Experimento: El Universo y las esferas

El Universo

El Universo

 Este experimento puede realizarse de manera muy sencilla.

Algunos pasos serán realizados en este experimento y otros simplemente servirán como ejemplo, pero en todo caso podremos verificar un fenómeno muy interesante del Universo. Asimismo, aprovecharemos para mencionar brevemente una de las teorías de la creación del Universo con lo que aprenderemos en este experimento. Cabe mencionar que aunque dicha teoría ya fue desestimada, todavía hay muchas personas que la validan y en este experimento tiene uno de sus fundamentos.

El Universo y la energía

¿Alguna vez se ha preguntado por qué algunos elementos son sólidos, líquidos o gaseosos a temperatura ambiente? ¿Qué formas geométricas presentan la menor resistencia a caer o a la fricción? ¿Por qué la Tierra es cuasi esférica o más precisamente con forma de geoide? ¿Por qué los planetas describen elipses? En fin, existen muchísimos fenómenos de la naturaleza y el Universo que se encuentran íntimamente con la energía y el ahorro de la misma.

Los átomos tienen forma cuasi esférica, así como los planetas y las células, ¿habrá alguna relación entre ellos? En este experimento comprobaremos que sí la hay. Todos estos fenómenos se encuentran ligados cuando el  Universo trata de ahorrar energía. Esto nos llevaría a pensar en que la forma que menos energía requiere son las esferas, lo cual es cierto.

El ahorro de energía

Todos los elementos, compuestos y sustancias existen en ciertas condiciones que les permita reducir la cantidad de energía que poseen.



Ejemplos:

  • Energía potencial y energía cinética

La energía potencial es aquella que posee un cuerpo en virtud de la posición que ocupa en un campo de fuerza. Un campo de fuerza muy familiar es el que la Tierra ejerce sobre los objetos en su superficie y las cercanías, es decir, la gravedad. Por otro lado, la energía cinética es la que posee un cuerpo cuando es puesto en movimiento.

Si dos objetos se colocan a alturas distintas y ambos poseen la misma masa, ¿cuál de ellos posee más energía? El que se encuentre a mayor altura con respecto del suelo. Si no existe fuerza que sostenga a los cuerpos, ambos caerán hasta el suelo pero uno lo hará con mayor fuerza que el otro. Si los dos son de la misma masa, entonces el único factor que altera el resultado es la altura. Esto quiere decir que un objeto que poseía mayor energía potencial debe deshacerse de una mayor cantidad de energía cuando golpea el suelo, solamente que al ponerse en movimiento ya no es propiamente energía potencial en su totalidad, sino que paulatinamente se transforma la energía potencial en cinética. Toda la energía cinética acumulada es disipada cuando los objetos golpean el suelo y vuelven a poseer cierta energía potencial, solamente que como se modificó la altura, también lo hizo la energía potencial, la cual disminuyó. Así, el Universo intentó contrarrestar el exceso de energía potencial haciendo los objetos caer.

  •  La forma de los átomos y los planetas

grecia aristoteles

Los planetas y todo el Universo está hecho de átomos.

La forma de ambos no es ninguna coincidencia. Los núcleos de los átomos se suponen esféricos o casi esféricos, así como también los núcleos de los planetas como el nuestro. El sol también tiene forma esférica y el agua expuesta a un efecto de gravedad cero ocasiona que los líquidos también adopten una forma casi esférica. Esto se debe a que esta figura geométrica ofrece la menor forma energética posible. Por otro lado, la forma en que los electrones giran en torno al núcleo es elíptica, es decir, como un círculo alargado en uno de sus puntos. Así mismo, los planetas también giran en torno al sol de la misma manera. Todo pareciese indicar que al Universo le gustan los círculos y las esferas.

Allí no terminan las coincidencias, las células también suelen tener formas esféricas, así como las gotas de lluvia cuando caen (que casi son elípticas, como esferas alargadas).

Materiales:

  • Un espejo de buen tamaño de preferencia cuadrado
  • Agua jabonosa para elaborar burbujas
  • Un balín de acero o una pelota
  • Una lata de refresco vacía

Procedimiento

Primero con el espejo buscaremos un lugar donde la incidencia de la luz del sol sea suficientemente buena como para que nos podamos alejar. Al reflejar la luz del sol con el espejo cuadrado hacia una pared, observaremos que la luz es, evidentemente, de forma cuadrada. Lo que haremos a continuación es comenzar a alejarnos poco a poco, tanto como sea suficiente. Comenzaremos a observar un fenómeno muy interesante, la luz comenzará a parecer redonda en lugar de cuadra aun cuando el espejo no tenga esa forma.

Por otro lado, comenzaremos a hacer nuestras burbujas. Podemos realizar este experimento en lugar de con un arillo para burbujas con un alambre de forma cuadrada. Observaremos que nuevamente aunque las burbujas provengan de un cuadrado, simplemente esta figura geométrica no le gusta al Universo y volverá a cambiar su forma hacia la de una esfera.

Con el balín de acero o la pelota y la lata de refresco nos colocaremos en una calle o sitio Bolitasinclinado. Dejaremos correr ambas y veremos lo que sucede. Si los dos objetos son de aproximadamente la misma masa deberíamos observar que el balín llega a la meta primero que la lata de refresco. Una vez más el Universo favorece las esferas.

Explicación

 En ningún caso se trata de una ilusión óptica. En el caso del espejo, simplemente le resulta más sencillo al Universo reflejar las ondas de luz en una forma circular que una cuadrada. Los cuadrados tienen mayor área que los círculos cuando son del mismo tamaño y por lo tanto requieren de un mayor “esfuerzo” para ser creados. Así, dado que establecimos que al Universo no le gustan los esfuerzos innecesarios, intentará convertirlo todo en esferas o círculos. Es por ello que los planetas, células, átomos, órbitas, etc., tienden a tener formas redondeadas y no de otra forma.

En el caso de las burbujas sucede algo muy similar, los objetos adoptarán la forma, siempre que sea posible, que menor resistencia o energía requiera para cualquier fin. En este caso, las burbujas progresivamente caen al suelo y al ser atraídas levemente por el campo gravitacional de la Tierra adoptarán una forma muy similar a la de las gotas de lluvia que cae. Las gotas de lluvia, es decir, la forma de “gota” es la que menos energía requiere para caer. Como la superficie de la burbuja es increíblemente flexible, puede cambiar de forma con tan solo el aire que pasa a sus alrededores.

En el último caso, la forma que menor fricción presenta es la de las esferas u objetos muy similares a las esferas, como la forma de nuestro planeta que es la de un geoide. No puede considerarse una esfera dadas todas las protuberancias que presenta, como montañas, cordilleras, volcanes, etc., pero es casi esférico.

Volviendo al balín o la pelota, estas formas son las que menor superficie de contacto requieren cuando se mueven sobre el suelo. Así, el área de contacto entre el suelo y el balín ofrece la menor cantidad de fricción posible y permiten que la esfera se mueva casi sin obstáculos. Cabría preguntarse en este punto, ¿entonces por qué los autos no utilizan llantas esféricas para ir más rápido? La respuesta tiene el mismo origen que la pregunta misma. Los autos no pueden ir más rápido por la fricción, tanto de las llantas como del motor, es cierto. Pero, los autos también de la fricción para ser frenados. Si las llantas fuesen esféricas, los frenos no tendrían suficiente superficie para aferrarse a ellas y no podrían detenerlas. Así mismo, las llantas utilizan la fricción con el suelo para detenerse, algo que sería imposible si fuesen esféricas dado que la fricción generada al frenar sería insignificante y se requeriría de una distancia enorme para frenar un coche en movimiento.

 Así, la forma que menor resistencia ofrece, que menos energía posee y que menos energía requiere, es la forma esférica y todas las formas similares, desde círculos hasta elipses.

La teoría del Universo estacionario (opcional)

Teoría del Universo Inflacionario

Dado que el Universo favorece mucho las formas anteriormente mencionadas, surgió la teoría de que «El Universo mismo debía ser una esfera». Para ello, se argumentó que el Universo debería estar estacionario, quieto, sin movimiento alguno. Esta teoría se contrapone a la teoría del Big Bang o Gran Explosión, misma que afirma que el Universo se encuentra en constante expansión.

La teoría del Universo estacionario exige que éste sea constante, es decir, nada lo creó y nada lo destruirá, siempre existió y siempre existirá. Esta teoría fue descartada cuando se descubrieron ondas de energía provenientes del mismísimo Big Bang. En cierta forma, es el eco que quedó tras la explosión que creó este Universo y que todavía hoy puede ser “escuchado”.

Nota: experimentos dedicados a estudiantes de química.

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