11.- Haz tu valoración personal y sincera sobre el libro que has leido, exponiendo qué es lo que te ha parecido más interesante y qué es lo que menos te ha gustado.

En "Los Diez Experimentos más Bellos de la Física", David Lozano logra explicar de forma clara, y en la mayoría de los casos amena, los que ha considerado como los experimentos de mayor trascendencia,  tratados a lo largo de diez capítulos, los cuales opino que no podrían evaluarse en conjunto, pues muchos poco tienen que ver entre sí, no sólo en los conceptos tratados, sino en la forma en que están narrados.

El libro en general es difícil de comentar, no porque sea difícil de entender, ¿o sí?; Precisamente ahí es donde radica el problema que he encontrado al este libro, en su relativa complejidad. Lo que ese término viene a significar es que el autor en ocasiones da a entender que el libro esté dirigido a unos lectores más jóvenes, cuya capacidad de comprensión no será igual a la de un alumno de primero de bachillerato (Quien, por cierto, se ha visto obligado a releer la parte referente a los experimentos en determinados capítulos). Por otra parte, haciendo referencia a la parte biográfica, puede advertirse el grado de admiración por parte de David hacia los diferentes físicos, destacando un par de capítulos excesivamente largos a mi parecer.

No me gustaría dar a entender que no me haya gustado, pues realmente he disfrutado leyéndolo, y he de admitir que como material didáctico complementario se trata de un libro excelente, pues no sólo consigue explicar al lector de forma entretenida los distintos experimentos tratados en él, sino que además estimula el interés de éste por la física y la ciencia en general. Cabe destacar, además el tono cercano y cautivante del autor, que logra causar en el lector unos sentimientos de real admiración por los diferentes personajes, quienes, no nos equivoquemos, no la desmerecen en absoluto.

En conclusión, un gran libro para todos aquellos que muestren interés por la ciencia y quieran saber acerca de la concepción de la física a lo largo de la historia (tema apasionante, por cierto), que quizás pueda resultar demasiado complejo para determinados lectores. Por ello, considero al alumno de 1º de Bachiller o 4º de ESO como lector ideal, puesto que sus conocimientos son los apropiados para les hacerles disfrutar el libro.

“Los científicos no estudian la naturaleza porque sea útil; la estudian porque les place, y les place porque es bella. Si la naturaleza no fuese bella, no valdría la pena conocerla, no valdría la pena vivir la vida”.

Henri Poincaré (1854-1912)

10.- ¿Qué deficiencias tenía su modelo atómico? ¿Quién las solventó y cómo?

Modelo atómico de Rutherford.
Para más detalles, pinchar la imagen

El átomo de Rutherford se componía de un núcleo, en el cual se hallaban apiñadas unas partículas positivas, teorizadas por él, denominadas protones, y en torno al cual giraban los electrones, describiendo órbitas de modo que el tamaño del núcleo con respecto al átomo sería como el de una perla en medio de un campo de fútbol, en el cual los electrones serían alfileres en las gradas. La diferenciación entre átomos se hacía por el número de protones en su núcleo y electrones en su órbita.
El primer descuido que tenía ese modelo se encontraba en la concepción del núcleo, pues los protones no podrían mantenerse unidos, teniendo la misma carga. Esto lo solventó el propio Rutherford, quien teorizó la existencia de una partícula neutra que ejerciese las fuerzas necesarias para la cohesión de los protones. Tal y como supuso, se descubrieron años más tarde el protón (En 1919 por él mismo) y el neutrón (En 1932 por James Chadwick).
El segundo problema, más importante quizás, se encontraba en su modelo de órbitas similares a las planetarias. Dada la evidencia de que una carga eléctrica acelerada irradia radiación electromagnética, no sería plausible tal modelo, pues los electrones, cargas negativas, se encontrarían expuestos a aceleraciones a lo largo de su órbita, y consecuentemente perderían energía, traduciéndose esto en un colapso de los electrones con el núcleo. La solución vino de la mano de Niels Bohr, y la cuantización de las órbitas, aplicando ciertos conceptos, entre los que se incluyen la teoría de los cuantos de
energía propuesta por Planck. Por medio de esta nueva teoría, sería posible que los electrones se encontrasen en un estado en el cual no producirían radiación electromagnética en sus órbitas estables. De acuerdo con ello, además, absorberían o emitirían radiación si ganasen o perdiesen energía al pasar de una órbita a otra.
Este nuevo modelo cuántico propuesto por Bohr sería perfeccionado por otros grandes científicos, hasta llegar al modelo actual, obra de Erwin Schrödinger.



Modelo atómico de Bohr.
Para más detalles, pinchar la imagen

9.- ¿Cómo descubrió el núcleo atómico Rutherford?

Expectativas frente a evidencias
del experimento de la lámina de oro

A finales de 1910, Rutherford y Geiger estudiaban los efectos de la incidencia de partículas alfa sobre láminas de mica, observando que el haz de partículas atravesaba el material sin problemas. Al añadirse más capas, el haz era más difuso, de lo que se concluía que ciertas partículas eran absorbidas por el material. De acuerdo con el modelo de Thonsom, los átomos eran cuerpos cargados positivamente que contenían electrones, los cuales neutralizaban la carga. Por tanto, no desviarían las partículas alfa, de carga positiva. En caso de que chocasen, hecho poco probable, se deducía que, al ser la energía de las alfas mucho mayor, producirían una deterioración del material y seguirían su trayectoria invariablemente.
Bajo la tutela de Geiger, un joven Ernest Marsden comienza sus investigaciones con las partículas alfa haciéndolas incidir sobre una fina lámina de oro, y otra de platino. Este experimento, cuyos resultados serían a priori obvios, fue causa del desconcierto de los tres físicos.
Lo que se esperaba era que, como con la mica, las partículas alfa atravesarían las láminas sin variar su trayectoria; sin embargo, se vio que una pequeña fracción de ellas salía despedida con grandes ángulos de desviación, y lo que fue más impresionante, una de cada ocho mil, era despedida hacia atrás. Esto indicaba la presencia de una masa de carga positiva, y tamaño minúsculo, aún en relación con el tamaño del átomo. Tras arduos cálculos, concluyeron que prácticamente toda la masa del átomo debía hallarse localizada en un espacio diez mil veces menor al del átomo, la cual estaría cargada positivamente, y por el resto del átomo se encontrarían los electrones que neutralizaban esa carga.


Representación gráfica del experimento
y vídeo ilustrativo

8.- ¿Que descubrió Rutherford tan importante en sus nueve años de estancia en Canadá? Busca esa ley y cómo nos sirve para hacer dataciones geológicas.

Ernest Rutherford estudió la desintegración espontánea de ciertos átomos, los llamados radiactivos, e identificó los tres componentes principales de este tipo de radiaciones. Este fenómeno produce tres clases de emisiones; las Alfa, formadas por núcleos de helio  (4
2He ); las Beta, compuestas por electrones; y las Gamma, que no son sino radiación electromagnética ionizante de alta frecuencia. Las radiaciones corpusculares Alfa y Beta son mucho menos penetrantes que los rayos Gamma, siendo necesario para detenerla una lámina gruesa de plomo o una pared de hormigón.
La cuestión acerca de estas emisiones es que el ritmo con que una sustancia radiactiva emite partículas radiactivas disminuye exponencialmente con el tiempo, pudiendo así determinarse la vida media de los núcleos de dichos isótopos.
La Ley de Desintegración Radiactiva establece para las sustancias radiactivas una relación de la forma N   =   N₀ ·   2^−t/T , donde N es el número de núcleos sin desintegrar, N₀ es el número inicial de núcleos, t es el tiempo transcurrido y T es el periodo de semidesintegración de dicha sustancia.
Esto tiene un interés relevante en lo que se conoce como datación radiométrica, un método empleado en la determinación absoluta de la edad de rocas, minerales y restos paleontológicos. El procedimiento consiste en un estudio comparativo de la composición de la muestra a analizar, teniendo en cuenta los niveles originarios de ciertos isótopos que pudieron albergar, y comparándolos con los actuales.

Ecuación general de datación

En lo que a los fósiles respecta, es muy habitual el uso del Carbono 14, pues es un isótopo del cual se mantiene una cantidad concreta mientras el organismo vive, y esta comienza a descender en el momento que deja de producirse la nutrición del mismo. Por ello, y por su periodo de semidesintegración relativamente bajo, este isótopo es muy útil.

Principales isótopos
y sus periodos de semidesintegración

 

7.- ¿Qué relación hay entre Millikan, Einstein y Planck?

El efecto fotoeléctrico, planteado por Planck y Einstein se apoyaba en una concepción corpuscular de la luz, cosa que Millikan se negaba a aceptar, de modo que pasó diez de sus años experimentando sobre el efecto fotoeléctrico y midiendo la Constante de Planck, tratando de refutar dicha teoría. Dada la trascendencia del científico, la obra de estos dos hombres en este campo fue ignorada durante los diez años que Millikan tardó en convencer al mundo, por medio de su rigurosa experimentación, de la veracidad del efecto fotoeléctrico. No fue así consigo mismo, pues su cabezonería le impedía aceptar lo acertados que estaban Planck y Einstein, llegando a decir en el momento en que recibió el premio Nobel que “el concepto de cuantos de luz localizados a partir del cual Einstein consiguió su ecuación debe ser considerado aún como lejos de estar establecido”.


Einstein & Millikan

6.- Explica brevemente el experimento de Millikan, interpretando las fuerzas que equilibraba y cómo pudo obtener la carga del electrón. ¿Qué consiguió por dicho hallazgo?

De la frustración por no haber conseguido nada importante (o al menos así lo quería ver) , surgió en Millikan una ambición: determinar la carga del electrón. Así, con más de cuarenta años y una tarea por cumplir, se puso manos a la obra.
Recordando el carácter ionizante de los rayos X, se le ocurrió que podría hacerlos incidir sobre un agregado de gotitas de agua, como niebla, de modo que las gotitas adquirirían una carga eléctrica múltiplo de la del electrón. Estas serían entonces sometidas a un campo eléctrico, en el cual serían atraídas por el polo positivo. Situando el polo negativo abajo y el positivo arriba, y jugando con la intensidad del campo eléctrico, contrarrestaría la fuerza peso de esas gotitas cargadas, y conseguiría mantenerlas en suspensión.

Aquí se encontró no sólo con la incógnita de la carga del electrón, sino además con la del rozamiento con el medio en que se encuentra, a tener en cuenta para mayor precisión en un experimento de tal trascendencia, el cual debía restarse a la fuerza peso de la gota. Esta segunda incógnita la halló a base de observar cómo subían y bajaban las gotas al variar el campo eléctrico.
Cuando parecía que, como suele decirse por La Mancha, <<estaba to'l pescao' vendío'>>, Milikan se encontró con otro obstáculo para cumplir su empresa; las gotas de agua se evaporaban parcialmente, y se unían unas con otras. Para solucionarlo sustituyó el agua por aceite, del cual conseguía gotas con su ''atomizador''. Una vez solucionados estos problemas, pasó a la acción, concluyendo que todas las gotas tenían una carga múltiplo de 1,6·10^-19C.
Y así Millikan sació su ambición de dejar huella en el mundo, siendo nombrado catedrático tras la publicación de este experimento, y concediéndosele en 1913 el Premio Comstock, el Premio Nobel de física en 1923 y la Medalla Franklin en 1937.

5.- Como ya estudiamos, Thonsom utilizando los tubos de descarga hizo un descubrimiento asombroso. ¿En qué consistió y cómo llegó a dichas conclusiones?

Los experimentos de Thomson con respecto a los rayos catódicos fueron numerosos, y concluyentes. De entre ellos, podemos destacar los siguientes cuatro, con sus consiguientes conclusiones.
 En un primer experimento, Thomson investigó la desviación magnética de los rayos catódicos, detectando la trayectoria de estos por medio de una pantalla tras del tubo, gracias a la fluorescencia de los rayos. Determinó que ni el material del ánodo ni el gas del frasco influían en la desviación de estos, lo cual sugería que su composición era igual en todos los casos, sin importar su origen.
En un segundo experimento refutó la teoría etérea, la cual asumía la generación de partículas negativas en los tubos de Crookes, pero las consideraba subproductos, ya que sostenía que los rayos catódicos eran inmateriales (de carácter ondulatorio). Para comprobar la veracidad de tal teoría, Thomson incorporó un electrómetro al frasco, a un lado de la que sería la trayectoria natural de los rayos, observando que éste sólo registraba carga cuando el rayo era desviado por incidencia magnética. De ahí concluyó que los rayos catódicos debían tener carácter corpuscular y carga negativa.
En un tercer experimento, Thomson puso en duda la evidencia de que los rayos no fueran desviados por un campo eléctrico, argumentando que se debía a un exceso de gas. Para verificar su hipótesis, construyó un tubo con un vacío casi perfecto, cuya estructura puede observarse en el margen. Los rayos pasaban desde el cátodo al ánodo, y seguían su trayectoria, pasando entre dos placas de aluminio conectadas a una batería, para finalmente impactar en el final del tubo, de forma esférica. Observó que cuando la placa superior estaba conectada al polo negativo, el impacto se producía más abajo, y cuando se conectaba al positivo, más arriba.


Reproducción del Tercer Experimento de Thomson

Posteriormente, realizó el mismo procedimiento, situando el tubo de descarga entre los polos de un electroimán, y consiguió medir la relación entre la masa y la carga de los rayos catódicos, a raíz de observar las variaciones en el ángulo de desviación de estos, y la energía que llevaban. Concluyó que la relación masa/carga de los rayos catódicos era un millar de veces inferior a la de un catión de hidrógeno H^{+    .}.Esto sugería que, o bien las partículas eran muy ligeras, o estaban muy cargadas.

4.- ¿Quién descubrió los rayos X? ¿Cuál fue la primera radiografía? ¿Qué son? Investiga un poco en la web sobre este científico y este descubrimiento que revolucionaría la ciencia.

Los rayos X, bautizados así por el que es considerado su descubridor, Wilhelm Conrad Roentgen. Fueron así denominados por su extrañeza, y desconocimiento de su existencia previo a los experimentos de este hombre. Tal descubrimiento tuvo lugar a causa de la investigación de los tubos catódicos, en los cuales observó esta radiación electromagnética de alta frecuencia , la cual surge de la desaceleración de un haz de electrones al chocar con un blanco metálico. Ésta es ionizante, pues confiere una carga a la materia con la cual interactúa. El prusiano también se percató de otras peculiaridades de estas radiaciones, las cuales eran capaces de atravesar cuerpos opacos de diferentes espesores, producir fluorescencia en pantallas de platinocianuro de bario, y ennegrecer placas fotográficas.
De estas propiedades surgirían en un futuro multitud de aplicaciones, de entre las cuales posiblemente la más conocida e importante es la de las radiografías, en las cuales, el señor Roentgen también fue pionero. Resulta que el  22 de diciembre de 1895, tras numerosas experimentaciones para comprobar la capacidad de penetración de los ''Rayos Incógnita'' y su alcance, decide a practicar la primera prueba con humanos. Puesto que no podía manejar al mismo tiempo su carrete, la placa fotográfica de cristal y exponer su propia mano a los rayos, le pidió a su esposa que colocase la mano sobre la placa durante quince minutos. El resultado fue asombroso, y dejó tras de sí una imagen que pasaría a la historia de la medicina y de la ciencia:   los huesos de la mano de Anna Bertha Roentgen, y en su dedo corazón el anillo.
En lo que a la vida del físico respecta, ha de hacerse mención a sus estudios, los cuales denotan su aptitud y potencial. En 1865 inició estudios en la Escuela Politécnica de Zurich, en Suiza; y en 1868 recibió su título de ingeniero mecánico, doctorándose un año después. Trabajó como maestro de física en Estrasburgo en 1876; en la universidad alemana de Giessen, en 1879; y en el instituto de física de la Universidad Würzburg, en 1888. En 1900 le fue concedida la cátedra de física en la Universidad de Munich; finalmente también fue nombrado director de un nuevo instituto físico creado en esa misma ciudad. También caben destacar sus numerosas publicaciones en revistas científicas y, los premios con los que fue galardonado, entre los que se incluyen la Medalla Rumford, la Medalla Matteucci, la Medalla de Oro Elliott Cresson, y por supuesto, el premio Nóbel de física, de cuyo recibimiento, por cierto, fue el primer afortunado. Por si eso fuera poco, desde noviembre de 2004, el Unununio pasó a llamarse oficialmente Roentgenio, en honor al mencionado físico. Todo un honor, para todo un gran hombre.