe o es una visión

​​​​¿Cómo podemos saber si las cosas sí son como las vemos? ¿Alguna vez has acercado una luz negra a un escorpión? Al hacerlo, cambia de color negro a blanco. ¿Por qué? Daniel Velásquez Prieto, un amante y estudioso de la física, nos ayuda a resolver si el color existe, o no, y cómo logramos verlo.

Pregunta: Yuliza Rojas, 11 años.

Responde: Daniel Velásquez Prieto, magíster en Física y especialista en Óptica Técnica.

¿Dónde está el color? ¿En las cosas o en la luz que cae sobre ellas? ¡Respondamos experimentando!

Si iluminas un escorpión con la luz de un bombillo normal, o si lo ves bajo la luz del Sol, su color será negro, marrón o amarillo dependiendo de la especie. Pero si lo iluminas con un bombillo de luz negra, el escorpión se verá de color blanco. ¿Por qué?

La respuesta está en que el color no está en las cosas sino en la luz que las ilumina. Esto sucede porque la luz es una onda, es decir, cuando la luz se desplaza en el espacio lo hace como una onda. ¡increíble! ¿verdad? Y lo que ocurre es que cada color de luz tiene un tamaño de onda distinto. De hecho, de todas las posibles longitudes de onda que tiene la luz, los humanos somos capaces de ver apenas un pequeño rango.

¡En la imagen que de abajo todo quedará más claro! Aquí se muestran todos los tipos de longitudes de onda de luz que se conocen hasta el momento. Los humanos solo somos capaces de ver el rango o segmento que dice "visible". Ahí están el rojo, el amarillo, verde, cian, azul y violeta... ¡y claro! todas sus posibles combinaciones. El resto de tipos de onda (las de radio, microondas, infrarroja, ultravioleta, rayos x y gamma) no somos capaces de verlas, aunque existen.

Otros organismos son sensibles ante ​más longitudes de onda que nosotros, o simplemente ven longitudes de onda distintas a las que que perciben nuestros ojos y cerebros. Por ejemplo, las abejas son capaces de ver la luz ultravioleta. ¡Curiosamente algunas flores reflejan este tipo de ondas! 

Imagen por André Oliva (trabajo propio) [Dominio público], via Wikimedia Commons

Pero ¿por qué vemos entonces las cosas de distintos colores? Lo que sucede es que el color con el que vemos un determinado objeto corresponde a las longitudes de onda que rebotan en ese objeto. En otras palabras, es el color que no es capaz de absorber. ¿Por qué las hojas de los árboles son verdes? Porque absorben todo el espectro de luz que podemos ver menos el que corresponde al verde.

Entonces, ¿por qué el escorpión se ve blanco en la anterior animación? La respuesta está en el tipo de luz con el que lo estábamos alumbrando y la condición fluorescente de su exoesqueleto (el recubrimiento que tienen todos los artrópodos, como los insectos). En este caso, el bombillo que usamos produce lo que comunmente se denomina "luz negra". En realidad este tipo de bombillos de "luz negra" emite luz ultravioleta y una pequeña cantidad de luz visible.

¿Recuerdas que los humanos no podemos ver la luz ultravioleta? Por eso pareciera que alumbra tan poco el bombillo. Es como un bombillo opaco. Pero al ser dirigida hacia el escorpión, su cuerpo fluorescente recibe la luz ultravioleta y cambia su longitud de onda  a una que si está dentro de nuestro espectro visual. Por eso lo ves resplandeciente cuando se le acerca la lámpara. Es como si tuviera luz propia, aunque en realidad utiliza la del bombillo.

Otro ejemplo que nos sirve son los vidrios de colores. Si miras un bombillo a través de un vidrio rojo, la luz se verá roja. Si se trata de un vidrio azul, la luz que dejará pasar será azul. Esto ocurre porque el vidrio azul absorbe todos los colores de la luz blanca pero deja pasar el color azul, o en el caso del rojo, porque deja pasar la luz roja.

​La siguiente simulación te servirá para terminar de entender el concepto. ¡Experimenta con todas las opciones que ofrece!

¿Cómo construir con basura?

Es extraño ¿no? ​Sin embargo, hay investigadores que están pensando cómo aprovechar lo que desechamos para construir cosas. 

Responde: Alejandro Vásquez Hernández​,​ magíster en Hábitat, Universidad Nacional de Colombia sede Medellín.

​​Innovación educativa que trasciende las fronteras institucionales

​​Va mucho más allá de un trabajo instrumental, del uso de una herramienta. Los proyectos tienen que ver con el fortalecimiento de sus habilidades como seres humanos, de su compromiso con sus instituciones, con sus compañeros, con su comunidad, con el medio ambiente, con la convivencia, con el mundo que habitan. Y si bien se diseñan unas acciones permeadas por el uso de las tecnologías, en el núcleo se encuentra el desarrollo del ser.

En el componente de transformación del ecosistema local y nacional, la Universidad, a través de EXA-el Ce​ntro para la Excelencia en el Aprendizaje, cuenta con experiencia en el desarrollo de proyectos de investigación e innovación con el uso de tecnologías digitales en los niveles de educación básica y media, a través del Modelo UbiTAG, la incidencia en el diseño y ejecución de políticas públicas en educación, y la consolidación de convenios colaborativos en los ámbitos nacional e internacional.

Aprender Digital, Plan Saber Digital y Plan Digital de Itagüí se encuentran entre los programas que buscan generar una cultura de innovación en el aprendizaje escolar, transformar prácticas institucionales y lograr la madurez digital, gracias a la implementación del modelo UbiTAG que ha venido fortaleciéndose en el país durante varios años, generando un impacto positivo. No solo permite que la institución, como eje de la transformación, sea quien irradie los cambios, sino que los resultados se notan en los diferentes actores que hacen parte del ecosistema educativo territorial.

El modelo UbiTAG fue desarrollado por una de las líneas de investigación del grupo de investigación de EAFIT I+D+I en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (Giditic), que desde el año 1987 se dedica a la innovación de este tipo de soluciones.

En el desarrollo de la alianza con el Ministerio de Educación, la Dirección de Innovación y EXA lideran la ejecución del proyecto Transformación Digital de la Educación en Colombia.

También se avanza en el Laboratorio Digital de Innovación Educativa en Educación Superior, que hace parte del proyecto con el Ministerio.

Plan Digital Itagüí

Es un proyecto socioeducativo que acompaña a los establecimientos educativos oficiales de este municipio en el desarrollo de capacidades para la integración de las TIC, la gestión del cambio y la innovación en los procesos institucionales.

En convenio con la Alcaldía de Itagüí se convirtió en política pública por el interés de dicha administración en generar un plan que vinculara aliados del territorio, regionales y nacionales. EAFIT, a través de su experiencia, implementó el modelo UbiTAG y acompañó con un grupo de investigadores que aportaron conocimientos, prácticas y metodologías.

Se ha llegado a unos 1.160 docentes, 33 mil estudiantes y 92 directivos, de 24 instituciones educativas. Gracias a esa unión de fuerzas se lograron transformaciones importantes en los diferentes contextos de la gestión institucional e inversión en infraestructura y en formación de los docentes. Este “micro ecosistema” de innovación fue referente para el Plan Saber Digital en Bogotá.

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Plan Saber Digital

Lo conseguido en Itagüí y en otros proyectos con el Ministerio de Educación, llamó la atención de la Secretaría de Educación de Bogotá. Así, la Universidad llegó al distrito para realizar un acompañamiento escalonado a las instituciones educativas, para, en la misma línea de las propuestas anteriores, fortalecer los ambientes de aprendizaje a través del uso de tecnología.

Bogotá contaba con actores y aliados importantes que hacían parte del proceso de transformación; además, en general, disponían de dotaciones y equipos adecuados, comparativamente con otras zonas del país. La idea era aprovechar esos recursos con los que ya se contaban para fortalecer ambientes de aprendizaje. Se empezaron a diseñar nuevos escenarios y experiencias con uso de tecnología, reconociendo el contexto, caracterizando las instituciones e identificando cuáles eran las necesidades.

Esto, precisamente, permitió construir unos planes de trabajo que derivaron en el Plan Saber Digital. De 2016 a 2019 se impactó casi la totalidad de las instituciones educativas distritales oficiales. En este 2020, debido a las circunstancias especiales, se denomina Aprende en Casa con Saber Digital.

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Plan Aprender Digital

Es un modelo de acompañamiento pedagógico a comunidades educativas, que busca fomentar la innovación educativa y transformar los ambientes de aprendizaje por medio del uso y apropiación de las TIC.

Esta transformación digital implica un cambio en la manera en que estudiantes, docentes, directivos y padres de familia comparten, aprenden, comprenden y habitan el escenario escolar. Para ello se trabaja en la incorporación y apropiación de herramientas digitales, en la gestión institucional, en las prácticas pedagógicas, en la cualificación de los procesos de aprendizaje y en la movilización social.

En 2019, Aprender Digital llegó a unas 200 instituciones educativas en el país, con resultados muy interesantes, logrando un trabajo articulado con el programa Todos a Aprender (PTA) del Ministerio de Educación, a través de los tutores PTA, que contribuyen a mejorar las prácticas pedagógicas. Ese acompañamiento fortaleció el uso de tecnología, pero también las diferentes áreas del conocimiento.

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4. Educación de calidad

8. Trabajo decente y crecimiento ecónomico

17. Alianzas para lograr los objetivos

¿Por qué existe la luz?

​​​​​​​De la cantidad de objetos que nos rodean solo unos cuantos producen luz. Pero, ¿qué es la luz?​ y ¿qué permite que solo ​algunos seres u objetos la generen?​

Pregunta: Juan Manuel Sierra, 10 años.

Responde: Da​niel Velásquez Prieto, magíster en Física y especialista en Óptica Técnica.

De la gran cantidad de objetos que vemos, muy pocos producen luz. Por ejemplo, cuando miramos un paisaje al atardecer, vemos las nubes, las montañas, los árboles, las flores, las casas y muchas otras cosas iluminadas por el sol. Cuando el sol se oculta dejamos de ver todo esto y se empiezan a encender los bombillos de las casas para poder seguir viendo en la noche. ​

Realmente, muy pocos de los objetos que nos rodean producen luz (fuentes de luz). Los bombillos, las llamas de una vela o de una fogata, las pantallas de los televisores, las estrellas, el sol, producen luz, pero la gran mayoría de objetos solo reflejan (devuelven) o absorben (tragan) la luz. Pero ¿qué es la luz? Curiosamente, la luz son ondas. Sí, son ondas como las de un estanque de agua cuando le lanzamos una piedra, ondulaciones en forma de círculos que se alejan del centro hasta llegar a las orillas.También los sonidos son ondas. Cuando escuchamos un instrumento musical, lo que sale de él y llega hasta nuestros oídos son ondas. 

 

Tales ondas se mueven en medios materiales como el agua o el aire. Aunque hay muchas ondas de esta clase, llamadas "ondas mecánicas", no todas se mueven en un medio material. Esta nueva clase de ondas se pueden mover en el vacío (donde no hay nada) y se llaman "ondas electromagnéticas". El nombre parece largo y complicado, pero nosotros conocemos muchas ondas así; por ejemplo, las microondas de los hornos de cocina, las del televisor, el radio o un celular. A esos aparatos llegan ondas electromagnéticas. Particularmente, las ondas electromagnéticas más familiares para nosotros, aunque quizás no lo sabíamos, son las ondas de luz.

Cuando tenemos en cuenta los diferentes tamaños de las ondas electromagnéticas, encontramos que hay muchas clases de ellas y simplemente las podemos organizar por su tamaño, en algo que los científicos han llamado el espectro electromagnético. ​Como se ve en la figura, el espectro electromagnético está compuesto por muchas clases de ondas.

 

Como ya dijimos, muchas de ellas las utilizamos o las conocemos de alguna manera, como por ejemplo las microondas, las ondas de radio y televisión. Pero también están los rayos ultravioleta que nos broncean cuando nos exponemos al sol, los rayos X, con los que nos toman radiografías de los huesos y los rayos infrarrojos que utilizamos en el control remoto del televisor. Si miramos bien, vemos que solo una pequeñita parte de estas ondas corresponden a la luz. Entonces podemos decir que la luz son aquellas ondas electromagnéticas que podemos ver con nuestros ojos.​

 

¿Por qué existe el tiempo?

​​​Incluso, antes de responder esta pregunta, vale la pena preguntarse ¿qué es el tiempo? Muchas veces lo tomamos simplemente como una medida, una magnitud que usamos para medir el transcurso de las cosas. Sin embargo, el asunto no es tan sencillo. El tiempo está involucrado en una estrecha relación con el espacio, una relación que conocerán mejor en este contenido.​​

 

Responde: Raúl Gómez Marín, magíster en Filosofía de la ciencia.

 

¿Cómo flota un barco?

Nuestros océanos están llenos de ballenas, peces, tortugas, corales… ¡y barcos! Cientos de miles de buques, yates, embarcaciones grandes, pequeñas, gigantes navíos petroleros o pequeños botes pesqueros. Y sin importar su tamaño, la mayoría son capaces de flotar; aquellos que no, ya reposan en el fondo del mar. ¿Cómo lo logran?​

Pregunta: Adelaida Balthazar Correa, 15 años.

Responde: Manuel Julio García Ruiz, doctor en Ingeniería Aeronáutica.​

No todo lo que llega a los océanos flota. Por ejemplo, una pesada barra de acero se hunde inmediatamente. Pero, si hoy es común encontrar barcos de más de 200 mil toneladas navegando por el mundo, ¿cómo es posible que permanezcan en la superficie?

Imaginemos que estamos de vacaciones y decidimos entrar a una piscina. Aunque no sea perceptible, hay dos fuerzas principales actuando sobre nuestro cuerpo: la de flotación y la de gravedad. De hecho, ya que estamos en el agua, las estamos soportando.

Decidimos hundirnos y ahora estamos a dos metros sobre la superficie. ¿Alguna vez lo has hecho? ¡Sí! Se siente mucha más presión sobre nuestro cuerpo porque está soportando todo el peso del agua que está encima. Pero hay una pequeña variable que muchas veces pasamos por alto: No todo nuestro cuerpo experimenta la misma cantidad de fuerza. 

¿La zanahoria flota en el aceite? ¿Las monedas en el agua? ¿El plástico es más denso que la miel? Haz este experimento cacero y pon a prueba su flotabilidad.

Experimentamos más presión en la parte de abajo de nuestro cuerpo que en la que está más cerca de la superficie. ¿Por qué? Simplemente porque está más profunda. Este pequeño detalle quiere decir que esta fuerza tiene una dirección y va de abajo hacia arriba; en otras palabras, nos empuja hacia la superficie.

Pero ¿recuerdas que también hay otra fuerza que debe soportar nuestro cuerpo? Si la flotación empuja el cuerpo hacia arriba, la gravedad lo hace hacia abajo. ¿Cuál ganará? La respuesta no siempre es la misma y de ello dependerá en parte si el cuerpo (es decir, nosotros) nos hundimos o no.

Para saberlo, debemos tener en cuenta dos cosas más antes: la densidad del líquido en el que nos metimos (no pasará lo mismo si nadamos en una piscina de agua que en una piscina de aceite) y la forma de nuestro cuerpo.

¿Flotaremos?

Arquímedes nació en el Siglo III a. C. y aún hoy se lo recuerda como una de las mentes más brillantes de la época. Fue él quien planteó el Principio que lleva su nombre y que explica por qué flotan los cuerpos. 

Óleo sobre tela del pintor Domenico Fetti (1620). Vía Wikimedia Commons. Arquímedes pensativo.

Este científico griego se percató que la fuerza de flotación que experimenta un cuerpo dependerá también de dos cosas: la cantidad de fluido que este desplace cuando entre al agua y de la densidad de este fluido. En otras palabras, entre más denso sea el líquido y entre mayor sea el volumen de líquido que desplace el cuerpo cuando entre al agua, mayor será la fuerza de flotación que experimente el cuerpo.

Pongamos un ejemplo. A un lado tenemos una roca redonda que pesa 3 kilos y la lanzamos a una piscina llena de agua. ¿Se hunde? Existen fórmulas para demostrarlo, pero en principio podemos decir que sí. Ahora lanzamos el florero favorito de mamá. Está hecho del mismo material de la roca y también pesa 3 kilos. Sin embargo, este no se hunde, no al menos si nos percatamos de meterlo a la piscina con cuidado para que no entre agua a él.

Esto ocurre porque el florero, aunque pesa lo mismo y está hecho del mismo material, es capaz de desplazar una mayor cantidad de líquido. El mismo principio aplica para los barcos. Los ingenieros los diseñan de forma tal que al entrar al agua, desplacen la cantidad de líquido necesaria para garantizar que no se van a hundir. ¡Ya vez que la forma de los barcos tiene su razón de ser!

¿Y qué hay de la densidad? Como la fuerza de flotación depende del peso de la masa del volumen de líquido que desplaza, si el líquido es más denso, ejercerá más fuerza sobre el cuerpo. Pongamos de ejemplo el agua.

Digamos que tenemos una gran gota de agua, tan gorda y grande que pesa 20 gramos. Al lado de ella tenemos una gota de mercurio. Esta es más pequeña, incluso se ve chiquita al lado de la gota de agua pero… ¡oh sorpresa! ambas gotas pesan lo mismo: 20 gramos. ¿Cómo es posible? Esto ocurre porque el mercurio es más denso que el agua, es decir, en menos espacio es capaz de albergar una mayor cantidad de masa.

Eso quiere decir que es mucho más fácil que todo lo que entre a una piscina de mercurio flote a que lo haga en una piscina de agua.

¡Es hora de jugar! Utiliza todo lo que hemos conversado sobre la flotabilidad en la siguiente aplicación; te será muy útil para terminar de comprender por qué flotan los barcos :)

¿Por qué en el espacio no hay oxígeno?

¿Alguna vez te has preguntado de que está compuesto el espacio? o ¿Por qué dicen que no hay oxígeno en él? En la Universidad de los niños EAFIT nos preguntamos esto y aquí está la respuesta.​

Pregunta: Isabella Rodríguez Muñoz​.​

Responde: José David Ramírez, estudiante de Ingeniería Civil.

El oxígeno, como todos los otros elementos contenidos en el aire, es materia y por ser materia tiene masa. Todo lo que tiene masa es atraído por la gravedad de algún cuerpo. En nuestro caso más cercano, el planeta Tierra atrae todos los cuerpos que estén sobre él hacia su centro (como un imán atrae algunos metales), incluyendo el oxígeno.

Todos los otros planetas, estrellas, cometas y astros en general también atraen hacia ellos las partículas gaseosas o sólidas que estén merodeando en el espacio, y por ello se dice que el espacio es totalmente vacío.​

 

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