Líquidos exóticos
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Líquidos exóticos - Leopoldo García-Colín Scherer
La Ciencia
para Todos
Desde el nacimiento de la colección de divulgación científica del Fondo de Cultura Económica en 1986, ésta ha mantenido un ritmo siempre ascendente que ha superado las aspiraciones de las personas e instituciones que la hicieron posible. Los científicos siempre han aportado material, con lo que han sumado a su trabajo la incursión en un campo nuevo: escribir de modo que los temas más complejos y casi inaccesibles puedan ser entendidos por los estudiantes y los lectores sin formación científica.
A los 10 años de este fructífero trabajo se dio un paso adelante que consistió en abrir la colección a los creadores de la ciencia que se piensa y crea en todos los ámbitos de la lengua española —y ahora también del portugués—, razón por la cual tomó el nombre de La Ciencia para Todos.
Del Río Bravo al Cabo de Hornos y, a través de la mar océano, a la Península Ibérica, está en marcha un ejército integrado por un vasto número de investigadores, científicos y técnicos, que extienden sus actividades por todos los campos de la ciencia moderna, disciplina que se encuentra en plena revolución y que continuamente va cambiando nuestra forma de pensar y observar cuanto nos rodea.
La internacionalización de La Ciencia para Todos no es sólo en extensión sino en profundidad. Es necesario pensar una ciencia en nuestros idiomas que, de acuerdo con nuestra tradición humanista, crezca sin olvidar al hombre, que es, en última instancia, su fin. Y, en consecuencia, su propósito principal es poner el pensamiento científico en manos de los jóvenes, quienes, al llegar su turno, crearán una ciencia que, sin desdeñar ninguna otra, lleve la impronta de nuestros pueblos.
LÍQUIDOS EXÓTICOS
Comité de selección
Dr. Antonio Alonso
Dr. Francisco Bolívar Zapata
Dr. Javier Bracho
Dra. Rosalinda Contreras
Dr. Jorge Flores
Dr. Juan Ramón de la Fuente
Dr. Leopoldo García-Colín Scherer
Dr. Adolfo Guzmán Arenas
Dr. Gonzalo Halffter
Dr. Jaime Martuscelli
Dra. Isaura Meza
Dr. José Luis Morán
Dr. Héctor Nava Jaimes
Dr. Manuel Peimbert
Dr. Ruy Pérez Tamayo
Dr. Julio Rubio Oca
Dr. José Sarukhán
Dr. Alfonso Serrano
Dr. Guillermo Soberón
Dr. Elías Trabulse
Coordinadora:
María del Carmen Farías
Leopoldo García-Colín Scherer
Rosalío Rodríguez Zepeda
LÍQUIDOS EXÓTICOS
La Ciencia para Todos / 104
Primera edición (La Ciencia desde México), 1992
Segunda edición (La Ciencia para Todos), 2001
Segunda reimpresión, 2011
Primera edición electrónica, 2015
Diseño de portada: León Muñoz / Laura Esponda
D. R. © 1992, Fondo de Cultura Económica
Carretera Picacho-Ajusco, 227; 14738 México, D. F.
Empresa certificada ISO 9001:2008
Comentarios:
editorial@fondodeculturaeconomica.com
Tel. (55) 5227-4672
La Ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Secretaría de Educación Pública y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.
Se prohíbe la reproducción total o parcial de esta obra, sea cual fuere el medio. Todos los contenidos que se incluyen tales como características tipográficas y de diagramación, textos, gráficos, logotipos, iconos, imágenes, etc. son propiedad exclusiva del Fondo de Cultura Económica y están protegidos por las leyes mexicana e internacionales del copyright o derecho de autor.
ISBN 978-607-16-3103-9 (ePub)
Hecho en México - Made in Mexico
INTRODUCCIÓN
¡Vivimos en un mundo de fluidos! Los fluidos nos rodean y son tan vitales y familiares en nuestra vida diaria que, a menudo, la fuerza de la costumbre disminuye o aniquila nuestra capacidad de maravillarnos ante sus diversas y fascinantes propiedades.
El aire, el agua, la sangre o la gasolina son ejemplos de fluidos y ponen de manifiesto que, efectivamente, de entre los diferentes estados de agregación de la materia en nuestro planeta, el estado líquido es sin duda el más abundante. Mas, aunque representa un alto porcentaje de la composición de la Tierra, el estado líquido es la fase de la materia menos estudiada y menos comprendida. Y, sin embargo, la riqueza y variedad de los fenómenos físicos que ocurren en los líquidos es enorme y reviste gran importancia científica y tecnológica. En este libro habremos de asomarnos al fascinante mundo de los fluidos y describiremos algunos fenómenos exóticos que se producen en ellos. Pero, ¿cómo nos asomaremos a este mundo?
Dejemos volar la imaginación. Asuma el lector el papel de espectador en un gran teatro en el que va a representarse una obra. Imaginemos que el teatro es nuestro laboratorio y que el grupo de actores que ocupa el escenario representa las moléculas del sistema físico cuyo comportamiento queremos observar. Puesto que deseamos en este trabajo describir el comportamiento exótico de diversos líquidos, la obra que presenciaremos requiere necesariamente de un elenco muy numeroso y de un libreto que demande continua interacción y gran actividad entre los actores.
Por supuesto, nuestra percepción de la obra será diferente dependiendo de la localización que tengamos en el teatro. Así, desde la primera fila de luneta observaremos una gran actividad y un movimiento incesante de los actores. Todos se mueven e interaccionan entre sí; ocasionalmente se detienen, pero rápidamente vuelven a entrar en acción y continúan su febril actividad. Aunque el número de actores sea grande, desde nuestra butaca podemos seguir con relativa facilidad su movimiento detallado e individual. Sin embargo, desde esta posición carecemos de una visión de conjunto; el exceso de detalle nos impide apreciar los movimientos del elenco como un todo. Bueno, pero esto puede remediarse fácilmente cambiándonos de sitio y sentándonos en la última fila del último balcón. Ahora nos encontramos tan lejos del escenario que ya no distinguimos claramente a los actores; ya no podemos seguir sus acciones individuales, éstas han desaparecido
. En cambio, apreciamos claramente el movimiento colectivo del elenco. Desde nuestra nueva posición hemos sacrificado los detalles en aras de lograr una visión global del conjunto de actores, esto es, del líquido como un todo.
El espectador de la primera fila hace una descripción microscópica
del fluido, mientras que el de la última lo describe macroscópicamente
. Así pues, no sólo las escalas espaciales de ambos espectadores son diferentes, sino que también lo son las escalas temporales. En efecto, los cambios que ocurren entre acciones individuales pueden ser muy rápidos y se dan en distancias cortas, en tanto que los movimientos del conjunto de actores son necesariamente más lentos.
En el presente trabajo no nos restringiremos sólo al punto de vista de uno u otro espectador, más bien imitaremos al crítico teatral que debe reseñar la obra desde ambos puntos de vista. En los primeros cuatro capítulos nos concentraremos en los aspectos puramente macroscópicos del comportamiento de diversos líquidos exóticos, pero en los dos últimos capítulos veremos cómo, al bajar la temperatura, podremos asomarnos al mundo de los átomos y las moléculas y veremos de qué forma surgen características insospechadas y fascinantes en el comportamiento de los fluidos. Así que ¡arriba el telón y que comience la función!
I. El misterioso flujo de los líquidos poliméricos
NADA ES, TODO FLUYE
, afirmó el filósofo griego Heráclito en el siglo V antes de nuestra era…, y tenía razón. Si pudiéramos observar las rocas sólidas en el interior de la Tierra, el concreto y el acero de las construcciones o el vidrio de los vitrales de una catedral antigua, durante las escalas de tiempo apropiadas, es decir, durante intervalos de tiempo muy grandes, podríamos comprobar que efectivamente todo puede fluir. Entender de manera precisa qué significa y cómo se produce el fenómeno del flujo de la materia tiene gran importancia tanto desde el punto de vista científico fundamental como del práctico. Por ejemplo, el ingeniero en aeronáutica necesita saber