¿Quien pudo patentar la bomba atómica de hiroshima?

El gobierno de EEUU tramitó varias patentes para fabricar la bomba atómica, pues ser preparaba para una guerra en tribunales.

Alex Wellerstein, historiador de Stevens Institute of Technology , ha coleccionado alrededor de 2 100 patentes provenientes del proyecto Manhattan, ¡claro!, todas ellas eran patentes secretas. La imagen de este post muestra una de ellas: titulado como "Método para producir, separar y purificar plutonio"

Así que por un lado teníamos un proyecto secreto, que usaba nombres en clave, una red de contra-espionaje que vigilaba a los científicos involucrados en la construcción de la primer bomba atómica. Y en contraste, encontramos a furibundos investigadores llenando formatos para obtener patentes. ¡La codicia nos lleva  a todos por caminos de comedia de manicomio!

¿Acaso el gobierno americano planeaba demandar a los alemanes si lograban hacer su propia bomba de fisión atómica?  ¿¡En plena GUERRA!?

Lo cierto es que este proyecto de obtener patentes era una prevención contra los mismos científicos. En caso de ganar guerra, los americanos pensaban que muchos investigadores podían poner su propia industria nuclear, o influir en el uso de estas bombas, o incluso pedir una compensación económica por el uso del dispositivo. De hecho, ¡el físico Leo Szilard sí realizó tal demanda!, pues el obtuvo una patente sobre el proceso de reacción en cadena antes que el gobierno comenzara a trabajar en la bomba.

Pero lo más curioso del caso es que los secretos para construir estas máquinas de muerte masiva se convierte en expedientes empolvados en una cadena de burocracia y abogados. Tan absurdo era llenar formas de patentes que bien los espías pudieron pedir una solicitud de patente o de información de patentes otorgadas para obtener muchos de los planos y procesos necesarios para construir su propia bomba en un bodega clandestina.

Mientras se van desclasificando documentos, el público en general tiene acceso a descripciones detalladas de dispositivos base de este aparato nuclear y encontramos más historias curiosas sobre los usos del fenómenos nucleares. 

Ya sea que el mismo W. Disney defendiera el programa nuclear, o que un niño obtenga apoyo de su gobierno para construir su propia planta nuclear, estas historias serán parte de futuras entradas en este tu blog.

¿Y si dejamos caer un imán por tubo de cobre?

Amo la física porque todos los días me regala un asombro. En esta ocasión el magnetismo de un enorme imán reta la intuición y a la propia gravedad en una fantástica demostración de corrientes inducidas. Primero veamos el video y luego demos un explicación.



¿Qué pasa aquí?

El imán crea un campo a su alrededor que puede permear a través de los objetos. Aunque el imán no atrae al cobre, en movimiento el imán si puede inducir una corriente eléctrica dentro del cobre. Esta nueva corriente crea su otro campo magnético con dirección opuesta al campo original. En este caso el campo  inducidos es tan fuerte que disminuye la velocidad de  la caída del imán dentro del tubo de cobre.

¿Viejo conocido?
Demostraciones de corrientes inducidas suelen ser comunes al tratar el tema de electromagnetismo en la clase de física. Haciendo girar latas de refresco sin ser tocadas, mostrando prototipos de frenos magnéticos, haciendo funcionar una estufa,construyendo generadores eléctricos (donde el movimiento del imán crea la corriente eléctrica) son ejemplos de aplicaciones reales para nuestro goce personal y beneficio social. De hecho el efecto de inducción electromagnética lo formuló Heinrich Emil Lenz en 1833, aunque dudo que apreciara una demostración como la del video; pues en esa época se carecía de imanes tan poderosos como los de neodimio (del que seguramente esta hecho el imán del video).

De  hecho, en nuestra vida cotidiana hay tantos imanes y campos inducidos que pueden pasar desapercibidos. Pero de vez en cuando, si ponemos atención a los detalles (como de un sujetapapeles), veremos algo que nos asombrara.

Pregunta para pensar

Los metales son susceptibles a mostrar inducción magnética, el cuerpo humano contienen un porcentaje de hierro. ¿Podemos crear campos inducidos dentro de un humano?

El micrófono visual: recuperando audio por medio de videos #nota140

Hay investigaciones científicas que parecen extraídas de una película del espía 007, James Bond. Imagina que ahora debes cuidar que dices porque una planta de ornato o una bolsa de papas te pueden delatar.

De cierto, que cuando hablas los objetos reciben las ondas sonoras y tienden a vibrar ―algunos más que otros. La tecnología más comercial es la que utiliza a las ventanas, que vibran al ritmo del sonido en el cuarto, mientras que un láser (por lo general infrarrojo) se refleja en su superficie y regresa a un sensor, donde comienza la reconstrucción del audio. Estos aparatos son afectivos. Pero ¿y sin ventanas se puede hacer algo parecido?, ¿qué tal analizar objetos que vibran pero son pésimos espejos?

Abe Davis (del MIT) y cuates han presentado un algoritmo, en Siggraph de este mes, para recuperar el audio de videograbaciones de bolsas arrugadas de papas que ligeramente vibran por el sonido de alrededor.

"Cuando el sonido alcanza un objeto, causa que el objeto vibre" Abe Davis explica en un video, "El movimiento de esta vibración crea una muy sutil señal visual que es usualmente invisible para el ojo desnudo. La gente no se da cuenta que la información está ahí.”

Los investigadores, financiados gracias al MIT, Microsoft y Adobe, recuperaron señales de audio analizando las diminutas vibraciones producidas por el sonido en una variedad de objetos: hojas de aluminio, la superficie del agua en un vaso, y las hojas de una planta de ornato. En uno de estos experimentos alguien recito el poema infantil: “Mary Had a Little Lamb” (María tiene un corderito) a través de las bocinas en un cuarto dentro de una bolsa de papas tirada en el suelo. El equipo fue capaz de recuperar la recitación usando solo el video de la bolsa filmada a 5 metros de distancia y a través de un vidrio a prueba de sonido.

Para extraer el sonido de la información del video, la frecuencia del video (el número de cuadros capturados por segundo) tiene que ser mayor que la frecuencia de la señal de audio. Las mejores cámaras de alta velocidad capturan 100 000 cuadros por segundo. Pero el equipo en sus experimentos utiliza una cámara que captura 6 000 cuadros por segundo. Incluso utilizando una cámara de smartphone que captura 60 cuadros por segundo, es suficiente para identificar el género del hablante, el número de hablantes, e incluso su identidad.

Y es que el equipo puede medir movimientos de alrededor de una décima de micrómetro. Eso corresponde a cinco milésimas de píxel. Cuando miras una imagen, usualmente un borde entre dos zonas diferentes (una azul y la otra roja, por ejemplo), y de la frontera en sí misma, el sensor de la cámara recibe entradas de ambos. Analizando cuadros sucesivos de video, se monitorea la variación entre los colores. Filtrando estos cuadros, y usando el algoritmo que combine la salida de los filtros, los investigadores pueden medir las fluctuaciones. Con lo que se infiere el sonido que alcanza al objeto en movimiento.

Imagen con el efecto
de obturador rodante
El equipo también ha producido una variación de su algoritmo para usarse en cámaras de video de baja velocidad y que usan sensores de "obturador rodante". Estos sistemas barren el cuadro a una fila a la vez. Es solo un problema cuando tratas de tomar la imagen de un movimiento rápido (como las hélices de un helicóptero). Este fallo en realidad es una ventaja para los investigadores. Las diminutas distorsiones en las orillas de los objetos en un video pueden contener información sobre vibraciones a altas frecuencias, que se pueden usar para recuperar la señal de audio.

Finalmente, Aquí dejo el video que muestra el proceso de extracción de audio de las vibraciones de una planta, una bolsa de papas, unos audífonos grabados envueltos, y otros objetos. 


Harto de usar el modelo tradicional de prácticas en el laboratorio

La paradoja del cuarto chino suele usarse para discutir si una
máquina es inteligente. Pero yo lo modifique para
discutir si mis alumnos aprenden.
Primero una parábola:
Una persona vive encerrado en una habitación, cuenta con canastas llenas de fichas con caracteres chinos grabados. Él desconoce el idioma chino. Pero cuenta con un libro de reglas para transformar cadenas de caracteres chinos en otras cadenas de caracteres chinos. Hay gente fuera del cuarto (quienes si dominan el idioma chino) que escriben preguntas en chino mediante fichas y las pasan por abajo de la puerta del cuarto; así la persona dentro del cuarto consulta su libro de reglas y envía de vuelta una respuesta con cadenas de caracteres diferentes. Porque las reglas han sido claramente escritas las respuestas suelen ser correctas. Siguiendo las reglas, la persona en la habitación produce expresiones que la otra gente interpreta como respuestas a preguntas que escribieron y pasaron por abajo de la puerta. ¡Pero la persona en el cuarto no entiende el significado ni la pregunta ni la respuesta!

Profesor, ¿cómo te aseguras que tus estudiantes realmente han aprendido?

Por años hemos seguido un modelo de trabajo en el laboratorio: Las prácticas. Permiten estructurar la clase, se les puede entregar al estudiante con antelación, le brindan experiencia en fenómenos y manejo de equipo. Su producto son reportes escritos, que también son importantes para su desarrollo en redacción. Y así es el modelo. Por lo general, en tales reportes he procurado enseñarles a los estudiantes como estructurar y presentar informes de investigación con múltiples comparaciones. En clase ellos suelen mostrar avances.

Recientemente, revise sendos reportes de investigación de dos estudiantes de mis ex-estudiantes que están cerca de graduarse. En ambos casos la incoherencia, confusión y falta de estructura en sus mensajes me dejo desolado. Ni mil horas de videojuegos me harán recuperarme.

Algo falló. Y realmente no sé que fue.

Tengo que cambiar algo. Y esto es lo que he decido hacer en mi nuevo curso de laboratorio.

Utilizare el formato de prácticas con modificaciones. Les daré las instrucciones con antelación para que en laboratorio realicen experimentos, tomen datos. Pero ahora todos los datos se descargaran en una base datos colectiva para que los usen y discutan todos.

En lugar que hagan un reporte por una práctica, o que fusiones dos prácticas en un reporte. mensualmente responderán una pregunta mensual, la cual sirve como un proyecto de clase. Para este mes la pregunta es ¿cuál es el mejor método para medir el índice de refracción en sólidos transparentes? Es posible que tengan que usar información de 7 prácticas para responder esa sola pregunta. Pero también los obliga a saltar el tradicional sistema de módulos de los libros de texto y de los planes de estudio de las clases de teoría. Para hacer este proyectos algunas experiencias se tienen que adelantar (Interferometría puede ser el caso) y otros se retrasaran (óptica geométrica con espejos parabólicos).

Por otro lado, en el trascurso del proyecto se les debe mostrar cómo se deben presentar gráficas y tablas, comparar información y analizar errores teóricos.

Es probable que los estudiantes esperen que los profesores les alimenten con información. Lo cierto es que si ellos no preguntan primero los bombardearemos con un cúmulo de preguntas para asegurarnos que están haciendo su parte. Además de darles un acicate para que ellos propongan clase a clase nuevas formas de medir. 

En algunos proyectos (anamorfismo y difracción) saldremos del laboratorio y pediremos ayuda a la comunidad de la facultad para hacer experimentos y mediciones.

Existirán detalles a afinar. pero por lo pronto hay que cambiar. Hay que tener un rumbo claro de que deseamos ahora enfatizar. Ya veremos qué pasa y cómo nos va como equipo.

¿Crees que tengamos suerte en este nuevo modelo?

Superman, la herramienta quirúrgica

Superman en su nuevo empleo como ayudante de médicos
¿Coincidencias de la vida? Tal vez.  Recientemente he tenido que hacer varias visitas al hospital y a radiología por placas de rayos-X. Simultáneamente, en el laboratorio están instalando una máquina de rayos-x para hacer caracterizaciones de materiales. En fin, navegando por la red me encontré con este fragmento de historieta  de los años 60s; aquí un grupo de cirujanos le piden ayuda a Superman. El dialogo se desarrolla así:

― Mi paciente tiene un fragmento de vidrio en alguna parte de su cerebro, pero porque los rayos-x ordinarios no pueden revelar la localización de la astilla, no podemos operar.
― ¡Mmmm! ¡Mi propia visión de rayos-x tiene un mayor rango que cualquier máquina de rayos-x de hospital. Así que no se preocupen!
― ¡Puedo ver la astilla! Muy bien, ¡Doctor prepárese para operar!

Lindo tener a un superhéroe ayudando en una operación (esperemos que Wolverine no sea quien corte y suture). Así con todo el animo de ir más allá de este dialogo de historieta: ¿los rayos-x pueden detectar vidrio incrustado en tejido blando, como en el cerebro?

Pues bien las máquinas de rayos-x  cuentan con poder penetración para atravesar el cráneo y el cerebro. Esta radiación será absorbida por átomos más pesados que el calcio (que los huesos tienen en abundancia) pero será transparente para elementos más ligeros como el hidrógeno, carbón y oxigeno. Por esta razón las imágenes radiológicas muestran  con nitidez los huesos, pero no los tumores, la grasa, el tejido blando.

Las máquinas de rayos-x usadas en la decáda de los 60s (cuando esta historieta fue publicada) eran más potentes que los equipos de hoy en día. Ahora las zonas expuestas son minimizadas y las dosis de radiación son mucho menores.  Pues bien, el problema de localizar una astilla de vidrio es que muchos de ellos son transparentes a los rayos-x. Solamente los vidrios compuestos de suficientes elementos pesados, como plomo, pueden absorber esta radiación. Sin importar la potencia, los materiales absorben determinadas longitudes de onda, que caracterizan a la radiación.

Longitudes de onda grandes definen la radiación infrarroja, más cortas a la luz visible (los colores: azul, verde, rojo, etc.), todavía más corta a la radiación ultravioleta (que es rápidamente absorbida por el cuerpo), y todavía más corta que los rayos-x encontramos  a la radiación gamma (con buena penetración, pero solo si eres un fan de las enfermedades por radiación).

Las ventanas de plomo son un producto que se usa como protección en laboratorios de radiología y parece que algunos vidrios de auto contienen este elemento. Estos fácilmente se detectan por rayos-x, pues se absorbe la radiación.

Pues bien, Dan Tandber afirma, en un articulo de la Revista de la Asociación Medica Americana, que después de insertar 66 fragmentos en vidrio de musculo de pollo, logro obtener nítidas imágenes de los vidrios. Parece que localizar fragmentos de vidro en tejido blando puede ser más común de lo que me imaginaba inicialmente, pero siempre dependerá de la composición de la muestra.

Por otro lado, siempre me ha inquietado pensar que Superman envía rayos-X desde sus ojos, ya he platicado que esta concepción de la vista la tenían los griegos antiguos. Tal tipo de visión implica que el héroe ve el reflejo de tal radiación; algo que es muy difícil. Pues por su pobre interacción los rayos-x suelen atravesar más que rebotar de los materiales amorfos, como de los que esta compuesto el cuerpo humano. Aunque si existe tecnología para desviar los haces de rayos-x.

Igual me inquieta que la fuente de radiación se encuentre detrás del paciente. El problema es que el tejido del enfermo tiene que interactuar con tal radiación, la extrema sensiblidad en la vista de Superman es tema menor.

Debraye biofísico por una historieta, seguro que es lo que representa esta entrada. Lo que demuestra que se puede hacer enlazando el mundo del entretenimiento,  la investigación seria, y la curiosidad, el motor del progreso.

Referecias
JAMA. 1982;248(15):1872-1874. doi:10.1001/jama.1982.03330150058025.

Por cierto esta entrada participa en el LV Carnaval de la Física alojado en esta ocasión en el blog: Cosmos -el Universo.
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