sábado, 26 de octubre de 2013

Johannes van der Waals ¿por qué las salamanquesas no caen del techo?


El sorprendido turista ve a las salamanquesas -unos lagartos tropicales- trepar por los árboles, incluso las observa caminar por el techo de la habitación de su hotel; quizá en ese momento se pregunte por qué se adhiere el reptil a las paredes. ¿Tendrá ventosas en las patas? ¿Alguna sustancia pegajosa? Nada de eso.

Hago un inciso para recordar al olvidadizo lector cómo observar la polarización eléctrica de la materia: frote un bolígrafo de plástico con un trapo de lana, acérquelo a unos trocitos de papel y mire. El bolígrafo adquiere carga negativa al arrancar electrones de la lana; al aproximarlo al papel, éste acumula carga positiva en la zona cercana al bolígrafo –siendo atraído por él- y carga negativa en la opuesta: el papel se polariza. El físico Johannes van der Waals postuló que entre las moléculas, aunque no tengan carga eléctrica, operan ciertas fuerzas que se deben a la polarización; unas, las moléculas asimétricas, porque tienen una acumulación de carga eléctrica en alguna región (se les llama moléculas polares), y otras, las moléculas simétricas, porque, si bien no tienen polaridad, sí tienen capacidad para tenerla (son polarizables): sus electrones, en perpetuo movimiento, crean regiones cargadas al tratar de evitarse. Estas fuerzas, nombradas de Van der Waals en honor a su descubridor, son poco intensas, de corto alcance, atractivas siempre y proporcionales al área de la superficie de contacto entre los objetos.

Retomo el hilo del discurso. La naturaleza ha diseñado las extremidades de la salamanquesa de una manera muy ingeniosa. Los dedos de la pata del animal están cubiertos de láminas, cada lámina cuenta con púas, hasta medio millón en cada pata, y cada púa contiene mil filamentos hechos con moléculas: con esta estructura, la superficie de contacto entre el lagarto y la pared es enorme, y con ello la adherencia debida a las fuerzas de Van der Waals; tanto es así que las patas podrían aguantar el peso de un objeto de cuatro kilos… cuando el reptil apenas llega a sesenta gramos.

Estas inéditas fuerzas no solamente se manifiestan en las salamanquesas, sino también en las motas de polvo que se pegan a los muebles o en dos placas de vidrio pulido que, colocadas juntas, nos cuesta separar. Como habrás adivinado ya, astuto lector, los ingenieros se prestan a imitar a la naturaleza y están diseñando un robot con patas que sea capaz de desplazarse por las paredes. 

12 comentarios:

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

Tienes razón. Aunque es habitual llamar salamanquesas a todos los individuos pertenecientes a la familia de los gecónidos, la especie salamanquesa común (Tarentola mauritanica) sólo vive en los países mediterráneos.

Saludos cordiales de Epi

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

Una persona que camina por encima de una alfombra, a causa del rozamiento, puede acumular una carga eléctrica que genera una diferencia de potencial de miles de voltios; suficientes para causar una chispa que salta a un objeto que se encuentra a un centímetro de distancia. Se trata de una descarga inofensiva porque la energía de la chispa es muy pequeña.

Saludos cordiales

Epi

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

Te contesto de una manera técnica.
La atracción entre dos placas metálicas paralelas y extremadamente próximas colocadas en el vacío (efecto Casimir) es similar a la atracción (de Van der Waals) entre un par de átomos neutros. En ambos casos se puede deducir la magnitud de la atracción según ecuaciones físicas teóricas y comprobar que coinciden con las medidas obtenidas por vía experimental. En cualquier caso, aunque a primera vista pueda parecer que no debería haber atracción, sí la hay.

Saludos cordiales
Epi

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

La magnitud en la tienes que fijarte para calibrar la peligrosidad de una corriente eléctrica no es su potencial, sino la intensidad. Por ejemplo, 220 voltios de la red eléctrica habitual puede producir una intensidad de corriente mortal o inofensiva para una persona, según cuál sea la resistencia de su piel.

Saludos cordiales
Epi

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

La corriente eléctrica de un rayo alcanza unos cien mil amperios (calienta el aire que le rodea unas decenas de miles de grados). La carga eléctrica que transporta está entre uno y veinte culombios.

Saludos cordiales

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

1º Los efectos del paso de corriente eléctrica por el cuerpo van desde la tetanización muscular (contracción involuntaria de los músculos) y asfixia respiratoria consecuente, hasta la fibrilación ventricular (rotura del músculo cardíaco).
2º A partir de diez miliamperios el paso de corriente es peligroso.

Cordiales saludos

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

Las fuerzas de unión entre moléculas son, aproximadamente, entre diez y cien veces menores que las fuerzas que unen los átomos dentro de una molécula.

Saludos

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

Tengo que contestarte de una forma técnica.
La polaridad de las molécula de un compuesto no depende del número de átomos que contienen, sino de su geometría. Por ejemplo, las moléculas de dióxido de carbono (tres átomos) son apolares, en cambio las del agua con el mismo número de átomos son polares; las moléculas de amoníaco (cuatro átomos) son polares, las del trifluoruro de boro, con el mismo número de átomo son apolares; las moléculas de cloruro de hidrógeno (dos átomos ) son polares, las de oxígeno (dos átomos) apolares.

Saludos

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

1º La fricción o rozamiento es un asunto tan importante (y complejo) que existe una ciencia, la trilogía, que se dedica a estudiarlo.

2º En el caso de rozamiento de un sólido moviéndose dentro un fluido pueden darse dos circunstancias: si hay turbulencias, la fuerza de rozamiento es proporcional al cuadrado de la velocidad, en cambio si no hay turbulencias la fuerza de rozamiento es proporcional a la velocidad.

3º En el caso del rozamiento de dos sólidos, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad.

4º En el caso de la fricción entre dos sólidos; te puedo aclarar que no depende de la rugosidad de las superficies, repito no depende de la rugosidad de las superficies (a pesar de lo que puedas leer en muchos libros). Puedes comprobar las pruebas en las que baso mi afirmación leyendo un magnífico artículo de una experta en tribología, Jacqueline Krim (1996): “Rozamiento a escala atómica”, Investigación y ciencia, 246: 46-53, diciembre.

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

La adhesión consiste en la unión de dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando se ponen en contacto, y se mantienen juntas mediante fuerzas intermoleculares: en otras palabras, los átomos de los dos cuerpos en contacto desarrollan una pequeña fuerza electromagnética de atracción mutua. Sí interviene la adhesión en el rozamiento.

Saludos

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

Aunque parezca mentira, las moléculas neutras cuando están cerca unas de otras se atraen, sin necesidad de compartir o ceder o tomar algo; también hacen lo mismo los átomos de helio, neón, argón o criptón; y tales fuerzas son las que permiten que tales átomos puedan formar sólidos. Nada aporta el nombre que los químicos han puesto a esas fuerzas.

Saludos

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

1º El aire, la piel, pelo, cuero, vidrio, nailon y la lana se cargan positivamente; la goma, el poliéster, acetato, acrílico, rayón y azufre negativamente; el algodón, papel o madera adquieren poca o ninguna carga.

2º Que obtengas chispas de tu cuerpo depende, entre otros factores, de la ropa que uses, la actividad que hagas y la humedad del ambiente. Si te mueves mucho cuando está sentado o tienes el pelo largo y el ambiente es muy seco es probable que acumules electricidad estática.

Saludos