¿Sabes cómo evolucionaron los humanos para lanzar objetos?

Sólo los humanos pueden lanzar objetos a gran velocidad, una capacidad que ayudó drásticamente al Homo erectus, según los científicos. 

El cuerpo de los ancestros humanos evolucionó para lanzar objetos hace unos dos millones de años, según un nuevo estudio.

Lo que permitió esa capacidad evolutiva, al parecer, fueron cambios en la anatomía de la especie extinguida Homo erectus.

Las evidencias arqueológicas muestran que la caza se hizo más intensa durante este periodo, algo que los científicos atribuyen al desarrollo de la capacidad de lanzamiento.

Según las conclusiones del estudio publicado en la revista especializada Nature, esa nueva destreza ayudó al desarrollo de los cazadores ancestrales y les permitió migrar por todo el mundo.

Sólo los humanos tienen la capacidad de lanzar un objeto con mucha rapidez.

Podemos arrojar cosas mucho más rápido que nuestro más cercano pariente animal con vida, el chimpancé, que sólo logra lanzar algo a unos 32 km/h frente a los 145 km/h que puede alcanzar un atleta profesional.

Para investigar cómo sucedió el desarrollo evolutivo de esa habilidad, los científicos tuvieron primero que entender la biomecánica del lanzamiento de hoy en día.

Movimiento rápido

Cuando se da la máxima rotación humeral (figura central) es cuando la energía elástica puede energizar el lanzamiento.

Para ello analizaron el lanzamiento de varios jóvenes jugadores de béisbol, utilizando cámaras especiales de captura de movimiento.

Y observaron que el hombro actúa como una especie de onda (también conocida como china, tirachinas o resortera) a medida que el brazo gira hacia atrás.

Los ligamentos y tendones que rodean al hombro se estiran y almacenan energía elástica, que le da potencia al lanzamiento hacia el frente.

Cuando esta energía queda en libertad genera lo que los científicos creen que es el movimiento más rápido que el cuerpo humano puede producir.

Los cambios en la anatomía de los hominini (antepasado del género Homo) que tuvieron lugar hace dos millones de años fueron los que permitieron ese almacenamiento de energía en el hombro, que resultaron en la capacidad de lanzar objetos rápidamente, y por lo tanto de cazar.

"El éxito en la caza hizo que nuestros antepasados pudieran hacerse parcialmente carnívoros, y comieran carne rica en calorías y en grasa, que mejoró drásticamente la calidad de su dieta", le dijo a la BBC el líder del estudio, Neil Roach, de la Universidad de George Washington, en Estados Unidos.

"Lo que creemos sobre la caza y el comportamiento es todavía una hipótesis"

Neil Roach

"Este cambio dietario desencadenó una transformación radical en la biología de nuestros ancestros, que les permitió desarrollar cuerpos más grandes, cerebros más grandes y tener más hijos. También generó cambios interesantes en su estructura social", explicó.

"Sobre esa época empezamos a ver los orígenes de las divisiones del trabajo, en las que algunos cazan mientras otros recolectan".

"Y probablemente también nos permitió trasladarnos a nuevos ambientes, como zonas donde no había vegetación de la que mantenernos antes de tener la habilidad de cazar", dijo el doctor Roach.

Pero puntualizó que es importante recordar que "lo que creemos sobre la caza y el comportamiento es todavía una hipótesis" y hace falta continuar investigando.

Lea el artículo completo en:

BBC Ciencia

¿Por qué necesitamos un martillo para clavar un clavo?

Para clavar un clavo es mucho más efectivo un golpe seco con un martillo que apretar sobre él, ni siquiera con la fuerza de varias personas. Esto es algo por todos sabido, pero… ¿conoce el curioso el porqué?

Si empujamos sobre la cabeza del clavo, aunque lo hagamos con mucha fuerza, esta de diluye en el tiempo.

Es decir, distribuimos la energía de nuestro empujón a lo largo de un número indeterminado de segundos.

En cambio, si utilizamos un martillo, toda la fuerza aplicada en el martillazo, áunque menor que la de varias personas empujando, es suficiente para lograr que el clavo se introduzca en, por ejemplo, un taco de madera.

Y esto es así, porque el clavo recibe un mayor impulso, pues toda esa fuerza se aplica en un instante, en un periodo muy corto de tiempo. De tal manera que casi toda la energía cinética del martillo en movimiento se traslada a la cabeza del clavo, en lo que llamamos una colisión elástica.

Entendamos por una colisión perfectamente elástica el choque entre dos o más cuerpos que no sufren deformaciones permanentes debido al impacto, en la que se conserva la energía cinética del sistema y en la que no hay intercambio de masa entre los cuerpos que colisionan.

Un martillazo no es perfectamente elástico porque la cabeza del clavo se deforma, se pierde energía en forma de calor y quizá una pizca de metal del clavo quede enganchado en el martillo o viceversa, pero sí podríamos calificarlo de elástico.

Y una vez recibido el impacto… ¿por qué se introduce el clavo? ¿por qué no se parte o hace rebotar el martillo o…?

La fuerza y la comsiguiente deformación del metal se originan en la cabeza del clavo, pero se propagan a lo largo del cuerpo del clavo como onda de presión hasta alcanzar la punta.

La presión es una magnitud que viene dada por la fuerva dividida por el área. Es decir, una misma fuerza aplicada sobre un superficie más pequeña tendrá mayor presión.

Y esto es lo que ocurre aquí. La superficie de la punta es mucho menor que la de la cabeza, y en la punta la presión se hace mayor, facilitando de esta manera su penetración en la madera.

Fuente:

Saber Curioso

Mecánica de Fluídos: Introducción

Hoy iniciamos el cuarto “bloque de conocimiento”, tras los dedicados a la electricidad, la termodinámica y la mecánica clásica. Como aquéllos, se trata de un bloque introductorio en el que no supondré conocimientos previos por parte del lector e intentaré mantener las matemáticas en el mínimo necesario: nuestro objetivo ahora no es alcanzar fórmulas tanto como establecer conceptos cualitativos. Esto no significa, por otro lado, que todo sea un camino de rosas: son necesarias cierta disciplina e inteligencia para asimilar cada bloque, y hace falta esfuerzo para sacar todo el partido posible a cada artículo.

Como siempre, cada capítulo del bloque incluirá cajas de texto con contenido adicional: advertencias, ampliaciones, desafíos y experimentos. Quienes hayáis leído alguno de los otros bloques notaréis una diferencia: en vez de cajas de colores, vamos a utilizar los iconos de los libros, pues creo que son más elegantes. En cualquier caso, mi recomendación es siempre leer el artículo una primera vez saltándote las cajas y centrándote en lo fundamental. Deja pasar un tiempo –por ejemplo, un día o dos– y vuelve a leerlo, pero esta vez con las cajas de texto incluidas. De este modo no debería resultar un exceso de información y seguramente lo entenderás mejor.

Dicho esto, empecemos nuestro camino para conocer la mecánica de fluidos. En este artículo pretendo explicar en qué consiste esta parte de la Física, cuál ha sido el camino que hemos seguido para desentrañar sus secretos a lo largo de la historia y cuáles son las características fundamentales de su objeto de estudio, los fluidos. ¡Vamos con ello!

¿Qué es la mecánica de fluidos?

Hombre, no hace falta una larga explicación sobre esto, pero quiero detenerme en ello porque hay un par de aspectos interesantes. La mecánica de fluidos, como indica su nombre, estudia los fluidos. Sin embargo, no trata de describir todo lo relacionado con ellos: se centra en aspectos mecánicos del comportamiento de los fluidos, como su movimiento, la presión que ejercen, cómo alteran el movimiento de objetos introducidos en ellos, etc. Otras facetas del comportamiento de los fluidos, como sus cambios de temperatura y cosas así, son estudiados por la termodinámica. De hecho, si has leído aquel bloque, verás que aquí repito algunos conceptos definidos allí, aunque en un contexto diferente y haciendo énfasis en cosas distintas; disculpa la repetición, pero al ser ambos bloques introductorios, he preferido mantener ambos independientes a costa de repetir alguna cosa que otra.

La mecánica de fluidos es, por tanto, una aplicación de la mecánica, que estudia el movimiento de partículas puntuales y establece principios generales sobre su comportamiento, a un tipo especial de cuerpos: los fluidos. En cierto sentido, esto hace de esta disciplina algo derivado y no fundamental. Con esto me refiero a que sería posible describir el comportamiento de los fluidos utilizando los principios de la mecánica clásica; en otras palabras, si nos sumergimos de verdad en la mecánica de fluidos y preguntamos “¿por qué?” una y otra vez ante cada afirmación que realiza, al final llegamos a los principios básicos de la mecánica.
Sin embargo, el hecho de que la mecánica de fluidos sea teóricamente derivable a partir de la mecánica clásica no quiere decir que, en la realidad, la hayamos derivado de ella. Esta parte de la Física fue desarrollada en paralelo a la mecánica newtoniana, y contiene muchos principios físicos obtenidos de manera empírica, en varios casos siglos antes de que su explicación teórica a partir de las leyes de la dinámica fuera posible, porque esas leyes no eran aún conocidas.

Incluso ahora que nuestra mecánica está bien madura, sigue teniendo sentido utilizar una mecánica específica para los fluidos. Al fin y al cabo, estudiar el movimiento de una partícula utilizando los principios de la mecánica es bastante simple; hacerlo con dos partículas es más complicado, y hacerlo con cien algo más difícil. Pero piensa lo siguiente: un litro de agua contiene unas 3,35·10²⁵ moléculas, treinta y tres cuatrillones de moléculas en cada litro. ¿Tiene sentido determinar el movimiento de cada molécula con sus propias ecuaciones para describir el comportamiento de un litro de agua? Desde luego que no, sobre todo porque es posible hacerlo con principios que se aplican al conjunto de todas las moléculas — de ahí la existencia, incluso hoy, de la mecánica de fluidos.


 
Ondas formadas por gotas sobre el agua (Brocken Inaglory / CC Attribution-Sharealke 3.0 License).

En ella, en vez de tratar los fluidos como conjuntos de moléculas, se tratan como un continuo. Para comprender el concepto lo mejor, en mi opinión, es alcanzarlo llevando un proceso al límite. Imagina 1 kg de arena de playa, formada por un grano de arena de 1 kg de masa. Ahora imagina que lo partimos en dos, de modo que la arena está formada por dos granos de 0,5 kg cada uno. Si seguimos haciendo esto hasta tener granos de 1 gramo, la arena estará formada por mil granos de 1 g cada uno.

Ahora imagina que los volvemos a partir un millón de veces, y luego un millón de veces más. Tendríamos un número gigantesco de granos tan pequeños que serían invisibles, individualmente, al ojo humano. Bien, ahora imagina que repetimos el proceso hasta el infinito: la “granularidad” de la arena se haría infinitamente fina, como si triturásemos la masa con una trituradora infinitamente poderosa. El resultado es un continuo, en el que no tiene sentido hablar de las partes, sino del conjunto formado por ellas. Evidentemente la materia no es continua y los fluidos, por tanto, tampoco lo son, pero recuerda el número de moléculas de agua en un litro del líquido; la mecánica de fluidos parte de esta premisa para simplificar enormemente las cosas sin perder apenas rigor y precisión en el resultado.

¿Qué es un fluido?

Como sucede tantas otras veces, es muy fácil tener una idea intuitiva bastante razonable sobre qué es un fluido, pero dar una definición rigurosa no lo es tanto porque se trata de una “etiqueta” más o menos arbitraria que damos a ciertos medios. Dicho mal y pronto,

Un fluido es un medio capaz de fluir, es decir, de cambiar de forma y adaptarse al recipiente que lo contiene.

Esta propiedad la cumplen, en su definición ideal, los líquidos, los gases y los plasmas. Es lo que tienen en común, por mucho que se diferencien en otras cosas, y esta propiedad determina gran parte de su comportamiento en contraposición al de los sólidos. De las diferencias entre los distintos tipos de fluidos hablaremos en la próxima entrega pero, por ahora, centrémonos en lo que los une.

¡Ojo! Fluido ≠ líquido

Sí, ya sé que acabo de definir fluido, pero esta confusión está tan extendida que no puedo dejar de dedicarle su propia advertencia. Los líquidos son fluidos, pero no son los fluidos, sino simplemente un subconjunto de ellos. Tan fluidos como los líquidos son los plasmas, y tanto como ellos los gases.

Existen diferencias entre esos estados de agregación (no se comporta igual el agua que el plasma que forma el núcleo del Sol), pero todos tienen en común una propiedad fundamental, que es la que determina el hecho de que sean fluidos. De modo que un líquido siempre es un fluido, pero hay fluidos que no son líquidos. Sí, ya dejo de ser pedantón.

Así, un ladrillo es un sólido y no es capaz de fluir: tendrá siempre forma de ladrillo esté dentro de un barril, sobre tu mano o en el suelo. Sin embargo, el agua de una botella es un fluido, ya que tiene forma de botella mientras está en ella, pero si la viertes sobre tu mano se adapta a su forma; puesto que tu mano tiene huecos entre los dedos, de hecho, la gravedad terrestre hará que el fluido se escape entre ellos y caiga al suelo. Y, una vez en el suelo, se adaptará a su forma y creará un charco más o menos amplio dependiendo de la profundidad que pueda tener por la forma del terreno.

El aire dentro de un globo tiene la misma propiedad: puedes apretar la superficie del globo con un dedo creando una hendidura, y el gas del interior cambiará de forma para adaptarse a la nueva superficie del globo. Si metes el globo dentro de una caja cuadrada y lo fuerzas a tomar la forma de la caja, el aire tomará forma cuadrada como la caja, etc.

¿Y el puré de patatas?

Como he dicho muchas veces anteriormente en El Tamiz, los nombres que damos a las cosas, nuestras definiciones y nuestras ecuaciones están en nuestra cabeza y son herramientas que nos ayudan a predecir el comportamiento de las cosas, pero no forman parte de las propias cosas.

Siempre se nos enseña que hay sólidos, líquidos y gases, y que los primeros no son fluidos pero los segundos sí. Sin embargo, esos nombres idealizan comportamientos. Ningún líquido es realmente un fluido de acuerdo con la definición, y ningún sólido deja de serlo realmente. Se trata de una cuestión de grado. Por ejemplo, ¿qué es el puré de patatas? ¿Un sólido? Si así fuera daría igual la forma del recipiente en el que lo introduces, porque siempre tendría una forma propia, algo que no sucede. ¿Un fluido? No, porque sería imposible tomar puré de patatas con un tenedor, ya que fluiría entre los dientes y caería de nuevo al recipiente.

Ah, puedes pensar, depende de la consistencia del puré de patatas. Si tiene mucha leche o agua, entonces se irá aproximando a un fluido hasta que sea imposible cogerlo con un tenedor, y si tiene muy poca leche o agua, llegará un momento en el que tenga casi una forma propia, independiente del recipiente. Pero si piensas así habrás llegado, creo, a la conclusión que intento hacerte ver: es una cuestión de grado. No hay sólidos y fluidos, sino medios que se parecen más a unos o a otros. Cuando un medio se aproxima muchísimo a un comportamiento, las conclusiones teóricas derivadas de la definición serán casi idénticas a lo que sucede en la realidad y viceversa.

Esto significa, claro, que las sustancias que están “a medio camino”, como muchos plásticos, la plastilina, el puré de patatas, etc., no se definen bien mediante las definiciones de fluido o sólido. A lo largo del tiempo hemos ideado magnitudes y ecuaciones que tienen en cuenta estas desviaciones de los comportamientos ideales, como la viscosidad, y de ellas hablaremos tarde o temprano. Mi objetivo en esta ampliación es simplemente recordarte que no te dejes llevar por las etiquetas que damos a las cosas y pensar así que en la Naturaleza existe tal cosa como un “sólido”.

Hidráulica, hidrodinámica y mecánica de fluidos

La necesidad de comprender el comportamiento de los fluidos ha sido siempre imperiosa para nosotros: al fin y al cabo, nuestra vida depende de dos fluidos, el aire y el agua. Asegurar el suministro de ambos es un requisito indispensable para nuestra supervivencia, y esto significa que mucho antes de que Newton estableciera principio alguno ni supiéramos lo que es una fuerza con el menor rigor ya teníamos cierta idea sobre las características fundamentales de los fluidos y cómo manipularlos.

Esto significa que, en sus comienzos –mucho antes de recibir su nombre actual– la mecánica de fluidos era algo completamente empírico, y no tanto el campo de estudio de los científicos como de los ingenieros civiles: sin un conocimiento, aunque sea rudimentario, de la flotabilidad de los cuerpos, las variaciones de presión del agua y hasta dónde es posible elevarla y cosas parecidas, es muy difícil establecer una civilización tecnológica. Esta versión eminentemente práctica, no demasiado preocupada por principios fundamentales y sí por las aplicaciones técnicas del conocimiento, fue denominada hidráulica por su preocupación central, el agua.

Por poner un ejemplo, los romanos utilizaron sus conocimientos de hidráulica para construir canalizaciones que alimentaban de agua potable lugares alejadísimos de sus fuentes, y disponían de sistemas de tuberías y alcantarillado bastante sofisticados. Durante muchos siglos continuamos avanzando muy lentamente en nuestra comprensión del comportamiento de los fluidos de este modo empírico. El famoso principio de Arquímedes –que destriparemos a conciencia en este bloque– es un buen ejemplo de esto. Se trata de un fenómeno que puede explicarse a partir de leyes más fundamentales, pero durante siglos fue un principio natural sin necesidad de más explicación.

La ausencia de una verdadera teoría unificada sobre el comportamiento de los fluidos y, sobre todo, de las matemáticas y ecuaciones que describieran ese comportamiento, hizo que nuestro conocimiento fuera cualitativo. Por ejemplo, desde el principio fue algo evidente que la forma de la quilla de un barco influye sobre el flujo de agua sobre el casco cuando la nave se mueve por el agua, y es posible ir probando hasta obtener formas razonablemente hidrodinámicas sin utilizar ecuaciones. Por otro lado, es muy difícil alcanzar una perfección enorme en este aspecto sin un aparato teórico más avanzado, de modo que llegó un momento en el que, en casi todo lo relacionado con los fluidos, nos quedamos estancados.

Uno de los primeros en atacar el problema de una manera más científica fue Leonardo da Vinci. El divino italiano realizó multitud de experimentos bastante metódicos sobre el flujo de agua y aire alrededor de objetos, y documentó sus descubrimientos con diagramas maravillosos, como hacía casi siempre. Leonardo llegó a introducir pequeños objetos en el agua para observar su movimiento según fluía el líquido, observó los remolinos que aparecen cuando el agua fluye rápidamente sobre un cuerpo, es decir, la aparición de la turbulencia, y llegó a realizar diseños que minimizaban esa turbulencia.


 
Dibujo de flujo turbulento por Leonardo da Vinci.


Sin embargo, en la época de Leonardo la Física no se había casado aún con las Matemáticas –algo que empezaría a suceder con Galileo Galilei–, con lo que una auténtica teoría de fluidos no podía surgir. El propio Galileo, que yo sepa, no dedicó demasiado esfuerzo a esa tarea, pero dos de sus discípulos, Benedetto Castelli y Evangelista Torricelli, fueron de los primeros en establecer las bases de lo que se llamaría hidrodinámica, la contrapartida teórica de la hidráulica. Fíjate en que el nombre seguía estando derivado del fluido más estudiado de todos, el agua.

El problema era la complejidad del comportamiento de los fluidos: son muy difíciles de describir teóricamente, en parte por las sutiles diferencias entre fluidos y sólidos, en parte por la interacción de unas partes del fluido con otras y con las paredes que lo contienen. Por tanto, durante mucho tiempo la hidrodinámica sólo fue útil en casos muy particulares y para situaciones concretas; fuera de ellas era un desastre como predicción del comportamiento real. Una vez más, nuestras limitaciones matemáticas eran las culpables, ya que haría falta el desarrollo del cálculo infinitesimal para describir acertadamente el movimiento de los fluidos.

En el caso de fluidos en equilibrio, dado que no había movimiento del fluido, la cosa era bastante más sencilla. Su descripción, la hidrostática –un caso partícular de la hidrodinámica–, sí era posible matemáticamente con una precisión muy razonable. Torricelli estableció algunas de sus bases, pero el auténtico padre de la hidrostática y, por tanto, uno de los pioneros de la hidrodinámica, fue el francés Blaise Pascal, del que hablaremos con seguridad en este bloque.

Isaac Newton realizó algunos avances en hidrodinámica, como el estudio del flujo del agua a través de orificios y la descripción de la viscosidad, pero su principal aporte a esta ciencia fue el desarrollo del cálculo infinitesimal –probablemente de manera independiente y casi simultánea a Gottfried Leibniz–. Con esa “madurez” de las matemáticas fue posible atacar el problema de verdad, con una herramienta realmente preparada para el problema.

Otros científicos tras Newton, como Daniel Bernoulli y Jean le Rond d’Alembert, realizaron grandes avances en hidrodinámica. A estas alturas, a mediados del siglo XVIII, los científicos ya no estudiaban casos concretos del comportamiento de los fluidos, sino que trataban de establecer principios generales; por ejemplo, una de las mejores obras de d’Alembert se llama Traité des fluides. Las matemáticas nos proporcionaron, una vez más, las herramientas para dar un salto en nuestro conocimiento de los fluidos cuando el genial Leonhard Euler desarrolló las ecuaciones en derivadas parciales y las empleó para describir, por primera vez, el comportamiento general de un fluido de manera teórica.

El problema era que las ecuaciones de Euler y otras basadas en su trabajo eran desastrosas en la mayor parte de los casos, y sólo funcionaban bien de verdad en algunas situaciones. Por lo tanto, incluso en el siglo XVIII gran parte de la hidrodinámica era considerada una curiosidad teórica. Los ingenieros seguían obteniendo mejores resultados simplemente utilizando métodos puramente empíricos que recurriendo a las ecuaciones de Euler y similares.

Todo cambió en el siglo XIX. Primero, un par de físicos –un inglés, Sir George Stokes, y un francés, Claude-Louis Navier– establecieron en 1822 una ecuación que describía razonablemente bien el comportamiento de los fluidos. Posteriormente, el alemán Gustav Kirchhoff (cuyo nombre puede sonarte por la radiación de cuerpo negro). Kirchhoff refinó las ecuaciones para determinar un coeficiente relacionado con el movimiento turbulento de un fluido a través de un agujero –una de las circunstancias en las que anteriormente los resultados teóricos y los experimentales divergían enormemente–. El coeficiente no es importante ahora mismo, pero sí lo es el hecho de que Kirchhoff predijo un valor de 0,61 utilizando las ecuaciones diferenciales. El resultado experimental resultó ser 0,60. Todo cambiaría desde entonces: ya no estábamos frente a una curiosidad, sino a algo utilísimo en la práctica.

A partir de entonces se diluyó la diferencia entre hidráulica e hidrodinámica y nació una verdadera mecánica de fluidos. El nombre es, desde luego, infinitamente mejor que cualquiera de los otros dos, porque no sugiere nada acerca del agua. Hoy en día hablamos de ella cuando nos referimos al estudio de fluidos en general, pero seguimos usando los términos antiguos de hidrostática e hidrodinámica para el estudio de los líquidos –no cualquier fluido– en equilibrio o no. También utilizamos aerodinámica, por ejemplo, para referirnos al flujo de gases; como en el caso del agua, el aire forma parte del nombre por ser el gas al que más aplicamos esta teoría.

El caso es que desde la segunda mitad del XIX los ingenieros empezaron a utilizar más y más las ecuaciones diferenciales, perfeccionadas por muchos otros científicos. Ya en el siglo XX nos encontramos con un nuevo obstáculo: las matemáticas funcionaban, pero en muchos casos el comportamiento de los fluidos resultó ser caótico, es decir, endiabladamente difícil de calcular con exactitud más allá de cierto tiempo. Las matemáticas estaban preparadas, pero nuestra capacidad de cálculo no.

En este caso quien vino a nuestro rescate fue la informática. Hoy en día, para las aplicaciones prácticas que involucran conjuntos de ecuaciones no lineales son nuestros programas informáticos quienes resuelven las ecuaciones y predicen el comportamiento de los fluidos. Pero, por más complejas que se hayan hecho las matemáticas involucradas, la base teórica sigue siendo la misma: la aplicación de la mecánica newtoniana a medios continuos capaces de fluir.

Si todo esto de ecuaciones diferenciales te ha dejado un poco apabullado, no te preocupes: como Pascal, nosotros empezaremos a estudiar los fluidos en equilibrio –es decir, la estática de fluidos– para luego ir adentrándonos en asuntos más tortuosos. Lo bueno de la mecánica de fluidos es que unas bases sólidas no demasiado extensas permiten ya entender muchas cosas del mundo que nos rodea sin necesidad de meterse en camisas de once varas.

En la siguiente entrega hablaremos sobre las diferencias entre los tres tipos de fluidos y, ya que tiene que ver con el asunto, definiremos una de las propiedades más importantes de cualquier fluido: la densidad.

Ideas clave

Para empezar el bloque con ganas, espero que te hayan quedado clarísimas las siguientes ideas, ya que son solamente tres:

• La mecánica de fluidos estudia los fluidos en cuanto a su comportamiento mecánico (movimientos, fuerzas, presiones, etc.).
• Un fluido es un medio capaz de fluir, es decir, cambiar su forma libremente.
• Existen tres tipos de fluidos: líquidos, gases y plasmas.

Tomado de:

El Tamiz

¿A qué profundidad se frena una bala?

Todos lo hemos visto en muchas películas: el héroe de turno se zambulle en el agua y los malos malosos se dedican a dispararle desde la orilla. El héroe bucea rodeado de una lluvia de balas.

¿Peligroso? Ciertamente, per no tanto como a primera vista parece.

Las armas de fuego han sido diseñadas para dispararse al aire libre y no bajo el agua. En el medio acuático funcionan mal principalmente por tres razones:

-el agua es mucho más densa y ofrece mayor resistencia al movimiento.

-los cañones de las armas de fuego dotan de giro al proyectil y este giro aumenta el rozamiento y facilita el frenado.

-el diseño de las balas está determinado por el medio aéreo.

Una vez puntualizado esto… ¿a qué profundidad debe bucear nuestro héroe para que las balas no sean letales?

Para conocer este dato se ha de considerar el calibre del proyectil, la densidad del agua y el coeficiente de frenado, pero de manera general se puede decir que una bala común disparada con un arma ligera (una 9mm por ejemplo) deja de ser letal a una profundidad entre 2,5 y 3 metros.

Esto teniendo en cuenta que la bala penetrara en el agua según una trayectoria perpendicular a la superficie. Pero cuando los malos disparan desde un muelle o un embarcadero, la trayectoria no es perpendicular, sino que forma un ángulo de unos 20º, o puede que 30º.

Es decir, que entrando en diagonal y para llegar a la misma profundidad, el camino a recorrer por el proyectil es mucho mayor. Un cálculo trigonométrico concluye que zambulléndose a un metro de profundidad, las balas dejan de amenazar la vida de nuestro héroe.

Tomado de:

Saber Curioso

¿Por qué decimos que la energía se conserva?

 

“La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma” ¿Cuántas veces hemos leído, escuchado y hasta memorizado esta frase? Recuerdo que cuando niño mi mamá me enseñó que el lugar más importante de la casa es donde están los libros (como conté hace un tiempo) y así encontré un libro de química donde leí este “principio” por primera vez. Esta frase nos dice que la energía no se pierde, no desaparece, sólo puede convertirse de un tipo de energía en otro. Para comprender este principio veamos primero qué es la energía.

¿Qué es la energía?

Mencionaba en otro artículo que la palabra energía suele ser manoseada y usada ampliamente por promotores de disciplinas pseudocientíficas que hablan de la energía espiritual y cosas así para tratar de vender sus fraudes, por lo que trataré de explicar qué es la energía (la de verdad, no la de los charlatanes).
 
Los físicos definen energía como “la capacidad de realizar trabajo”, lo que puede entenderse como “la capacidad de mover un objeto de un punto a otro”. La energía puede clasificarse en dos tipos: cinética y potencial. La más simple de entender es la energía cinética, que se refiere a la energía del movimiento (cinética proviene del griego kineo que significa movimiento). Ya que cualquier cuerpo en movimiento tiene la capacidad para mover a otro (por ejemplo en una colisión), decimos que los objetos que se mueven tienen energía, esa energía se llama energía cinética.

Imaginemos un experimento en el que lanzamos una pelota contra otra en reposo (y por ello sin energía cinética). Dado que la primera pelota se mueve decimos que posee energía cinética: después de colisionar, ambas pelotas se estarán moviendo, decimos que ambas poseen energía cinética después de la colisión. Si sumamos la energía de ambas pelotas luego de la colisión obtendremos la misma energía antes de la colisión, por eso decimos que la energía se conserva, no se destruye.

Objetos convirtiendo energía potencial gravitatoria en cinética

Existe otro tipo de energía llamada potencial. Esta se refiere a energía que no es tan evidente como la cinética porque está almacenada de alguna manera, aunque puede llegar a transformarse en energía cinética. Supongamos un segundo experimento en el que sostenemos la pelota en lo alto de una torre. La pelota está en reposo (no se mueve) por lo tanto tiene cero energía cinética, sin embargo sabemos que si la soltamos la pelota comenzará a moverse, es decir, adquirirá energía cinética. ¿De dónde proviene esa energía? Sabemos que la energía no puede crearse de la nada, por lo tanto la energía cinética que la pelota adquirirá en su caída debe provenir de otro lugar. La respuesta (en este ejemplo) es la gravedad: la pelota no llegó a lo alto de la torre por si sola, alguien tuvo que subir la escalera para ponerla allá arriba y ese alguien usó su energía (gracias las calorías proporcionadas por un buen desayuno esa mañana) para moverse en contra de la fuerza de gravedad y llevar la pelota a la torre. Mientras la pelota era llevada desde el piso hasta lo alto de la torre su energía aumentaba con la altura, pero esa energía no es cinética, por el contrario es una energía que tiene “el potencial” de convertirse en cinética: esa energía es la energía potencial. En este ejemplo hablamos de energía potencial gravitatoria la que sólo depende de la masa de la pelota , el valor de la aceleración de gravedad (que nos dice cuán rápido acelera un objeto en caída libre y denotada por ), y la altura . 

 

Esa energía quedó almacenada en la pelota y apenas la soltamos comienza a transformarse en energía cinética. Puede demostrarse que la velocidad de la pelota al chocar con el piso es , es decir, mientras más alta la torre , más rápido se moverá la pelota cuando llegue al piso.

Existen otros tipos de energía potencial, por ejemplo una flecha en un arco a punto de ser lanzada posee energía potencial elástica la que proviene del esfuerzo del arquero para estirar la cuerda, por eso Katniss Everdeen consume un buen desayuno al comienzo de los Hunger Games.

¿Por qué la energía no se crea ni destruye, sólo se transforma?

Ahora que sabemos qué son la energía potencial y cinética, volvemos al principio de conservación de energía: la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. En el ejemplo de la pelota y la torre, su energía potencial se transforma en cinética mientras cae, pero la energía total (la suma de energía cinética y potencial) es siempre la misma.

Esto nos explica en qué consiste la conservación de la energía pero no nos explica por qué la energía total se conserva. Como estudiante de física, son varios los años durante los cuales este principio es sólo eso, un principio, casi un dogma. Sin embargo en ciencia los dogmas no sirven, en ciencia uno acepta resultados experimentales y trata de describirlos usando teorías, por lo cual esperamos que un principio pueda ser el resultado de algo más fundamental. Hay que pasar por cursos de cálculo y ecuaciones diferenciales para poder acceder a un curso de Mecánica Lagrangiana en el que al fin se comprende el origen de la conservación de la energía, sin embargo voy a usar el ejemplo de la pelota y la torre para intentar explicarlo.*

Sistema para aprovechar hipotético cambio en la gravedad para generar electricidad gratis.

Supongamos que en un mundo hipotético los físicos hacen un extraño descubrimiento: el martes de cada semana la aceleración de gravedad disminuye su valor , por ejemplo a la mitad. Esto significaría que subir la pelota hasta lo alto de la torre un día martes requeriría la mitad de energía que cualquier otro día de la semana. Aquí es donde un buen ingeniero tendría la siguiente idea: construyamos un generador de electricidad con una turbina movida por agua proveniente de lo alto de una torre. Cada martes una bomba elevaría agua suficiente para el resto de la semana consumiendo una energía (donde es la masa total de agua); luego, la turbina se haría funcionar de miércoles a lunes generando una energía total igual a . Dado que es directo notar que , por lo tanto nuestro generador producirá más energía que la usada para elevar el agua hasta la torre porque durante el resto de la semana la gravedad es mayor. En otras palabras, en este mundo hipotético la energía no se conservaría! Ya que la energía final sería mayor a la energía inicial, este sistema permitiría generar más electricidad que la gastada, es decir, generaría electricidad gratis y por lo tanto un excelente negocio.

Este ejemplo dista mucho de ser una demostración del principio de la conservación de la energía, pero nos muestra que si las leyes de la física (la aceleración de gravedad en este ejemplo) fueran distintas cierto de día de la semana entonces la energía no se conservaría. Esto nos lleva a pensar que el principio de conservación de la energía está de alguna manera relacionado con el posible cambio de las leyes de la física con el tiempo. Justamente este es el motivo: la energía total de un sistema se conserva porque las leyes de la física no cambian con el tiempo. Los físicos usan palabras más complejas para decir que “la conservación de la energía se debe a que las leyes de la física son invariantes ante traslaciones temporales” lo que en español simple significa que “la energía se conserva porque las leyes de la naturaleza no cambian con el tiempo”. Un sistema cambia, el universo cambia, pero las leyes de la naturaleza son las mismas hoy, hace 13 mil millones de años y serán las mismas mañana. Por lo menos eso muestran los experimentos. 

Justamente por esto hay muchos científicos que buscan evidencia de que las constantes de la naturaleza no son tan constantes, ya que de verificarse que las constantes (por ejemplo la velocidad de la luz o la carga eléctrica de un electrón) cambiaran levemente con el paso del tiempo, significaría que lo que llamamos conservación de la energía es en realidad una aproximación y no una ley de conservación.

Por ahora, la energía se conserva

Cada vez que aparece en los medios que un ingeniero inventó una “máquina que genera más energía de la que requiere para funcionar” los físicos arrugan el ceño, ya que de ser cierto implicaría que las leyes de la física cambian con el tiempo, cosa que ningún experimento ha mostrado hasta ahora. Muchas veces se critica a los científicos por no ser abiertos de mente ante estas posibilidades, sin embargo muchas veces no es por ser cerrado de mente sino que es debido a que estas invenciones tan espectaculares pueden contradecir ciertos principios fundamentales de los cuales el inventor y quienes leen la noticia pueden no estar enterados. Ello no significa que hay que asumir que el principio es correcto, al contrario, la ciencia avanza al testear todos estos principios una y otra vez. Por ahora no hay evidencia de que las leyes de la física cambien con el tiempo pero es importante seguir verificando esta afirmación, cosa que muchos científicos hacen hoy en día. Personalmente, mi investigación consiste en poner a prueba otro principio de la naturaleza (espero contar más detalles en el futuro). 

En un post anterior contaba cómo el neutrino fue literalmente inventado para explicar un fenómeno que parecía violar la conservación de la energía, y aunque algunos eminentes científicos consideraron la posibilidad de que la energía no se conservara en el decaimiento beta nuclear, Pauli y su idea del neutrino demostraron tener la razón. Hasta la fecha no hay evidencia de algún cambio en las leyes de la física con el paso del tiempo por lo que podemos no sólo decir con confianza que por ahora la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma sino que también el por qué.

Imágenes: NetPlaces, IMDb. *: este ejemplo aparece planteado por L.Lederman en su libro “Symmetry”. Acerca del autor.

Fuente:

Conexión Causal

La Primera Ley de Newton (o Ley de la Inercia)

Una de las herramientas fundamentales para comprender nuestro entorno son las leyes de Newton. Estas permitieron dar un paso fundamental en el campo de la Física, explicando las causas del movimiento. En el día de hoy hablaremos sobre la primera ley de Newton, la cual enuncia:

Todo cuerpo permanecerá en reposo o con un movimiento rectilíneo uniforme a no ser que una fuerza actúe sobre él.

Esta primera ley resulta intuitiva en el primero de los casos: "todo cuerpo permanecerá en reposo si no actúa una fuerza sobre él". Parece bastante lógico, ¿no? Pero la segunda parte de la afirmación, donde se asevera que continuará moviéndose parece menos evidente.

Los cuerpos tienden a mantener su estado

Newton no fue el primero en intuir que los cuerpos tendían a mantener su estado si no actúa el entorno, y encontramos precedentes en Leonardo, Galileo, Descartes o Hooke. Si impulsamos un trineo, ¿cuánto tiempo se moverá antes de detenerse? Parece evidente que depende de la superficie sobre la que se mueva. Si la superficie es más lisa, tardará más en detenerse, mientras que si la superficie es más rugosa, tardará menos. Así pues, si se mueve sobre hielo, tardará muchísimo más en detenerse que si rueda sobre gravilla. Imaginad que conseguimos una superficie más lisa que el hielo, de modo que casi eliminemos el rozamiento. ¿Se detendrá entonces en algún momento? Todo parece indicar que sí, pero ¿cuál es la causa? El aire.

Cuando vamos en una motocicleta a gran velocidad notamos como el aire nos frena, es por eso que para alcanzar mayores velocidades es conveniente agacharse para adoptar una postura más "aerodinámica". De esa manera reducimos el efecto del rozamiento con el aire. Imaginad ahora que lo eliminamos. Ya no habría nada que nos frenase.

La primera ley de Newton nos habla de la tendencia de un cuerpo a mantener su estado de reposo o movimiento y podemos encontrar un ejemplo en este famoso anuncio de coches:

Las caderas de Elvis tienden a permanecer en su estado de movimiento a una velocidad constante o de reposo, pero un bache, y esa tendencia provoca el sexy bamboleo. El resto del cuerpo avanza mientras que las caderas intentan quedarse atrás. Cuando sin embargo el vehículo mantiene una velocidad constante (y sin baches) no se produce ese movimiento.

¿Qué es la inercia?

Una muestra de la primera ley de Newton es la "inercia" de un cuerpo. Esta inercia da una idea de la dificultad que tiene un cuerpo para cambiar ese estado de reposo o movimiento, y está relacionada con la masa de un cuerpo. Imaginad que tenemos un elefante montado en un monopatín a una velocidad de 20 km/h. Intentad pararlo. Difícil, ¿cierto? El elefante quiere seguir adelante y pobre al que se ponga en su camino. Hay mucha inercia.

Volvamos ahora a un coche. Imaginad que vamos en el asiento de atrás en un coche estrecho que toma una curva cerrada a gran velocidad. Y a nuestro lado va  Shaquille O'Neal. Si el vehículo toma la curva hacia la izquierda, y tenemos a Shaquille a la izquierda, sentiremos la inercia en nuestros órganos aplastados por esta mole contra la puerta del vehículo. El coche ha girado, pero la inercia de Shaquille hace que intente seguir su movimiento.

Los efectos de la inercia son como digo muy tenidos en cuenta por los constructores de vehículos, y para prevenirnos de frenadas en seco incluyeron un cinturón de seguridad que evita que nuestro cuerpo salga disparado por la luna del vehículo. ¿Qué otros ejemplos de la primera ley de Newton se te ocurren?

Tomado de:

Ojo Científico 

¿Como funciona la turbina de un avión?

¿Qué es un motor a reacción?

Un motor a reacción es una máquina que produce un empuje, realizando una serie de transformaciones termodinámicas a un fluído (aire). Para comprender mejor esto, vamos a empezar diciendo las leyes físicas que rigen el funcionamiento de un motor de reacción. Éste se basa en la 2ª y 3ª ley de Newton.

• 2ª Ley: "El aumento en la cantidad de movimiento es igual al impulso de la fuerza aplicada".

• 3ª Ley: "A toda acción le corresponde una reacción igual y de sentido contrario"

¿Qué quiere decir todo esto? 
 

La segunda ley lo que expresa, básicamente, es esto:
 

m·dV = F·dt 

esto se puede reordenar así: m·dV/dt=F, que es la clásica ecuación de m·a=F, es decir, la fuerza que le aplicas a un cuerpo es igual a su masa por la aceleración que desarrolla al aplicarle dicha fuerza.

La tercera ley se refiere a que cuando tu aplicas una fuerza a algo, ese algo te aplica a ti una fuerza igual y de sentido contrario. Un Ejemplo tangible es el del globo inflado con aire, cuando soltamos el globo el aire contenido busca salir del globo y al hacerlo lo hace con un sentido e intensidad la cual entenderemos como la acción y como hablamos anteriormente esta acción genera una reacción denomina impulso que no es otra cosa que una fuerza en sentido contrario.

Apliquemos estas dos leyes a un motor de un avión y entenderás lo que quiero decir. El motor chupa una masa de aire y lo acelera. Cuando el aire sale por detrás del motor, sale acelerado. Mira la ecuación de arriba. Si a una masa de aire la hemos acelerado, esto quiere decir que el motor está aplicando una fuerza al aire. ¿Y qué pasa según la tercera ley? Que el aire le aplica al motor una fuerza igual y en sentido contrario. Es decir, el aire sale impulsado hacia atrás y el motor hacia delante. Ahí tenemos el principio del funcionamiento de un motor de reacción.

¿Cómo hacemos para que el motor acelere el aire de la forma descrita?

Al aire hay que aplicarle una serie de transformaciones termodinámicas para conseguir que salga acelerado. Con un simple ventilador no basta, para desarrollar esa fuerza de la que hablamos, que a partir de ahora la llamaré "empuje".

El motor a reacción le aplica al fluido las mismas transformaciones que se desarrollan en un motor de explosión (el de los coches, normal y corriente), esto es: compresión, explosión/expansión.

En el cilindro de un motor de explosión, en primer lugar entra la mezcla aire combustible (en el motor de gasolina y con carburador, en el diesel no pasa así, pero eso es otro tema). Una vez que la mezcla está en el cilindro, el pistón sube comprimiéndola. Cuando el cilindro está arriba, y la mezcla bien comprimida, se enciende la bujía, que hace que la mezcla se queme. Ésta explota, y expande los gases, empujando el pistón hacia abajo. Después el pistón sube, con la válvula de escape abierta, sacando los gases. La explosión de la mezcla, al hacer bajar el pistón, y este, es la que hace que se mueva el cigüeñal, y éste ultimo hace que se muevan las ruedas (o hélice, en un avión). Si se representa en un gráfico presión-volumen, las condiciones del fluído describen una línea cerrada, y el área encerrada en la misma es el trabajo que hemos aportado al fluido.

En el reactor ocurre lo mismo: el aire entra por delante, se comprime en el compresor, se quema en la cámara de combustión y se expulsa a través de la tobera. La diferencia es que se expulsa muy rápido, y eso produce el empuje (3ª ley de Newton).

Partes de un reactor

Un reactor clásico, del tipo "turboreactor", consta de las siguientes partes (a muy grandes rasgos):

1. Compresor
2. Cámara de combustión
3. Turbina
4. Tobera

Lea el artículo completo:

Kiki Aviation

Cosas imposibles que la gente se empeña en conseguir (aunque ya se sepa que es imposible)

A muchos seres humanos no les gana a cabezones nadie. Una buena muestra de ello son aquellos que persiguen lo imposible, entendido como tal lo que es matemática o físicamente imposible. Y es que tal vez la fama o la búsqueda de los hallazgos épicos –por no hablar del simple y llano desconocimiento de la ciencia– son una gran motivación para gente con mucho tiempo libre.

Aquí van un par de esas tareas imposibles que la gente se empeña en perseguir inútilmente, en algunos casos desde hace milenios:

1. La cuadratura del círculo: ¿Se puede, utilizando sólo regla y compás, dibujar un cuadrado que tenga la misma superficie que un círculo dado? Con una regla infinitamente precisa la cuestión sería casi trivial pero… ¿Sólo con regla y compás? Los griegos, que de geometría sabían mucho, persiguieron esta cuestión imaginando que habría algún enrevesado para resolverlo, pero sin hallarlo – y eso a pesar de que problemas similares o aparentemente más complejos sí que tenían solución. Como nadie conseguían dar tampoco con una demostración de que la operación fuera imposible, durante siglos un montón de matemáticos se entregaron en cuerpo y alma a la cuestión. 

En el fondo el problema tiene que ver con la naturaleza del número pi: dada la infinitud de sus decimales (matemáticamente, se denomina un número trascendental) es imposible afinar tanto como para construir algo igual de preciso, en este caso un cuadrado equivalente en superficie. En la práctica basta utilizar una aproximación razonable para pi (como 22/7 o 355/113) para dar con un resultado humanamente adecuado. Pero, científicamente, hubo que esperar a finales del siglo XIX a que el matemático Ferdinand Lindemann demostrara la transcendencia de pi para zanjar la cuestión: pi era un número transcendente y la construcción exacta según el enunciado del problema era imposible.

¿Y qué sucedió después? A pesar de que haber demostrado que el problema era tan imposible como que al sumar 2+2 el resultado fuera 5, muchas almas ingenuas siguieron durante todo el siglo XX buscando una solución. Algunas no sabían que ya se había demostrado que era imposible; otras hicieron oídos sordos y siguieron encabezonadas. De hecho todavía hoy en día muchos profesores reciben «demostraciones» sin mucho rigor de gente sin grandes conocimientos pretendiendo haber resuelto el problema. ¿Qué hacer con todo ese papel? La tradición dice que lo mejor es entregar las «demostraciones» a los estudiantes de primer curso para que encuentren «dónde está el fallo», respondan a los autores y se apunten unos puntos extra.

2. El movimiento perpetuo. ¿Has visto alguna vez una de esas máquinas que se mueven sin parar, con bolitas, imanes, agua, movimientos pendulares, giratorios o giroscópicos, que parecen no pararse nunca? Todas ellas son simples juguetes o simulacros de móviles perpetuos, una categoría en la que se encuadran aparatos de todo tipo que parecen moverse sin fin y sin energía que los impulse, salvo quizá para la puesta en marcha.

La clave del asunto es precisamente que un aparato de este tipo no necesitaría energía externa que lo impulsara; sería un sistema cerrado, independiente y «eterno». Pero lo cierto es que de un modo u otro incluso los más complejos utilizan de algún modo energía externa (viento, luz solar, electricidad…) y no son verdaderos móviles perpetuos: algún día no habrá viento, se consumirá el sol o se acabarán las baterías.

El resumen visto de otro modo es que esos ingenios violan la segunda ley de la termodinámica que –en términos llanos– viene a decir que siempre hay una parte de la energía no aprovechable que se pierde debido al rozamiento, el calentamiento y cuestiones similares. Si la primera ley dice que la energía no se crea ni se destruye sino que solo se transforma, la segunda viene a añadir que además se transforma «con pérdidas». Aunque en una explicación estricta habría que hablar de la entropía y otros conceptos un tanto abstractos, basta con quedarse con esa idea de que «si ya tienes una cantidad de energía, no puedes retorcerla ni manipularla si ayuda exterior para tener más».

Aunque esta ley se conoce desde antiguo y fue descrita formalmente también en el siglo XIX por varios físicos, desde tiempos ancestrales muchos ingenieros e inventores muy, muy cabezotas, han intentado crear mecanismos perpetuos: giratorios, con poleas, corrientes de agua, imanes, bolitas, molinillos de aire y todo tipo de detalles ingeniosos. La eterna búsqueda del perpetuum mobile. Leonardo y otros clásicos le dedicaron algo de tiempo en vano. Para ninguno dio resultado: todos fallan porque no se pueden poner en marcha, se paran al poco tiempo o es imposible eliminar de ellos el rozamiento para mantenerlos funcionando. Los más modernos utilizan electricidad en diversas formas: electroimanes, giroscopios, superconductores y elementos más raros todavía.

Naturalmente, todos esos móviles perpetuos ni funcionan ni funcionarán: si alguno lo hiciera, no solo violaría la segunda ley de la termodinámica, también produciría energía extra que sería fácil acumular o vender y haría infinitamente rico a su inventor (tal vez por eso haya tanto pirado de los móviles perpetuos suelto). Internet está lleno de bromas y sistemas perpetuos graciosos, así como de otros más complejos que son auténticos timos para sacar dinero a la gente corriente o a inversores con ganas de tirar su dinero. Así que, como entretenimiento están bien, pero cuando alguien menciones un «móvil perpetuo» como negocio… ¡Cuidado!

{Fotos: Perpetuum Mobile (CC) Rene Schwietzke @ Flickr; Cuadratura del Círculo (CC) Haylli @ Wikipedia; Perpetuum Mobile de Leonardo da Vinci.}

Fuente:

Cooking Ideas

Los organismos sin cerebro que logran navegar

El moho mucilaginoso logra orientarse con sus propias pistas de sustancias viscosas, en un método parecido al de Hansel y Gretel.

Se deslizan por el suelo alimentándose de materia vegetal en descomposición. La gran pregunta es cómo logran orientarse.

Aunque carecen de cerebro, los organismos conocidos como mohos mucilaginosos utilizan una forma de memoria espacial para navegar, según un nuevo estudio. En el pasado se pensaba que estos mohos eran hongos, pero actualmente se clasifican como protistas.

"Hemos mostrado por primera vez que un organismo unicelular sin cerebro usa memoria espacial externa para navegar en un ambiente complejo"

Christopher Reid, Universidad de Sidney

Científicos en Australia estudiaron estos organismos en un experimento utilizado normalmente para probar el desempeño de robots.

Los investigadores constataron que estos mohos pueden utilizar las pistas que van dejando con sustancias viscosas para navegar y encontrar una fuente de alimento.

El método utilizado por los organismos fue comparado por los científicos al de Hansel y Gretel, que hallaron su camino de regreso siguiendo las huellas que habían marcado con trozos de pan.

"Hemos mostrado por primera vez que un organismo unicelular sin cerebro usa memoria espacial externa para navegar en un ambiente complejo", dijo Christopher Reid, de la Escuela de Biología de la Universidad de Sidney, autor principal del estudio.

Navegación reactiva

Todo el organismo está compuesto por tejidos que constantemente se están expandiendo o contrayendo.

"Los llamado mohos mucilaginosos no son ni un hongo ni un moho, sino protistas, una parte del mundo natural que no encaja con el resto de nuestro sistema de agrupación taxonómica", dijo Reid.

"Todo el organismo está compuesto por tejidos que constantemente se están expandiendo o contrayendo, utilizando un mecanismo similar al de las células en nuestros tejidos musculares. Son organismos verdaderamente extraños y sin embargo están por todas partes, alimentándose de bacterias, hongos y levaduras".

Estos organismos pueden hallarse en el suelo o en bosques caducifolios y algunos son acuáticos.

El experimento se inspiró en pruebas realizadas con robots que utilizan un mecanismo de retroalimentación respondiendo a datos de su ambiente inmediato para navegar obstáculos o evitar trampas. Esta navegación reactiva permite a los robots navegar sin un mapa y los mohos mucilaginosos usan el mismo método.

En la prueba, los científicos hicieron que los organismos intentaran sortear una barrera en forma de U.

A medida que se desplazan los mohos mucilaginosos dejan una pista de sustancias viscosas traslúcidas y cuando buscan alimento, evitan áreas ya marcadas por la sustancia, reconociendo sitios que ya han explorado.

"Cuando colocamos el desafío de la barrera en forma de U encontramos que su habilidad de navegar dependía en gran medida de la posibilidad de usar esa memoria externa", señaló Reid.

Pistas químicas

En la prueba, los organismos evitaron una barrera en U para hallar alimento.

En el experimento, el 96% de los mohos mucilaginosos estudiados logró llegar hasta una fuente de alimento, tardando un promedio de 57 horas para lograrlo.

Pero cuando los investigadores cubrieron todo el platillo Petri con sustancias viscosas de forma que los organismos no pudieran identificar sus pistas, solo el 33% logró llegar a su meta tardando hasta 120 horas.

"Sin el beneficio de la memoria, los mohos mucilaginosos pasaron un tiempo hasta 10 veces superior reexplorando áreas en las que ya habían estado", dijo Reid.

El estudio es el primero que identifica un sistema de memoria en un organismo que no tiene cerebro o sistema nervioso central.

El científico señaló que el descubrimiento podría "ayudar a comprender cómo la memoria de los organismos multicelulares puede haber evolucionado a partir del uso de pistas químicas, antes del desarrollo de sistemas de memoria interna".

"El descubrimiento podría ayudar a comprender cómo la memoria de los organismos multicelulares puede haber evolucionado a partir del uso de pistas químicas, antes del desarrollo de sistemas de memoria interna"

Christopher Reid

"Otros estudios han demostrado, por ejemplo, cómo las hormigas dejan pistas de sustancias químicas o feromonas, cuestionando la afirmación de que orientarse requiera habilidades espaciales sofisticadas. Ahora hemos dado un paso más mostrando que incluso un organismo sin un sistema nervioso central puede navegar ambientes complejos con la ayuda de memoria externa".

Los científicos esperan ahora continuar explorando las habilidades de los mohos mucilaginosos.

"Estos organismos unicelulares nos han sorprendido continuamente hallando su camino en laberintos y anticipando eventos", dijo Reid a la BBC.

"Son seres extraordinarios que están redefiniendo nuestra noción de qué significa la palabra 'inteligencia'".

El estudio fue publicado en la revista de la Academia de Ciencias de Estados Unidos, Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS 

Fuente:

BBC Ciencia